综述：超越矿石：揭示巴西发展镍农业采矿的潜在机遇

《Science of The Total Environment》：Beyond ore: Unveiling the hidden potential for developing nickel agromining in Brazil

巴西拥有全球第三大镍储量及丰富的超富铁土壤和生物多样性，镍农业开采（agromining）作为可持续资源回收技术受到关注。研究系统综述了巴西镍地质分布、超积累植物探索进展、冶金回收技术及产业化挑战，指出当前缺乏高镍超积累植物（Ni>1wt%）、基础设施不足及政策支持薄弱是主要制约，但有望通过跨学科合作和技术创新实现年超12亿美元的经济价值并促进生态修复。

　　镍（Ni）作为一种关键金属，在全球向低碳技术转型的过程中扮演着重要角色。然而，传统的镍矿开采方式，尤其是通过红土矿开采，不仅对环境造成严重破坏，还伴随着高昂的社会成本。随着对可持续发展和循环经济的关注增加，生物采矿（agromining）作为一种创新技术，正逐渐受到重视。生物采矿利用（超）富集植物从金属含量较高的土壤中提取和回收镍，将金属回收与可持续土地管理和循环经济目标相结合。本文旨在全面评估巴西镍生物采矿的可持续潜力，探讨其在当前社会经济和生态背景下的应用前景。

巴西是全球镍储量第三大国，拥有约16亿吨镍矿资源，覆盖约25,000平方公里的超基性土壤。此外，巴西还拥有超过34,000种本土植物，其中许多具有独特的适应性和潜在的金属富集能力。虽然巴西已经发现了一些镍富集植物，但尚未发现能够将叶片中镍含量提升至1%以上的超镍富集植物（hypernickelophores），这表明需要更广泛的实地调查和大规模标本筛选。在巴西，由于红土矿开采的扩张，森林砍伐和生态系统的破坏也日益严重，许多特有的植物物种仍处于未充分研究的状态。因此，生物采矿不仅是金属回收的替代方案，也是生态恢复和可持续资源管理的重要工具。

在全球范围内，镍的使用历史悠久，最早可追溯至公元前800年，用于武器和货币的制造。大规模工业应用则始于18世纪和19世纪，随着瑞典化学家和矿物学家Axel Fredrik Cronstedt首次分离出镍元素并将其命名为“镍”（nickel），这一名称来源于德语“kupfernickel”（“魔鬼的铜”）。1820年后，Michael Faraday和其同事Stodard创造了首个合成铁镍合金，这一技术后来发展为镍钢合金，成为冶金和国防工业的重要材料。到1902年，加拿大建立了国际镍公司，成为全球最大的镍生产国之一。随着工业化的发展，全球镍产量迅速增长，到2025年已达到每年约3.7亿吨，预计到2050年需求将翻倍。镍在工业中的应用广泛，主要集中在不锈钢制造（约占全球产量的65%）、电池生产（约15%）以及金属合金和电镀等领域。由于其在高温下的高强度、抗氧化性和良好的热、电和磁性能，镍被用于超过30万种产品，包括民用、军事、航空航天、航海和建筑领域。

镍的价格在过去几十年中经历了显著的波动，受到地缘政治、经济和工业因素的影响。例如，在1990年代中期，由于苏联解体和亚洲金融危机，镍出口增加导致价格大幅下跌，低于生产成本。随后，中国对不锈钢的需求激增，以及市场投机和供应限制，使价格在2007年达到历史高点，每吨约5万美元。然而，2008年全球金融危机再次导致需求下降，价格急剧下跌。2010年后，随着电动汽车电池需求的增长，镍价格开始回升，但受到印尼2014年禁止未加工镍矿出口的影响，全球供应受限，价格再次上升。然而，2015年由于中国经济放缓和全球供应过剩，价格又有所回落。2020年至2022年间，新冠疫情对全球生产和物流链造成冲击，而各国经济刺激措施则增加了对金属的需求，特别是用于电动汽车的镍。2022年，乌克兰战争和对俄罗斯镍出口的制裁进一步加剧了市场的不确定性，导致镍价格剧烈波动。截至2025年7月18日，镍的市场价格为每吨约15,227美元，预计2025年可能升至每吨18,000美元。这些价格波动反映了镍供应链对地缘政治的高度敏感性。

巴西的镍开采行业经历了几十年的发展，从一个边缘产业演变为具有全球重要性的行业。1935年至1970年间，巴西的镍开采活动较少，主要集中在戈亚斯州，且缺乏政府激励。进入1970年代，随着军事政权（1964-1985）推行的民族主义和发展主义议程，镍开采活动扩展到新的地区。这一时期，重要的制度性改革包括矿产法的重构和巴西地质调查局（CPRM）的成立。通过与外国资本的战略合作，一些跨国公司进入巴西市场，推动了镍开采的扩张。到1980年代，外国投资占巴西金属矿产开采的44%，标志着该行业的国际扩张。进入1990年代，巴西的镍开采行业进入新的发展阶段，投资增加，生产能力和产量显著提升。例如，1997年，Rio Tinto Zinc启动了Fortaleza de Minas项目，而Anglo American则通过国家经济发展银行（BNDES）的支持，增强了其在戈亚斯州的生产基础设施。许多公司进行了现代化和扩张计划，以提高运营效率并寻找新的矿藏。CVRD（Companhia Vale do Rio Doce）确认了新的镍矿藏，而Codemin则升级了其加工设施。这些努力巩固了巴西在全球镍市场中的地位。

2000年至2010年间，巴西的镍开采活动进一步扩大，已知储量从0.7亿吨增加到8.7亿吨，年产量也从45,317吨增加到59,100吨。采矿活动的空间分布变得更加多样化，扩展到马托格罗索州、帕拉州、米纳斯吉拉斯州和巴伊亚州等地区，以及该国北部、东北部、中部和东南部的其他区域。这一扩张与2000年代初期的全球大宗商品繁荣相呼应，由中国经济和其他新兴国家的快速扩张所驱动，这些国家对金属的需求增加，包括用于钢铁和科技行业的镍。同时，巴西政府通过私有化措施和向大型国内和跨国公司发放采矿许可，进一步刺激了矿业投资。

从2011年到2023年，随着全球能源转型和电动汽车电池需求的增长，巴西的采矿活动继续加强。历史数据显示，采矿活动在中部、北部和东北部地区显著增加，产量和储量较上一个十年翻倍。目前，巴西授权的镍矿开采集中在戈亚斯州（18个许可）、米纳斯吉拉斯州（7个）、巴伊亚州（1个）和皮奥伊州（1个）。此外，大约有6000个勘探申请待审批，尤其是马托格罗索州。巴西的镍开采行业主要由三家大型公司控制：Vale S.A.（On?a Puma）、Anglo American Níquel Brasil Ltda（Barro Alto/Codemin）和Atlantic Nickel，这三家公司的产量占全国的99.98%。一些巴西矿场由于丰富的低碳水电资源，其生产成本低于全球平均水平，使其在可持续性方面具有优势。

巴西拥有大量镍矿藏，主要分布在北部、东北部和中部地区。其中，Jacaré（帕拉州，Anglo American）、Santa Rita（巴伊亚州，Atlantic Nickel）、Vermelho（帕拉州，Horizonte Minerals）和On?a Puma（帕拉州，Vale S.A.）是最大的镍矿藏之一。Jacaré的储量为306.6亿吨，含镍量为1.28%；Santa Rita的储量为255.1亿吨，含镍量为0.54%；Vermelho的储量为148.9亿吨，含镍量为1.05%；On?a Puma的储量为134.0亿吨，含镍量为1.47%。此外，Horizonte Minerals还控制着Araguaia项目（帕拉州），储量为132.3亿吨，含镍量为1.26%。巴西的镍矿藏不仅具有经济价值，也对生态研究具有重要意义。

巴西的超基性土壤是镍生物采矿的重要资源。超基性土壤是由超基性岩（如橄榄岩、辉石岩和蛇纹岩）风化形成的，通常含有高浓度的镍、铬、钴、铁、锰和镁。尽管超基性土壤仅占地球表面积的不到3%，但它们在全球范围内的分布广泛，尤其是在温带和热带地区。巴西的超基性土壤覆盖约25,000平方公里，其中许多土壤的镍含量异常高。例如，在尼夸兰迪亚（Niquelandia），土壤中可提取的镍浓度约为225毫克/千克，总镍含量约为9600毫克/千克，是全球超基性土壤中最高的镍浓度之一。这些高镍含量的土壤为生物采矿提供了理想的条件，尤其是在其自然环境的强烈降水和高温下，金属的迁移和富集更加显著。

然而，巴西的镍生物采矿仍面临诸多挑战。首先，尽管巴西拥有丰富的镍资源和适宜的土壤条件，但尚未发现能够高效富集镍的本土植物物种。其次，由于采矿活动的扩张，许多特有的植物物种正面临灭绝的风险，特别是在米纳斯吉拉斯州的尼夸兰迪亚地区，随着土地利用和覆盖的变化，自然植被面积大幅减少，而农业和畜牧业用地则显著增加。这些变化对超基性土壤中的植物多样性构成了严重威胁。此外，生物采矿的实施还需要解决一系列技术瓶颈，包括如何高效地从植物中提取镍、如何降低加工成本以及如何确保整个过程的环境友好性。

尽管如此，镍生物采矿在巴西仍具有巨大的潜力。通过生物技术的创新，如利用植物进行金属提取、优化冶金工艺以及开发新的回收方法，巴西有望成为全球镍生物采矿的重要参与者。巴西的超基性土壤和丰富的植物多样性为其提供了独特的资源基础，而政府对可持续采矿的重视也为其发展提供了政策支持。例如，国际能源署（IEA）最近宣布了一项2亿美元的基金，用于支持镍勘探和环境、社会及治理（ESG）相关项目，这表明巴西在推动可持续采矿方面正迈出重要一步。

在经济层面，镍生物采矿可能为巴西带来显著的经济效益。通过优化生物采矿流程，巴西有望实现每年超过12亿美元的经济收益。此外，生物采矿还能促进农村就业，支持小规模农户参与可持续的价值链，并为巴西的镍供应链提供额外的保障。然而，要实现这一目标，巴西需要克服一系列障碍，包括基础设施的不足、学术界、工业界和政策制定者之间的合作不够紧密，以及缺乏有效的监管支持。为此，巴西需要长期投资，推动ESG导向的政策，并加强公私合作，以加速镍生物采矿的实施。

从生态角度来看，镍生物采矿不仅有助于金属的回收，还能促进生态恢复和碳封存。例如，采矿尾矿可以通过种植富集植物进行再利用，既可作为金属回收的基质，也可用于生态修复。此外，生物采矿还能改善土壤肥力，减少金属毒性，并控制水土流失。这些生态效益使得镍生物采矿成为一种重要的自然解决方案，有助于实现关键金属安全、气候智能技术和循环经济的目标。

总体而言，巴西在镍生物采矿领域具有巨大的潜力，但同时也面临着诸多挑战。通过加强研究、优化技术、推动政策支持和促进公私合作，巴西有望在镍生物采矿方面取得突破，为全球可持续资源管理做出贡献。这一过程不仅需要科学界的深入研究，也需要工业界的积极参与和政府的有效监管，以确保镍生物采矿在巴西的顺利实施和长期发展。