绿色采矿可能为净零排放铺平道路

绿色采矿可能为净零排放铺平道路

地球科学部的科学家演示了如何直接从休眠火山下约2公里深处的多孔岩石中提取有价值的金属. 他们提出了这种激进的绿色开采方法,为未来的净零排放提供必要的金属——铜, 黄金, 锌, 银和锂——以可持续的方式.

火山下面的岩浆释放气体,气体上升到地表. 这些气体富含金属. 当压力下降时,气体分离成蒸汽和盐水. 大部分溶解在原始岩浆气体中的金属都集中在稠密的卤水中, 然后被困在多孔的岩石中. 密度越小, 金属耗尽的蒸汽继续上升到地表, 可以形成喷气孔的地方, 就像在许多活火山上看到的那样. 在今天发表的一篇论文中 开放的科学, CQ9电子游戏的科学家们揭示了它是如何被困住的, 地下卤水是一种潜在的“液态矿石”,含有大量有价值的金属, 包括金, 铜和锂, 可以通过深井将液体提取到地表来开发.

他们的模型显示,这些卤水可能含有数百万吨铜. 铜是实现净零过渡的关键金属, 因为它在发电和输电方面的重要性, 和电动汽车. 第一作者 教授乔恩·Blundy, 他说:“零排放将对自然金属资源产生前所未有的需求, 仅靠回收利用是无法满足需求的. CQ9游戏需要考虑用低能耗、可持续的方法从地下开采金属. 火山是一个明显而普遍的目标.’

这篇论文还表明,地热能将是绿色采矿方法的一个重要副产品, 这意味着在井口的操作将是碳中和的. 传统采矿提取金属, 如铜, 从深坑或地下矿山的固体矿石形式,然后需要粉碎和加工. 以铜为例,超过99%的碎石都是废物. 这些地雷对环境有影响, 建造和退役都非常昂贵, 产生巨大的废石尾砂堆, 而且非常耗能和产生二氧化碳.

Soufrière蒙特塞拉特加勒比岛上的山火山自1995年以来一直活跃, 尽管在过去十年中,活动减少了很多. 该岛西海岸(照片右侧)目前正在进行地热能勘探, 包括在2013年钻了两个近3公里深的生产井. 在其中一个井洞的1480米深处采集的岩芯样品中含有富含金属的盐水流体的证据, 以夹杂物的形式出现在石英晶体中. 的数据, 报纸上有哪些报道, 支持在大约2千米深处的盐水透镜中存在这种流体. 蒙特塞拉特是最近的活火山的一个例子,它可能适合卤水开采. 照片由布里斯托尔大学史蒂夫·斯帕克斯提供.

从井中以溶液形式提取金属的前景降低了采矿和矿石加工的成本, Plus利用地热能来驱动运营. 这大大减少了金属生产对环境的影响. 教授乔恩·Blundy, 他说:“世界各地的活火山向大气中释放出大量有价值的金属. 这些金属禀赋中的一些并没有到达地表, 但在大约2千米深的热岩石中被流体困住. 绿色采矿是开采含金属流体和地热能的一种新方法, 以极大地减少传统采矿对环境的影响.’

这项研究是英国和俄罗斯利用火山学进行的国际努力的一部分, 水动力模型, 地球化学, 地球物理和高温实验. 该小组已经从一些深层地热系统(在日本)钻探了岩心, 意大利, 蒙特塞拉特, 印尼, 来证实他们对富含金属的卤水的预测. 教授乔恩·Blundy, 现在由皇家学会的一位研究教授资助,从事火山和绿色采矿的研究, 他说:“绿色采矿是一项科学和工程上的挑战,CQ9游戏希望科学家和政府都能在努力实现零排放的过程中接受它。.’

科学家们说,对火山的地球物理调查表明,几乎每一座活火山和休眠火山都有一个潜在的可开采的富含金属的卤水“透镜”. 这意味着金属勘探可能不会像现在这样局限于相对较少的几个国家(智利), 美国, 秘鲁, 中国, 刚果民主共和国等), 因为世界上到处都是火山.

Cerro Uturuncu是玻利维亚高原上6005米高的火山. 虽然它已经250多年没有爆发过了,000年, 在火山下面大约2千米深处有一个导电区域. 这种导电区域具有与本文所讨论的那种卤水透镜一致的性质, 这表明,富含金属的卤水可能是火山停止活动很久之后的一个长期存在的特征. 开采这些古老的卤水可以避免钻到活火山或休眠火山. 地球物理性质测量, 比如引力场的强度, 这是2010年的照片, 为地下卤水的勘探提供了一个有用的工具. 照片由卡迪夫大学邓肯·缪尔提供.

主要的风险是技术上的. 该过程包括在超过450°C的温度下,在2公里深的岩石上钻孔. 提取的流体具有腐蚀性,这就限制了钻探材料的类型. 提取的流体往往会将其金属负载倾倒在井筒中, 一个被称为“水垢”的问题(有点像水壶里的水垢). 防止结垢需要对流体流动动力学和井筒压力-温度控制进行复杂的思考. 防止井筒腐蚀需要材料科学的发展来制造电阻涂层. 根据牛津团队的说法, 这些挑战中的许多已经得到了深入的解决, 地热热钻项目. In some cases these projects have reached temperatures over 500 °C; occasionally they have tapped into small pockets of molten rock, 例如在冰岛和夏威夷.

确保流体在钻完井后继续流入井中是一个复杂的问题,热流体的渗透率和孔隙度也很重要, 韧性岩石是一个具有挑战性的领域. CQ9电子游戏的研究小组已经为流体萃取的想法申请了专利. 他们说,引发火山爆发的风险非常小,但必须进行评估. 他们不打算钻岩浆, 而是进入岩浆库上方的炽热岩石中, 这大大降低了遇到岩浆的风险. 科学家们花了五年时间来“降低”这一概念的风险, 现在正准备在一座休眠火山上钻一口探井. 这将澄清所述的许多风险和挑战, 预示着CQ9游戏对火山及其丰富的能量和金属的理解有了新的进展. 教授乔恩·Blundy, 他说:“继续降低风险的工作, 通过国际合作,CQ9游戏在许多方面都在追求什么, 是很重要的. 同样,CQ9游戏需要确定最好的测试火山来钻探井.’

他们说,“盐水矿”可能需要5-15年才能投产, 这取决于如何应对这些挑战.

 

《CQ9电子游戏》发表于 英国皇家学会开放科学 可在此浏览.

本文改编自鲁思·亚伯拉罕斯的CQ9电子游戏新闻稿 可以在这里查看.

特色图片:新西兰怀特岛火山. 这是世界上许多向大气中排放热的富含金属流体的火山之一. 就怀特岛而言,每年排放约100吨铜和4吨铜.每年5公斤的黄金. 火山流体中的金属并非都能到达地表,事实上,大多数金属都留在了深处. 绿色采矿面临的挑战是如何利用被困在地下的富含金属的流体和相关的地热能. 图片版权:Richard Arculus教授,澳大利亚国立大学.

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