离子型稀土原地浸矿废弃地中残存浸取剂与稀土的垂直分布规律研究

发布时间：2020-07-13 18:10

【摘要】：赣南地区作为离子型稀土矿重要产地,矿床不仅数量多、规模大且稀土配分齐全,率先得到有效的开发利用。原地浸矿工艺是离子型稀土开采的第三代工艺,得益于其高效的浸取率、低廉的工程运营成本,在近四十年里得到广泛的推广与应用,但同时,也产生了大量的环境问题。特别是在浸矿后,矿区土壤团粒结构破坏、理化性状改变,导致表层植被难以生长,诱发山体滑坡等问题,矿体残存物质持续进入周边土壤与水体,严重制约了当地社会经济的发展及矿山生态环境保护工作。据此,本论文选取江西省某原地浸矿废弃地为研究对象,调查分析了废弃地中残存浸取剂及稀土垂直分布规律,探讨了残存氮素对边坡防治和矿区环境治理的研究意义,归纳了浸矿后废弃地中稀土配分的特征,以期提高稀土废弃地修复治理及资源的综合利用水平。研究结果如下:(1)离子型稀土原地浸矿废弃地中,氮素的残留量与成土母岩的性质、矿体风化程度和渗透性有关。山脚的残存铵态氮与硝态氮含量高于山顶和山腰区域,铵态氮含量为1.4~119.2 mg/kg,硝态氮含量为0.3~55.1 mg/kg。腐殖层和残坡积层中残留的铵态氮浓度小于5 mg/kg,低于植物正常生长所需量,不适合植被生长,后期植物修复治理需要补充氮肥以改善土壤肥力;在全风化层中的氮素含量呈现随深度的增大而增大的趋势。通过切片图发现矿体中同一部位不同方向上的渗透性是不同的,当该区域风化程度高、渗透性好时,在顶水作业和大气降水淋溶等因素作用下可将大部分的浸取剂带出,残留量少。反之残留量较多。通过对铵态氮含量与硝态氮含量数据拟合,两者间呈现二次函数关系,硝态氮、铵态氮与pH呈负相关,且相关度低。这可能受矿体结构、降雨量、风化程度等多方面的影响。(2)废弃地中硫酸根含量在19.3~50 mg/kg,其空间分布趋势不明显,不同风化层内残留的硫酸根含量差异变化较小。残存的硫酸根是主要为土壤的吸附量。研究区域的腐殖层与残坡积层土壤pH与南方特有的红壤pH值差别不大。随着深度的增加,pH值整体呈下降趋势,采样深度为5米处的pH值为3.24。废弃地土壤粒径以砂粒为主,表明土壤的持水能力变差,其黏附的有机物、离子等营养元素极易流失,引发土壤贫瘠、水土流失及边坡失稳等问题。(3)依据原地浸矿工艺的特点,可利用残存的铵态氮浓度刻画渗流的“优先通道”。并绘制等浓度图直观表达流体进入离子型稀土矿体内部的渗流规律,判断“优先通道”的位置,将它作为一种判据要素,定性分析预测边坡失稳的可能性。结合研究面整个区域判断,从山顶到山脚区域的西面1、2、3点位处发生边坡失稳的概率很大,需要做好相关滑坡预防措施。(4)废弃地中残存稀土及其配分在矿体内部呈现中、强度的空间变异性,空间分布差异性很大,是稀土矿成土母岩、矿层风化程度和浸取稀土再吸附等多种因素耦合造成的。腐殖层和残坡积层稀土元素丰度较高,残存稀土最高浓度达1821.54 mg/kg,属于被丢弃的稀土矿产资源,结合矿体内部残存稀土垂直分布规律,从表层至地下五米处,其含量具备较高的开采潜力。(5)对残存的稀土元素做相关性分析,发现废弃地中的轻稀土与重稀土间呈现明显的负相关,稀土元素间基本呈现中高度相关性。轻稀土元素中除Ce外,都呈现较好的正相关性。通过对废弃地稀土配分研究,发现该矿属于轻稀土选择型的高铈高镧矿,Ce的配分值较原生矿床出现显著增加,稀土配分整体上呈现分馏效应。且对单点样品分析,发现重稀土元素随着深度的增加,其配分整体上呈现下降的趋势。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD955;X53
【图文】：

品位,稀土,变化规律,矿物相

图 1.1 稀土品位随深度的变化规律[1]土矿的开采工艺土矿中的稀土元素 60%~90%以离子相赋存在粘土矿水溶相、胶态沉积相、矿物相的形式存在，且矿物相含量[14,15]。黏土表面的离子型稀土以水合阳离子或羟基在，在水中既不会溶解也不产生水解，因而常规的物理矿，但其遵循着离子交换规律，因此可用电解质溶液将，我国相关科研人员经过长期研究探索，研制开发出以稀土元素为技术核心的三代生产工艺[16]。工艺来源自最早的桶浸工艺，这项工艺最初是人们将露采

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第一章绪论浓度浸取液混合送入下一道工序[18]。因其严重破坏矿区的地形地貌，又被称为“搬山运动”。据资料统计[19]，生产 1 t 的稀土产品要产生 300 m3的表土剥离物，植被破坏面积约 200 m2，形成的尾砂约 1000~1600 m3；浸矿废液 1000~1200 m3，每年矿区土壤沙化及水土流失量1200万m3；这些剥离物土壤理化功能严重破坏尾砂和浸取废液的随意堆排，梅雨时节在雨水冲刷下致使浸取剂及溶出的重金属流入周边农田及水体，造成严重的环境污染和巨大的经济损失。同时该工艺生产时往往“采富弃贫”，资源利用率低；为了降低成本，一般将浸取池建立在山腰位置，产生的剥离物和尾砂就近堆放在山腰下方，导致大面积赋存资源矿块被压占这部分资源也就无法开采利用。

流程图,堆浸工艺,流程图,尾砂

第一章绪论有较好的浸取效果。但其剥离表土、开挖矿体、筑堆浸矿的工序没变，未从根本上解决池浸工艺“采富弃贫”、开挖山体尾砂堆积等问题，因而对环境的影响与第一代工艺相比更严重，产生更多的尾砂和表土剥离物，对矿山生态破坏性更大故在 2003 年，我国停止了综合回收率在 70%以下的堆浸工艺。

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