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我国稀土资源丰富,是世界上最大的稀土生产、应用和出口国。稀土资源的广泛开发与应用,造成部分地区环境中的稀土背景含量较高,从而引起生态环境风险。目前国内外关于稀土采选冶过程中产生的环境污染及生态风险研究相对薄弱,迫切需要系统、深入的研究。包头市稀土资源居世界首位,其白云鄂博铁铌稀土共生矿是目前世界上储量最大的轻稀土矿,但在采矿、选矿以及冶矿过程中产生的大量含有伴生重金属和稀土元素的粉尘以及氟化物,在干燥、少雨、多强风的气候条件下,造成了严重的环境污染,并对当地居民健康构成威胁。包头白云鄂博稀土矿区经过近50年的积累,造成污染物在矿区周围环境的富集,周边居民长期处于高浓度污染物暴露威胁。本研究通过分析稀土矿区污染物的地球化学特征,揭示稀土采选冶过程中造成的环境污染,开展污染物地球化学行为和环境生态风险的综合研究,为稀土尾矿坝区的环境污染整治提供科学依据;并运用尼梅罗综合指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法对稀土矿区土壤中重金属污染进行了评价,筛选出研究区需要重视和控制的污染物和风险因子,从而有助于稀土矿区土壤污染治理和风险管理。本研究主要结论如下: (1)根据白云鄂博混合稀土矿开采工艺过程,识别其可能产生的破坏型生态风险。白云鄂博稀土矿采矿过程中主要产生的破坏型生态风险因子为大面积土地利用类型改变,过程中导致生物量损失、水土流失、地质稳定性、地形地貌、土壤侵蚀、景观破碎等。稀土矿采选冶过程气中重点风险因子为氟化物(HF)、钍铀;稀土矿水中重点生态风险因子为氨氮、硫酸盐、氟化物。采选冶过程中重点废气风险源为硫酸化焙烧烟气,其次为碳酸稀土灼烧烟气。 (2)白云鄂博矿区的采矿活动给白云鄂博矿区的土壤造成了严重的重金属污染。居民主要集中居住在城区,城区的土壤重金属污染程度也很高,对人们居住环境的健康及安全性构成了严重的威胁。白云鄂博矿区Cu、Cd、Cr、Pb、Zn含量均高于内蒙古土壤背景值,以Cd和Cr积累更为严重。矿区和市区Cr和Zn含量相近,而Cd、Cu、Pb含量有差别,尤其是Cd含量差异明显。而Cd、Cu、Pb含量有差别,尤其是Cd含量差异明显,一定程度上也说明了矿区Cd、Cu和Pb与这三种元素来源不同。 (3)潜在生态危害指数法结果表明,整个研究区存在中等程度的生态风险。所有中度风险及以上级别的28个点全部集中在重金属Cd的污染点,表明Cd对生态危害的潜在风险很大,需要高度重视。 (4)研究区域环境空气中TSP1浓度值均低于标准值,且除位于建成区内的白云环保局占标率较高外,其余点位的占标率均较低;研究区域环境空气中氟化物浓度值均低于标准值,白云鄂博稀土采矿区环境空气中氟化物浓度值距离矿区较近区域明显高于距离矿区较远区域,与矿区开采产生的无组织排放废气污染源有关。 (5)市区大气TSP中Cd、Cu、Pb、Zn浓度的最大值、最小值均高于白云鄂博矿区,且算术平均值分别为矿区的14.26、755.70、80.16、15.24倍。与对照点相比,市区Cd、Cu、Pb、Zn浓度分别高出对照点7.65μg·m-3、1970.71μg·m-3、3631.66μg·m-3、444.49μg·m-3,矿区Cd、Cu、Pb、Zn浓度分别高出对照点0.62μg·m-3、2.62μg·m-3、45.11μg·m-3、30.07μg·m-3,市区受到人为干扰产生的污染比矿区严重许多,尤其以Cu、Pb污染最为显著。这可能是由市区与矿区的产业结构所决定的,说明冶炼与加工业对大气TSP中重金属含量贡献较大,采矿与选矿业对大气TSP中重金属含量贡献小于前者。市区各重金属元素的标准偏差值明显大于矿区,则市区不同点位间污染程度差异大,矿区较市区而言,污染程度较平均。这可能由矿区工业较单一,不如市区工业多元化造成的。 (6)自云鄂博稀土采矿区的土壤重金属潜在生态风险等值线分布呈现出采矿迹地(采矿场、排土场、尾矿库)附近综合潜在风险指数数值较高,远处综合潜在风险指数数值低的现象,说明土壤中铅污染物浓度与稀土采矿场、排土场和尾矿库等采矿用地的分布有一定程度的相关关系。