伊比利亚黄铁矿带采矿废料资源化潜力评估：基于无人机遥感的存量估算与元素储量分析

《Waste Management Bulletin》：Inventory of the mining wastes located at the Iberian Pyrite Belt (IPB)

本研究针对伊比利亚黄铁矿带（IPB）历史遗留采矿废料环境风险高、资源潜力不明的问题，通过无人机（UAV）遥感技术首次系统估算了12处矿区的废料体积（总量2.33×107 t），并分析了其元素组成。结果显示废料中富含Fe（350万吨）、S（286万吨）及稀土元素（REE，总量989吨），放射性水平与未扰动土壤相当。研究为废弃矿区资源化与循环经济策略提供了关键数据支撑，对矿业废弃物可持续管理具有重要指导意义。

　　

在西班牙西南部与葡萄牙交界处的伊比利亚黄铁矿带（Iberian Pyrite Belt, IPB），长达数千年的采矿活动留下了大量废弃矿渣和尾矿。这些堆积如山的废弃物不仅侵占土地，更因富含硫化物和重金属，长期暴露于风雨中可能引发酸性矿山排水（Acid Mine Drainage, AMD），导致周边土壤与水体污染。尽管该区域被公认为全球最大的块状硫化物矿床分布区，但长期以来，人们对这些废弃物的具体体积、元素储量及其环境风险缺乏系统量化数据，制约了有效治理与资源化利用。

为填补这一空白，来自韦尔瓦大学（University of Huelva）的研究团队在《Waste Management Bulletin》发表论文，首次利用无人机（Unmanned Aerial Vehicles, UAV）遥感技术对IPB区内12处典型矿山的废弃物料堆进行了全面调查。通过高精度三维建模与多元素分析，研究不仅精确估算了废弃物总量，还评估了其中有价金属和稀土元素的回收潜力，为废弃矿区的“变废为宝”提供了科学依据。

研究团队采用无人机航拍结合实时动态定位（Real Time Kinematic, RTK）技术，对Tharsis、Riotinto等12处矿山的废料堆进行测绘，生成数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）和正射影像图，并通过三角不规则网络（Triangular Irregular Network, TIN）计算体积。同时，采集样品后利用X射线荧光光谱（XRF）分析主量元素，电感耦合等离子体光谱/质谱（ICP-OES/MS）测定稀土元素（REE），并采用高纯锗γ能谱仪检测天然放射性核素（如²³⁸U、²³²Th、⁴⁰K）。

结果与讨论

废料体积与质量估算

无人机测绘结果显示，所有矿堆总体积达1.77×10⁷ m³，对应质量约2.33×10⁷吨。其中Cobre Las Cruces矿区的加压浸出废料（CC1）体积最大（3.61×10⁶ m³），而部分矿堆（如CM2、CM3）体积不足10⁴ m³。废料类型包括焙烧黄铁矿、浸出黄铁矿、炉渣、黄钾铁矾池等，其密度差异显著（如炉渣密度达2.16×10³ kg/m³），直接影响质量估算结果。

主量元素储量分析

铁（Fe）、硫（S）、硅（Si）是废料中最主要的元素，总储量分别为350万吨、286万吨和196万吨。其中Sotiel Coronada矿区的焙烧黄铁矿堆（SC1）含铁量达154万吨，具备作为铁颜料或水泥掺料的高值化利用潜力。然而，高硫含量（如SC2堆存160万吨硫）也暗示了AMD风险，需优先防控。

稀土元素分布特征

稀土元素总储量约989吨，以轻稀土（La、Ce、Nd等）为主。San Telmo矿区（ST1）的浸出黄铁矿中稀土储量达402吨，占总量40%以上。尽管当前稀土价格波动较大，但其在电子、磁材等领域的不可替代性仍赋予这些废料显著回收价值。

放射性水平评估

所有样品的天然放射性核素活度浓度（²³⁸U均值为25 Bq/kg，²³²Th为21 Bq/kg，⁴⁰K为224 Bq/kg）与未扰动土壤相当，远低于欧盟豁免限值（1000 Bq/kg for ²³⁸U/²³²Th系列，10000 Bq/kg for ⁴⁰K），表明这些废料无需按NORM（Naturally Occurring Radioactive Materials）类别管理，降低了资源化利用的监管门槛。

结论与展望

本研究通过多技术融合首次实现了IPB采矿废料的精准存量与成分量化，揭示其兼具环境风险与资源潜力的双重属性。针对铁、稀土等高值元素，可发展颜料合成、地质聚合物制备等回收技术；而对高硫废料，需结合覆盖稳定化等工程措施控制AMD风险。未来需进一步开展技术经济评估与中试验证，推动矿区废弃物管理从“末端治理”转向“循环增值”，为全球类似矿区的绿色转型提供范式。