離子型稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理對(duì)策探討

曹 毅

(五礦勘查開發(fā)有限公司，北京 100010)

離子型稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理對(duì)策探討

曹 毅

(五礦勘查開發(fā)有限公司，北京 100010)

離子型稀土礦的原地浸礦工藝具有開采成本低，資源利用率高，生態(tài)影響小的特點(diǎn)，但如果開采控制不當(dāng)也可能造成地下水污染、山體滑坡等生態(tài)環(huán)境破壞問題。本文分析了產(chǎn)生離子型稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境問題的原因，有針對(duì)性的提出了離子型稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理的措施和建議。

離子型稀土礦；地質(zhì)環(huán)境；治理措施；礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)

0 引言

離子型稀土礦是我國最具特色的稀土資源，富含鏑、鋱、釤、鐿、銪等中重稀土元素，是現(xiàn)代工業(yè)和國防軍事高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵原材料，關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防安全。離子型稀土礦無論是在輕/中重稀土比例及稀土價(jià)值比例方面都獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，極具稀缺性和不可替代性。目前，我國離子型稀土以不足全球0.7%的資源儲(chǔ)量滿足了全球30%以上的需求，在全球中重稀土供給方面占據(jù)重要地位，有效保護(hù)和合理利用離子型稀土礦，對(duì)于保護(hù)環(huán)境，改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，加快培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，縱深稀土行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，打造國家高端核心競(jìng)爭(zhēng)力，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

與一般固體礦床相比，離子型稀土礦獨(dú)具特色，主要產(chǎn)于風(fēng)化殼內(nèi)，呈“土”狀，是礦而非“礦”，在成礦特征、賦存狀況、采選工藝等方面差別較大，具有埋藏淺、分布廣、采選工費(fèi)。開采工藝方面，自20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)離子型稀土礦以來，先后發(fā)展了池浸、堆浸和原地浸礦等開采工藝。目前，國家大力推行“原地浸礦”工藝，它具有開采成本低，資源利用率高，生態(tài)影響小的特點(diǎn)，但如果開采控制不當(dāng)也可能造成地下水污染、山體滑坡等生態(tài)環(huán)境破壞問題，需要特別重視環(huán)境影響評(píng)價(jià)與監(jiān)管，防止浸礦母液滲漏進(jìn)入地下或地表水體，造成水體污染及引發(fā)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。因此，為有效保護(hù)離子型稀土資源和生態(tài)環(huán)境，開展離子型稀土礦地質(zhì)環(huán)境全過程監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)治理示范工程具有十分重要的意義。

1 離子型稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境問題分析

目前，世界公認(rèn)的最環(huán)保的稀土開采模式被稱為原地浸礦工藝，這種開采方式減輕了對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響。當(dāng)然，礦產(chǎn)品的開發(fā)利用都會(huì)在一定程度上對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，原地浸礦工藝雖然已經(jīng)十分環(huán)保，但大規(guī)模的開采，還是會(huì)引起一些地質(zhì)環(huán)境問題[1]。

首先，離子型稀土礦開采過程中因硫酸銨、碳酸氫銨的大量使用[2]，可能有大量的氮素和NH4+由于防滲層滲漏以及收集系統(tǒng)不完善等原因，在降雨的沖刷和淋濾作用下進(jìn)入到礦區(qū)土壤中，氮素不斷累積，部分進(jìn)入地下水和地表水體，造成地下水和地表水氨氮和總氮超標(biāo)，引發(fā)水體污染，威脅生態(tài)安全[3-4]。其次，礦中殘留的浸礦劑在降雨的沖刷和淋濾作用下，將攜帶稀土和重金屬離子進(jìn)入下游水體，而且，收集浸出液的集液溝若防滲處理不當(dāng)，含重金屬和稀土離子的廢液和廢渣將會(huì)污染地下水和土壤環(huán)境[5]。同時(shí)，原地浸礦過程中開挖的淺槽、注液井和集液溝破壞了地表部分植被，并將大量的浸礦劑及頂水注入山體，浸取液長(zhǎng)時(shí)間浸泡礦層，很容易導(dǎo)致山體滑坡。雖然原地浸礦工藝動(dòng)土量比池浸工藝少，表面上減少了水土流失，但隨著時(shí)間的推移，滿山遍坡的灌液孔易造成崩塌或山體滑坡，而且崩塌、滑坡在時(shí)間和地點(diǎn)上具有不確定性，造成治理目標(biāo)的不明確[6-7]。

2 離子型稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)思路

2.1綜合評(píng)價(jià)礦區(qū)風(fēng)化殼底板滲漏情況、水文地質(zhì)條件及山體穩(wěn)定性

風(fēng)化殼底板是指風(fēng)化殼與基巖之間的界面，底板的發(fā)育情況及結(jié)構(gòu)特征決定著原地浸礦開采工藝的母液收集方式、母液回收率和是否會(huì)發(fā)生母液滲漏環(huán)境污染問題。因此，必須對(duì)礦區(qū)風(fēng)化殼底板進(jìn)行專項(xiàng)勘查，將通過地質(zhì)填圖、機(jī)械巖心鉆探、物探(探地雷達(dá)、淺層地震、抗干擾高密度電法等)等技術(shù)方法，重點(diǎn)查清底板位置，基巖中斷裂、破碎帶、節(jié)理等構(gòu)造發(fā)育情況，確定底板位置和性質(zhì)，礦區(qū)基巖的完整性做出評(píng)價(jià)。

地下水文條件復(fù)雜、風(fēng)化殼內(nèi)存在復(fù)雜滲流通道、滲流無規(guī)律可循均可能影響離子型稀土的原地浸礦開采，造成環(huán)境污染。因此，需加強(qiáng)鉆孔水文地質(zhì)觀察、編錄，配合物探方法，對(duì)礦區(qū)地下水含水層、隔水層、地下水補(bǔ)給、地表匯水區(qū)等進(jìn)行勘查，作出綜合評(píng)價(jià)。

原地浸礦時(shí)，若山體自然邊坡坡腳較大、注液不當(dāng)導(dǎo)致礦層含水量高、液孔布置不合理、灌注液體超量、長(zhǎng)時(shí)間浸泡礦層，極易引發(fā)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。因此，應(yīng)對(duì)礦區(qū)構(gòu)造、工程巖體穩(wěn)定性、山體注液后穩(wěn)定性、潛在的地下工程不穩(wěn)定體等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2制定水體環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案

開展礦區(qū)及周邊地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，研究污染源的類型、排污方式、排放量、影響因子和影響方式等。在基本摸清地下水環(huán)境和底板賦存狀態(tài)的基礎(chǔ)上，依靠遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和傳感器檢測(cè)系統(tǒng)，制定地下水體環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案。

完善地表水土流失監(jiān)控與預(yù)防技術(shù)，利用多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)地表水流量與水質(zhì)等變化情況。形成在時(shí)間上對(duì)礦區(qū)開采前、開采中和開采后的地表水質(zhì)進(jìn)行全過程監(jiān)控；在空間上對(duì)礦區(qū)地表水、采場(chǎng)下游水域進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

礦區(qū)地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)范圍包含采場(chǎng)地下水、母液處理車間地下水和礦區(qū)下游地下水，主要監(jiān)測(cè)氨氮和pH等指標(biāo)。在采場(chǎng)監(jiān)控收集系統(tǒng)至溪流之間，沿地下水流向布設(shè)一定數(shù)量采場(chǎng)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)；在母液處理車間與下游溪流之間布設(shè)一定數(shù)量母液處理車間監(jiān)測(cè)點(diǎn)；在礦區(qū)下游沿地下水布設(shè)若干礦區(qū)下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦區(qū)及周邊山體

圍繞離子型稀土礦山建設(shè)，開展礦區(qū)山體滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警研究，深入研究礦區(qū)各類型滑坡產(chǎn)生機(jī)理，建立災(zāi)變預(yù)測(cè)模型。在災(zāi)害機(jī)理研究與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化地質(zhì)勘探期間的工程布置，優(yōu)化注液壓力、液固比、水固比等。利用GPS、高分辨率遙感、三維地質(zhì)掃描測(cè)量、光纖形變測(cè)量等監(jiān)測(cè)儀器，構(gòu)建動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)礦區(qū)及周邊山體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)礦區(qū)及周邊地質(zhì)災(zāi)害。

2.4構(gòu)建礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)體系

通過多種傳感器(如多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀、土壤監(jiān)測(cè)傳感器、滑坡預(yù)警伸縮儀、GPS、高分辨率遙感、三維激光掃描、監(jiān)控?cái)z像頭等)，借助數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取礦區(qū)及周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)信息，對(duì)離子型稀土礦開采過程中礦區(qū)及周邊的土壤、地下水、植被和山體穩(wěn)定性等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠及時(shí)、快速、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)母液泄漏、山體滑坡等事故，對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行提前預(yù)警，解決采礦活動(dòng)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境和社區(qū)生活的不利影響。

利用環(huán)境影響實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，結(jié)合離子型稀土資源賦存狀態(tài)、原地浸礦工藝特征，構(gòu)建系統(tǒng)的礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)體系，利用AHP層次分析法等方法，對(duì)地表和地下水、土壤環(huán)境、地表植被、水土流失、生物多樣性等各單項(xiàng)指標(biāo)從評(píng)價(jià)內(nèi)容、量化模型、現(xiàn)狀調(diào)查監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行分析、綜合評(píng)價(jià)。

3 離子型稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理對(duì)策

離子型稀土礦體一般賦存于山包、山脊及山坳處，埋藏深度一般在10 m 范圍內(nèi)近地表部分，本文針對(duì)離子型稀土礦的特點(diǎn)，在對(duì)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害及水體污染機(jī)理進(jìn)行充分研究的基礎(chǔ)上，提出離子型稀土礦地質(zhì)災(zāi)害防控措施及地下水環(huán)境保護(hù)措施。

3.1地質(zhì)災(zāi)害防治

(1)制訂嚴(yán)格的巡查制度，做好采場(chǎng)內(nèi)外監(jiān)測(cè)工作，包括巡查采場(chǎng)內(nèi)外開挖的監(jiān)測(cè)井，有滑坡可能的邊坡布設(shè)的位移計(jì)等，及時(shí)觀察稀土浸出情況、液位高低，以及邊坡位移。密切關(guān)注邊坡位移計(jì)讀數(shù)，每班對(duì)裂縫作好觀察記錄，并加以對(duì)比分析，一旦山體出現(xiàn)位移，應(yīng)及時(shí)通過注液環(huán)節(jié)，并采取相應(yīng)措施，停止注液1～2 d后再加注溶液或采用間歇式注液方法以防止采場(chǎng)滑坡。

(2)采場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，就要將排水排洪系統(tǒng)安排好。應(yīng)用截引地表水流和排除地下水等方法，保證山洪暴發(fā)時(shí)，采場(chǎng)內(nèi)外地表徑流洪水能順利從排水、排洪系統(tǒng)排出，不發(fā)生地表徑流水進(jìn)入注液井與集液溝的現(xiàn)象，可以有效防止暴雨天氣的滑坡。

(3)控制注液強(qiáng)度，暴雨期間禁止人員進(jìn)入采場(chǎng)，防止突發(fā)滑坡事故。當(dāng)擬采礦塊其山體坡度較陡(大于45度)時(shí)，且表土層不厚(小于3 m)時(shí)，可考慮在礦體邊緣沿山坡留6～8 m的礦土不注液，作為“保安礦體”，以控制山體滑坡事故。注液孔中注液面要嚴(yán)格控制在表土層以下，禁止溶浸液注入表土層與全風(fēng)化層的過濾帶中，以免發(fā)生氣泡堵塞與固體堵塞現(xiàn)象，其主要措施是標(biāo)記注液高度。

(4)如在坡度較陡或事故易發(fā)地段提早施工支擋工程、錨固或固結(jié)灌漿等，將潛在滑坡體固定。支擋建筑物主要有擋土墻和抗滑樁，用金屬錨桿、鋼纜或預(yù)應(yīng)力金屬錨桿進(jìn)行錨固，以增大軟弱面(帶)上的法向壓力，相應(yīng)增大其上的抗滑力，提高坡體的穩(wěn)定性。對(duì)于裂隙巖體，可采用硅酸鹽水泥或有機(jī)化合材料進(jìn)行固結(jié)灌漿，以提高坡體和結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，增大抗滑力。

3.2水體污染防治

離子型稀土礦原地浸礦采礦除根據(jù)試驗(yàn)情況，結(jié)合礦體賦存特點(diǎn)優(yōu)化原地浸礦采場(chǎng)注液孔的布設(shè)外，關(guān)鍵是做好收液工程。污染控制應(yīng)從源頭控制，而不是末端治理，因此提出以下治理措施：

(1)實(shí)施清污分流措施，從源頭上控制雨水等進(jìn)入母液系統(tǒng)，原地浸礦采場(chǎng)收液系統(tǒng)與采場(chǎng)地表匯水采取清污分流措施，最大限度防止地表匯水進(jìn)入收液系統(tǒng)；所有的集液溝溝頂加頂蓋，防止溝外清水進(jìn)入溝內(nèi)，實(shí)現(xiàn)清污分流；母液收集池周邊應(yīng)設(shè)排洪溝，防止池外清水進(jìn)入池內(nèi)；完善母液處理車間防排洪系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)清污分流。

(2)集液橫巷必須緊貼微風(fēng)化基巖布置，如遇到風(fēng)化層(或礦層)較厚的，可增加集液橫巷(集液橫巷間距不小于10 m)，或增加集液孔，提高集液率，盡量避免在坡底處地下水位標(biāo)高以下設(shè)置集液巷道，避免浸出液與地下水交匯而降低集液效率。

(3)在母液處理車間與下游溪流之間設(shè)一定數(shù)量地下水觀測(cè)井，在礦區(qū)設(shè)置若干地下水與地表水長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)，地下水主要監(jiān)測(cè)水質(zhì)(氨氮和pH等指標(biāo))、水位，地表水則為水質(zhì)與流量等變化。如發(fā)現(xiàn)超標(biāo)，及時(shí)停止注液。

(4)盡量避免注液區(qū)(開采區(qū))過于靠近溪流、河流、暗溪等水體，保證注液區(qū)(開采區(qū))下游地帶與溪流、河流、暗溪等水體之間有一定寬度的氨氮吸附過渡帶，保證氨氮不會(huì)對(duì)水體的直接影響。

4 結(jié)論

離子型稀土礦原地浸礦工藝的采礦方式減輕了對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響，但大規(guī)模的開采，還是會(huì)引起一些地質(zhì)環(huán)境問題。本文提出了離子型稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)思路，包括綜合評(píng)價(jià)礦區(qū)風(fēng)化殼底板滲漏情況、水文地質(zhì)條件及山體穩(wěn)定性，制定水體環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦區(qū)及周邊山體以及構(gòu)建礦山地質(zhì)環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)體系；提出了針對(duì)離子型稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境治理的對(duì)策，包括地質(zhì)災(zāi)害防治和水體污染防治兩方面的具體措施。

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Discussiononmonitoringandcontrollingmeasuresofgeologicalenvironmentofion-typerareearthmine

CAO Yi

(MinmetalsExplorationandDevelopmentCo.,Ltd.，Beijing100010,China)

In situ leaching process of Ion - type Rare Earth Mine has the characteristics of low mining cost, high resource utilization rate and small ecological impact. It may cause groundwater pollution, landslides and other ecological environmental damage problems if the mining control improper. This paper analyzes the causes of the geological environment of ionized rare earth ore, and puts forward the measures and suggestions for monitoring and controlling the geological environment of ion-type rare earth ore mine.

ion type rare earth ore; geological environment; controlling measures;environmental monitoring of mine

X83;TD167

A

1003-8035(2017)03-0147-03

曹 毅(1986-)，男，博士，主要從事礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)工作。E-mail：cy19860725@foxmail.com

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.03.22

2017-06-21;

2017-08-09