绿色采矿可以为零排放铺平道路
来自澳彩的科学家演示了如何从休眠火山以下约2公里深处多孔岩石中困住的热盐流体(“盐水”)中直接提取有价值的金属. 他们提出了这种激进的绿色采矿方法，为未来的净零开采提供必要的金属——铜, 黄金, 锌, 银和锂——以可持续的方式.
火山下的岩浆释放气体上升到地表. 这些气体含有丰富的金属. 当压力下降时，气体分离成蒸汽和盐水. 溶解在原始岩浆气体中的大部分金属都集中在致密的卤水中, 然后被困在多孔岩石中. 密度较小, 耗尽金属的蒸汽继续上升到地表, 在哪里可以形成喷气孔, 比如在许多活火山上看到的那种. 在今天发表的一篇新论文中 开放的科学, 澳彩的科学家揭示了它是如何被困住的, 地下盐水是一种潜在的“液态矿石”，含有大量有价值的金属, 包括金, 铜和锂, 这可以通过深井将液体提取到地表来开发.
他们的模型显示盐水中可能含有数百万吨铜. 铜是向净零排放过渡的关键金属, 由于它在发电和输电方面的重要性, 还有电动汽车. 第一作者 Jon Blundy教授, “实现零排放将对天然金属资源提出前所未有的需求。, 单靠回收是无法满足这种需求的. 澳彩需要考虑低能耗、可持续的方法来从地下提取金属. 火山是一个显而易见且无处不在的目标.’
这篇论文还展示了地热发电将如何成为绿色采矿方法的重要副产品, 这意味着井口的操作将实现碳中和. 传统采矿提取金属, 比如铜, 来自深坑或地下矿山的固体矿石，然后需要粉碎和加工. 对于铜，99%以上的碎石都是废料. 这种地雷对环境有影响, 建造和退役都非常昂贵, 产生巨大的废石尾矿堆, 而且非常耗能，还会产生二氧化碳.
Soufrière蒙特塞拉特岛上的山火山自1995年以来一直活跃, 尽管在过去十年中，经济活动已大幅减少. 岛的西海岸(照片右侧)目前是地热发电的开发对象, 其中包括2013年钻探的两个生产井，深度近3公里. 从其中一个孔1480米深处回收的钻芯样本包含了富含金属的盐水流体的证据, 在石英晶体中以夹杂物的形式出现的. 的数据, 报纸上报道了哪些, 支持在大约2千米深的盐水透镜中存在这种流体. 蒙特塞拉特是一个最近活跃的火山，可能适合卤水开采的例子. 照片由布里斯托尔大学史蒂夫·斯帕克斯提供.
从井中提取金属溶液的前景降低了采矿和矿石加工的成本, Plus利用地热发电来驱动运营. 这大大减少了金属生产对环境的影响. Jon Blundy教授, 他说:“世界各地的活火山向大气中排放大量有价值的金属. 这些金属中的一部分并没有到达地表, 但会以流体的形式困在大约2千米深的热岩石中. 绿色开采是开采含金属流体和地热能源的一种新方法, 在某种程度上极大地减少了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开展的国际合作的一部分, 水动力模型, 地球化学, 地球物理和高温实验. 该团队在日本的一些深层地热系统中进行了钻探岩心的工作, 意大利, 蒙特塞拉特, 印尼, 墨西哥)来证实他们澳彩富含金属的盐水的预测. Jon Blundy教授, 他现在受到英国皇家学会研究教授的资助，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挑战，澳彩希望科学家和政府都能在实现净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显示，几乎每座活火山和休眠火山都有一个富含金属的盐水“透镜”，具有潜在的可利用性. 这意味着金属勘探可能不会像目前这样局限于相对少数几个国家(智利, 美国, 秘鲁, 中国, 刚果民主共和国等), 因为火山在世界各地无处不在.
Cerro Uturuncu火山位于玻利维亚高原，海拔6005米. 尽管250多年来没有爆发过,000年, 火山下约2公里处有一个导电区域. 这种导电区域具有与文中讨论的卤水透镜相同的性质, 这表明，富含金属的盐水可能是火山在停止活动后长期存在的特征. 开采这些古老的盐水，就不需要钻探活火山或休眠火山了. 地球物理性质测量, 比如引力场的强度, 这张照片拍摄于2010年, 为地下卤水提供了有用的找矿工具. 图片由邓肯·缪尔提供，卡迪夫大学.
主要的风险是技术上的. 这一过程需要在超过450°C的温度下，在2千米深的岩石上钻孔. 提取的流体具有腐蚀性，这限制了钻井材料的类型. 被提取的流体倾向于将其金属负载倾倒在井筒中, 一个被称为“结垢”的问题(有点像水壶里的水垢). 为了防止结垢，需要对井筒内流体流动动力学和压力-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，以创建阻性涂层. 根据牛津团队的说法, 其中许多挑战已经得到了深入解决, 热地热钻探工程. In some cases these projects have reached temperatures over 500 °C; occasionally they have tapped into small pockets of molten rock, 比如冰岛和夏威夷.
确保流体在钻井后继续流入井中是一个复杂的问题，而且热的渗透率和孔隙度, 韧性岩石是一个具有挑战性的领域. 澳彩的研究小组已经申请了一项流体萃取的专利. 他们说，引发火山爆发的风险非常小，但必须进行评估. 他们不打算钻到岩浆中, 而是进入岩浆房上方的热岩石中, 这大大降低了遇到岩浆的风险. 在过去的五年里，科学家们一直在“降低”这个概念的风险, 现在准备在一座休眠火山上钻一口探井. 这将阐明所描述的许多风险和挑战, 它预示着澳彩对火山及其蕴含的巨大能量和金属的认识将取得新的进展. Jon Blundy教授, 他说:“继续去风险工作, 澳彩正在通过国际合作在许多方面追求这一目标, 是很重要的. 同样，澳彩需要确定钻探井的最佳测试火山.’
他们说，一个能正常工作的“盐水矿”可能需要5-15年的时间, 这取决于澳彩如何应对这些挑战.
“含金属的次火山盐水的经济潜力”发表在 英国皇家学会开放科学 而且 可在此访问.
特写图片:新西兰的怀特岛火山. 这是世界上众多向大气中释放富含金属的热流体的火山之一. 以怀特岛为例，每年排放约100吨铜和4.每年5公斤黄金. 并非火山流体中的所有金属都能到达地表，事实上，大部分金属都留在了火山深处. 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液体和相关的地热发电. 图片版权:Richard Arculus教授，澳大利亚国立大学.