馮慧敏，李海渤

（韶關(guān)學(xué)院英東農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005）

稀土（Rare Earth，RE）指鑭系元素的15種元素以及與鑭系相關(guān)的鈧和釔，其中，鑭、鈰、鐠、釹、钷為輕稀土，其他為中重稀土。稀土素有“工業(yè)維生素”之稱，廣泛應(yīng)用于冶金機(jī)械、電子信息、能源交通、國防軍工等領(lǐng)域。我國稀土儲量占世界的23%，在分布上呈“北輕南重”趨勢[1]：輕稀土以包頭白云鄂博鐵稀土礦為代表，而廣泛分布于我國湖南、江西、福建、廣東等省的離子吸附型稀土礦富含中、重稀土，其儲量占世界80%[2]。

我國離子吸附型稀土礦開采始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)歷了池浸、堆浸、原地浸礦3種工藝，在開采過程中，均造成一定的環(huán)境污染。池浸、堆浸的地表剝離面大，植被破壞嚴(yán)重，資源利用率只有30%～40%[3]；1995年后開始使用原地浸礦工藝，資源利用率可達(dá)70%[4]。由于歷史上采用池浸和堆浸工藝時(shí)間較長，造成大量的裸露廢棄地和尾砂淤積地；原地浸礦在很大程度上緩解了對生態(tài)環(huán)境的破壞，但稀土浸出液易滲漏，造成地下水污染，難于管控。

因此，無論是歷史開采的遺留礦山廢棄地環(huán)境問題還是現(xiàn)有原地浸礦工藝帶來的環(huán)境問題，都是有待解決的難題。本文通過總結(jié)離子吸附型稀土礦區(qū)土壤環(huán)境問題，分析適合該類礦區(qū)土壤修復(fù)技術(shù)，為我國南方離子吸附型稀土礦區(qū)土壤修復(fù)提供參考。

1 離子吸附型稀土礦區(qū)土壤環(huán)境問題

特殊的開采方式、浸礦劑的使用以及南方紅壤的酸、黏、瘦等特點(diǎn)[2]，造成了離子吸附型稀土礦區(qū)表土剝蝕、植被破壞、水土流失、土壤污染等諸多問題，嚴(yán)重影響周邊環(huán)境。

1.1 池浸、堆浸歷史遺留環(huán)境問題

池浸、堆浸工藝，不僅資源利用率低，對環(huán)境的破壞也很大，每生產(chǎn)1t稀土，可破壞地表植被160～200m2，剝離表土300m3，形成尾砂1000～1600m3，產(chǎn)生浸礦廢液1000～1200m3[4]。池浸工藝高濃度氯化鈉浸礦劑的使用，可造成土壤和地下水污染，甚至使土地鹽堿化[5]。池浸、堆浸過程中，硫酸銨參與完反應(yīng)后，仍以銨根、硫酸根離子形式大量存在于反應(yīng)池中，可通過滲濾作用進(jìn)入地下水、河流[6]。

1.2 原地浸礦工藝開采稀土礦引發(fā)的環(huán)境問題

原地浸礦工藝不剝離表土、不開挖礦體，直接通過注液孔將浸礦液注入礦體，從集液溝收集稀土母液，該工藝浸礦后3～5年內(nèi)地表植被基本自然恢復(fù)如初[3]。有學(xué)者認(rèn)為，該工藝基本不破壞農(nóng)田，無尾砂產(chǎn)生，其破壞植被面積為池浸的6%～9%，不易造成水土流失、生態(tài)破壞等嚴(yán)重危害。但實(shí)際上該工藝仍會破壞山體植被、污染水體，并可引發(fā)和加劇地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生[8]。

1.2.1 植被破壞及山體滑坡

原地浸礦開挖注液井、集液溝和人工踩踏會破壞約1/3植被[5]；另外，浸礦液硫酸銨濃度為3%，浸礦開采150～400天，可造成部分地表植被枯死，破壞植被[7]。

原地浸礦過程中，每年均有滑坡事故發(fā)生，其注液工藝、礦體的賦存條件、降雨等都可能導(dǎo)致滑坡，如贛州龍南地區(qū)2006年共有滑坡401個[8]。

1.2.2 水質(zhì)及土壤污染

（1）水體及土壤酸化、氨氮超標(biāo)

土壤硫酸鹽和氨氮超標(biāo)是原地浸礦的主要環(huán)境問題。由于浸礦液直接注入山體，集液方式原始，泄漏現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成土壤中殘留部分硫酸銨；原地浸礦需使用過量的硫酸銨（高于池浸、堆浸的用量），每開采1t稀土氧化物（REO），需注入7～8t硫酸銨溶液，導(dǎo)致礦體中殘留的硫酸銨較高，致使礦山整體酸化、深層氨氮富集，礦區(qū)地表水酸化，土壤酸化；產(chǎn)生的廢水氨氮嚴(yán)重超標(biāo)，高達(dá)3500～4000mg/L，超過作物生長適宜含量的4～6倍。某原地浸礦注液開采1500天后，礦體下游地下水氨氮濃度從注液前的0.16mg/L增至66.2mg/L；如若發(fā)生滑坡，注液井、集液溝、地表工程遭到損壞，則大量浸礦劑外流，加劇污染水體[5、6、9～10]。

（2）稀土和重金屬污染

浸礦后，殘留在土體中的硫酸銨溶液會隨水遷移，并將含礦風(fēng)化帶中殘留的稀土帶入下游水體，污染水質(zhì)。集液溝內(nèi)稀土母液的滲漏液收集不完全，造成稀土元素的流失，也污染了水體及土壤。

離子型稀土礦浸出液含有Cd2+、Pb2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+等重金屬離子，在雨水淋溶作用下，可將稀土和重金屬離子帶入下游水體，若集液溝防滲不當(dāng)，含重金屬和稀土的廢液可能污染地下水和土壤，此外，南方土壤多呈酸性，低pH值會加劇重金屬的溶出和毒性，銨根離子與稀土離子交換吸附的同時(shí)會將礦土中重金屬活化，流入水體，污染水和土壤[6、11～13]。

1.2.3 尾礦砂的產(chǎn)生

原地浸礦工藝每生產(chǎn)1t稀土產(chǎn)品產(chǎn)出的尾礦比池浸工藝約少220t，坡溝谷底仍會淤積大量泥沙[14]。截至2011年，贛州市稀土尾礦砂累計(jì)存量1.9×109t，毀壞地表面積累計(jì)116km2，尚未治理礦區(qū)面積101km2。尾砂地殘留的硫酸銨易隨水土流失進(jìn)入水體，造成氨氮和硫酸根污染，此外，稀土礦區(qū)土壤中稀土含量較高[15]。

1.3 礦山廢棄地大量留存

礦山開采后遺留了大量的礦山廢棄地。就贛州市而言，稀土開采污染遍布贛州市18個縣（市、區(qū)），涉及廢棄稀土礦山302個，遺留尾礦1.91億t[16]。

2 土壤污染修復(fù)技術(shù)

2.1 礦山土壤主要修復(fù)技術(shù)

目前國內(nèi)礦山污染土壤修復(fù)技術(shù)主要有[17]：1）物理工程修復(fù)：采用客土、換土、淋洗法等，物理工程措施適應(yīng)性廣、處理效果較為顯著，但投資大，僅適用于小面積的重污染土壤修復(fù)；2）化學(xué)修復(fù)：加入土壤改良劑，改變重金屬在土壤中的存在狀態(tài)，降低其生物有效性和遷移性。該法易于實(shí)施，但改良劑會與污染土壤中物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)；3）植物修復(fù)：通過植物及其根際微生物的吸附、降解、固化等作用，對污染土壤進(jìn)行修復(fù)，具有成本低、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)[18]。植物修復(fù)有植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定三種類型，其中，植物提取是最徹底、最有發(fā)展?jié)摿Φ?，該技術(shù)通過超累積植物超量吸收重金屬，并將其轉(zhuǎn)移到地上部，收獲植物、回收重金屬。目前發(fā)現(xiàn)的超積累植物主要有[19～22]：Pb超積累植物東南景天；Cd超積累植物：東南景天、龍葵等；As超級累植物：蜈蚣草、大井口邊草；Zn超積累植物：雙穗雀稗、東南景天、寶山堇菜、土荊芥、香根草等，以及Mn超積累植物商陸，此外百喜草可富集Cu；4）聯(lián)合修復(fù)技術(shù)：一般來說，采用物理或化學(xué)與植物的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)比單一的修復(fù)技術(shù)具有更好的效果。

2.2 離子吸附型稀土礦區(qū)土壤主要修復(fù)技術(shù)

目前國內(nèi)的離子吸附型稀土礦歷史遺留廢棄地的修復(fù)，主要采取工程措施與植物措施相結(jié)合的方式，包括排水工程、整地工程、植被恢復(fù)工程和護(hù)坡工程，栽植喬、灌、草等植被。原地浸礦工藝在施工期要做好排水工程、植被恢復(fù)工程，在采礦后要進(jìn)行整地工程（回填、平整）和植物修復(fù)，也可同時(shí)結(jié)合物理、化學(xué)措施聯(lián)合修復(fù)[18、23]：1）工程措施：建立擋土墻、攔渣壩、修建梯田等，采用客土、覆土法修復(fù)小面積土壤；2）物理改良：加入固化劑（工業(yè)礦物、石灰、粉煤灰、水泥等）改變土壤理化性質(zhì)及稀土元素的遷移和生物有效性；3）化學(xué)改良：加入化學(xué)改良劑（石灰、磷石灰、羥基磷石灰等），也可加入重金屬螯合劑、表面活性劑等提高修復(fù)效果，成本相對較低，可以大面積推廣；4）植物修復(fù)：植被修復(fù)是礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的主要內(nèi)容和目標(biāo)。通過利用植物吸收、富集、固定、降解土壤和水體中的污染物并減少或避免水土流失，同時(shí)增加植被覆蓋率。另外，為保持水土、防滲等，礦區(qū)一般采取一定的工程措施，如：礦區(qū)下游修建環(huán)保壩、攔截含氨氮廢水等。

植物修復(fù)的技術(shù)關(guān)鍵是選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境、有較強(qiáng)耐受性的植物（如胡枝子、紫穗槐、刺槐、狗牙根、紫花苜蓿、油桐、香根草、馬塘草、蟣子草等），耐旱、耐貧瘠、根系生長迅速、易于在礦山廢棄地存活的植物，可有效防止水土流失，如根系發(fā)達(dá)的金色狗尾草、馬塘草等[18、24]；同時(shí)選擇能固定或富集重金屬超積累植物（東南景天、印度芥菜、龍葵、蜈蚣草、大井口邊草、雙穗雀稗、寶山堇菜、土荊芥、香根草、商陸、百喜草、海洲香薷、鴨跖草、圓錐南芥等[25]）和稀土元素的超積累植物（柔毛山核桃、山核桃、烏毛蕨芒萁、白算盤子、美洲商陸等[11]）；另外，為改良土壤可選擇綠肥作物[21]。

禾本科和豆科植物是金屬礦區(qū)的首選修復(fù)植物，如狗牙根、百喜草、香根草、馬塘草。百喜草、香根草等對酸性條件、重金屬脅迫有強(qiáng)耐受性，香根草在廣東省樂昌市某鉛鋅尾礦植被修復(fù)中應(yīng)用成功，其根系可達(dá)3～4m，可保持水土、防止滑坡；豆科植物是天然土壤改良劑，也是優(yōu)質(zhì)的生物肥源，如：胡枝子和金合歡、山毛豆、木豆、紫花苜蓿等，沙打旺、胡枝子和苜蓿等在國內(nèi)外礦業(yè)廢棄地修復(fù)中廣為應(yīng)用[18、22、25]。

柳樹也可用于修復(fù)土壤重金屬污染[2]；稀土尾砂含部分微量元素，在黏土含量高的池浸、堆浸區(qū)，通過土地平整、穩(wěn)定化處理后，可種植臍橙、油茶等[16]。原地浸礦結(jié)束后，可回填注液井、采用一孔一株的方法種植林木，如杉木、濕地松，防止水土流失、山體滑坡[16、27]；稀土礦區(qū)土壤銨根離子豐富，適合桉樹生長，其生長周期短、成活率高達(dá)90%以上，同時(shí)種植桉樹還有一定經(jīng)濟(jì)效益（造紙）[28]。

3 離子吸附型稀土礦區(qū)土壤污染修復(fù)對策與建議

由于離子吸附型稀土礦區(qū)除土壤污染問題外，還存在著水土流失、山體滑坡、植被破壞等問題，其土壤修復(fù)首先考慮恢復(fù)植被、保持水土、防止滑坡，然后才能有效治理土壤污染，進(jìn)一步提高土壤肥力、恢復(fù)生產(chǎn)。

我國南方地區(qū)雨熱資源豐富，植物修復(fù)技術(shù)可行、有效。因此，建議離子吸附型稀土礦區(qū)土壤修復(fù)以植物修復(fù)為主、工程措施為輔，在開采期做好防滲、排水工程，建立攔截壩；浸礦后，做好整地工程、回填山體、平整土地、修建梯田等。

宜選擇適應(yīng)稀土礦區(qū)環(huán)境的植物，分散喬、灌、草，林木可利用原地浸礦后的注液井，采用一孔一株的方法種植。1）保持水土：推薦種植杉木、濕地松、桉樹、刺槐、紫穗槐、油桐、狗牙根、香根草、馬塘草、金色狗尾草、蟣子草等；桉樹吸收土壤養(yǎng)分及水分過快，可與其他植物爭奪養(yǎng)分，不建議長期種植；2）土壤污染修復(fù)：可種植柳樹、山核桃、東南景天、香根草、龍葵、百喜草、商陸等；3）培肥土壤：可種植紫花苜蓿、胡枝子等豆科作物；4）土壤環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)后，可種植臍橙、油茶等經(jīng)濟(jì)林。

礦區(qū)周邊農(nóng)田土壤污染則需考慮采取植物修復(fù)法與化學(xué)法聯(lián)合修復(fù)，輔以工程措施，也可結(jié)合農(nóng)藝措施：通過修建梯田、分散種植喬、灌木保持水土，種植超積累植物清除土壤污染、種植綠肥作物提高土壤肥力，可配施有機(jī)肥提高土壤肥力、增強(qiáng)土壤螯合重金屬的能力，增施石灰等調(diào)節(jié)土壤pH值，降低重金屬的有效性等。

4 結(jié)語

南方離子吸附型稀土礦因地理分布、開采方式，導(dǎo)致其產(chǎn)生特殊的環(huán)境問題，也決定了其土壤修復(fù)技術(shù)與其他礦區(qū)有所不同。在原地浸礦開采之初應(yīng)構(gòu)建好工程措施，做好防滲設(shè)施、排水工程，加強(qiáng)監(jiān)管，防止山體滑坡的發(fā)生；在開采后，應(yīng)開展整地工程，盡快種植林草保持水土、提高地力，緩解土壤污染，對于礦區(qū)周邊的農(nóng)田則應(yīng)在植物修復(fù)的基礎(chǔ)上，配合農(nóng)藝措施、化學(xué)法等進(jìn)行修復(fù)，以保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地的安全。