龙南离子型稀土矿山地质环境质量评估研究.pdf

龙南离子型稀土矿山地质环境质量评估研究 廖振楠 1， 何文 2， 刘洪兴 2， 王晓军 2 （1.赣州市地质队，江西 赣州341000；2.江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州341000） 摘要龙南县离子型稀土矿存在三废排放产生污染、土地破坏和废渣的不规范堆放等问题，导致了生 态环境的极度恶化.以该县区典型稀土矿区环境为研究对象，提出了矿山地质环境质量评估指标体系和 评估方法，由此得到了矿区的地质环境质量评估等级，分析了造成重大矿山地质环境问题的主要成因. 研究结果表明，富坑、龙南县矿和关西稀土矿3个典型稀土矿的质量评估等级分别为极差、极差和差， 其主要原因是稀土矿开采、尾砂和废石排放以及大雨降水所导致.该成果为该县稀土矿山地质环境的治 理提供重要的指导依据，研究结果对南方其它离子型稀土矿山地质环境的治理具有借鉴作用. 关键词离子型稀土矿；地质环境；质量评估；环境治理 中图分类号TD167；X758文献标志码A Quality assessment of geological environment of ion-absorbed rare-earth mine in Longnan County LIAO Zhennan1，HE Wen2，LIU Hongxing2，WANG Xiaojun2 1.Ganzhou Geological Team, Ganzhou 341000 , China; 2.School of Resource and Environmental Engineerring, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000 , China Abstract Problems such as three wastes, damage of lands and non-standard stacking of residue waste in ion- absorbed rare-earth mines result in the serious deteriorating of ecological environment in Longnan Country. In this paper, the present situation mine environment is analyzed with the typical mine geological environment after rare -earth mining as subject. The environment quality assessment index system and the of environmental uation is built as well. Quality uations to the three rare-earth mines of Longnan County are carried out based on this. The results show that the environmental qualities of the three typical mines of Fukeng, Longnan and Guanxi are poor and very poor. The main causes can be attributed to the mining, rock- tailings emissions and mass precipitation. The locale experiment indicates that this work can serve as an important guidance for the environmental management of the rare-earth mines in Longnan County, and has popularizing significance for other rare-earth mines in South China. Key wordsion-absorbed rare-earth mine; geological environment; quality assessment; environmental management 收稿日期2014-05-07 基金项目国家自然科学基金资助项目（51364011）； 江西省科技支撑计划项目（20132BBG70021） 作者简介廖振楠（1966-），男，工程师，主要从事矿产资源行政管理、矿产资源规划、矿山环境治理工作，E-maillzn0203. 文章编号 1674-9669 （2014 ） 04-0106-06 DOI 10.13264/ki.ysjskx.2014.04.020 江西省赣州市龙南县离子型稀土矿始采于1971 年，矿区主要集中于足洞、富坑两地.1994年以前，矿 山开采工艺主要采用池浸工艺的方式，后改为原地浸 矿[1-4]，三十多年来，共生产稀土约86 000 t. 露天开采池浸工艺的开采方式被称之为“搬山运 动”，一方面剥除了植被，使花岗岩风化层裸露；另一 有色金属科学与工程 第 5 卷 第 4 期 2 0 14 年8月 Vol.5， No.4 Aug. 2014NonferrousMetals Science and Engineering 方面产生大量的尾砂，为水土流失、泥石流等提供了 丰富的物质来源，同时易产生水土污染、矿山固体废 弃物、山林耕地荒芜等环境破坏.原地浸矿[5]工艺相对 来说，对地质环境的破坏要小，主要表现为诱发滑坡、 泥石流等次生地质灾害.采用池浸工艺生产的矿山三 废排放污染较为严重，导致矿山及周边居民生活环境 日益恶化，矿山土地破坏、污染纠纷时有发生[6-9]. 龙南县离子型稀土矿山由于受经济状况不佳影 响，环保资金投入不够，矿山地质环境恢复治理方面 欠帐太多，地质灾害频发，现已成为江西省矿山地质 环境问题最为突出的矿区之一[10].因此开展稀土矿山 地质环境问题及灾害调查以及矿山地质环境质量评 估，可为矿山地质环境的治理提供重要的指导作用. 1矿山地质环境问题及危害 目前，露天稀土矿开采后矿山地质环境问题主 要有露天采场及相关设施侵占土地，破坏植被，造 成水土流失，河道淤塞，使矿山及周边生态环境退 化；大量尾砂的不规范堆放，易诱发泥石流或水土 流失；原地浸矿易产生滑坡等次生地质灾害，存在 较大安全隐患；矿山排水引起的水土污染等. 1.1矿山开采占用破坏土地、 造成严重的植被破坏 和水土流失 矿山开采侵占大量土地、植被遭受严重破坏，水土 流失严重.矿区开发前，植被覆盖率可达40 ～70 ，主 要为松杉及灌木.矿山开采时，首先剥离、废弃表土及植 被，然后把风化矿石放入进料池中加浸矿剂浸矿，浸矿 结束后将尾砂倾倒于堆场堆放.由于浸矿化学用料一般 呈酸性，因此，采矿场地多呈酸性，不利于植物的生长. 现场调查表明，采矿场地基本无植被覆盖.因露天剥离 开采及废土尾砂堆放，导致矿区万余亩山地荒芜、岩石 裸露、 砂土遍地等矿业荒漠化问题 （如图1和图2所 示），形成重大水土流失等矿山次生地质灾害隐患. 图2矿区山地荒芜图1岩石裸露 1994年以后矿山实行的原地浸矿开采， 因需开挖 大量的注液井，对地表植被与地貌景观也造成了一定程 度的破坏，致使大片山体成“瘌痢头山” （如图3所示）， 酸性浸矿剂不仅破坏原有的岩土应力平衡状态， 土壤 可蚀性相应增加，抗侵蚀能力降低，地形切割加剧，从 而导致土壤侵蚀程度加大，也不利于植物的生长，矿区 内池浸工艺采矿造成植被遭受破坏的总面积约为 17.77 km2，形成潜在的水土流失威胁（如图4所示）. 图3矿区“瘌痢头山”图4尾砂堆积区水土流失 廖振楠，等龙南离子型稀土矿山地质环境质量评估研究第5卷 第4期107 1.2矿山次生地质灾害， 严重危害矿区和周边人民 生命财产安全 大量的弃土尾砂堆积易诱发次生地质灾害，严重 威胁矿区及周边人民生命财产安全.稀土矿床的开发 过程中，因地表环境受到严重破坏，也带来了较为严 重的地质灾害问题，灾害类型主要有滑坡和泥石流等. 1）滑坡.因暴雨期间地表水流冲刷，矿区发生滑 坡现象较多，不但直接对人民生命财产构成威胁，且 由此产生的大量泥砂，为泥石流提供重要物质来源. 矿山因实施露天剥离开采及尾砂堆放，形成了大 量的高陡边坡；而原地浸矿开采过程中，由于灌液浸 取稀土，导致土壤理化性能发生改变，结构变得疏松， 这些都加剧了滑坡现象的发生（如图5）.经统计，原地 浸矿引起的滑坡30余处. 2）泥石流.泥石流是指在山区或者其他沟谷深 壑，地形险峻的地区，因为暴雨暴雪或其他自然灾 害引发的携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流.泥 石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大 和破坏力强等特点.野外调查时发现，晴天尚有沟 谷内溪流略显混浊，水流携带少许泥砂呈推移向前 移动，但到暴雨期间，水流携带的泥砂增多，则形成 泥石流.结合以往统计资料，23条冲沟在暴雨期间 均发生过大小不等的泥石流，淤满或冲毁原有的拦 挡坝（见图6），在冲沟内及沟口形成堆积区，严重 影响河道的泄洪能力和冲毁下游居民的建筑物（见 图7）. 3）矿山边坡失稳问题.矿山的矿体剥采活动，没 有做到正规的开采，加之管理不到位，破坏区内原有 地貌景观及岩体的完整性，形成陡坎、临空面，破坏斜 坡的自然坡度角，导致斜坡的稳定性受到影响，加之 岩体表层风化，容易发生石块滑落、崩塌等边坡失稳 现象，从而影响矿区安全（如图8所示）. 图5矿区原地浸矿诱发的滑坡图6矿区拦挡坝被泥石流淤满 图7泥石流在河道口冲毁的建筑物图8矿区不稳定边坡 1.3矿山排水引起的水土污染，严重危害人民身体 健康 矿区水土污染问题主要体现在2个方面，一是由 于原矿床砂土中所含的有害元素在浸取稀土过程中 的富集作用（主要是Pb、Cd等），致使土壤、水体受到 一定程度的污染.据测定，建材一矿尾砂库中废水的 Pb含量高达14 mg/L，而足洞共大矿废水的Cd含量 达到0.024 mg/L， 均远远达不到国家地面水Ⅲ级标 准；二是由于稀土生产过程中所使用的浸矿剂、沉淀 剂的渗漏排放等致使土壤、水体受到严重的污染（主 有色金属科学与工程2014 年 8 月108 要是原地浸矿），其污染途径来自以下3个方面①稀 土原地浸矿中渗漏出少量的硫铵；②部分车间沉淀稀 土以后向外排放上清液（主要含碳铵）；③清池后违规 外排稀土渣头 （主要含碳铵、 氢氧化铝稀土及泥浆 等）.据环保部门资料， 矿区及矿区下游地表水中 NH4-N含量严重超标，达不到国家废水排放标准，而 SO42-含量也达不到国家地面水水质Ⅲ级标准. 由于土壤及地表水污染严重， 致使矿区下游黄 沙、东江、汶龙、关西及龙南等乡镇的3万多人口日常 饮水、生产用水受到影响，2 757 306m2（即4 136多 亩） 农田因灌溉用水受到污染而减产或绝收， 其中 266 664m2， 即400余亩农田因板结成荒滩无法耕 种，严重制约当地农村经济发展. 2矿山地质环境质量评估 2.1评估指标体系 在纳入本次地质环境质量评估范围内的矿山中， 以单个矿山（矿区）为评价单元.评价体系划分为2个 层次要素层（3个）和指标层（9个），如图9所示. 稀土矿矿山地质环境质量 资源毁损Z01 地质灾害Z02环境污染Z03 地 形 地 貌 景 观 破 坏 Z1 土 地 压 占 和 破 坏 Z2 水 资 源 破 坏 Z3 不 稳 定 斜 坡 Z4 泥 石 流 Z5 水 土 流 失 Z6 拦 砂 坝 溃 坝 Z7 水 污 染 Z8 土 壤 污 染 Z9 图9稀土矿矿山地质环境质量评价体系 评估指标等级分为地质环境质量极差、差、较差 及较好.各等级指标因子等级赋值标准及加权评定分 值见表1. 结合国家或者行业的相关标准及当地的实际情 况[11-13]，决定采用表1中的指标等级作为此次稀土矿 矿山地质环境质量评价的依据. 表1各指标因子等级赋值标准及加权评定分值等级 指标等级较好（Ⅰ级）较差（Ⅱ级）差（Ⅲ级）极差（Ⅳ级） 各等级指标因子评定分值0.30.50.70.9 各评价等级的指标加权评定分值F＜0.40.4～0.60.6～0.8＞0.8 2.2评估方法 本次评价采用要素指标加权值综合评价法. 1）要素各指标加权评价 Fj n i1 ΣFiWi（1） 式（1）中Fj为要素加权分值（jⅠ，Ⅱ，Ⅲ三要素）；Fi 为每一个要素中各指标评定分值；Wi为各指标权 值；n为各要素指标个数. 2）地质环境质量等级综合评价 F0 n’ j1 ΣFjWj（2） 式（2）中F0为要素加权分值（jⅠ，Ⅱ，Ⅲ三要素）；Wj 为每一个要素中各指标的权值；j为环境地质问题所 含要素，一般j1，2，3，对应于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ要素.求出F0 后，即可根据综合加权评定分值（表2）确定地质环境 质量综合评定等级.指标权值见表3. 2.3计算结果 根据表2和表3计算得到稀土矿山地质环境质 量结果见表4.计算结果表明龙南县下属3个主要稀 土矿区富坑、龙南县矿和关西稀土矿的地质环境 质量评估等级分别为极差、极差和差. 廖振楠，等龙南离子型稀土矿山地质环境质量评估研究第5卷 第4期109 表2龙南县废弃稀土矿山地质环境质量评估指标等级表 地形地貌景观破坏Z1 对原生地形地貌破 坏程度 破坏程度小，植被覆盖 率仍大于50 破坏程度大，植被覆盖 率大于30 破坏程度较严重，植被 覆盖率大于10 破坏程度严重，植被覆 盖率小于10 土地压占与破坏Z2 采剥区尾砂堆积/ 矿区总面积 0.10.1～0.50.5～11 水资源破坏Z3 水资源量变化不大或影 响不大 部分影响矿区农业及居 民饮水 大部分井、泉水位下降， 农业生产受到较大影响， 对生态造成一定影响 大部分井、泉干枯，居民 饮水困难或导致生态环 境恶化 不稳定斜坡Z4 崩塌体积（104m3）＜11～1010～20＞20 滑坡体积（104m3）＜1010～100100～1 000大于1 000 泥石流Z5体积（104m3）＜11～55～50＞50 水土流失Z6水土流失表征 地形平缓水土流失轻微 或无 建有拦渣导水及生物防 护等工程，矿山型水土 流失较轻 降雨量较大，废渣堆积 在较缓斜坡上，水土流 失明显 地形切割较深，降雨量 大，没有拦渣导水及生 物等工程措施，水土流 失极明显 拦砂坝溃坝Z7 尾砂坝坚固，基本无污 染、泄露，可以满足近5 年的要求 尾砂泄露，少量尾砂进 入河流，污染时间短，易 恢复 尾砂泄露，已造成部分 地段河流农田污染严重 拦砂坝溃坝、泄露等有害 物质污染主干道河流或对 饮水源地污染影响严重 水污染Z8单项因子不超标超标小于1倍超标1～5倍大于5倍 土壤污染Z9 污染面积/矿区面积≤0.10.1～0.20.2～0.30.3～1 污染土壤pH值5.5＜pH值≤7.04.0＜pH值≤5.52.5＜pH值≤4.0pH值≤2.5 较好（0.3）较差（0.5）差（0.7）极差（0.9） 评价指标等级 指标名称 表4龙南县稀土矿矿山地质环境质量计算表 表3稀土矿矿山地质环境质量评估权重表 要素 指标 资源 损毁 地形地貌 景观破坏 土地压占 和破坏 水资源 破坏 地质灾害 不稳定 斜坡 泥石流水土流失尾砂坝环境污染水污染 土壤 污染 权值Wj0.4750.3370.4130.250.2250.0960.2770.4660.1610.3000.6700.330 指标要素权值 富坑矿区龙南县矿关西稀土矿 Fi指标分值FjFi指标分值FjFi指标分值Fj 资源损毁0.475-0.8500.404-0.8500.404-0.3670.175 地形地貌景观破坏0.3370.90.303-0.90.303-0.50.169- 土地压占与破坏0.4130.90.372-0.90.372-0.30.124- 水资源破坏0.2500.70.175-0.70.175-0.30.075- 地质灾害0.225-0.6580.148-0.8450.190-0.4490.101 不稳定斜坡0.0960.50.048-0.90.086-0.30.029- 泥石流0.2770.50.139-0.70.194-0.50.139- 水土流失0.4660.70.326-0.90.419-0.50.233- 拦砂坝溃坝0.1610.90.145-0.90.145-0.30.048- 环境污染0.300-0.9000.270-0.7680.230-0.4340.130 水污染0.6700.90.603-0.90.603-0.50.335- 土壤污染0.3300.90.297-0.50.165-0.30.099- 矿山地质环境质量---0.822--0.824--0.406 评定等级极差（Ⅳ级）极差（Ⅳ级）较差（Ⅲ级） 注“-”表示无此数据. 有色金属科学与工程2014 年 8 月110 3矿山地质环境问题的成因分析 造成重大矿山地质环境问题的成因主要原因如下 1）矿山开采.矿山采用池浸工艺开采时，首先剥 除表土植被， 然后把风化矿石搬运至进料池中加浸 矿剂浸矿，浸矿结束后将尾砂倾倒于堆场堆放，大量 尾砂堆积成山，堆积物既高且陡，结构松散；而采用 原地浸矿开采，致使部分山体成“瘌痢头山”，酸性浸 矿剂不仅破坏原有的岩土应力平衡状态， 土壤可蚀 性相应增加，抗侵蚀能力降低，地形切割加剧，从而 导致土壤侵蚀程度加大，也不利于植物的生长，形成 潜在的水土流失威胁.从现场调查来看，矿区基本无 植被覆盖. 地质条件是矿山崩、滑、流地质灾害发生的基础， 斜坡坡度较大、岩层力学强度低易发生坡体崩塌、滑 坡，结构松散、既高且陡的废土尾砂堆又为泥石流提 供了先决的物源条件[14]. 2）尾砂、废石排放.露天开采过程中所产生的固 体废弃物及提取稀土所产生的尾砂被排弃在采矿点 周围及沟坡地中堆积成山，堆积物既高且陡，高度几 米至几十米不等，结构松散，尾砂、废石性质很差.另 外在废石排放过程中采取了顺排方式，上部截水、下 部拦挡设施不完善.从现场调查分析来看，浆砌块石 与干砌块石本身的稳定性较好，水土流失也较轻，但 大部分土坝已溃坝，是导致严重的废土尾砂堆水土流 失的主要原因之一.矿区内大量无序堆放的尾砂、废 石以及不稳定的尾砂库，严重破坏了矿区周围地区的 生态环境，并构成对下游区域的长期威胁. 3）大气降雨.本区雨量充沛，降雨强度大.年平均 降雨量1 535.96 mm，最大年降雨量2 595.50 mm，最 大的月降雨量高达590.40 mm.降雨使岩土层力学强 度减弱，地下水位抬升增加静、动水压力，诱发山体、 废石场崩塌、滑坡，尤其是本区在暴雨时更易发生泥 石流. 4结论与建议 龙南县稀土矿露天采场及相关设施侵占土地，破 坏植被，造成水土流失，河道淤塞，使矿山及周边生态 环境退化；大量尾矿的不规范堆放，易诱发泥石流或 水土流失等矿山次生地质灾害，存在较大安全隐患； 原地浸矿易产生滑坡等次生地质灾害；稀土浸矿产生 了水土污染. 龙南县稀土矿地质环境质量评估结果表明县内 主要稀土矿区地质环境质量评估等级均为差或极差， 其原因主要由稀土矿开采、尾砂和废石排放以及大气 降水因素引起. 参考文献 [1]赵倩，汤洵忠，吴超.我国离子吸附型稀土矿开采技术现状综述[J]. 新疆有色金属，2001（3）17-20. [2]艾光华，周源，王勇.江西稀土资源的开发利用现状与产业发展对 策[J].稀土，2011，32（5）97-101. [3]周晓文，温德新，罗仙平.南方离子型稀土矿提取技术研究现状及 展望[J].有色金属科学与工程，2012，3（6） 81-85. [4]袁长林.中国南岭淋积型稀土溶浸采矿正压系统的地质分类与开 采技术[J].稀土，2010，32（2）75-79. [5]邹佩麟，王惠英．溶浸采矿[M]．长沙中南工业大学出版社，1990. [6]王瑞苹.江西赣南离子型稀土矿原地浸矿可能引发的环境问题[J]. 科技资讯，2012，33150-151. [7]汤洵忠，李茂楠，杨殿.离子型稀土矿原地浸析采场滑坡及其对 策[J].金属矿山，2000（7） 6-12. [8]李天煜， 熊治廷.南方离子型稀土矿开发中的资源环境问题与对 策[J].国土与自然资源研究，2003（3） 42-44. [9]吕铁硬，郝多虎，梅军军.赣南地区离子型稀土矿山地质环境问题 评价方法探讨[J].河南科技，2013（5）180-181. [10]艾光华，徐水太．江西矿业循环经济的发展及对策研究[J]，江西理 工大学学报，2010（1） 36-38. [11]高志强， 周启星.稀土矿露天开采过程的污染及对资源和生态环 境的影响[J].生态学杂志，2011，30（12） 2915-2922. [12]王少军， 宋启帆.空间信息支持下的江西定南稀土矿区泥石流危 险性评价[J].遥感信息，2012（1）57-61. [13]陈建国，李志萌.稀土矿矿山环境治理与土地复垦以赣南“龙 南模式”为例[C]//中国环境科学学会学术年会论文集， 北京 中 国环境科学出版社，20103928-3932. [14]刘芳.龙南离子型稀土矿生态环境及综合整治对策[J].金属矿山， 2013（5）135-138. 廖振楠，等龙南离子型稀土矿山地质环境质量评估研究第5卷 第4期111