《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Degradation of Formaldehyde Aqueous Solution Using MoO
3-MnMoO?-CeO? Catalyst in a Non-Thermal Plasma Reactor
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本文系统综述了金属矿全生命周期中重金属行为与迁移机制，提出整合水文学-地球化学-微生物耦合模型、多介质协同风险评估及适应管理策略的全生命周期框架，以促进重金属污染的预测、可持续治理及风险防控。
赵从硕|李英华|朱超群|张明川
中国东北大学资源与土木工程学院，沈阳，110819
摘要
现有研究的综合表明，金属开采系统中重金属的行为具有强烈的阶段性特征，并在整个生命周期中受到不同主导机制的调控。然而，当前的研究和管理实践仍然较为分散，通常只关注孤立阶段或单一环境介质，并且受到预测能力的限制，同时技术、经济和治理维度之间的整合也不充分，尤其是在气候变异性增加的情况下。基于这些发现，本文提出了一种综合的生命周期框架。该框架包括一个耦合的水文-地球化学-微生物预测模型，用于模拟长期污染物迁移轨迹；一种多介质协同风险评估方法，用于识别关键的跨介质暴露途径；以及一套适应性管理策略，结合了技术权衡分析和创新工具（如生命周期环境责任基金和社区共治理机制），以弥合技术解决方案与可持续实施之间的差距。总体而言，这一系统框架为整个采矿生命周期中的重金属污染提供了可操作的、有韧性的和可持续的治理路径。
引言
金属矿山尾矿是在矿石开采和选矿过程中产生的固体废物[1]。这些尾矿通常含有硫化物、金属及其化合物[2]、[3]。由于采矿和冶金活动的强度，产生了大量的尾矿，其中许多尾矿富含铅（Pb）、镉（Cd）、铜（Cu）、砷（As）、铬（Cr）和汞（Hg）等重金属[4]、[5]、[6]、[7]。这些重金属具有高度迁移性和生物可利用性，对环境构成严重污染风险[3]、[8]、[9]。重金属污染影响水体[10]、土壤[11]和大气[12]、[13]。证据还表明这些污染物具有跨介质特性：它们可以通过水、土壤、空气和生物体同时传输，这对传统的单一介质管理方法提出了挑战[14]、[15]、[16]、[17]、[18]。在这种全球背景下，采矿活动密集且环境复杂的地区需要特别关注重金属的完整生命周期行为。
在这方面，中国是一个特别关键的案例，因为它拥有丰富的矿产资源并且长期进行高强度开采[19]、[20]。截至2023年底，中国已发现173种矿产资源，其中包括59种金属矿物。虽然这些资源支撑了经济发展，但其开采导致了严重的环境问题，尤其是重金属污染[21]、[22]、[23]、[24]。传统上，关于尾矿中重金属污染的研究主要集中在单一环境介质（如土壤或水）中的污染特征或末端处理技术上[10]、[11]、[12]、[21]、[22]、[24]。然而，尽管对个别过程和环境介质进行了大量研究，但对于重金属从“开采-选矿-尾矿处置-关闭后的环境行为”的完整生命周期迁移模式仍缺乏系统性的理解。现有研究往往只关注孤立的过程（如酸性矿井排水形成、浮选药剂行为或尾矿坝中的氧化条件形成），而没有将这些机制在整个生命周期阶段之间充分联系起来[2]、[3]。因此，物理扰动、地球化学反应和水文传输之间的相互作用整合不足，限制了预测长期污染物轨迹或设计协调控制策略的能力。事实上，不同的生命周期阶段（如选矿过程中的药剂使用或尾矿坝中氧化条件的形成）显著影响重金属的生物可利用性和迁移性。这些科学空白直接转化为采矿区域环境管理和治理的实际挑战。此外，当前的治理框架和监测系统不足以支持整个生命周期的监督。许多矿山缺乏连续、标准化的环境数据，关闭后的责任也往往不明确，导致风险识别延迟[25]、[26]、[27]、[28]。这些限制阻碍了主动预防型管理模式的实施。
因此，为了解决生命周期理解和管理方面的上述问题，本文旨在建立对整个采矿生命周期（从开采和选矿到尾矿储存和关闭后演变）中重金属行为的综合理解。具体而言，它综合了每个阶段控制重金属迁移和转化的机制，识别了跨介质途径和控制因素，评估了当前缓解和管理策略及其局限性，并提出了一个全面的框架，以指导金属开采系统中的预测建模、风险评估和全过程污染控制。
方法论
本综述采用了结构化的文献搜索和筛选策略，以确保透明度和可重复性。相关同行评审的研究主要来自Web of Science和Scopus数据库，这两个数据库涵盖了环境科学、地球化学和环境工程领域的广泛文献。文献搜索范围截至2005年，使用关键词组合进行搜索，包括“金属开采”、“重金属”等。
采矿阶段的重金属迁移模式
采矿阶段是矿产资源开发的初始阶段，其特征是对矿体或矿床的暴露和大规模扰动。这一阶段通常包括剥离表土、钻探和爆破、挖掘以及装载等活动，这些活动显著改变了地质构造的固有物理化学平衡。由于矿石通常含有铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、铜（Cu）和砷（As）等重金属，这些元素可能会从固态转变为
选矿阶段的重金属迁移和富集
选矿阶段涉及一系列物理和化学处理过程（如破碎、研磨和分离），旨在提高矿石品位并富集目标金属[46]、[47]。随着这一阶段各种单元操作的执行，目标矿物和脉石矿物被有效分离，但不同产物（如精矿、尾矿、残渣）中的重金属分布也发生了显著变化[48]、[49]。这些迁移和富集过程直接
尾矿排放和储存阶段的重金属迁移
尾矿库是采矿作业中的关键设施，用于储存矿石加工过程中产生的废弃物。大量研究表明，废弃的尾矿是矿区周围地区重金属污染的最重要来源之一[61]、[62]、[63]。因此，尾矿坝的管理和维护至关重要，因为监管不力可能导致严重的污染和持久的生态后果。矿山关闭后的重金属长期环境行为
矿山关闭标志着开采活动的终止；然而，残留的尾矿、废石和其他固体废物仍然是长期环境风险的重要来源[81]。尽管关闭后环境系统逐渐恢复到自然状态[82]，但由于场地地质化学特性和累积污染物的影响，重金属仍会表现出长期复杂的迁移行为。在这一阶段，重金属可能以固态、溶解态或吸附态存在挑战与未来方向：迈向综合的理论与治理框架
由于环境中重金属的分布和命运受到复杂的物理、化学和生物过程的影响[92]、[93]、[94]、[95]，鉴于当前在系统预测、多介质协同控制、适应性修复和综合治理机制方面的研究局限性[96]、[97]、[98]，本节旨在建立一个完整的生命周期框架。以下讨论将依次探讨四个关键领域：耦合模型的开发结论
金属开采活动带来的物理化学扰动，加上气候和水文因素，导致重金属的持续释放和跨介质传输，从而引发跨介质污染。应对这一系统性挑战需要建立一个相应的完整生命周期、多介质综合认知和管理框架。然而，当前的研究和实践面临几个挑战：对不同生命周期阶段的机制理解尚不充分
作者贡献声明
赵从硕：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，调查，概念化。朱超群：撰写——审稿与编辑。李英华：撰写——审稿与编辑，方法论。张明川：监督。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（52570147）的支持。
