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金属矿山生态修复关键技术研究进展

2024-10-24 81 上传者：管理员

摘要：矿产资源的开发利用为国民经济发展做出了重要贡献。早期金属矿山开发中存在认识、技术、政策等多层面的问题，导致在矿产开发过程中破坏了地表生态系统，改变了矿区原有生态环境。为了恢复金属矿山生态环境，以广东省为例重点论述了金属矿山分布、矿山生态破坏类型、矿山生态修复模式，结合生态环境、矿山治理、生态修复、生物修复等多维度，从现行成熟技术出发，并结合矿区本土特征，实现矿山生态修复，深入贯彻“绿水青山就是金山银山”的生态理念。

关键词：
地表生态系统
广东省
生态修复技术
矿产资源
金属矿山
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矿产资源的开发利用为国民经济的发展做出了重要贡献。金属矿山，尤其是早期金属矿山在开发中存在认识、技术、政策等多层面的问题，导致在矿产开发过程中破坏了地表生态系统，改变了矿区原有生态环境[1-3]。国内关于矿山生态修复的理论研究起步较晚，各地矿山生态恢复和污染治理工作参差不齐，面临修复技术难度大、可操作性差等问题。

矿山生态修复涉及环境、地质、生态等领域，需要生态环境、矿山治理、生态修复、生物修复相关技术相支撑，专业性强，技术难度大[4]。亟须结合地方实际，形成适用于地方的金属矿山生态修复技术要领。本文以广东省为例进行论述，为科学推进广东省金属矿山生态修复工作，规范矿山生态修复技术方法，细化矿山生态修复业务流程，指导矿山生态修复行业发展提供技术支撑。

1、广东省金属矿山分布

广东省地处欧亚板块与太平洋板块交接处，分布有南岭成矿带、武夷成矿带和粤西-桂东成矿带3条重点成矿区带，成矿地质条件优越，矿产资源禀赋居全国中等水平。据统计，全省共发现矿产151种，其中已查明资源储量的矿产105种，矿产地2 988处。金属矿产探明有15种，主要的矿种有铁矿、铅锌矿、铜矿、钨锡矿、金矿等。铅、锌、钨、锡、银、铌、钽、铷、锗、铊、碲、硫铁矿等矿产资源较为丰富，保有资源储量居全国前列，其中，铅、锌、钨、锡、硫铁矿等为省内优势矿产，具有较好的开发利用基础。

广东省主要矿产分布相对集中，矿种相对丰富且具有一定区域特色。铅、锌、铜、钨、锡、钼等有色金属以及铁、锰等黑色金属主要分布在韶关、河源、梅州、茂名等市。金、银等贵金属以及铌、钽等稀有金属主要分布在肇庆、佛山、惠州等市。清远、韶关、梅州等地在库的金属矿山数量较多，清远主要涉及铅、铁、铜矿，韶关主要涉及铅、铁、钨矿，梅州以铁、铅矿为主。

2、矿山生态破坏类型

矿山开发引发的生态环境问题突出，矿山地质环境改变，持水保肥能力差，缺乏营养元素，导致矿山开采区土壤贫瘠、养分失衡，引起缺水性干旱。矿山采矿以及人类活动影响矿区原有动植物生存环境，生物多样性急剧下降，生态平衡遭到严重破坏。矿山开采活动破坏了区域生态环境，产生固体废弃物等，造成生态环境污染，尤其是金属矿区重金属含量过高，且常常含有硫伴生矿，在氧化条件下形成酸性物质，污染、破坏土壤和植被。此外，金属矿山采、选排放的废水多含金属和硫化物，矿区水土酸化程度高。矿产开采所产生的废矿渣、尾矿等固体废弃物通过淋溶、地表径流和下渗等作用，重金属在酸性作用下经过化学反应向周围水土生态释放有害离子，从而造成地表水、地下水环境的破坏。此外，重金属有毒有害物质又通过排放或径流等迁移，使其污染扩散到矿区周边及下游地区，使得下游水系的土地和植物受到影响。

矿产资源种类、开采方式和类型、生产设备及方法、选冶矿方式、废水废渣中存在的污染物及排放方式等是引发矿山生态破坏的主要因素。根据矿山生态环境破坏类型的主导因素，将矿山生态环境破坏分为六大类。亚类则根据开采的矿种、压占的建构筑物、地质灾害的种类、主要污染物、水资源类型等进行二级划分，大致可分26个亚类，具体如表1所示。

3、矿山生态修复技术要领

矿山一般具有面积大、位置偏、污染严重、破坏周边生态环境等特点，适宜采用“以自然生态恢复为主，工程修复为辅”的方式。矿山系统是一个复杂的生态系统，面对复杂的生态环境破坏问题，亟须创新研发可复制、可推广、成本低、效果好的修复方法和技术[5-6]。当前，主要的修复技术包括以下几种。

3.1 地貌重塑

地貌重塑是矿区修复土地质量的基础，常用措施有削减边坡、剥离表土、平整土地、回填（覆盖）客土等。地貌重塑主要针对的是矿山前期无序开采、矿产矿渣堆压占造成原始地貌破坏严重，场地完整性差，开采后形成裸露的高陡边坡，同时场内废渣堆放无序，土地松散，受降雨影响，地表水冲刷形成冲沟，沟谷分布不均匀且深度不一。为实现矿山生态环境恢复，需对开采区、堆土区和矿山水土流失淤积区等植被破坏裸露区域，依据实际地形进行地貌重塑。同时需根据土地整理区的地形、地貌、土壤等自然因素，按照地块分区，因地制宜平整土地。平整地块内尽可能移高填低，使填挖土方量基本平衡。规划设计时，进行方案比较，并遵循梯坎稳定、占地少、方便快捷的原则，重新塑造与周边景观相协调的新地貌。

表1 矿山生态破坏类型划分表

3.2 土壤重构

根据金属矿区土壤特性，土壤重构常用措施是向表土施用有机肥，种植适宜的先锋植物，在地面形成一层腐殖质层，提高土壤肥力等，形成新的土壤耕作层。总体来说，土壤重构措施包括酸性调理、有机质提升和客土添加3种。金属矿山由于历史无序开采，大部分地区直接出露，土壤A层和B层缺失，pH值一般小于5，有机质质量分数一般小于5 mg/kg，不符合相关土地复垦质量要求，应采取酸性调理和有机质提升2种措施进行土壤改良，或者在满足土源的情况下直接采用客土添加、换土方式。

1）酸性调理。

通过掺入生石灰进行酸性调理，施加量通过式（1）计算：

式中：m为生石灰需要量的数值，单位kg;S为土地面积的数值，单位m2;d为土层厚度的数值，单位m；ρb为土壤密度的数值，单位kg/m3;CCE为离子交换量的数值，单位cmol/kg;SB为盐基饱和度的数值；M(CaO）为生石灰摩尔质量的数值，取0.056 kg/mol。

2）有机质提升。

按相关标准，一般通过施用商品有机肥实现该目标。

3）客土添加。

耕地复垦类添加客土后，先种植绿肥（以豆科植物为主）养护1年，第2年种植花生、红薯等旱生作物，并以秸秆还田等措施提高土壤肥力。

3.3 植被恢复

植被恢复需考虑矿山生态重建的植被适宜性、结构布局合理性和物种多样性，合理配置植物种群组成和结构，重建与周边生态系统相协调的生态系统，保障植物群落持续稳定。

植被恢复技术主要包括直接植被技术和植被重建技术，树种选择应该在考虑抗逆性的基础上，综合考虑优势种与伴生树种相结合，喜光树种与耐荫树种相结合，上层树种与下层树种相结合，生态型树种与景观型树种合理配置，以实现近自然混交，尽量保证群落结构接近天然林。

3.4 土壤修复

修复后用作农用地的，农用地安全利用措施包括农艺调控、替代种植等，其中，农艺调控类技术包括土壤改良、微生物调控、石灰调节、优化施肥、深翻耕，替代种植包括种植重金属低积累作物等。

修复后用作建设用地的，一般的风险管控或修复宜选择性地采用物理、化学修复方法或生物修复方法进行原位固化/稳定化、异地转移、活化吸收、微生物降解地块土壤中的重金属含量，使其恢复到可接受水平。其中，物理修复方法主要包括客土/换土法、电动分离法、热处理法，化学修复方法主要包括土壤淋洗、氧化-还原法、固化/稳定化法。

3.5 水环境修复

金属矿山的水环境修复措施主要包括源头控制、酸性废水治理、矿坑涌水治理。源头控制针对的是重金属矿山酸性废水，可选择原位中和、覆盖处理、钝化处理、固化/稳定化处理及技术组合对产生酸性废水的源头进行必要的控制；酸性废水处理的常规方法有中和法、硫化沉淀法、膜分离法、微生物法和人工湿地法；针对酸性地面基坑水，先使用中和法、硫化沉淀法等工艺处理，达到相应标准后作为再生水进行利用或回灌。

3.6 植被环境修复

1）直接植被技术。

直接植被技术是指在准确预测金属矿山产酸潜力的基础上，通过添加合适的基质改良剂，调控微生物群落，控制土壤酸化，降低重金属毒性，改善土壤的养分状况，再筛选重金属耐性植物并优化它们的配置，实现免覆土的直接植被重建。其优点是成本低，能在较短时间内重新建立植被，并且不破坏其他地方的表土层，不存在二次生态破坏问题；缺点是较依赖重金属耐性植物。该技术适用于已开采的矿山，可以大面积实施应用。

2）植被重建技术。

根据地方气候、地域特点，选择地方先锋植物，植物配置一般分为草本植物、灌木植物、乔木植物、土壤种子库。

4、结束语

金属矿山生态问题可以划分为不同的类别体系，针对矿产资源种类、开采方式和类型、生产设备及方法、选冶矿方式、废水废渣中存在的污染物及排放方式等造成的生态环境破坏等问题，阐述了地貌重塑、土壤重构和植被恢复三大生态修复模式。对于金属矿山土壤修复，根据不同的修复方向和需求，选择性地采用物理、化学修复方法或生物修复方法进行原位固化/稳定化、异地转移、活化吸收、微生物降解地块土壤中的重金属含量，使其恢复到可接受水平。水环境修复措施主要包括源头控制、酸性废水治理、矿坑涌水治理。应结合矿区本土特征，实现矿山生态修复，深入贯彻“绿水青山就是金山银山”的生态理念。

参考文献:

[1]晏闻博,柳丹,彭丹莉,等,重金属矿山生态治理与环境修复技术进展[J].浙江农林大学学报,2015,32(3):467-477.

[2]董文龙,白涛,杨旭,等.矿区生态修复研究[J].环境科学与管理,2016,41(1):146-148.

[3]邹长新,王燕,王文林,等.山水林田湖草系统原理与生态保护修复研究[J].生态与农村环境学报,2018,34(11):961-967.

[4]束文圣,张志权,蓝崇钰.中国矿业废弃地的复垦对策研究(Ⅰ)[J].生态科学,2000,19(2):24-29.

[5]赵鹏,史兴萍,尚卿,等.矿区复垦地土壤改良研究进展[J].农业资源与环境学报,2023,40(1):1-14.

[6]胡振琪,赵艳玲.矿山生态修复面临的主要问题及解决策略[J].中国煤炭,2021,47(9):2-7.

文章来源:田美玲.金属矿山生态修复关键技术研究进展[J].能源与节能,2024,(10):112-114.