說(shuō)起稀土元素，小伙伴們可能會(huì )感覺(jué)到比較陌生。但你們是否還記得高中化學(xué)課本后面附頁(yè)的元素周期表？是否還對被單獨列在下面的鑭系元素有些許印象？
元素周期表
化學(xué)元素周期表中的鑭系元素——鑭(La）、鈰(Ce）、鐠(Pr）、釹(Nd）、钷(Pm）、釤(Sm）、銪(Eu）、釓(Gd）、鋱(Tb）、鏑(Dy）、鈥(Ho）、鉺(Er）、銩(Tm）、鐿(Yb）、镥(Lu），以及與鑭系的15個(gè)元素密切相關(guān)的元素—釔(Y)和鈧(Sc)共17種元素，稱(chēng)為稀土元素。
稀土元素廣泛用于農業(yè)、航天、電子制造業(yè)、運輸業(yè)和醫療業(yè)等，對高新技術(shù)和經(jīng)濟有相當重要的意義，被稱(chēng)為“工業(yè)黃金”。我國是世界第一大稀土資源國，素有“稀土王國”之稱(chēng)。我國已探明的稀土資源儲量為4300萬(wàn)噸，占世界總儲量的43%，且我國的稀土元素的年產(chǎn)量已經(jīng)占到世界總產(chǎn)量的95%以上。
離子吸附型稀土礦是一種新型稀土礦，礦床中稀土氧化物的重量百分比一般在0.05-0.3之間。這種稀土易為強電解質(zhì)交換而轉入溶液，不需要破碎、選礦等工藝過(guò)程，而是直接浸取即可獲得混合稀土氧化物。其主要分布在我國南方紅壤區，包括江西、湖南、福建、廣東、廣西等省市自治區。
贛南地區是重要的離子吸附型稀土礦區之一，儲量占全國離子型稀土礦的40%左右。該地區從20世紀70年代開(kāi)始采用池浸開(kāi)采工藝，開(kāi)采稀土時(shí)剝離表層土被，對礦體開(kāi)挖，開(kāi)采后的礦山基本被夷為平地，而浸泡之后的棄渣則形成規模龐大的尾礦堆，這種開(kāi)采方式被形象地稱(chēng)為“搬山運動(dòng)”。 池浸工藝每開(kāi)采1噸稀土，要破壞200平方米的地表植被，剝離300平方米表土，造成2000立方米尾砂，每年造成1200萬(wàn)立方米的水土流失。由于原有植被被破壞，尾礦堆中含有酸性較強的化學(xué)物質(zhì)，植物很難生長(cháng)，礦區地表基本荒漠化，即使采礦擾動(dòng)已經(jīng)停止，生態(tài)環(huán)境仍長(cháng)年無(wú)法恢復；加上贛南稀土礦山大部分缺少防治措施，每到雨季便泥流成河，造成極其嚴重的水土流失。
贛南稀土礦區現狀圖
贛南稀土礦區大量的水土流失不僅帶來(lái)了土壤侵蝕、河床抬高、水庫淤塞、大量耕地被沖毀和掩埋等危害，使土壤肥力流失、耕地面積逐漸減少，而且伴隨著(zhù)水沙過(guò)程帶來(lái)了嚴重的污染。由于采礦過(guò)程中使用硫酸銨、碳酸氫銨作為浸礦液置換稀土元素，稀土尾礦堆中含有大量酸性的 NH4 和 SO42- 。在雨水沖刷和地表徑流的作用下，NH4 、SO42- 和泥沙進(jìn)入周?chē)乃w和土壤，使得水環(huán)境和土壤受到嚴重的污染，生態(tài)環(huán)境趨于惡化。
科學(xué)地對稀土尾礦水土流失帶來(lái)的污染問(wèn)題進(jìn)行研究，是治理尾礦環(huán)境的前提。近期，中科院南京土壤研究所梁音研究員課題組在贛南一稀土尾礦區開(kāi)展了相關(guān)實(shí)驗。
科研人員采集和處理了降雨后的徑流和泥沙樣品，分析了礦堆浸出物（NH4 和SO42-）沿水流路徑的分布特征及遷移機制。研究發(fā)現，在礦堆不同的部位（堆頂、堆下沖溝、堆外沖刷區），NH4 和 SO42- 具有不同的分布特征。 NH4 含量由堆頂、沖溝，到堆外沖刷區依次增大，SO42- 含量則由堆頂、堆外沖刷區，到?jīng)_溝依次減少。如下圖所示，在典型的降雨事件中，NH4 和 SO42- 具有不同的遷移機制。NH4 主要隨徑流中的泥沙移動(dòng)，而 SO42- 的主要隨徑流遷移。溶解態(tài) NH4 和 SO42- 的濃度隨徑流距離的增大而降低，而吸附態(tài)均未表現出明顯的規律，但其濃度隨著(zhù)泥沙中細顆粒含量的變化而變化。
示意圖
相關(guān)結果發(fā)表在 Solid Earth 上。在我國南方，這樣的稀土尾礦區可能還有很多，希望這項成果能為我國南方稀土尾礦區土壤侵蝕和土壤污染的防治提供科學(xué)依據，并應用于當地的生態(tài)環(huán)境修復中，再現青山綠水。
來(lái)源：中國科學(xué)院南京土壤研究所
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