稀有礦物開採方法
稀有礦物（通常被稱為關鍵礦物）在現代技術中發揮著至關重要的作用。鋰、鈷、鎳、稀土元素（REE）、鉭、鈮、鎵和鍺等金屬和礦物是電動車電池、風力渦輪機、太陽能板、電子設備和國防工業的關鍵材料。全球需求的不斷增長使得稀有礦物的開採既具有戰略意義又充滿挑戰，因為許多礦藏分佈分散、品位低或位於敏感環境中。本文將探討稀有礦物常用的開採方法，包括技術、經濟和環境的考量。
1. 稀有礦床的特徵
並非所有稀土礦物都存在於易於開採的「富礦」中。許多稀土元素、鋰或鈷礦床品位較低，需要大量的開採和複雜的加工流程。此外，稀土礦物通常與雜質或其他低價值礦物伴生，增加了分離成本。例如，稀土礦物經常與獨居石或氟碳鈰礦伴生，而這些礦物可能含有大量的放射性元素，例如釷和鈾。這就增加了嚴格廢棄物管理的必要性。
這些特點決定了採礦方法的選擇：露天開採、地下開採、原地浸出、沖積礦開採，甚至從舊礦山尾礦和廢料中提取礦藏，哪種方法更合適。
2. 露天採礦
露天開採是開採大儲量近地表礦床最常用的方法。這種方法廣泛用於開採鎳紅土礦、部分鈷礦床以及某些相對較淺的稀土礦。
露天採礦的優點：
生產效率高，每噸成本相對較低。
– 操作更容易監控和控制。
– 適用於需要大規模生產的大型低品位礦床。
Tantangan:
– 環境影響更明顯：景觀變化、森林砍伐、粉塵、噪音，以及如果岩石中含有硫化物，則可能出現酸性礦山排水。
– 廢棄物堆場和尾礦儲存設施需要大面積的土地。
– 從一開始就需要健全的複墾系統和礦山關閉計畫。
在實踐中，稀土礦物的露天開採通常與選礦過程（破碎、研磨、重力/磁選/浮選）相結合，然後再進入化學精煉階段。
3. 地下採礦
如果礦床埋藏較深，或需要保護地表區域（例如，靠近居民區或保護區），則可採用地下開採。這種方法常用於脈狀礦床或品位較高但礦脈較窄的礦床，包括一些硬岩中的鉭、鈮和鈷礦床。
主要技術：
– 挖填法：適用於陡峭、高品位、不規則形狀的礦床。
– 房柱式：適用於較平坦的沉積層和堅固的支撐岩石。
– 分段崩落法或塊狀崩落法：適用於大型礦床，取決於岩石強度。
Kelebihan：
– 地面佔地面積比露天採礦小。
– 可以更有選擇性地開採高品位礦藏。
凱庫蘭甘：
成本更高，操作更複雜，需要更嚴格的通風和安全措施。
– 地質技術風險，例如落石和氣體爆炸（在特定條件下）。
單位時間內的生產率通常較低。
4. 原地浸出（ISL）和堆浸
有些稀有礦物無需採用傳統方法開採整個礦石即可提取。原地浸出法是將浸出液注入地下礦層，然後將富含金屬的溶液泵送到地面進行處理。這種方法在鈾礦開採中應用廣泛，但目前也正在將其應用於或研究用於其他幾種類型的礦床。
同時，堆浸法是將破碎的礦石堆放在不透水的床上，然後澆注化學溶液以溶解某些金屬。根據礦物組成，也可以用類似的方法從某些礦石和金屬中回收鋰。
優點：
減少了大規模挖掘和重型設備的使用需求。
– 某些存款方式可能降低成本。
風險：
水文地質控制至關重要；有溶液滲漏到地下水的風險。
– 有效性很大程度上取決於岩石滲透性和礦物反應性。
– 必須嚴格進行環境監測和封場，以防止污染物釋放。
5. 從鹽水中開採鋰（Salute 和 Salt Lake）
對於鋰而言，一種特別重要的提取方法是從封閉盆地（例如南美洲的鹽湖）的鹽水中提取。通常，鹽水會被泵入蒸發池，利用太陽熱量蒸發水分，提高鋰的濃度，最終以特定化合物的形式沉澱，然後再提煉成碳酸鋰或氫氧化鋰。
Kelebihan：
– 如果氣候條件有利（炎熱乾燥），營運成本可能會很低。
– 不需要像露天採礦那樣挖掘大型岩石。
主要挑戰：
– 水資源利用及其對當地水資源平衡的影響，包括對生態系和社區需求的影響。
– 加工時間長（數月至數年），因為它依賴蒸發。
– 鹽水化學成分的變化會使純化過程變得複雜（例如，Mg/Li 比高）。
直接鋰萃取（DLE）技術目前正在研發中，該技術利用特定的吸附劑、薄膜或溶劑直接萃取鋰。 DLE技術有望加快鋰生產速度並減少對蒸發池的依賴，但需要更高的投資和技術複雜性。
6. 沖積礦和砂礦開採
沖積/海灘砂礦床（砂礦床）有時會發現獨居石（一種稀土元素載體）、鋯石或錫石等礦物。採礦方法包括疏浚、淺層開挖和重力選礦。
Kelebihan：
– 礦石中硬岩相對較少，因此破碎程度很小。
– 由於礦物密度差異，重力分離效率很高。
凱庫蘭甘：
– 對沉積物、水體濁度以及岸線或河川流量變化的影響非常敏感。
獨居石中潛在的放射性問題需要特殊管理。
7. 從尾礦、採礦廢棄物和都市採礦中提取礦物
由於稀土礦物價值高且儲量稀少，一些非常規的開採方法正逐漸受到關注：例如從舊礦山尾礦、冶煉爐渣或電子垃圾中提取金屬。嚴格來說，這並非傳統意義上的“採礦”，但通常屬於二次採礦的範疇。
曼法特：
減少了開採新礦的需求。
– 透過減少尾礦量來恢復廢棄礦區土地。
支持循環經濟。
Tantangan:
– 材質種類繁多，且可能混有污染物。
– 需要先進的分離技術（濕式冶金、火法冶金或生物浸出）。
環境許可和標準仍然嚴格。
8. 生物浸出與現代濕式冶金
對於許多稀有礦物而言，關鍵不僅在於開採方法，還在於化學萃取方法。生物浸出法利用細菌從硫化物礦物溶解金屬，而濕式冶金則利用酸/鹼溶劑、溶劑萃取、離子交換和選擇性沉澱等方法。
例如，稀土礦物（REE）的精礦生產出來後，逐元素的萃取過程需要經過一連串漫長的溶劑萃取。因此，稀土礦物價值鏈往往更取決於精煉能力，而不僅僅是礦石產量。
9. 安全和環境方面
稀有礦物開採必須注意以下幾點：
– 尾礦管理：防止尾礦壩潰決及控制酸性礦山排水。
– 粉塵和化學控制：尤其是在破碎、研磨和浸出過程中。
– 雜質元素的管理：包括某些稀土礦床中可能存在的放射性。
– 土地復墾與封場：邊坡穩定、植被復育與長期水質監測。
– 社會參與：社區協商、透明度和經濟利益的公平分享。
結論
稀土礦物的開採方法多種多樣，受礦床類型、深度、礦石品位、地質條件以及環境和社會限制等因素的影響。露天開採適用於大規模淺層礦床，而地下開採則具有選擇性高、佔地面積小的優勢，原地浸出、堆浸和鹽水提取等方法在特定情況下也可作為替代方案。未來，結合多種創新技術——例如鋰的直接浸出法、尾礦回收和城市採礦——對於滿足全球需求並減少對環境的影響將變得日益重要。透過周密的規劃、適用的技術和嚴格的環境控制，稀土開採可以更永續，並支持能源轉型和技術進步。
