南方离子型稀土的资源和环境保护性开采模式李永绣,张 玲,周新木(南昌大学稀土与微纳功能材料研究中心,江西 南昌 330031)摘 要:南方离子型稀土是我国独有的一类宝贵的中重稀土资源。

其保护性开发及其环境影响一直是人们关注的问题。

在分析和总结近四十年来该类矿床开采过程与资源和环境保护相关的技术进步和存在问题的基础上,提出了实现资源和环境保护性开采的环境工程模式,并对其主要内涵进行了讨论。

目的是为了规范离子型稀土资源的开采提供技术和政策支持。

关键词:离子型稀土;开采;环境和资源保护中图分类号:TD98 文献标识码:A 文章编号:1004 0277(2010)02 0080 06中国南方七省区(江西、广东、广西、湖南、云南、福建、浙江)拥有丰富的离子型稀土资源(或称风化壳淋积型稀土资源)。

虽然其品位不算高,但稀土元素配分齐全,尤其是中重稀土含量高,因而得到国内外的广泛重视。

与包头、四川和山东的稀土资源相比,除了铈含量偏低外,其他元素都比较丰富。

根据其稀土元素配分特点,可分为富钇重稀土矿(例如龙南稀土中含Y2O3>64%,Gd2O3>5 6%,Tb4O7> 1 3%,Dy2O3>7 4%,Er2O3>4 2%,Yb2O3>3 3%, Lu2O3>0 4%)、中钇富铕矿(例如信丰稀土中含Y2O3>24%,Gd2O3>5 9%,Tb4O7>0 6%,Dy2O3> >3 7%,Er2O3>2 4%,Eu2O3>0 9%,Nd2O3> 17%))和轻稀土富铕矿(例如寻乌稀土中含La2O3> 38%,Pr6O11>7 4%,Nd2O3>30%,Eu2O3>0 5%, Tb4O7>0 4%)。

因此,我国南方风化壳淋积型中重稀土资源不论是元素种类还是配分形式都是世界上任何国家无法比拟的[1~8]。

从该类矿床的发现和开采至今已经有40来年的历史。

鉴于该类矿床的特殊性和很高的应用价值,国内的研究单位和高等院校,以及众多的企业都对该类资源的开采和应用技术研究投入了大量的财力和物力,取得了一系列的科技成果。

形成了具有自有知识产权的独特的稀土采选和分离工艺,为我国稀土产业的发展做出了突出贡献。

然而,由于该类矿床为国家保护性开采资源,公开的研究报道不多[1~6],只是到近几年才陆续有一些相关的文章发表[7~14]。

最近,中国工业和信息化部制定了 2009年~ 2015年稀土工业发展规划和 稀土工业产业发展政策。

其主要政策一是要大幅度收紧稀土元素出口,二是对稀土生产企业提出了更高的环保标准。

新的规划和政策的出台,在国内外均引起了震动。

西方舆论认为,中国严厉限制稀土金属的出口,表现出了中国对稀土几乎垄断的姿态,这让欧洲、美国和日本工业界心生忧虑。

因为这些金属大多具有尖端用途,例如生产平板电视、太阳能汽车电池、电动汽车电池和飞机发动机引擎。

而事实上,中国不会完全限制稀土的出口,中国实施削减出口配额政策的目的是要进一步提升中国稀土产业的技术和装备水平,大大减小由于稀土开采的无序而产生的资源浪费和环境污染问题[14]。

这一点,对于南方离子型稀土的开采尤其重要。

本文明确了该类矿床开采过程中与资源和环境保护相关的技术进步和存在的问题,提出了实现资源保护性开采的环境工程模式,并对其内涵进行了讨论。

第31卷第2期2010年4月 稀 土Chinese Rare EarthsVol 31,No 2April2010收稿日期:2009 12 08基金项目:江西省主要学科学术带头人计划项目(2007DD00800)作者简介:李永绣(1962 ),男,江西泰和人,博士,教授,主要从事离子型稀土资源开发,稀土化学与湿法冶金,稀土环保与劳动卫生,稀土微纳米材料等方面的研究。

1 南方离子型稀土开采技术的进步与现状1 1 地质勘探与采矿技术在该类资源发现和开采的初期,江西省地质局908队对龙南和寻乌的典型矿床进行了勘探,获得了许多可贵的数据。

随后扩展到其他县和其他省,并有多元化的勘探队伍加盟。

由于矿床开采速度的加快,地质勘探数据已经满足不了生产的需求。

而且,不同层次的管理机构对所辖矿区的储量数据报告不一[11],这对于矿床开采的规划和管理带来不便。

另一个问题是,资源勘探提供的资源量一般是以全相稀土含量为计算依据的,而生产上对于稀土回收率的计算则主要依靠离子相稀土含量来计算15]。

我们认为,在目前情况下,以离子相稀土含量的测定值[3]为依据要更为合理。

而从长远发展来看,当以回收全相稀土的浸矿方法得以应用之后,则应使用全相稀土含量为依据来进行相关的计算和管理。

南方离子型稀土的矿山开采技术经历了40来年的发展与变迁,已经形成了适合于不同矿床类型的开采技术[6~9]。

从矿床开采方式来分,目前采用的主要有池浸、堆浸和原地浸析三种。

最早在矿山应用的是池浸方式,其主要缺点是需要剥除表层植被,采用人工方式出矿,速度慢,效率低,压矿现象严重,回收率低。

二十世纪九十年代以来,原地浸析技术和堆浸技术得到了应用[16~21]。

其中堆浸方式没有从根本上改变采矿时对植被破坏的!搬山运动∀,对植被的破坏同样比较严重。

但由于采取了机械化作业,其开采效率得到提高。

而且,可以利用地形筑堆,就地浸取,集中收液、集中生产。

对于低品位稀土矿也有良好的浸取效果,能充分利用资源,降低运输成本,使其资源利用率和产量均高于池浸工艺[8]。

原地浸洗技术被认为是最为环保的一种开采方式,它基本不需要破坏植被,不需要移动矿物。

因此,具有显著的环境保护优势,生产成本也低,是目前广为推崇的技术[10]。

该技术在龙南等一些矿体渗透性好和结构简单的矿山得到了推广应用,但在更为广泛的矿区的推广有相当大的难度。

因此,其适应性还有待提高。

由于在对这一技术的宣传上过于夸大其有利的一面而回避了其存在的环境问题,也导致了一些环境事故的发生[23~26]。

1 2 稀土提取技术稀土洗提车间稀土富集技术也经历了几个发展阶段。

随着技术的进步,生产工艺的经济性和环境友好性能都得到了很大改善。

最早应用的是氯化钠浸矿-草酸沉淀法和氯化钠浸矿-萃取分组法,所用的采矿方式是池浸。

这套技术是江西地质局908队和江西有色冶金研究所在发现这一矿床之后首先提出并实施的[1]。

该技术除了池浸方式导致植被破坏和水土流失外,高浓度氯化钠浸矿剂的使用也会使土壤盐碱化。

而且,由于钠离子也进入沉淀,煅烧后产品纯度不够,需要经过水洗才能使纯度达到92%的要求。

这水洗过程不仅降低了稀土收率,也产生了碱性废水。

针对这些问题,江西大学加入了对稀土提取工艺的改进研究,其突出贡献在于率先提出并实施了硫酸铵浸矿-草酸沉淀法提取稀土工艺[2,6]。

该技术首先在龙南稀土矿通过工业试验并得到推广应用。

获国家发明三等奖的!江西稀土洗提工艺∀就是由江西有色冶金研究所、江西908地质大队和江西大学共同完成的。

包括这一矿床的发现,冶炼工艺的提出,提取技术的改善和更新等内容。

如果说氯化钠浸矿法是第一代稀土浸取技术,那么,硫酸铵浸矿法制取混合稀土技术则可以称之为第二代稀土浸取技术,也是目前离子型稀土矿山仍然广泛使用的技术[8]。

随着硫酸铵浸矿技术的广泛推广,氯化钠浸矿技术退出了历史舞台。

在实施和推广硫酸铵浸矿法提取稀土工艺的同时,江西大学提出并实施了碳酸氢铵沉淀法提取稀土工艺,并于1985年在龙南稀土矿完成了工业化试验,达到了技术指标,并申报了国家发明专利[4]。

在该技术中提出的预处理除杂技术十分有效,对于保证产品纯度起着关键作用。

与草酸沉淀相结合,不仅能保证产品质量,而且能减少有毒草酸的使用量,降低生产成本[27,28]。

与此同时,还发展了一些在浸出过程除杂的方法[29~34],在降低消耗,保证产品质量方面起到了重要作用。

基于碳酸稀土在稀土产业链中的特殊地位,江西大学(南昌大学)对碳酸稀土沉淀与结晶技术进行了广泛的研究,相继解决了从南方离子型的低浓度浸出液中用碳酸氢铵沉淀稀土获得结晶碳酸稀土,从分离厂单一稀土和高纯稀土料液中沉淀出结晶良好和纯度高的稀土碳酸盐等技术难题,使该项技术在矿山和分离厂均得到了广泛的推广应用,成为目前稀土工业生产中的主体沉淀技术[35~46]。

在此期间,许多单位也纷纷加入了这一研究行列,加速了该项技术81第2期 李永绣等:南方离子型稀土的资源和环境保护性开采模式的推广[47~50]。

如果说草酸沉淀法是第一代稀土沉淀技术,那么,碳酸氢铵沉淀法则是第二代稀土沉淀技术。

其应用面不仅在矿山企业,而且在分离企业的推广应用面更为广泛。

目前国内碳酸稀土的产量估计有3万吨~4万吨,作为链接后续分离[51]和材料制备[52]的关键产品,对整个稀土生产链的优化和节能降耗产生了巨大的推动作用,其经济价值和环境效益非常高。

例如:碳酸稀土可以不经煅烧就可以用于后续稀土分离(直接酸溶水相进料或与萃取剂直接反应有机相进料)[51]。

不仅避免了使用有毒和价格高的草酸,而且省掉了煅烧费用,大大降低了酸耗,使生产每吨产品的成本可以下降1万元以上,经济和环境效益十分显著。

在未来的发展中,能够与碳酸稀土竞争的沉淀方法可能是氢氧化稀土[53]。

2 南方离子型稀土开采过程中的主要问题从目前的情况来看,稀土提取技术的进步在解决生产过程的环境污染上起到了很好的作用。

然而,采矿技术的不足则是导致上述问题的主要原因。

由于南方稀土矿含量特别低,多是千分之一甚至万分之几,加之多数矿山采用的是池浸法工艺,因此提取稀土时用的土地量非常多,产生的尾矿量相当大。

遇到雨水冲刷山谷,覆盖下游河床与田地,造成水土大量流失、洪涝灾害增加,且污染水源,生态遭到破坏[25]。

尽管原地浸矿技术对于保护植被有很大优势,但是在实施过程中,由于过多强调其优点而忽视了其存在的问题,使实际的效果没有达到期望值,甚至产生了一些严重的环境事故。

我们知道,池浸法对植被的破坏彻底,尾砂的保水性差,水土流失危害大。

但剥离的表土和开挖的矿土堆埋目标明确,便于治理和集中处理。

在原地浸矿技术中,开挖浅槽和人工踩踏也要破坏地面1/3的植被[15]。

开挖的灌液洞一般深1 5m~3m,间距2m~3m,产生的泥沙量是7000m3/公顷。

灌注的硫铵浓度3%,浸泡时间150天~400天[25]。

由于浓度大,时间长,浸矿剂侧渗和毛细管作用使植物根系受损,地表的很多草本植物枯死,使植物生长受到严重的影响,丧失保水功能。

同时,灌液洞过密,浸取液长时间浸泡矿层,导致山体滑坡,尤其是当强降雨导致的滑坡现象,具有不确定性,很容易发生事故性环境问题[25]。

所以看来,原地浸矿表面上似乎比池浸法减少了水土流失。

但随着时间的推移,满山遍坡的灌液洞不断坍塌,造成山体滑坡。