《Journal of Geochemical Exploration》：Environmental and circular economy-based characterisation of abandoned mine wastes in the Odiel River basin (southwestern Spain)
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西班牙奥迪尔河盆地废弃矿渣的酸生成潜力与高技术金属回收研究，通过采样与理化分析发现硫化物矿渣酸性强但金属含量高，混合废渣环境风险大但回收价值显著，提出环境脱硫与资源回收协同策略，预计可创造9亿美元经济价值并降低80%酸性。
大卫·卡罗-莫雷诺（David Caro-Moreno）|弗朗西斯科·阿贝尔·希门尼斯-坎蒂萨诺（Francisco Abel Jiménez-Cantizano）|洛拉·耶萨雷斯（Lola Yesares）|何塞·玛丽亚·冈萨雷斯-希门尼斯（José María González-Jiménez）
安达卢西亚自治区环境与水资源局，约翰·G·古腾堡街41092号，塞维利亚，西班牙
摘要
奥迪埃尔河流域（西班牙西南部）受到酸性矿井排水严重的影响，这主要是由于长期的密集采矿活动，尤其是在19世纪和20世纪。这一遗留问题导致大量废弃的矿渣散布在整个流域，造成了河流系统的广泛污染。其中许多物质含有具有经济价值的贵金属和高科技金属。本研究评估了几种废弃物的酸生成潜力，并对其回收金属的适宜性进行了初步评估。对24个废弃场所的废弃物进行了详细分析，包括测量其表面积、体积、吨位、酸生成能力（通过酸碱平衡计算）以及33种元素的近似总浓度。尽管原始硫化物矿石的体积有限，但其酸生成潜力最大；而垃圾填埋场中的混合废弃物由于体积庞大，对环境构成的风险最大。经过焙烧的黄铁矿废弃物和灰烬富含贵重金属，根据分析元素的总量，初步估计其总回收价值可达9亿美元。提出采用环境脱硫作为降低酸度并实现金属回收的有效策略，有可能消除与这些废弃物相关的约80%的总酸度。总体而言，研究结果支持采用符合循环经济原则的综合修复和资源回收方法。
引言
奥迪埃尔河流域位于伊比利亚黄铁矿带（IPB）的核心位置，该地区是一个全球重要的成矿带，拥有世界上最大的火山成因块状硫化物（VMS）矿床之一（Sáez等人，1999年；Tornos等人，2000年；Inverno等人，2015年）。自史前时代以来，IPB地区的采矿活动一直时断时续，但在19世纪和20世纪达到了高峰（Carrasco Martia?ez，2000年；Nocete等人，2005年；Sánchez Espa?a等人，2005年；Olías和Nieto，2015年）。由于长期的密集采矿历史，奥迪埃尔流域包含了多个标志性矿区——Riotinto、Tharsis、La Zarza、Sotiel和San Telmo——这些矿区历史上产出了大量的硫化物矿石（Carrasco Martia?ez，2000年；Grande等人，2016年）。这种丰富的矿产资源加上一个多世纪的密集工业开发，使奥迪埃尔地区不仅因其庞大的采矿遗产而闻名于世，同时也因其废弃矿渣（MWs）和酸性矿井排水（AMD）带来的严重环境问题而备受关注（Sainz等人，2003年）。
大量矿渣被遗弃在流域内，大多数没有进行任何形式的环境修复。这些废弃物通常暴露在自然环境中，容易受到风化和侵蚀，其中许多成为持续的酸性矿井排水来源（例如：Galán等人，2003年；Sánchez Espa?a等人，2005年；González等人，2011年；Gallego和Fernández-Caliani，2023年）。由此产生的酸和金属负荷严重影响了整个流域的地表水质（例如：Nieto等人，2007年；Sarmiento等人，2009年；Cánovas等人，2021年；Davila等人，2021年；Cánovas等人，2023a；Moyo等人，2023年）。在水资源需求不断增加且干旱周期愈发频繁的地区，这种水生生态系统和水质的退化尤为令人担忧（Achterberg等人，2003年；Sarmiento等人，2009年；Flores等人，2021年；Moreno-Gonzalez等人，2022年）。
这些环境压力阻碍了水管理基础设施的投资（Olías等人，2011年），并延缓了欧洲水框架指令（WFD，欧盟，2000年）规定的生态和水质标准的落实。实际上，Tinto-Odiel-Piedras河流域实现WFD目标的时间被推迟到了2039年（CAPADR，2023年）。此外，最近通过的欧盟法规（EU）2024/1991（通常称为《自然恢复法》）为整个欧盟设定了具有法律约束力的生态系统恢复目标。虽然该法规没有详细规定矿区恢复的具体措施，但其中包含支持退化景观（包括 former mining areas）修复的条款（欧盟，2024b）。
除了环境影响外，IPB地区的许多废弃矿渣还含有高浓度的贵金属和高科技金属（例如：Figueiredo等人，2019年；Rosario-Beltré等人，2023年；Yesares等人，2023年；Fernández-Caliani等人，2024年）。这种双重特性带来了一个机会：修复工作可以与再加工活动相结合，当金属回收在技术和经济上可行时，应优先采用此类方法。为此，欧盟引入了新的法律框架，以促进采矿废弃物的可持续管理。特别是欧盟法规（EU）2024/1252（《欧洲关键原材料法》（CRMA）鼓励循环经济战略，并明确支持从废弃矿渣中回收关键原材料（CRMs）（欧盟，2024a）。
据我们所知，此前没有研究在流域尺度上同时评估过奥迪埃尔河流域废弃矿渣的酸生成潜力及贵金属的回收潜力。本研究旨在（i）确定流域内各类废弃矿渣的酸生成能力，（ii）对其回收贵金属的适宜性进行初步评估。研究结果有助于制定结合环境修复和战略性资源可持续回收的综合策略。
章节摘录
矿渣的背景
本研究涵盖了奥迪埃尔河流域24个废弃矿场的各种矿渣。所有这些场所目前都在产生不受控制的酸性矿井排水，直接排入自然排水系统，导致严重的环境退化（Olías等人，2023年）。大多数矿场集中在流域的北部地区，中部和东部也有一些矿场，西部仅有一个大型矿场。
材料与方法
在整个研究区域内共收集了371个矿渣样本。在大多数地点，使用反铲装载机进行采样，挖掘深度至少为1米，以去除高度风化的表层并获取较新鲜的物质。在机械无法进入的地方，样本则是手动采集的，通常深度约为50厘米。从坑壁上刮下的物质经过混合处理后，使用干净的塑料容器采集约2公斤的复合样本。
矿渣的面积、体积和吨位
研究区域共考察了24个废弃矿场的171个矿渣处置设施。它们的表面积、体积、堆积密度、吨位和空间分布总结在表1中。评估显示，受采矿影响的土地面积很大，矿渣覆盖了约545公顷。这些残留物的总体积和质量分别为9900万立方米和1.204亿吨。
其中，MWD（硫化物废弃物）是占比最大的类别。
受矿渣影响的面积、体积和吨位估计
研究结果表明，奥迪埃尔河流域存在大量废弃矿渣。如前所述，总质量估计约为1.204亿吨（表1），这一数量几乎是西班牙2021年年矿渣产量的14倍（INE，2023年）。MWD的普遍存在反映了历史上将多种废弃物混合处置的习惯，没有进行分类处理。
结论
本研究首次对奥迪埃尔河流域的废弃矿渣进行了流域尺度的评估，结合了酸生成潜力的评估和对回收贵金属潜力的初步评估。结果显示，两类废弃物对长期环境风险影响最大：（i）富含硫化物但分布范围有限的残留物（例如，原始硫化物矿石和硫化物尾矿），它们具有极高的酸生成潜力；（ii）...
CRediT作者贡献声明
大卫·卡罗-莫雷诺（David Caro-Moreno）：撰写——审稿与编辑、资源收集、方法论、调查、数据分析、概念化。弗朗西斯科·阿贝尔·希门尼斯-坎蒂萨诺（Francisco Abel Jiménez-Cantizano）：撰写——审稿与编辑、资源收集、方法论、调查、数据分析。洛拉·耶萨雷斯（Lola Yesares）：撰写——审稿与编辑、资源收集、方法论、调查。何塞·玛丽亚·冈萨雷斯-希门尼斯（José María González-Jiménez）：撰写——审稿与编辑、资源收集、方法论、调查。
未引用参考文献
EGMASA（环境管理公司，S.A.），2004年
Fontaine和Martin，2015年
Vriens等人，2018年
Wang，2016年
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢编辑Martiya Sadeghi博士、副编辑以及三位匿名审稿人的建设性意见和建议，这些意见大大提高了手稿的质量。
