尾矿
| 分类:污染 |
| 污染 |
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在采矿作业过程中，尾矿（英语：tailings，或写为（英语：tails）是把矿石中有价值的部分提炼出来后，剩下不具经济价值的部分（称为脉石）。尾矿与覆盖层不同，后者是覆盖在矿石或矿体上的无用岩石，或是其他材料，它们在采矿过程中未经处理就被移往别处。
从矿石提炼出矿物有两种方法：淘矿，利用水和重力来集中有价值的矿物，或是地下硬岩开采，挖掘含有矿物的岩石，将之粉碎后，再以化学反应或物理方式把所需的矿物提炼。对于后者，通常均须先把矿石粉碎（研磨成细小颗粒）以增进萃取目标元素的效率。这种尾矿系由含细小颗粒的浆液组成，颗粒体积从与沙粒类似，到仅几微米不等。[1]矿场尾矿通常由研磨设备产生，呈浆状，是细小矿物颗粒和水的混合物。[2]
尾矿经常含有重金属、硫化物和放射性物质等有毒物质。储存在由尾矿坝围住池塘中的尾矿特别危险，除有渗流进入地下水的机会之外，当尾矿坝遭意外而发生重大破坏，内含的有毒物质会外泄，造成环境灾难。[3]由于前述及其他的环境问题，尾矿堆和尾矿池经常会受监管。有多种方法可回收尾矿中有经济价值的部分，或者控制或降低尾矿的不良影响。但国际上对此执行不力，有时甚至会发生侵犯人权的情况。为减轻危害风险，联合国在2020年制定有全球尾矿管理行业标准。[4]
术语
[编辑]尾矿也被称为矿场垃圾堆（mine dumps）、立体垃圾堆（culm dumps）、软泥（slimes）、垃圾（refuse）、浸出残渣（leach residue）、浮渣（slickens）或土山 （terra-cone（terrikon｝）。
尾矿范例
[编辑]硫化物矿物开采
[编辑]开采硫化物矿物产生的尾矿，其流出物被形容为“采矿业造成的最大环境负债”。[5]这些尾矿是有价值的铜矿、镍矿以及煤经萃取后所余的残渣，其中含有大量黄铁矿 (FeS2) 和硫化亚铁 (FeS)。这些物质当初埋藏在地下，不会产生危害，但经开采而曝露之后，由于微生物的影响且与空气产生反应，如果管理不善，就会产生酸性矿井排水。
磷矿开采
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为磷酸盐矿加工以生产磷肥，估计全球每年共产生1亿至2.8亿吨磷石膏废弃物。[6]磷石膏除无用处和数量庞大之外，由于其中有天然存在的铀、钍及衰变产物，具有放射性。根据铀市场的价格，从磷石膏中提炼铀，纵然在没其他激励措施（例如减少放射性重金属对环境造成危害的补助）的情况下，也可能会有经济经济利益。
铝土矿开采
[编辑]铝土矿尾矿（也称赤泥）是从铝土矿提炼铝而产生的废弃物。这种尾矿每年约有7,700万吨，是铝矿业的最重大问题之一。[7]
赤泥
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本节摘自《赤泥（即铝土矿尾矿）》。
赤泥（现在更常被称为铝土矿残渣）是在使用拜耳法将铝土矿加工成氧化铝过程中所产生的工业废弃物。其中包含多种氧化物（包括赋予其红色的氧化铁）。全球超过95%的氧化铝经拜耳法所生产，每生产一吨氧化铝，会产生大约1至1.5吨赤泥。 全球在2020年的氧化铝产量超过1.33亿吨，因而也产生超过1.75亿吨的赤泥。[8]
这种尾矿的庞大数量，及其具有的高碱度，如果储存不当，会对环境造成严重危害。因此人们正投入大量精力寻找更好的安全储存和处理法（例如废物利用，提供生产水泥和混凝土的材料）。.[9]
这种材料除称为铝土矿尾矿外，也称为红色污泥或氧化铝精炼残渣（但较少使用）。
煤炭开采
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本节摘自煤矿垃圾。
煤矿垃圾（英语：coal refuse，也称为coal waste, rock, slag, coal tailings, waste material, rock bank, culm, boney, 或gob，[10]）是采煤过程中遗留的残余，通常聚成尾矿堆（tailing piles，或是spoil tips）。每开采一吨硬煤，会留下400公斤废弃物，其中包括一些经济上有部分回收价值的散煤。[11]煤矿垃圾与煤燃烧后的副产品，例如飞灰，并不相同。
成堆的煤炭垃圾会对环境产生严重的负面影响，包括会淋溶出铁、锰和铝残留物和排放酸性矿井排水，经地表径流带入水道，[12]而污染地表水和地下水。[13]这些废弃物堆还可能会自燃，成为火灾隐患。由于大多数煤碳垃圾含有毒性成分，因此不容易透过种植草类植物来进行复育。[14][15]
烟煤垃圾（Gob，为“garbage of bituminous”[16]的首字母缩写）含有普通煤大约4倍的汞（有毒性）和更高的硫分。[4]Culm指的是无烟煤垃圾。[4]
尾矿经济学
[编辑]早期的采矿作业通常不会采取足够的措施预防在矿场关闭后，由尾矿产生的环境危害。[17][18]而现代矿场，特别是在那些具有完善采矿法规的司法管辖区，以及由负责任的矿业公司所经营者，会自负成本把尾矿区复原，以及妥当关闭矿场。例如加拿大魁北克省，不仅要求在采矿活动开始前即须提交关闭矿场计划，还要求业者提供相当于估计复原成本百分之百的保证金。[19]通常尾矿坝是采矿项目中会产生环境问题的最重要项目。[20]
由于尾矿堆具有巨大的表面积，在碳截存方面可能具有经济价值。[21]
环境问题
[编辑]尾矿占矿石的比例，在一些铜矿石中可达90%到98%，对其他（价值较低的）的矿物，可达20%到50%。[22]因开采和加工而释放出来的废弃矿物和岩石会释放有毒金属（砷和汞是两个主要罪魁祸首）、酸排放（通常由硫化矿石经微生物作用形成）或破坏水质而危害依赖清净水维生的水生动物。[23]尾矿池也可能成为酸排放水的源头，因此需要对流经尾矿坝的水做永久监测和处理。当清理矿场而涉及酸排放水时，花费的成本通常是采矿业提出估计的10倍。[24]
尾矿相关灾难
[编辑]对于尾矿池，最大的危险是坝体崩溃，美国最广为人知的溃坝事故是1972年西维吉尼亚州布法罗溪煤炭尾矿坝崩溃事件，造成125人死亡，其他类似事件包括位于新几内亚岛的铜金矿 - 奥克· 泰迪矿场环境灾难，这场溃坝事件也连带摧毁奥克泰迪河的渔业。其他尾矿坝体崩溃造成的灾难还有于2000年发生在罗马尼亚拜亚马雷氰化物泄漏（因坝体崩溃，提炼金矿使用的氰化物随之外泄）和位于匈牙利的阿吉卡氧化铝厂事故（碱性尾矿池坝体崩溃）。
平均而言，全世界每年都会发生一起涉及尾矿坝体崩塌的重大事故。[24]
人权问题
[编辑]尾矿堆积场通常设在乡村地区或是边缘化社区（例如原住民社区）附近。有几个组织涉入（包括联合国）而倡议的全球尾矿管理行业标准（Global Industry Standard on Tailings Management）[25]中建议，“需要制定一个有关人权的尽责查证程序，为那些因尾矿设施或其可能事故而面临最大风险的人做识别风险及克服问题的工作。”[26]
储存方式
[编辑]史上处理尾矿的方式，通常最方便的是直接倒入河中，或是倒入排水道，任其流往下游。但因这些尾矿会在水中沉积，以及其他问题，而必须开始设立尾矿池将之储存。尾矿和废石管理中遭遇有关可持续性挑战是在处置时，使其惰性化，如果无法达成，就让其稳定及封存在固定场所，尽量减少水和能源输入，以及降低废弃物的表面足迹，并寻求其替代用途。[23]
尾矿坝和尾矿池法
[编辑]尾矿池是个被尾矿坝围住的池塘，这些坝体通常使用“在地材料”，包括尾矿本身，算是种堤坝。[1]现代设计尾矿处理者有好几种方式可供选择，具体取决于排放前从矿浆中去除的水量。在某些情况下，除去水分不仅可建立更好的储存方式（例如干叠（dry stacking），见下文），许多矿场都位于干旱地区，将水回收有其益处。但美国国家环境保护局（EPA）在1994年对尾矿池的描述中指出，除非在特殊情况下，否则脱水方法会需要非常高的成本。[1]也有采用在水下储存尾矿的做法。[1]
尾矿池是个储存废弃矿物的区域，废弃物随水被泵入池中，水中固体在此沉降。水池通常用尾矿筑坝围住。[1]估计在2000年，世界上大约有3,500个活跃运作中的尾矿池。[1]把尾矿存在水池中有一定程度的好处，因为它可最大程度减少微细颗粒被风吹到人口稠密地区，让其中有毒化学物对人类健康造成危害。但尾矿池也对环境有害。尾矿池往往具有危险性，因为其外貌形似天然池塘，但通常含有剧毒，当水禽或驯鹿等野生动物来此栖息或饮水，会因此受害。尾矿池用于储存提炼后矿石的废弃物，或是开采沥青砂产生的泥浆。尾矿有时会与皂土等材料混合，形成较稠的浆液，而延缓受污染的水向环境释放。
有许多不同的延伸储存法，包括山谷尾矿池、环形堤坝池、坑内尾矿池和特殊坑尾矿池。[1]最常见的是山谷尾矿池，它利用天然凹陷地形。[1]有时会建造大型土坝，然后把尾矿填入。废弃的露天矿场也可容纳尾矿。在所有情况下，都必须把底层地下水位受污染可能性等的问题列入考虑。除水是这种储存方式的一个重要项目，因为当尾矿加入池中，水位上升后通常会流入排水塔内。这种排出的水可重复使用。一旦储存池填满后，可以表土覆盖并重新植被。如果覆盖层并非不透水材料，将来渗入此储存设施的水分将须不断以抽出方式来排除。
尾矿糊法
[编辑]尾矿糊是针对传统尾矿池处理法的改进做法。传统的尾矿浆由相对低百分比的固体和相对较高的水分组成（对于大多数矿岩开采，固体的通常占比在20%到60%之间），当其在尾矿池中沉降时，固体和液体分离。而使用糊状增稠剂，可增加尾矿浆中固体的百分比，可产生一种水和固体发生最少分离的产品，并以糊状沉降到储存区下层（稠度与牙膏类似）。尾矿糊的优势在于加工厂可回收更多的水，因此这种工艺比传统工艺更省水，而且渗漏的可能性更低。但添加增稠剂的成本通常高于常规工艺，而泵送浆体的成本通常也高于常规工艺，因为通常需要正排量泵（positive displacement pumps）将尾矿从加工厂输送到储存区。尾矿糊工艺在世界多个地方受到采用，包括西澳大利亚州的Sunrise Dam金矿和坦桑尼亚的Bulyanhulu金矿。 [27]
干叠法
[编辑]尾矿并不必一定需要储存在水池中或以泥浆形式输送到海洋、河流或溪流中。有越来越多使用真空或压力过滤器把尾矿脱水的做法，然后将其堆叠。[28]如此做可节约用水，而减少对环境的影响，减少渗漏率、降低所需空间、让尾矿保持密集和稳定的排列并消除采矿结束后必须长期照顾池塘的工作。虽然干叠法有其优点，但购买和安装过滤系统的成本以及此类系统的运作成本（通常涉及电力消耗和滤布等物品的耗用）会因此增加，这些系统通常成本会很高。[29]
地下井储藏法
[编辑]把尾矿放置在废弃的露天矿坑通常是项简单的操作，而送往地下空隙储存的作业就会很复杂。一种现代常见的做法是把一定数量的尾矿与废骨料和水泥混合，制成可用于回填地下空隙和矿坑的产品。对此做法的通用术语是HDPF – 高密度膏体填充（High Density Paste Fill）。 HDPF是种比池塘储存更昂贵的处理方式，但它还有许多其他好处 - 不仅是对环境，而且可通过提供地面应力跨空隙传递的方式，显著提高地下挖掘时的稳定性（而不必绕过），而减缓采矿引发的地震事件（参见澳大利亚塔斯马尼亚州金矿比康斯菲尔德矿难）。
河流弃置法
[编辑]这种做法通称为RTD – Riverine Tailings Disposal。在绝大多数情况，这种做法并非一种适合环保的做法，但在过去被普遍采用，而导致如塔斯马尼亚莱尔山矿业和铁路公司开采铜矿，对金河造成的惊人环境破坏，或者巴布亚新几内亚布干维尔岛潘古纳铜矿产生的河流中毒，导致岛上发生大规模内乱，最终矿场遭到永久关闭。[24]
截至2005年，只有三个由国际公司经营的矿场仍使用河流弃置法：奥克·泰迪矿场（Ok Tedi）、格拉斯伯格矿场（铜矿）[24] 和波尔盖拉金矿，均位于巴布亚新几内亚。在当地采用此法的缘故系由于当地的地震活动和滑坡危险，让其他处置法不切实际，而且危险。
海底处置法
[编辑]通常称为STD（Submarine Tailings Disposal，海底尾矿处置）或DSTD（Deep Sea Tailings Disposal，深海尾矿处置）。使用管道把尾矿输送到海上排放，最终沉入深处。但实际上这不是种理想的方法，因为接近大陆棚边缘的深度通常不够。并且由于海底被尾矿覆盖，可能会造成广泛破坏。[30]控制尾矿密度和温度以防止其长距离移动甚至漂浮到地表也很重要。
巴布亚新几内亚利希尔岛上的金矿就采用这种处置法，环保主义者认为这样做有高度破坏性，而业主则声称无害。[24]
植被稳定法
[编辑]植被稳定法是种植物修复的形式，它使用超富集植物通过长期截存根部附近土壤中的污染物来稳定和控制尾矿。植物可减少风蚀，植物的根部可防止土壤受到水蚀，通过吸附或积累而固定金属，并在根部周围提供一个可沉淀和稳定的区域，而降低污染物的生物利用度，减少牲畜、野生动物和人类与之接触的几率。这种方法在会受风和水传播影响的干燥环境中特别有用。[31]
其他做法
[编辑]人们仍持续致力研究，以找出新的，以及改进既有处置尾矿的方法。 波尔盖拉金矿的研究重点是开发一种把尾矿与粗废矿石，以及废泥结合的方法，以产出一种可储存在地表普通废料堆或堆积场中的产品，而让目前采用的河流弃置法停止。研究仍在进行中。然而，有家英国工程设计公司AFW已经成功设计出共同处置法，由英属哥伦比亚省的Elkview煤矿采用。
利用微生物改造尾矿池
[编辑]在从油砂中萃取石油的过程中，还会产生由水、淤泥、粘土和其他溶剂组成的尾矿。这种固体将在重力作用下成为成熟细尾矿。研究人员Foght等人（1985年）发表的报告说，根据常规的最大可能数法估计，尾矿池中每毫升有103个厌氧异营生物和104个硫酸盐还原原核生物。 研究者对两个尾矿池进行实验，把古菌、细菌和尾矿池释放的气体作分析，显示这些都是产生甲烷的菌种。在越深处，释放的甲烷莫耳 (单位)数实际上会降低。[32]
研究者Siddique (2006年, 2007年) 撰写的报告指出，尾矿池中的产甲烷菌透过厌氧降解来生存和繁殖，可将石脑油的分子量降解为脂肪族化合物、芳香化合物、二氧化碳和甲烷。这些古菌和细菌可降解石脑油，石脑油在炼油过程中被当作废弃物。而降解产物中的脂肪族化合物、芳香化合物和甲烷可用作日常生活中的燃料。换句话说，这些产甲烷菌把废弃物利用系数提高。此外，这些产甲烷菌把尾矿池的成分结构改变，有助于孔隙水流出物重新用于油砂的处理。由于古菌和细菌在尾矿中进行新陈代谢并释放气泡，因此孔隙水可轻松穿过土壤。由于它们加速成熟细尾矿的致密化，让尾矿池能够更快地沉降固体，可更早将之排除。此外，从尾矿中释放出的水可用于炼油加工而减少对水的需求，有助于保护环境，减缓干旱的影响。[33]
再加工
[编辑]随着采矿技术精进和矿物价格提高，采用新方法或更彻底使用旧方法对尾矿进行再加工，以回收更多矿物的情况日益普遍。在1990年代，透过KalTails项目对西澳大利亚州尔古利的大量尾矿堆进行重新加工，而能获利。 [34]
在过去的20年里，几个国家在使用一种南非生产，名为PET4K加工机（PET4K Processing Plan）来修整/改善受污染的尾矿。.[35]
国际政策
[编辑]在2019年巴西布鲁马迪纽尾矿坝事故发生之后，联合国和业界在2020年制定全球尾矿管理行业标准。[4]该计划由联合国环境署 (UNEP)、国际采矿和金属理事会 (ICMM) 和国际金融机构网络负责任投资原则负责召集。[4]
参见
[编辑]参考文献
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外部链接
[编辑]
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- Tailings Info site （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Extox.net （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Submarine Tailings Disposal at the Mineral Policy Institute
- Carbon sequestration in mine tailings （页面存档备份，存于互联网档案馆）
