离子型稀土尾矿深层土壤剖面铵态氮来源与污染特征

作者：禹城站   更新时间：2021-07-08

背景与意义

      随着环境污染形势日趋严重，我国对矿山开采造成的环境污染问题尤为关注[1-2]。离子型稀土矿，又称离子吸附型稀土矿或风化壳淋积型稀土矿，是我国特有的中、重稀土矿产资源，广泛分布于江西、广东、福建、湖南、云南、广西、浙江等南方地区[3]。近年来，原位浸矿技术用于提取南方离子型稀土，形成了许多离子型稀土原位浸矿后的尾矿。离子型稀土开采过程中常采用硫酸铵(NH4)2SO4作为浸矿剂[4]。由于缺乏有效的防渗措施及浸出液收集与处置系统，导致高浓度外源性铵态氮残留于尾矿中，从而改变了稀土尾矿矿山地球化学环境，加剧了生态环境恶化，大量尾矿出现整体酸化、土壤贫瘠、有机质含量下降、铵态氮富集等问题[5-6]。      土壤是铵态氮污染地下水的必经场所，也是铵态氮迁移转化的载体。当(NH4)2SO4溶液进入土壤后，被吸附的稀土离子发生解吸附反应进入土壤溶液，高浓度铵态氮则残留于尾矿土壤层中[7]。当铵离子（NH4+）含量超过土壤容量时，NH4+在自由扩散作用下向土壤深层和地下水进行迁移，破坏了系统的铵态氮平衡[8]。矿山关闭多年后尾矿土壤理化性质仍未得到明显改善，面临土壤重建的问题[9]。此外由于大量铵态氮进入土壤中，产生的高浓度渗滤液经由土壤进入地下水，导致矿区周边水土环境严重污染[10]。因此残留铵态氮处理已成为离子型稀土矿山环境综合治理的关键环节。

拟解决科学问题

      本研究选取江西省赣南足洞矿区典型稀土原位浸矿生产车间尾矿土壤作为研究对象，测定了尾矿矿山不同部位和深度处土壤理化性质和铵态氮的残留量，来回答以下问题：

      1) 描绘原位浸矿过程对矿山土壤中铵态氮残留的影响；

      2) 定量分析尾矿土壤中不同形态铵态氮比例及其分布特征；

      3) 探讨影响尾矿土壤铵态氮迁移及其转化的影响因素。

      1）离子型稀土矿采矿原位浸矿工艺导致尾矿和矿山下游的土壤严重酸化。矿区不同类型土壤pH分别为：pH未开矿 =5.73> pH矿区下游 =4.87> pH淋洗中尾矿土壤 =4.63> pH尾矿=3.90。

      2）离子型稀土矿土壤中不同形态铵态氮比例不同于一般土壤或者污染土壤，其不同形态铵态氮比例分别为水溶态铵（60%）、可交换态铵（35%）和固定态铵（5%）。水溶态铵和可交换态铵是离子型稀土尾矿土壤铵态氮污染的主要形态。

      3）离子型稀土矿未开采矿区土壤铵态氮浓度背景值仅为5-6mg·kg-1，采矿活动结束12年后，尾矿土壤中铵态氮残留量仍达到了60-204.3mg·kg-1，是未开矿土壤铵态氮浓度的12-40倍，具有潜在生态风险。

文章链接：Zhang Q , Ren F , Li F , et al. Ammonia Nitrogen Sources and Pollution along Soil Profiles in an In-Situ Leaching Rare Earth Ore[J]. Environmental Pollution, 2020, 267(10):115449.

DOI：10.1016/j.envpol.2020.115449