离子型稀土矿山“健康诊断”与“疾病治疗”

　　离子型稀土矿山“健康诊断”与“疾病治疗”

　　稀土被誉为“工业的味精”。离子型稀土矿山作为稀土矿的重要类型虽然源源不断地为人类贡献着财富，但是人们对其开发造成的污染则是人类健康的一大威胁。如何精确“诊断”，科学“治疗”，让这健康威胁转换成健康福利是摆在科学工作者面前的课题。

　　稀土的“王国”与“发源地”

　　稀土是国家重要的矿产资源，由镧（La)、铈（Ce)、镨（Pr)、钕（Nd)、钷（Pm)、钐（Sm)、铕（Eu)、钆（Gd)、铽（Tb)、镝（Dy)、钬（Ho)、铒（Er)、铥（Tm)、镱（Yb)、镥(Lu)、钪（Sc）和钇（Y)17种元素组成，其中镧－铕属于轻稀土，钆-镥以及钪和钇属于重稀土。稀土元素都位于元素周期表第III副族，化学性质非常相似，它们是“相亲相爱”的一家人。

　　稀土元素并不“稀”，普遍存在于土壤、岩石和水体中。它们独特的化学、物理性质，特别是磁性和光学特性，使得在现代科技、农业和医学领域“独领风骚”。稀土优异的导热性、高延展性和耐腐蚀性使其广泛应用于高科技（如光盘驱动器、电脑屏幕、相机镜头、通信设备）、清洁能源（如电池、电动汽车、核电站和风力涡轮机中的磁铁）之类的现代工业生产以及汽车（如催化转化器、混合动力汽车、燃料添加剂）或冶金等传统工业生产。此外，稀土元素具有的窄发射能量、长发光寿命、可变磁性和潜在的可调特性，使得镧系元素在荧光成像、医学诊断和治疗中的应用有了非凡的可能性。与此同时，稀土元素在核医学和荧光技术中的新应用仍在如火如茶地研发中。

　　由于稀土在各个领域的应用越来越广，过去30年全球对稀土的需求急剧增加，2020年稀土氧化物需求量达到24万吨，2021年约28万吨。2024年全球稀土需求年增长率将达到8%。中国是世界上最大的稀土生产国，年产量约占全球的60%，其余大部分由美国（15.6%)、缅甸（12.3%）和澳大利亚（7%）提供。

　　神奇的离子型稀土矿

　　全球的稀土矿床，主要有内生和外生两种类型，内生矿床包括碳酸岩型、碱性岩浆岩型、铁氧化物-铜-金型以及热液脉型，外生矿床包括离子吸附型、海滨砂矿型等。离子型稀土矿的

　　学名是风化壳淋积型稀土矿，具体指含稀土元素的各类岩石在经地质历史时期风化后，逐渐淋滤形成的赋存在高岭石等黏土矿物以及砷钇矿等独立矿物中的稀土。这类稀土矿主要产出于花岗岩类风化壳中，如中国赣州离子型稀土矿。

　　赣州离子型稀土资源的开发利用大致经历了五个阶段。萌芽阶段：1983年前，当时只对龙南县足洞和寻乌县河岭两个矿区的稀土进行了探索性开采。开采高峰阶段：20世纪80年代中期开始，受当时“有水快流”和“四轮驱动”发展模式的影响，稀土开采呈“疯狂”的状态，并于1988年达到高峰期，开采工艺以简单的“露采-池浸”工艺为主。萎缩阶段：1991年～1999年，由于市场疲软，稀土价格回落，很多小企业无法正常运营，大部分稀土矿山自动停采。1999年以后进入整顿、整治、整合阶段。赣州市于1999年10月全面实施稀土矿关停整顿，最后由赣州稀土矿业公司统一管理，基本实现从过去的无序开采逐渐转变为规范有序开采。绿色矿山建设阶段：2000年以来，矿山开采造成的环境问题逐渐受到重视，以原地浸矿为主的进步工艺得以推广应用。

　　离子型稀土矿区“健康诊断”

　　离子型稀土开采会导致山体破损、土地毁坏、植被破坏等。采取池浸、堆浸选矿工艺的矿区，开采后的矿山基本被夷为平地，基岩裸露，而在浸出池边尾沙又堆起另一座小山。地表原植被往往荡然无存，座座翠绿的青山转眼成了“黄土高坡”。同时土地资源被破坏，使得土壤肥力减弱或殆尽，几乎没有新生植物。选矿后的尾砂堆积在原地，每当雨季，尾砂淋漓，地表大面积呈沟壑纵横的“红色沙漠”。

　　离子型稀土开采过程中，还会产生大量的渗滤废水、淋滤废水和水冶车间的工艺废水。渗滤废水是在浸矿过程中矿物吸收的水分在浸矿结束后缓慢渗出的废水，主要是由降水产生的，其发生量和时间都是不确定的，与区域降雨量和降雨的季节性有关。渗滤废水和淋滤废水共同特点是水量大、浓度低且不确定。这些废水中含有大量的铵根离子或稀土，少量的重金属离子，pH值呈酸性，一旦进入地表水或地下水后会对水环境造成严重污染，使矿区及周边地区地表、地下水氨氮严重超标，水体富营养化等。我们调查研究发现，氨氮的迁移范围有限，随着距离增加，水体中的氨氮含量呈指数式衰减，其相应的风险也大大减少。

　　矿区表层土壤早期由于堆浸开采，损毁殆尽，裸露的花岗岩风化壳矿体受自然淋滤作用，其中的有机质、氮、磷、钾等营养组分流失严重。而利用硫酸铵原地浸矿开采，导致深层矿体氨氮富集，产生了潜在的生态风险。

　　离子型稀土矿区“疾病治疗”及带来的“健康福利”

　　经过近7年的研发、应用和示范，我国初步形成了一套以原位土壤修复改良和高效安全利用为主的地学解决方案，主要由自主研发的3项关键技术构成：一是地球化学工程与生态袋柔性结构技术，二是天然黏土矿物土壤修复改良结合植被配置技术，三是稀土矿区蓝莓修复技术。以天然黏土矿物和经济作物修复为主的生态修复技术，不仅解决了稀土矿山修复成本高、成效差、无收益的问题，为废弃稀土矿山生态修复提供了一套简单高效、经济实用的技术方法。

　　在废弃稀土矿区进行原位土壤改良和利用蓝莓进行矿山生态修复是一种修复治理技术的创新。蓝莓有“水果皇后”的美誉，富含黄酮类物质花青素，具有提高视力、预防癌症、阻止紫外线侵害皮肤等功效，在欧洲花青素具有“口服化妆品”之誉。2015年至今，

　　专家对足洞基地蓝莓果实中的有益有害物质进行了长期监测。结果显示：足洞蓝莓中富含有益人体健康的钾、钙、铁、锌、氨基酸、花青素、维生素、膳食纤维等营养成分，而铅、镉、砷等有害元素含量远低于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017）的标准。足洞矿集区产出的蓝莓水分充足、酸甜可口、风味独特，是大自然赐予人类可持续利用的“健康福利”。

　　尽管已有研究表明，过量稀土暴露，可能会对人体细胞产生毒性作用，对免疫系统、神经系统等造成损害，但目前对赣州稀土矿集区人体健康风险的系统性研究还比较少，鲜有证据支持稀土对人体有显性的健康效应，未来需进一步关注和深入研究。

　　离子型稀土矿是大自然赐予人类的神奇资源，在开发利用稀土资源的同时，需要搞清楚其有益、有害元素的迁移转化和富集，抑害扬益，充分利用好大自然的馈赠，实现绿色健康可持续发展。

　　摘自《地球》2024年1期