罗才贵，罗仙平,，周娜娜，张 艳，邓扬悟

(1.江西理工大学，江西 赣州 341000；2.江西省矿冶环境污染控制重点实验室，江西 赣州 341000；3.国家离子型稀土资源高效开发利用工程技术研究中心，江西 赣州 341000)

稀土被称为“工业维生素”和新材料“金库”，因其具有独特的理化性质而被广泛应用于航天航空、电子信息、机械、钢铁、石油化工、交通、陶瓷、原子能工业、医药、新能源和新材料等13个领域的40多个行业，是现代工业中不可或缺的重要元素[1-2]。中国是稀土大国，拥有较为丰富的稀土资源，其稀土储量约占世界总储量的23%，并且形成“北轻南重”的资源赋存格局[3]。

离子型稀土矿是我国实施保护性开采的特定稀土矿种，也是世界上稀缺的矿种，广泛分布于我国南方的江西、广东、福建、湖南、云南、广西、浙江等7省区，具有稀土元素配分齐全、富含中重稀土元素、放射性元素含量低等特点，其中，中重稀土储量占世界的80%以上[4]。离子型稀土矿成因独特，且开采方便、方法简单、成本较低，对世界稀土工业的发展和稀土在高科技领域的应用都做出了巨大的贡献[5]。然而，离子型稀土品位偏低(只有千分之三，甚至万分之几)，其提取和分离技术相对落后，加之早期国家和地方的开采准入政策较为宽松，而国内外市场需求量大，出现了滥采乱挖、采富弃贫、采易弃难等资源浪费现象，形成了对离子型稀土的无序和超强度开采，也因此对矿产资源和矿区及其下游的生态环境造成了严重破坏，如矿区植被破坏严重，水土流失加剧，产生了大量弃土废渣，采矿废水使河流、农田和地下水受到不同程度的污染等等，并且可能诱发地质灾害，危害人民群众生命财产安全。目前，对南方离子型稀土矿开采过程中的环境问题研究报道不少，但较为零散且缺乏系统性。本文针对南方离子型稀土矿开采过程中出现的环境问题，力求系统而全面地呈现出南方废弃稀土矿区生态失衡现状，并分析导致出现环境问题的成因。

1 南方废弃稀土矿区生态失衡状况

南方离子型稀土矿区及其下游地区的生态环境，因其超负荷和无序的开采而遭到破坏，其生态失衡状况可以归结为以下几方面。

1.1 矿区大面积植被破坏严重

离子型稀土矿的命名和开采历经40多年，在开采初期多采用池浸工艺，其稀土生产过程可简述为“表土剥离-矿体开采-入池浸矿-回收浸出液-尾矿弃排”，俗称“搬山运动”[6]。由于池浸工艺开采过程中需要将覆盖于被采矿体上的植被去除，导致开采后的离子型稀土矿区出现大面积的植被破坏。据资料显示[7]，每生产1t混合氧化稀土矿要破坏160～200m2的地表植被，以赣南目前年产约2万t为例，则赣南地区每年至少会破坏3.2km2以上的植被。而大面积的植被破坏会严重影响到当地生物多样性，导致稀土矿区及其周边地区的景观和生态平衡遭到破坏。

1.2 水土流失严重，导致滑坡和泥石流危险

南方离子型稀土矿开采也易出现大面积的水土流失严重现象。相关资料表明[8]，采用池浸工艺，生产1t稀土剥离300m2表层土，挖矿土1300～1600m3，产生尾砂和尾渣1600～3000t(容重约为1.2t/m3)，每年造成水土流失为1200万m3。表层土的破坏致使矿区土壤有机质、有效氮和磷等营养物质大量流失，其理化性质(如pH值、颗粒粒度分布、土壤孔隙率等)被完全破坏，土壤的质地疏松，持水性差，加之大量尾砂尾渣(通常为非固结或半固结状态)极易造成严重的水土流失隐患。大量尾砂在重力和降雨作用下，易出现淤塞河道和水库、抬高河床、冲毁和掩压大量农田耕地等扩大区域污染情况，威胁人民生命财产安全。据江西省信丰县资料显示[9]，该县开采稀土10年间，因尾砂下泄淤积的农田面积已达286hm2，全部成了荒漠砂地无法耕种；34.6km长的公路被尾砂淹没冲毁；总库容为65.2万m3的香山水库泥砂淤积量竟达46.8万m3，致使水库不能发挥正常效应。

离子型稀土开采过程出现的大面积植被破坏，可能会改变当地的生态演替过程。大量弃土废渣通常仅堆积在排土场和矿渣池中，不能有效处理或超过池体容量，则在南方长时间、大范围的梅雨季节时，就很容易形成泥石流，给矿山及其下游地区造成极大危害。开采后地质结构疏松的矿山在雨水淋溶和冲刷下，也潜在地存在山体坍塌、滑坡危险。此外，现今较为推崇的原地浸矿工艺，虽然比池浸和堆浸工艺降低了对矿山表面植被的破坏，也减少了水土流失，但若灌液孔布局不合理、灌注浸矿剂超量或者在强暴雨袭击等情况下，则易发生山体坍塌、滑坡，且随着时间的推移，发生地质灾害的概率不断升高，而其发生时间和区域范围上又具有不确定性和不可预判性，也导致治理目标的盲目性和不明确，难以有的放矢[10]。

1.3 重金属污染不容忽视

离子型稀土矿的开采易破坏矿区地表形态，浸矿后任意堆积的残渣和尾矿中含有大量与稀土矿物伴生的重金属元素，若不经妥善处理，则当出现降水天气情况时，在雨水淋溶、渗滤作用下，极易发生重金属元素的迁移转化，导致矿区及其下游地区的土壤和水体的重金属污染，后果不堪设想[11]。

1.4 水体污染

1.5 土壤污染

1.6 氟污染

采矿获得的各种稀土原矿都含有一定量的氟，例如江西赣南赋存的菱氟钇钙石(YCO3F-CaCO3)就含有氟，因此，规模化开采后，原矿中的氟在选矿后的稀土精矿中均有不同程度的富集，在稀土冶炼过程中，仅有一小部分氟进入产品，其余大部分氟则进入环境中，造成了严重氟污染[13]。此外，氟化物通过土壤和水等介质进入地表植物或水生动植物中，继而通过食物链威胁人体和其他动物健康。氟中毒会导致人体骨相、中枢神经系统、内分泌系统及心、肝、肾等器官受损，并引起生物酶和免疫功能的改变，损伤DNA，并因此影响核酸合成[6]。

2 南方废弃稀土矿区生态失衡的成因

前已述及，南方废弃稀土矿区中生态失衡状况十分严重，且此状况未得到有效遏制，甚至有越来越严重的趋势。要遏制南方废弃稀土矿区生态失衡，就必须对造成此现状的成因进行分析，总结起来可归纳如下几方面。

2.1 稀土提取工艺本身存在不足，是导致生态破坏严重最重要的原因

南方离子型稀土矿的提取工艺经历了三个发展阶段。第一代为氯化钠浸取、草酸沉淀稀土工艺，其中浸出方式为池浸；第二代为硫酸铵浸取、碳酸氢铵和草酸沉淀稀土工艺，采用的浸出方式为池浸和堆浸共存，并用碳酸氢铵部分代替毒性较高的草酸；而第三代为原地浸取工艺，即浸出剂(硫酸铵)溶液从注液井注入矿体中，将稀土成分浸出，然后通过回收腔将浸出液送至地面工厂提取加工[17]。具体的发展历程如下。

20世纪70年代初，离子型稀土矿被发现初期，研发了氯化钠浸取工艺并成功应用于工业生产实践中[18]。该工艺利用氯化钠作为浸出剂将稀土交换出来，富集于浸出液中，然后用草酸进行沉淀，再经过过滤、洗涤、灼烧、水洗等过程，最后生成混合稀土氧化物(产品)。具体流程为：表土剥离→开挖含矿山体、搬运矿石→浸矿池→浸矿剂(浓度为7%的NaCl溶液)对稀土矿石进行“渗滤洗提”或“淋洗”，“离子相”稀土交换出来后，流入集液池或母液池→沉淀池除杂、沉淀，获混合稀土；池中上清液经处理后，返回浸矿池，作“洗提剂”循环使用→混合稀土经灼烧，获纯度≥92%的混合稀土氧化物[19]。由该工艺流程易知，剥离地表植被和土壤的稀土矿山，经长久日吹雨淋的风化作用，会出现土地沙漠化，甚至寸草不生，其自然景观破坏也极为严重。大量高浓度NaCl溶液的使用，易使矿山及其下游地区的土壤板结，并形成盐碱地，加之大量毒性草酸的使用，会同时污染地表水和地下水，降低水的pH值。矿区生产废水直接外排，会污染下游农作区土壤和河流湖泊等水体，进而威胁人民群众的生命财产安全。大量尾矿尾砂(含重金属元素)是潜在的泥石流源，在南方梅雨侵袭时，极易引发泥石流灾害及重金属迁移、转化和形态变化。此外，该工艺的浸矿池和沉淀池一般选在矿山的中下部，故存在着严重的占用土地和压矿现象，导致资源利用不充分，间接造成矿区生态破坏。

针对氯化钠池浸工艺的种种缺陷，20世纪70年代末80年代初，江西大学提出采用硫酸铵取代氯化钠作为浸矿剂浸取稀土，沉淀方式也由只添加草酸变为草酸和碳酸氢铵并用，浸矿方式则由池浸发展到池浸和堆浸并用[20]。硫酸铵浸取工艺流程可简述为：表土剥离→开挖含矿山体、搬运矿石→浸矿池→浓度为1%～4%的硫酸铵溶液作为浸矿剂浸取矿石，稀土母液进入集液池→沉淀池沉淀、除杂(草酸和碳酸氢铵作为沉淀剂)→经洗涤、灼烧或转晶、灼烧，获得纯度≥92%的混合稀土氧化物[17]。该工艺虽然在资源利用效率有所提高，也减少了浸矿剂对土壤的污染，但仍需要进行“搬山运动”，对矿区生态环境的破坏仍十分严重。

20世纪90年代后，又出现了原地浸出工艺，该工艺流程为：配制浸取液→注液井(后期加顶水)→浸取液将矿体中的离子相稀土交换出来→母液进入集液沟→稀土富液沉淀(碳铵或草酸)→晶型碳酸稀土或草酸稀土经灼烧得混合型稀土氧化物[17]。目前普遍认为，原地浸矿工艺不需要开挖表土，仅挖一些浅井，因而基本不会破坏植被；不需要开挖矿体，不会形成水土流失；基本不会造成水质污染，是具明显环境保护优势的最佳开采方式[21]。但事实上，原地浸取工艺仍然对矿区生态环境造成较大影响，归纳起来主要有以下几方面：①可能引发矿区山体滑坡、泥石流等地质灾害。原地浸取工艺将浸取液注入矿体中，需要对注液井进行合理布局，若布局不合理或液压过大，则可能引发山体坍塌、滑坡；当遇到高强度、大范围的暴雨袭击时，则可能进一步引发泥石流灾害，且这些地质灾害的发生具有不确定性、不可预判性等特点，对矿区下游人民群众的财产安全构成严重威胁。2006 年统计的江西龙南地区的原位浸析开采区共有 401 个滑坡，占地 28.830万m2[10]。②对矿区植被和自然景观仍有较大破坏。原地浸取工艺需要布局大量的注液井和沟渠，故仍要破坏矿区山体地面约1/3的植被，由于浸矿剂侧渗和毛细管作用，地表的许多草本植物的地上部分枯死，还不知道地下部分是否已死亡[5]。③造成对水体和土壤的污染。原地浸取工艺需注入大量浸取液(比池浸和堆浸所用的量都大)，且有大量未进行离子交换的浸取剂会残存于矿山中，对矿区及其周边环境的地表水、地下水和土壤造成不可预知的污染，当发生山体坍塌、滑坡和泥石流等重大地质灾害时，浸取液外流会加重污染。

综上所述，对矿区生态环境影响更小的稀土提取工艺仍亟待科技工作者开发和探索，而现用的堆浸工艺和原地浸取工艺仍需不断完善，依据稀土矿区的地质勘探数据，扩大原地浸取工艺的应用区域范围也能减少对稀土矿区生态环境的破坏。

2.2 稀土矿的矿床特征、品位特点以及资源利用率低，也是矿区生态破坏的原因之一

离子型稀土矿的矿床厚度一般为8～10 m；其品位一般为含REO 0.05%～0.3%，且50%以上的稀土集中于占原矿重量24%～32%的-0.78mm矿粒中；矿床的纵向品位具有上贫、中富、下又贫的规律，风化壳的稀土品位大于基岩的稀土品位；横向品位0～50m波动不大；山脊较富，山沟、山凹较贫；但整个矿区各个山头的稀土品位的变化无明显规律，其品位差别很大，可达2～6倍[4]。由此可知，离子型稀土矿赋存条件差，稀土元素呈离子态吸附于土壤中，具有分布散、丰度低的特点，规模化工业性开采难度大[3]，且主要赋存于地表浅层，展布面积大；稀土品位较低，这就使得生产稀土开采时，需要大面积地将矿区表层土壤或矿石进行剥离，以获得相对较高品位的矿石，而这又直接导致出现采富弃贫、采易弃难等资源浪费现象，同时产生大量具有潜在威胁的尾矿尾砂；品位差异也使得南方不同地区稀土矿的开采，在获得等量稀土氧化物时所需付出的矿区生态环境代价不同。早期池浸工艺和堆浸工艺的稀土回收率都较低，也是稀土开采导致严重生态环境失衡的原因之一。

2.3 资源未完全整合、相关部门监管不力，也在一定程度上加重了稀土矿区的生态失衡状况

随着国际国内需求的不断攀升，稀土产量也逐渐增大，出现供大于求的现象，导致稀土价格持续走低，未使资源优势变为经济效益，对资源和生态环境造成了严重损害。据此，2011年中国颁布了《国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见》，明确提出“基本形成以大型企业为主导的稀土行业格局，南方离子型稀土行业排名前三位的企业集团产业集中度达到80%以上”的发展目标；该《意见》迅速在南方稀土行业形成了巨大的指示作用，南方各省区纷纷加快组建稀土整合平台，组建了各自稀土集团，但仍处于“各起炉灶，各自为政”的状态，整个南方难以形成一个共同的声音[22]。这种资源整合的不完全，加之地方政府相关部门对稀土开采的监管乏力，在很大程度上对稀土资源和生态破坏影响巨大，如2010年底，龙南县和信丰县获得江西省下拨的4370万元专项资金，用于稀土废弃矿山环境治理，但4370万元的资金对于稀土矿区的生态修复是杯水车薪；就整个赣州来说，预计资金缺额高达380亿元以上，而若恢复至开采稀土前的状态，则至少需要1000亿元资金[23]。因此，要扭转稀土生态失衡现状，需要地方相关部门的配合支持，尽早完成南方稀土资源的完全整合，避免滥采滥挖、采富弃贫等资源浪费现象的发生。

2.4 针对离子型稀土矿区生态恢复的研究滞后，使得矿区的生态失衡状况进一步加剧

针对矿山开采产生的一系列环境问题，国内外科研人员已开展了不少研究工作。在国外，西班牙的M.M.Jorda′n S等[24]利用尾矿废弃物和经处理后的生活污泥对石灰石采石场进行生态修复研究工作，并对此项工作进行环境风险评估和讨论。印度的A.N.SINGH等[25]利用印度热带干旱地区的植物对煤矿废弃地进行生态修复实验，结果表明，所选的17种植物都能在废弃地中生长，生态恢复效果良好。在国内，赵方莹等[26]对北京铁矿开采形成的废弃地进行地形地貌、植被和土壤调查，并对废弃地的植被、土壤理化性质及植被恢复生态效应进行分析，研究了适宜土壤改良和乡土植物品种选配技术。罗仙平等[14]对金属矿产资源开发后的矿山废弃地的特征和危害进行了分析，并对植物修复重金属污染土壤存在的问题及其解决方法进行了探讨。针对离子型稀土矿区生态修复的研究工作虽然有一些，但是都不够深入，仅仅是在宏观层面上进行研究，对生态修复过程中涉及土壤、植物以及微生物在分子水平上的机理研究相对较少或研究不够透彻，导致对离子型稀土矿区的生态修复停留在表层，有些甚至只是简单地种植某些树种和草，一段时间后，这些树木和草就枯死以致最终生态修复失败，难以达到良好而稳定的修复效果。而对南方离子型矿区的生态修复研究滞后或治理经验不成熟会使得整个南方废弃稀土矿区生态失衡状况进一步发展，未能得到有效遏制，也无法进行边开采边治理得到有效实施。因此，国内相关的科研机构和高等院校应勇担责任，针对南方离子型稀土矿区的特点，对矿区生态修复过程中涉及的机理进行进一步细致研究，以期为实践提供理论支撑。以江西理工大学、赣州稀土集团有限公司和赣州有色冶金所为依托单位组建的“国家离子型稀土资源高效开发利用工程技术研究中心”将整合离子型稀土优秀科技资源，并对离子型稀土矿区生态修复提供科技支撑和服务。

3 结语

本文对南方稀土矿区生态失衡状况进行了系统阐述，并分析了成因。南方稀土矿区生态失衡状况可简单归纳如下几点：①矿区大面积植被破坏严重。②水土流失严重，导致滑坡和泥石流危险。③重金属污染不容忽视。④水体污染可导致严重后果。⑤土壤污染限制下游地区人民农田耕作。⑥氟污染易导致不可估量的损害。

而南方稀土矿区生态失衡的主要成因如下几点：①稀土提取工艺存在的不足，是导致生态破坏严重最重要的原因。②稀土矿自身的特征、品位和资源利用率低，也是矿区生态破坏的原因之一。③相关部门监管不力、资源未完全整合，也在一定程度上使稀土矿区生态失衡。④针对离子型稀土矿区生态恢复的研究滞后，使得矿区的生态失衡状况进一步加剧。

面对我国南方稀土矿区生态严重失衡的现状，笔者有如下几点建议：①改善现有稀土提取工艺，积极开发稀土提取新工艺，淘汰池浸工艺，对符合原地浸取工艺地质要求的稀土矿区，提倡采用原地浸取工艺，其他则使用堆浸工艺，以减少对矿区生态环境的破坏。②加快南方稀土整合步伐，尽快形成稀土行业龙头，严格限制稀土开采准入，降低无序开采对资源和环境造成的不可估量的损害；③整合稀土相关科技资源，加大对稀土废弃地生态修复研究的科技投入，形成一批稀土废弃地生态修复示范性工程，并将成果和经验推广整个南方稀土废弃地矿区，从而有效改善南方稀土废弃地生态环境现状。总之，要扭转我国南方稀土矿区生态失衡的现状，需要国家、地方政府和稀土相关科研机构、高校及稀土企业的精诚合作，以期稀土产业能够健康有序、可持续发展。

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