全球跨学科研究指导矿物供应链的安全可持续扩展

《Environmental Science & Technology Letters》：Global, Interdisciplinary Research to Guide a Secure and Sustainable Expansion of Mineral Supply Chains

　　

跨学科、国际研究合作对于以可持续和负责任的方式扩展有韧性的全球矿物供应链至关重要。研究人员确定了实现这些目标的关键研究需求，这些需求通过尾矿管理和上游工艺创新来解决采矿中的水消耗和污染问题。研究人员还探索了通过将矿山固体废物重新用作建筑材料以及从含水废物流中回收矿物来减少矿山固体废物的方法。引入提高水效率和减少废物产生的新技术将带来权衡取舍，包括可能增加能源消耗。因此，系统分析是探索这些权衡取舍并确定能够将其最小化的创新的重要工具。这些技术将可能影响矿山邻近社区所经历的社会和环境效应。开发和实施传感器网络，以支持对采用这些技术所带来的变化进行基于社区的监测（community-based monitoring, CBM），可以支持社区与矿山之间的对话。最后，能源系统模型可以探索这些变化对采矿业整体环境影响的潜在区域或全球影响。因此，采矿业的创新需要工程师、科学家、社会科学家、政策专家以及学术界、工业界、政府和非政府组织中的其他人之间的合作。发展一条既满足全球矿物需求又维持或恢复环境质量的安全、有韧性的矿物供应链，需要支持和维持各国之间的跨学科合作。

**全球跨学科研究指导矿物供应链的安全可持续扩展——论文解读**

研究背景：随着全球气候危机加剧，能源和交通部门的脱碳需求迫切，这两个部门贡献了全球近一半的温室气体（greenhouse gas, GHG）排放。关键矿物（critical minerals）如铜、稀土元素（rare-earth elements, REE）和锂是许多脱碳技术的基石。据估计，实现气候目标需要超过30亿吨矿物，其中铜、锂和REE产量分别需增加约3倍、近7倍和2倍。然而，传统采矿扩张对水质和水资源可用性构成风险，并产生大量废物，引发社区担忧，导致抗议、诉讼等，使新采矿项目受阻。例如，格陵兰的Kvanefield项目原本可供应全球约9%的稀土氧化物需求，却因社区反对而停滞。因此，亟需开发减少水污染、降低水消耗和削减废物产生的技术，并改善矿山-社区关系，以实现可持续的矿物供应。

研究内容：研究人员在论文中提出一个全球、整体、跨学科的研究议程，旨在实现“安全、有韧性的矿物供应链，在满足全球矿物需求的同时维持或恢复环境质量”这一愿景。研究围绕环境缓解技术、废物增值、社区数据监测和跨尺度系统分析四大领域展开。论文指出，回收利用虽能部分满足需求（如2050年REE的40%），但采矿仍将发挥主要作用，因此必须立即识别和推进相关技术、数据监测基础设施和系统分析方法。该论文发表在《Environmental Science & Technology Letters》特刊上。

关键技术方法：研究人员主要采用以下关键技术方法：过程建模（process modeling）用于解析选矿流程中废物预防、水效率和能源消耗的关联；技术经济分析（techno-economic analysis, TEA）用于评估新兴技术的经济可行性；生命周期评估（life cycle assessment, LCA）用于评估单位采矿产出的环境负担；能源系统模型（energy system models）和综合评估模型（integrated assessment models）用于探索区域和全球影响。在数据监测方面，采用基于边缘计算（edge computing）的传感器网络，结合人工智能（artificial intelligence, AI）算法处理数据，并融合遥感与现场观测进行多尺度环境表征。此外，基于社区的监测（community-based monitoring, CBM）方法被用于促进社区参与和数据共享。

研究结果：

2.1 水消耗与污染

研究人员指出，采矿可通过消耗和污染加剧水不安全。全球约16%的关键矿物矿山位于高水压力地区。尾矿中残余物质的风化会导致有害元素浸出，污染水源。例如，硫化物矿物（如黄铜矿，占全球铜产量的70%）暴露于空气时会产生酸矿排水（acid mine drainage, AMD），导致流域酸化。

2.1.1 尾矿管理

全球每年产生约140亿吨尾矿。尾矿储存设施中的尾矿坝易受气候极端事件和地震影响，且近年溃坝事件增加。尾矿脱水（如通过高效浓密机、真空或压力过滤）可将水回收率提高至85%，并采用干式堆存技术可降低溃坝风险和后续污染。虽然成本较高，但能带来水回收和闭矿场增值等效益。

2.1.2 上游工艺创新

预选矿和矿石分选技术可去除贫矿，且几乎不损失矿物回收率，从而按比例减少下游用水。粗颗粒浮选可改善尾矿排水性，提高沉降和过滤效率。