碱性甘氨酸盐选择性浸出玄武岩尾矿中天然铜的创新方法及其CO2封存潜力

美国能源部资助的研究团队针对玄武岩尾矿中铜资源回收与CO2封存协同需求，创新性采用Na-glycinate碱性溶液选择性浸出技术。实验证实该法可高效提取85%的Cu且不破坏基质矿物结构，理论估算显示全美5亿吨尾矿可封存85.5 MMT CO2并回收价值77亿美元的铜资源，为关键矿产供应与碳中和目标提供双赢解决方案。

　　

在密歇根州基威诺半岛的红色玄武岩层中，埋藏着全球最大的天然铜矿床，这里曾见证从史前到20世纪中叶的铜矿开采热潮。如今，遗留的5亿吨尾矿堆积如山，这些富含铜和镁铁质矿物的废弃物，恰似沉睡的"双面宝藏"——既蕴含美国能源独立所需的关键矿产，又是矿物碳化(Mineral Carbonation)的理想介质。美国国家能源技术实验室(NETL)的研究团队敏锐捕捉到这一独特机遇：能否开发一种环境友好型技术，在提取铜资源的同时保留尾矿的CO₂封存潜力？

研究团队选取基威诺玄武岩尾矿为研究对象，创新性采用碱性氨基酸盐——甘氨酸钠(Na-glycinate)溶液作为浸出剂。通过对比酸浸和氢氧化钠浸出的传统方法，发现甘氨酸盐在pH 10.5条件下展现出惊人的选择性：85%的铜被提取，而钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)等二价阳离子几乎不被溶出。这种"精准打击"源于甘氨酸与铜形成的稳定络合物(NH₂CH₂COO)₂Cu，其logK值高达8.2，远超其他金属-甘氨酸络合物的稳定性。

关键技术包括：1) 来自Gay Stamp Sands的尾矿样本的X射线衍射(XRD)矿物表征；2) 时间分辨浸出实验结合地球化学动力学建模；3) 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析溶液化学组成。

【Basalt Sample Characterization】
XRD分析揭示尾矿主要含钠长石(64.7%)、斜绿泥石(18.7%)和赤铁矿(13.0%)，铜以金属态嵌布于硅酸盐基质中。酸消解数据证实铜含量达1570 ppm，显著高于普通玄武岩。

【Keweenaw Basalt Chemistry】
地球化学模型PHREEQC模拟显示，甘氨酸盐浸出液中铜浓度随时间呈指数增长，24小时达到平衡，而其他阳离子浓度始终低于检测限。这种选择性归因于铜-甘氨酸络合物在碱性条件下的独特溶解性。

【Conclusions】
研究证实每吨尾矿可回收1.57 kg铜，全美尾矿总潜力达0.786 MMT(价值77亿美元)。更关键的是，浸出后尾矿保留完整矿物碳化能力，理论CO₂封存潜力达85.5 MMT。这种"采矿-碳封存"协同技术突破传统资源回收模式，其环境效益体现在三方面：避免强酸浸出的生态破坏、甘氨酸的生物可降解性、以及矿物碳化的永久固碳特性。

该研究发表于《Applied Geochemistry》，为美国关键矿产战略提供创新思路。正如研究者强调，这种"分子级精准采矿"技术可推广至其他含铜玄武岩地区，而保留的镁铁质矿物基质为后续直接空气捕集(DAC)技术提供理想反应介质，实现资源循环与气候治理的双重价值。