美国探索利用非传统资源开采关键矿产
美国国会议员罗布·威特曼指出，对关键矿产和稀土元素全球供应链的控制权已成为大国竞争的新焦点。
为应对中国在关键矿产领域的主导地位，该工作组致力于制定相关立法和宣传策略。目前，中国加工着全球约90%的稀土元素、75%的钴以及超过一半的锂，而美国依赖中国的关键矿产也达到了16种。
工作组联合领导人凯西·卡斯特敦促国会迅速行动，支持在关键矿物回收、替代及采矿可持续性方面的创新举措。
在寻求开发新矿区和国际合作的同时，美国也在积极探索非传统的关键矿物资源，包括回收利用和全国范围内10万个废弃矿山的废料再加工等。
美国国家能源技术实验室的首席副主任乔治·格思里解释了其团队如何通过从这些非传统原料中回收关键矿物，来打造美国新的关键矿物供应链。他们的目标是利用那些原本被忽视的材料，在可能清理环境遗留问题的同时，回收关键矿物。
目前，正在研究的非传统资源种类繁多，包括石油和天然气的产水、煤灰、酸性矿井水中的固体以及以往的废物堆等。
类似的工作也在其他地方展开，比如专注于在澳大利亚西部和加拿大探寻铌和稀土元素的勘探公司MTM Critical Metals。该公司首席执行官迈克尔·沃尔什在接受《采矿技术》采访时解释，从粉煤灰或电子废料等废物流中获取关键矿物的潜在国内供应，未来只会变得更有价值。虽然从历史上看，从这些废料中提取金属并不经济，但新技术和应对全球紧张局势的战略转变可能会改变这种状况。
随着需求增长和地缘政治紧张，从矿山尾矿中回收矿物越来越受到关注。今年，瑞典在其Bergslagen地区的矿山废料中发现了包括稀土元素、磷和铁在内的大量重要战略原材料。作为欧盟资助的RAWMINA项目的一部分，西班牙矿业公司Cobre Las Cruces正在测试新技术，以从矿山废料中提取钴、钨、金和银，其中一种方法是利用微生物从岩石中提取金属的生物浸出法。
在美国，密苏里科技大学的研究人员正在牵头从尾矿中提取碲，这种用于太阳能电池板的材料主要是铜矿开采过程中的副产品。该校采矿工程教授Kwame Awuah-Offei解释说，虽然他不认为碲会出现严重短缺，但如果铜矿商不生产碲，那么碲的供应就会不足。
此外，中国在2023年8月限制了用于超级计算机和军事技术的镓和锗的出口，这些材料也主要是从铝土矿和锌矿的加工过程中回收的副产品。在2018年至2021年期间，中国占美国镓进口量的一半以上，这些限制促使美国开展了新的研究和项目。MTM正在与美国莱斯大学合作开展试点项目，从废物流中提取镓和锗，采用其闪烁焦耳加热技术，这是一种既能直接回收关键金属，又能使其更适用于传统酸浸出方法的电化学工艺。同时，密苏里科技大学还从力拓集团获得了资助，用于从铜的提取和提炼过程中产生的副产品中回收关键矿物质的项目。
从油气井中萃取锂元素
Guthrie提到，美国正计划从宾夕法尼亚州的废水中回收锂。鉴于锂已被指定为关键矿物，美国政府设定了到2030年国内全部锂需求实现自给自足的目标。根据宾夕法尼亚州环境保护部的数据，若能有效提取，马塞勒斯页岩气井废水中的锂甚至能满足美国30%-40%的锂需求。
NETL的研究员贾斯汀·麦基表示，实验室中从水中提取锂的效率已“超过90%”。然而，他也坦承，要实现现场应用，还需开发新技术。麦基认为，首要任务是量化马塞勒斯地区乃至全美的资源量，并进行技术经济评估。
Guthrie补充道：“接下来，我们将在全国范围内广泛展开资源特征描述。首份全国勘探报告预计约六个月后发布，并会每年更新。”这包括评估这些非传统原料中稀土元素的潜力。同时，NETL正致力于了解锂提取的环境影响，并着手建设试验设施以开发提取技术。
由美国化石能源和碳管理办公室管理的实验室，其工作虽富有远见，但也面临诸多挑战。加斯里指出，由于非常规资源的规模较小且浓度通常低于常规原料，其经济性“极具挑战”。不过，将锂生产视为“废物的有益利用”或许能在一定程度上降低成本。
煤灰可作为稀土元素的来源
目前，美国超过80%的稀土元素依赖进口。然而，大量稀土元素实际上存在于煤炭废料中，仅在美国就有数十亿吨的储量。犹他大学领导的最新研究显示，在科罗拉多州和犹他州乌因塔煤矿带附近的活跃煤矿中，稀土元素的含量相当高（>200ppm）。这些发现为申请940万美元的联邦资金以继续研究奠定了基础。
MTM还利用其FJH技术成功从粉煤灰样本中提取了稀土元素。一项使用60千克煤灰的研究发现，与传统酸浸法相比，FJH技术能将稀土元素、锂和其他金属的浸出率提高至少50%。该公司表示，将继续与设备设计者KnightHawk和莱斯大学合作，以进一步完善该技术。同时，他们也希望在铝土矿残渣、电子垃圾和锂离子电池上试用FJH技术。
将昨日的废物转化为明日的矿产
从非常规资源中提取关键矿物面临两大挑战：确保充足的原料供应和保持成本竞争力。“我认为，在减轻气候变化影响的社会愿望与主办生产所需矿物和金属项目的意愿之间，总体上存在脱节。”夸梅说道，“我们需要通过政策引导——如提供研发资金或税收优惠——来解决这个问题，以实现绿色转型目标，并确保敌国不会利用供应链来对付我们。”
同样重要的是，无论是采矿、回收利用还是开采非常规资源，都必须以环保的方式进行，并得到经济的认可。加斯里表示：“如果我们考虑在这个国家（美国）发展新的关键矿产供应链，就必须以环保的方式推进。”夸梅补充道，如果美国是认真的，“就必须有补偿生产商的方法”。
在谈到稀土时，Walshe认为技术进步有助于提高环保水平。“这是一个复杂的领域，但由于对关键金属的需求和它可能带来的潜在环境效益，这类技术可以获得大量的补助资金。”即使有技术进步和成本降低，非常规资源也只能满足部分关键矿物的需求。然而，开采矿山废料和副产品仍具有双重优势：既能确保部分国内供应，又能处理遗留废料。
作者：Caroline Peachey
编译自：Mining-technology
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