综述：矿物加工中循环水经济的技术现状评述与挑战分析

本综述系统阐述了循环水经济（CWE）框架在矿物加工领域的技术前沿与应用挑战。文章围绕CWE四大原则——减量化（Reduction）、回用（Reuse）、再循环（Recycling）和储存（Storage），深入评述了干法预选、高浓度矿浆浮选、膜分离及管理性含水层补给（MAR）等关键技术，并强调了人工智能（AI）在优化闭环水系统中的重要作用，为高耗水矿业实现水资源可持续管理提供了重要见解。

　　

矿物加工迈向循环水经济：技术现状评述与挑战分析

水是矿物加工的关键投入，既作为工艺介质，也是环境管理的组成部分。随着矿石品位下降和全球金属需求上升，采矿作业的水足迹变得越来越不可持续。仅采矿行业每年估计取水60-80亿立方米，且许多作业位于干旱地区，水资源稀缺并与其它社会需求形成竞争。此外，采矿还造成全球水污染和社会冲突的显著份额。

作为回应，各种水资源管理框架被提出，但大多在线性消费范式下运作，通常是反应性的，且很少减少对淡水输入的系统性依赖。为了突破这些限制，循环水经济（Circular Water Economy, CWE）应运而生，成为一种主动和全面的替代方案。CWE植根于循环经济原则，旨在通过强调闭环用水，侧重于减量化、回用、再循环和储存，来解耦工业增长与淡水依赖。

CWE的实施由四个基本原则指导：

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  减量化：通过重新设计或优化工艺，最大限度地减少淡水摄入需求。
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  回用：在内部以最小化处理程度循环回用工艺用水。
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  再循环：将废水处理到适合工艺回用的水质，实现外循环。
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  储存：通过如管理性含水层补给（Managed Aquifer Recharge, MAR）等方法确保剩余水资源用于未来，增强系统韧性。

这些原则并非互斥，通常协同实施于综合水资源管理策略中。

水耗减量化技术

减少矿物加工中的水耗是实现CWE的有效途径。干法预选技术在湿法研磨前剔除脉石，直接减少了后续水耗高的处理量。相关技术包括磁选、静电分离、干法重力分离和传感器分选等。另一方面，高浓度矿浆作为一种浮选方式，提高了矿浆中的固体浓度，从而在单位矿物产出中降低了水耗。这两种方法都符合更可持续和环境友好的矿物处理方向。

水回用与再循环技术

水回用侧重于在工艺内部以最小处理进行循环，例如通过浓密机和过滤器从尾矿中有效回收水，使其返回工艺流程。水再循环则涉及更深入的处理，使废水达到可回用的质量标准。膜过滤技术（如反渗透、纳滤）和化学水处理（如高级氧化过程、混凝絮凝）在此扮演关键角色，它们能改善回收水水质，使其适用于对水质要求更高的工艺环节。

水储存与系统韧性

储存原则对于长期水平衡和供应稳定至关重要，尤其是在缺水矿区。管理性含水层补给（MAR）是一种有前景的策略，它将处理后的剩余水注入地下含水层储存，在需要时抽取使用，增强了整个水系统的应对干旱和变化气候的韧性。

CWE实施中的见解与权衡

向CWE过渡代表了从传统线性用水模式向再生、高效和韧性系统的范式转变。然而，所评述的每种技术在贡献于CWE原则的同时，其实际实施受到复杂权衡的影响，这些权衡超出了技术性能本身。主要权衡存在于水-能关联（Water-Energy Nexus）、技术经济可行性、以及特定场地的地质冶金学（Geometallurgy）限制之间。例如，某些高效水处理技术可能能耗较高，需要在节水和能耗之间找到平衡点。

研究差距与展望

在实践中，CWE技术面临显著挑战，应被系统性地解决。关键技术障碍包括某些技术的成熟度（Technology Readiness Level, TRL）尚低、高资本和运营成本、复杂水质（如高盐度、残留试剂）对工艺效率和矿物回收率的潜在负面影响、以及特定地理和地质条件下的适用性限制。未来的研究方向应侧重于开发更节能高效的水处理技术、利用人工智能（AI）和大数据优化闭环水系统、进行全面的技术经济与生命周期评估（TEA/LCA）、以及制定支持CWE的政策和法规框架。

总结

本综述识别了能够支持循环水经济实施的潜在矿物加工工艺，并依据CWE原则将其分为减量化、回用、再循环和储存四类进行评述。研究表明，通过整合磁选、静电分离、过滤、浓密、膜分离、化学水处理及MAR等技术，可以系统性地推动矿物加工行业的水资源可持续性。尽管存在水-能关联、经济成本和场地特异性等挑战，但CWE为实现矿业与水资源可持续共生的未来提供了清晰且必要的路径。人工智能（AI）的赋能作用和针对性化学药剂的使用，有望在提升各工艺单元效率、克服实施瓶颈方面发挥越来越关键的作用。