污染

智利能否从采矿废料中提取关键矿物?

拥有800多处尾矿堆的智利,正在探索如何提取关键矿物支持能源转型。
<p>2022年,智利北部丘基卡马塔(Chuquicamata)铜矿尾矿堆积如山。这个矿区位于安托法加斯塔(Antofagasta),是世界第二深的露天矿。图片来源:Jon G Fuller / VWPics / Alamy</p>

2022年,智利北部丘基卡马塔(Chuquicamata)铜矿尾矿堆积如山。这个矿区位于安托法加斯塔(Antofagasta),是世界第二深的露天矿。图片来源:Jon G Fuller / VWPics / Alamy

智利正寻求从堆积如山的尾矿中提取关键矿产,但人们担心二次开采或将对周边社区和生态环境造成新的破坏。

所谓尾矿,是矿石开采后遗留下来的碎石与水的混合物,其堆积形态往往如同巨大的碎石坡。目前,智利境内共有836处尾矿堆,主要集中在荒漠区,例如北部阿塔卡马。正是这些丰富的矿产资源,使智利成为全球最大的出口国。

数十年来,当地民众一直生活在这些尾矿堆旁。然而近年来,它们的潜在价值发生了根本性变化:这些废料中可能富含钴和稀土元素等关键矿产,这是电动汽车和可再生能源技术领域不可或缺的组成部分,对能源转型至关重要。以西班牙一处170万吨尾矿为例,去年的一项分析显示,仅稀土元素就可提炼出168吨。

这一前景引发人们对“循环采矿业”(将废料重新纳入生产环节)的期待,有望将全球不断增长的尾矿变废为宝。但环保人士警告,这类再利用可能带来环境污染风险,尤其影响水资源供应。

路易斯·西斯特纳斯(Luis Cisternas)是智利北部安托法加斯塔大学讲师,同时也是位于首都圣地亚哥的高级矿业技术中心(Advanced Mining Technology Center)的研究人员。他表示,尾矿再处理需要大量能源和水,而水在智利沙漠地区尤为关键且稀缺:“最大的挑战将是巨大的用水量。”西斯特纳斯指出,如果管理不够严格,这种工业用水需求可能会与当地社区和脆弱生态系统的水资源需求产生竞争。

尾矿中的“隐形黄金”

去年,芬兰技术研究中心发布了一项对多种稀土元素二次来源的评估报告,包括回收的电子废料和红泥(铝土矿残渣)等。研究认为,尾矿具有最高的开发潜力。

目前,中国在全球稀土元素的开采和加工领域占据主导地位,开采产量约占60%,加工产能则接近90%。除了能源转型技术和电动汽车外,关键矿物也是制造现代军事装备的重要原料。由美国和欧洲主导的多国政府联盟正推动关键矿物供应链多元化,使智利等国家的战略地位显著提升。

什么是稀土元素?

稀土元素是分布于地壳中的17种重金属化学元素。根据美国地质勘探局2024年的估算,全球稀土储量约为1.1亿吨

稀土元素具有相似但独特的化学和物理特性,使其成为众多现代技术的关键材料。例如,被用于核电站反应堆,而则应用于车辆燃料电池。

稀土元素隶属于更广义的“关键矿物”范畴,是现代技术设备的重要原料。例如,关键矿物锂是生产电动汽车电池的核心原料,而镍则用于不锈钢生产。

高级矿业技术中心主任温贝托·埃斯泰·库恩卡(Humberto Estay Cuenca)表示,智利正面临一个良好机遇,有望进一步巩固其矿产供应国地位“但前提是价值提取战略要与社会环境治理方案有机结合”。不过,他也警告,尾矿中矿物含量“偏低”,其经济可行性将是一大挑战。

尽管如此,智利国家地质与矿业局(National Geology and Mining Service,简称Sernageomin)正加大力度组织开发尾矿资源。该机构于去年10月启动了国家地质与矿业灾害观测站。智利国家地质与矿业局的地理学家西尔维娅·阿尔塞(Silvia Arce)担任该项目技术主管。她向对话地球解释说:“我们希望建立一套监测系统,让国家能够对每座矿山的运行状况实现有效管控,如实了解矿山的真实情况。”

每处尾矿堆的矿物组成各不相同,这意味着不存在放之四海而皆准的解决方案。
——路易斯·西斯特纳斯,高级矿业技术中心(Advanced Mining Technology Center)研究员

位于智利中部的“中央河谷矿业公司”(Minera Valle Central)是尾矿再处理的成功案例之一。工人用高压水枪将尾矿重新冲刷成矿浆,再从中回收矿物,其中包括铜和用于钢铁合金的钼。

“提炼出来的矿物质原料重新加工后投放市场。”智利国家地质与矿业局工程师克里斯托瓦尔·卡拉斯科(Cristóbal Carrasco)解释说。他指出,这种水力方式能够避免工人与不稳定的尾矿堆直接接触,从而降低作业风险。

然而,西斯特纳斯也指出,推广这一技术仍是“一项重大挑战”,因为“每个尾矿堆的矿物组成不一样,这意味着不存在放之四海而皆准的解决方案。”

该研究人员警告说,要控制和遏制一切潜在的化学危害,整个过程必须极为严谨:“有时,稀土元素会伴生放射性同位素。如果在缺乏专项研究的情况下尾矿恢复作业,这些放射性物质可能会释放到环境中。”

监管障碍

智利正在制订相关监管制度,以追赶和迎接这个充满发展潜力的新兴产业。目前,关于尾矿项目设计、建设和运营的相关法规正在审议修订中。新规旨在推动尾矿的再处理、再利用和重新安置,并赋予国家地质与矿业局更多检查和管理职能。

“我们的想法是,让任何个人或企业有机会参与尾矿治理,同时保障尾矿堆的物理和化学稳定性。”卡拉斯科解释说。

目前,对一处尾矿堆进行评估,几乎与新建一座矿山需要同等复杂的许可程序,且成本高昂。新法规拟引入“开采型尾矿库”的概念,将单纯的废料堆放与矿物回收这两类情况区分开来。这将有助于简化审批许可流程,降低行政成本,方便中小企业或本地创新主体更容易参与投资。

卡拉斯科表示,迄今为止,冗长的行政程序已拖慢诸多项目的推进。

不过,这些繁琐的手续并未阻止部分试点项目的落地:阿塔卡马大区(Atacama)的矿业社区蒂埃拉阿马里利亚(Tierra Amarilla)已经开展利用尾矿制作砖块的试验。

然而,与铜矿业每年产生数百万吨废料相比,这类资源再利用项目目前占比极小。

废料的威胁

2024年,智利中北部瓦尔帕莱索大区卡维尔多的一座由Las Cenizas公司运营的矿山,凸显了应对这些“废料高山”的紧迫性。该矿尾矿坝发生溃坝,泄漏物污染了附近溪流。固体尾矿渣甚至冲入周边城镇街道,损坏房屋并引发环境警报。2025年,智利环境监管局(Superintendencia del Medio Ambiente,简称SMA)对Las Cenizas进行了罚款

在智利的836处尾矿堆中,约80%处于非活跃或被遗弃状态。根据最新的尾矿处理政策,矿业部正试图通过矿产权研究来确认这些尾矿的所有者。

许多尾矿属于已停业或已注销的公司——其所有者要么失联,要么去世,导致国家不得不全权承担这些尾矿的风险管理工作。这种情况也限制了政府对尾矿堆的安全治理和应对各类风险的能力,例如应对地震造成的物理破坏、酸性排水等问题。(酸性排水是指水与矿物接触后产生酸性物质,从而污染地下水。)

an aerial view of mine tailings dump
2014年,安托法加斯塔大区的塞拉戈尔达(Sierra Gorda)一座已关停的智利硝石(硝酸钾)矿场内的尾矿堆场。图片来源:COLIN Matthieu / Hemis / Alamy

私营部门也能在提升尾矿坝安全方面发挥作用。马里奥·埃斯科瓦尔(Mario Escobar)供职于智利公司的Blue Mining,公司主要业务是优化矿山用水。他告诉对话地球,在铜价处于历史高位的当下,安全投资是必不可少的。但同时,该地区面临的主要挑战是“技术可及性差”,即高昂的实施成本叠加技术基础设施的不足,正在阻碍中小型尾矿企业的发展。

已经有软件公司开发出利用人工智能算法监测尾矿稳定性的工具,可预测地震或暴雨等灾害情况下库区存在的潜在溃坝风险。

数字化监测辅以卫星影像,可精准探测废弃尾矿中微小的湿度变化和堆形变化。这在巡检人员难以抵达的偏远地区尤为有用。

环境隐忧

目前,生活在尾矿附近的居民处于长期缺乏安全感状态,她们既要担心尾矿失稳溃坝,又要担心重新开发带来的风险。

智利环保组织Ecosistemas研究员迈克尔·利伯赫尔(Michael Lieberherr)警告说,堆满废料的区域已沦为环境“牺牲区”。他补充道:“人们担心的不仅是尾矿坍塌,还有那些从未得到治理、长期残留在生态系统中的重金属污染物。”

对话地球还采访了Chadenatur主席曼努埃尔·科尔特斯(Manuel Cortés)。该环保组织主要在智利北部沿海城市查尼亚拉尔(Chañaral)活动,而这座城市长期受到矿业污染侵害。科尔特斯对尾矿开发日益受到关注持谨慎态度,他说:“归根结底,各方的主要兴趣还是开采企业看中的矿产资源。”

对许多居民而言,他们担心所谓的环境修复承诺会被用作重启旧尾矿堆的借口,而潜在的健康影响却未得到充分解决。因为除了向周边环境渗出有害物质外,尾矿扬尘也与呼吸系统疾病有关

2024年发表的一项研究警告称,对尾矿进行再处理可能加剧用水量消耗,同时可能释放有毒物质,从而带来一系列“负面环境影响”。因此,该研究建议持续改进相关技术,并优先采用更环保的方法。

此外,还有经济可行性方面的担忧:去年对西班牙一处尾矿堆的案例分析显示,提取稀土所需的成本,远超其产出价值,难以实现收支平衡。

循环采矿模式有望将昔日遗留的这一历史性环境累赘,转化为新的战略资源来源。

但是,正如科学家所警示的,尾矿再利用是否可行,关键在于确保再处理过程中,不会重演北智利矿业史上那些环境与社会悲剧。

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