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稀土矿开采:刀尖上的舞蹈

2014-4-23 10:44:36 作者:任会斌

在我国江西、福建、湖南、广东、广西、云南等南方省份的崇山峻岭之间,蕴藏着丰富的离子型重稀土资源,这是我国等少数国家才拥有的特殊稀土矿床,其已经探明的储量占全球已探明离子型重稀土资源的90%以上。

近些年来,南方离子型重稀土矿区普遍采用原地浸矿的工艺开发稀土。对此,稀土业界相关人士在接受记者采访时指出,虽然与过去回收离子型重稀土矿的池浸工艺相比,原地浸矿的离子型重稀土开采工艺在环保指标等方面已经有了长足的进步,但是利用这种工艺开发离子型重稀土资源,容易破坏矿区的地质结构,进而引发山体滑坡。同时,由于矿场设计上存在缺陷,在浸取稀土过程中使用的部分化学药剂也存在泄漏风险。他们呼吁有关部门能对潜在的安全隐患给予重视,并采取有针对性的防范措施。

重稀土战略价值巨大

稀土是宝贵的战略资源,由于其独特的磁、光、电等理化特性,被广泛应用于航空航天、电子信息、核工业、新能源、先进制造等高技术领域,对战略性新兴产业发展具有重要的战略意义。

在赣州稀土矿业有限公司从事安全生产研究工作的黄紫彬等人介绍说,南方的离子型重稀土矿发现于上世纪70年代,它是在化学、风化等自然作用下,由富含稀土元素的母岩先形成稀土离子,然后进入水溶液并被黏土吸附后形成的。与北方的稀土矿富集在一小片矿区里不同,南方的重稀土矿品位低,但是分布区域特别广。例如,在全球重稀土矿分布最富集的江西省赣州市龙南县等地,几乎漫山遍野都分布着离子型重稀土资源。

“稀土是镧、铈、镨、钕、铽、镝等17种元素的总称。”中国稀土学会副秘书长张安文介绍说,“镧、铈等5种稀土元素被称为轻稀土;钪元素一般不与其他稀土元素共生,被称为分散性元素,钷是放射性元素,至今在稀土矿物中还没有发现;铽、镝等其他11种稀土元素被称为重稀土元素。”

自然界中形成的重稀土工业矿床储量很少。张安文告诉记者,重稀土被誉为“稀土之王”,是稀土中的稀缺品种,目前我国探明的离子型重稀土矿储量也只有区区几百万吨,加之主要用于国防等尖端科技领域,所以战略意义比轻稀土更大,而且价格也比轻稀土高出很多。

比如,2012年7月稀土行情最好时,轻稀土中的热门品种镨、钕金属的售价每吨在100万元上下,但是铽、镝重稀土的价格分别为每吨2000万元、1300万元左右,从价格即可看出,轻重稀土在战略价值上相差甚远。

现开采工艺易引发地灾

张安文介绍说,南方的重稀土矿埋藏浅、易开采。过去几十年来,人们不断改进开采方式,探索出了原地浸矿工艺,即在不剥离和开采矿石的情况下,先在含稀土矿的山体上打许多孔洞,然后注入和回收用于浸出稀土元素的化学药剂,进而用化学方法分离出稀土元素。与最初的池浸工艺相比,这种工艺的稀土回收率高,而且开采时也不必剥离矿体和破坏植被,劳动强度也小,方法简单,目前已经广泛使用。

但是原地浸矿、钻孔注液这种工艺的缺点也很明显。张安文说,一般来讲,南方重稀土矿区的地貌属于低山丘陵地形,海拔一般在300米到400米之间,山岭之间的相对高差一般在50米到100米之间。矿区的岩石以风化的花岗岩为主,山体的岩层构造本身就不够坚固。

此外,用原地浸矿工艺开采稀土,需要在富含稀土的矿区山体上打一定数量的注液井。一般情况下,需要在含稀土矿的山体上布置数百个乃至上千个注液井,山体上孔洞多,加上在打孔过程中所产生的震动,会破坏山体内部原本稳定的结构状态,导致山体疏松。

特别是打完注液井后,工人会将大量的浸取液注入山体之中,山体因吸收大量的药剂而变得松软,山体中土壤的黏性也会随着含水量的增加而下降,维持原来山体结构的平衡力量也被破坏,容易引起山体滑坡事故。特别是南方地区降雨充分,在雨水的反复冲刷下,已经“喝饱”了浸取液的矿区山体更容易出现坍塌和山体滑坡现象。张安文说,实际情况也显示,稀土矿区的山体坍塌、滑坡现象多发。

黄紫彬对此曾专门做过研究。他介绍说,在实际生产中,有些生产者为了尽早产生效益,常常会采用加大注入浸取液量的方式来加快出矿速度,注液量的大量增加会加重本已经饱和变松的山体的负担,增加了山体滑坡的概率,江西稀土矿区的一些山体滑坡就是这样产生的,这严重威胁了矿区施工人员和矿区一带居民的生命和财产安全。

工艺处理池存在坍塌风险

一般情况下,注入矿体中的浸取液经过一段时间后,会被回收到循环处理池内,然后再用碳铵或草酸等沉淀剂对浸取液进行处理,进而分离出稀土。

据黄紫彬介绍,在设计采矿场时,为了更好地利用浸取液自身的重力,让其自流,以节省能耗等成本,矿山水冶车间的各类处理池往往沿着矿区山坡,按阶梯式布置,母液池等较早处理工序的池子一般布置在车间地势较高的平台之上,其余工序的处理池则按先后顺序依次向下布置。

以赣南的稀土矿为例,矿山水冶车间一般包括母液中转池、除杂池、沉淀池、溶杂池及配液池等几类工艺处理池。池子数量根据矿山的实际生产规模,数量在几个到几十个不等,单个容积一般在200立方米到300立方米。这些工艺池多为水泥和砖混砌而成,具备一定的抗压能力。但是,在实际生产过程中,水冶车间均为露天作业,处理池大多直接暴露在阳光下,天长日久,风吹日晒,池壁容易开裂。

黄紫彬举例说,假如一个处理池的容量为250立方米,在池子蓄满的情况下,池壁承受的压力是巨大的。一旦池子发生溃壁坍塌现象,两三百吨液体夹杂着土石从高坡流下来,会对下方的人员、设施造成极大威胁。因此,工艺池的坍塌在离子型稀土矿生产过程中也是一个巨大的危险源。

危险化学试剂应用欠规范

危险化学试剂应用欠规范,是南方矿区稀土开发过程中面临的又一大问题。黄紫彬分析说,利用原地浸矿方式开采稀土矿,在清除杂质的环节,采矿企业往往要使用强酸等化学品来回收废渣内残留的稀土,方法一般是先把渣子用强酸溶解,然后重新送入水冶车间进行分离,所用的强酸通常是浓硫酸。

浓硫酸具有极强的氧化性和腐蚀性,同时还具有脱水性、难挥发性等特点,容易对人体造成损害,属于国家严格控制的危险化学品之一。黄紫彬说,部分采矿企业采用金属罐存放浓硫酸,这种金属罐下方往往设有闸阀,使用时将闸阀拧开,浓硫酸就会流出。由于硫酸罐一般放在户外,风吹日晒,容易锈蚀,上面的阀门也往往没有安全控制装置,这些因素均可能导致浓硫酸泄漏事故的发生,存在安全隐患。

另外,按照化学品使用规范,稀释时应将浓硫酸慢慢加入到水中搅拌,否则容易产生溶液沸腾的现象。但是受矿场管理水平和工人素质影响,有些工人对浓硫酸的性质缺乏足够认识,在稀释浓硫酸时,存在将水直接加入浓硫酸中混合的现象,容易造成人员伤害。

开采工艺和操作规程亟待完善

针对南方稀土矿开采存在的安全隐患,接受记者采访的专家和企业人士建议:首先,国家有关部门应加大对南方离子型重稀土矿资源分布勘查的投入,以摸清“家底”和分布情况,从而统一制定开发规划;其次,针对当前采矿工艺存在的不足,建议国家相关部委组织地质科研等部门的科技人员,结合南方稀土矿区的地质情况,进一步改进和完善离子型重稀土矿开采工艺技术;第三,尽快建立和完善矿区规划、工艺流程、生产设施防护等安全规范和标准,安监部门要落实责任,通过组织安全检查等方式,督促企业增强安全生产意识,提高安全生产水平,同时加大对南方矿区非法开采稀土行为的打击力度;第四,对稀土矿山使用的强酸强碱等危险品,有关部门要加强管理,建立资格审批制度,并督促企业建立和落实相关的操作、管理规范,并对相关岗位的操作人员,要进行专门的岗位技能、安全生产意识培训,实行考核上岗。△

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