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[为译言保存]闹市区的矿工:都市探矿记

已有 3054 次阅读 2016-12-7 17:29 |系统分类:科普集锦

|“都市探矿客”们能在我们日常行走的街道下面掘得他们的第一桶金吗?确实,城市里蕴藏着的大量的,而且不断增加的价值连城的“废料”,在等着他们来挖掘。那么,他们与常见的捡破烂的相比,有什么不同呢?|




典人马兹·埃克隆(Mats Eklund)可是把脑袋别在裤腰带上去探矿的。但与传统的地质勘探队员不同的是,他不必横渡湍急的河流,也不必提防暗处的大狗熊。他的麻烦主要是那些快要坍塌了的旧仓库以及上下班高峰时的车流。

作为瑞典林雪平大学的一名环境工程师,埃克隆是新一代的探矿人。他们更愿意穿行于闹市当中而不是山野之间。他们的目标是“都市矿石”——那些被遗弃在都市街道中或是地下的生活垃圾。

埃克隆花了数年的时间探寻那些被遗弃在马路和人行道下的废旧电缆和管道。他的实地勘测工作表明,许多城市废弃的地下基础设施的地缝中,都埋藏着宝贵的金属资源。更妙的是,有的都市探矿客还发现许多“富矿”就躺在城市的街道上或是流淌在地下。这些“宝藏”无疑能让这些探矿客的发财美梦成真。那么,我们这些城市居民真的是坐在金山上而不知吗?如果是的话,那么最好的矿脉在哪?应该怎么炼它呢?

先别急,我们其实说的是废旧金属回收这样一种资源循环利用的形式,毫无新意可言。根据老普林尼的记载,早在2000年前,罗马帝国的铁匠们就开始用紫铜和青铜的废料再铸成型了。

但我们现在对再回收金属的依赖增加了。在过去十年左右的光景里,蓬勃发展的亚洲经济和南美经济对原材料的需求节节攀升。而许多金属矿的品位,包括铜矿的,都随着高品位的矿脉被采尽在不断下降。因此由于选矿和精炼成本的增加,金属回收作为一项即经济又环保的事业,势在必行。

尽管有这些压力,仍有林林总总的金属废料由于不便富集而未被再利用。据估计,全球约有百分之三十的铝未被回收,而未被回收的铜则多达百分之五十。这类金属材料多用于高科技工业,尤其是电子领域,特点是小而分散。这为回收这些金属材料增加了技术难度。数据显示全球每年有多达三百吨的金和七千吨的银被用来生产电子产品,但其中只有百分之十五被回收。换句话说,如果把未回收的金属废料集中起来的话,那么这座“垃圾山”的金属品位要比大多数已开采的金属矿山富上五十倍!

但是我们不是已经把这些电子垃圾填埋到一起了吗?现在是不是就可以开挖啦?遗憾的是,现在还没有谁在成规模地开挖这些填埋物。国际资源回收公司Stena Metall 的技术总监Christer Forsgren 介绍说,主要的问题在于金属废料和其他的垃圾混在一起了。这家公司曾在瑞典一处填埋区试挖掘过,挖出的样本显示填埋物中含有大量的铜。但问题是,这家公司被要求必须把其他的废料回填。“否则在这里提炼铜是有利可图的,” 他说道。

除此之外,还有许多值钱的涓涓细流可以聚沙成塔。耶鲁大学的工业生态学家Tom Graedel 称之为“沉睡的宝藏”。它们是不被人注意的金属,封存在废旧的基础设施中或是被遗弃在环境里。就像在填埋区一样,这里的金属也难以回收,人们甚至不知道这些“宝藏”具体埋在哪里。但可以肯定的是,Graedel 说道,由于城市规模还在不断的扩大,更多的基建项目将会在城市——而不是农村——进行,那么城市中发现这些“沉睡的宝藏”的机会更大。

事实上,探矿客们在路边的排水沟里就淘到了宝。在清理掉树叶和包装纸后,“宝藏”就在屎黄色的街道尘土中,等着我们开动脑筋来提炼。英国伯明翰大学的Angela Murray 和她的同事们成立了一家名为“康庄大道”(Roads to Riches)的公司,试图从街道尘土中回收铂族金属(PGMs):铂,钯,铑。这些金属元素来自汽车尾部的尾气净化器。当汽车开走后,一些微小的催化剂会剥落并从排气管喷出。最终净化器中百分之七十的这些贵金属会沦为尘土。

Murray 还介绍说,地球上已开采的最富的铂金矿在南非,铂的品位可达百万分之二到十(2-10 ppm)。而街道尘土的品位可以达到百万分之一(1 ppm),而且更容易开采。她还估计每年从英国大街上扫掉的铂族金属价值高达六千四百万英镑。

为了得到这些金属,Murray 和她的同事们把道土先烘干再筛滤,然后应用了一项她们自己的专利——一种结合了磁力,静电力还有重力的分离技术。这样一来,尘土中贵金属的含量可以高达百万分之十(10 ppm)。Murray还说,如果改进重力技术的话,贵金属品位有望超过百万分之六十(60 ppm),进而可以用来熔炼了。


潜铁无用

其他的探矿客也瞄上了街上的垃圾。今年一月,英国废品处理公司Veolia Environment 在沃里克郡开设了一座回收街道尘土的工厂。在这里,公司的工程师们可以富集金属。

费尽心机去寻求微小的但是昂贵的稀有金属也许是划算的,但对于贱金属,像铁,铜、还有铝的话,就需要找到合适的,大的埋藏点以便提炼起来有利可图。埃克隆认为自己已经找到了这些沉默金属的藏身之所。

他和他的同事花了数年的时间来统计那些“冬眠”于瑞典城市的大街小巷中未加利用的铜,铁,钢和铝。工业革命后的漫长岁月中的历次技术革新使得这些废弃的金属管线深埋于这些城市中心的地下。“我们可以看到有些街道到处都是老的管线和电缆以至于阻碍了整个城市的发展。”埃克隆说道。

他的团队从公共事业公司搜集来了瑞典三个城市——哥特堡,林雪平,还有北雪平——的在用管道和电缆的分布图。他们还查阅了自1850年以来这几个城市的老地图以探明废弃的管线和缆线的所在。他们发现,林雪平有百分之五的管线是闲置的,而哥特堡和北雪平的闲置率接近百分之二十。埃克隆认为,闲置率与城市的工业化历史有关。那些很早就已经工业化而在上个世纪又被重新改造过的城市往往有很大一部分金属管线被废弃。

埃克隆估计整个瑞典城市地下废弃的电缆中蕴藏着大约九万吨的铜,约合六亿三千万美元。回收利用这些金属废料来代替采矿,相当于减少三十六万吨二氧化碳的排放量,因为从废料中提取铜比从矿石中提取更节能。而且整个瑞典的“沉睡的铜”还要远高于此——埃克隆的同事,Joakim Krook 认为有多达四十万吨的铜沉睡在地下。他说这笔宝藏还会在未来几年中随着旧网络的更新换代而再一次遽增。

在瑞典历史上第一座工业化城市北雪平,埃克隆和他的同事们将他们搜集得来的数据真正地转化成了一张“藏宝图”。“宝藏地点”位于老工业区,那里有许多废弃的棉纺厂和与之配套的直流电缆,以及密布其间的电车线路,供气管道还有排水系统。"其中一个已列入再开发的地段和一般的城市地段比起来,有高出正常二十八倍的铝以及三倍的铁正蛰伏于地下。"埃克隆说到。埃克隆估计在大不列颠类似的曾经高度工业化的老城里,至少有四分之一的管线和电缆处于闲置之中。

在街道的更深处,另一群探矿客正一把屎一把尿地挖掘着自己的第一桶金。来自大不列颠埃克塞特大学的现代化探矿客Bernd Lottermoser 从一汪汪的污水中看到了自己金色的远大前程。

1995年,一个名为Echidna Mining 的澳大利亚黄金勘探公司获得了墨尔本西南威勒比地区的污泥堆的开采权。这里堆着自1898年迄今从墨尔本地区下水道里清理出来的大量垃圾。一份样本测试结果表明,其中金的含量相当于普通金矿石的一半。这主要是因为工业废水来自牙科医院,电子工业以及珠宝工场。还有一些来自治疗关节炎和癌症的医疗废水。“甚至当人们洗碟子或是洗澡时,从人们佩戴的首饰中剥落的那一点点金子。”Lottermoser 说道。他的试验表明,利用氰化钠酸浸法可以从污泥中提取金,银,锌等金属。但是这种方法因环境成本太高而只能用于那些有着最高品位的污泥堆。

可一旦选对了地方,屎盆子里也能飞出金凤凰。日本长野县就有这么一家垃圾污泥处理厂,自2009年起开始从垃圾中提取黄金。该厂地处一个精密机械加工厂密集的工业区,排水管中流动的与其说是下水不如说是金水——每吨污水中竟含有高达2.9 千克的黄金——这可是普通金矿石含量的五十倍!“这样的话,氰化物处理法带来的高成本就不值一提了,”Lottermoser 说道。“假以时日,许多工业区的污泥堆都能变成金山银山,因为贵金属的含量还在不停地积累。”

抱定这样的信念,Lottermoser 和他的同事们致力于开发更廉价而且更温和的提取方法。一个替代品是硫脲,比起氰化钠来,它降解更快而且毒性更小。


“微型”矿工

不光只有金子能让垃圾变成金光闪闪的矿山。2009 年,大不列颠卡迪夫大学从一份来自伯明翰的污泥中检测出含量高达百万分之两百(200 ppm)的铂族金属。医疗废液尤其富含铂金,因为铂金大量地被用于抗癌药物。需要解决的难题是如何廉价地将铂含量浓缩到可以提取的程度。微生物似乎是个好帮手(详见专题“天生小矿工”)。

“更大的难题在于如何简便地从这些管子和缆线中得到想要的金属。”埃克隆说道。奥地利公司Kabel-X 提供了一个对通信电缆无损伤回收的解决方案:通过将润滑油泵到电缆的内层中,他们可以一次性将长达四百米的铜芯抽离出来。

寻找失落的“宝藏”的冒险任务现在也不那么困难了,这要归功于大不列颠的五所大学组成的研究团队。这个研究项目叫做“地下世界绘图计划”,合作者们研发了一套多感应器系统,能从地面直接定位地下管线和缆线而无需挖掘。他们在布里斯托尔附近的一个水处理厂小试牛刀,结果发现了十九世纪遗弃在那里的管线。

这些技术再一次提升了人们对都市矿业的期待。“对于一些金属来说,比如铜,其价格两年来已经增长了五倍。人类到了一个临界点,”埃克隆继续说道,“目前所有从地球外壳开采的金属中只有一半仍在使用。”

这些废置的资源现在正越来越被重视。首届都市矿业研讨会于去年召开,而且欧洲的政治家们拟推动一项全欧盟范围的政策用以回收利用这些闲置的资源。时不我待,要知道,哪怕是那些仍在运行的线路也经常被盗。例如在大不列颠,就有不少人置“偷割电缆,当场击毙”的警示标语于不顾。

如果我们看长线的话,哪怕是长在繁华街道旁的小草们都是一个个聚宝盆。奥地利维也纳自然资源与生命科学大学的生物地球学家Walter Wenzel 介绍说,路旁的土壤中铂,钯和铑的含量超出正常土壤的数千倍。“我们希望能找到可以摄取这些铂族元素的植物,”他说道。约克大学的化学家Helen Parker 同意这个想法,“对街边杂草的研究表明,这些植物确实能够吸收铂和钯。”如果金属价格继续高涨,也许有一天,资源公司会为高速公路旁的“种植权”而争得头破血流。

垃圾回收的大好形式的发展总是超出人们的预料。一些含有芳纶聚合物——例如凯芙拉(Kevlar)——的光纤正被越来越多地回收利用。荷兰一家名为Teijin的工厂自2008 年起开始将回收的凯芙拉再合成新的聚合物。也许将来有一天,那些现在躺在我们的基础设施里平凡无奇的涂有稀土元素的光纤也会变成紧俏货,变成“都市矿石”种类中不可或缺的一员。


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天生小矿工

人们通常将矿石泡在强酸中或将其融化来提取金属。但无论哪种方法都会对环境造成污染。

生物也许能解决这一问题。生物浸矿是一种利用噬金属细菌的方法。这类细菌的生长需要摄取某些特定的元素,我们只要找出对应的菌种来为我们富集相应的金属化合物就行了。

来自澳大利亚联邦科学与工业研究组织的Anna Kaksonen 试图驯化这类细菌能吞噬电子垃圾从而回收锌,镍等金属元素。

大不列颠伯明翰大学的Angela Murray 也在从事类似的研究。她研究的细菌表达一种酶,这种酶可以固定铂离子并转化成金属纳米颗粒最终嵌合在细菌膜表面。最终的目的是当细菌表面被充分嵌合后,收集细菌,干燥然后碾成粉末式催化剂待用。

一些植物也可以富集金属。大不列颠约克大学的Helen Parker 和他的同事正在试验一种“超级富集”植物。这种植物被种植在街边土壤之中,最终能收获钯金。“当然,植物最终会长得惨不忍睹,但把这些小可怜碾成粉后,就是现成上好的催化剂。”她介绍道。总有一天,经过基因改造的植物能从工业废土,街道尘土中大嚼特嚼香甜的金属,从填埋物还有污泥里流出来的污水中吮吸甘美的金属离子。

对于溶解在水中的金属来说,海藻也是一个大有希望的植物,它可以成功地捕获金,铜,镍,锌以及钯族元素。“海藻有极大的潜力用来从工业以及制药业废水中提取贵金属。”Parker 说道。



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