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本研究通过分析全球34个国家693份尾矿样本，探讨深度、气候及主开采金属对元素分布的影响。结果显示，Cu、Zn、Cd、Co等元素在深层浓度显著升高，而其他元素差异不显著。气候和金属类型对元素分布有显著影响，表面样本通常能代表整体，但需结合具体条件评估。
朱利奥·塞萨尔·阿兰兹-冈萨雷斯（Julio César Arranz-González）|保拉·阿达涅斯-桑胡安（Paula Adánez-Sanjuán）|阿德里安·何塞·罗萨里奥-贝尔特雷（Adrián José Rosario-Beltré）|马塞洛·F·奥尔特加（Marcelo F. Ortega）|维吉尼亚·罗德里格斯-戈麦斯（Virginia Rodríguez-Gómez）|弗朗西斯科·哈维尔·费尔南德斯-纳兰霍（Francisco Javier Fernández-Naranjo）|路易斯·安德烈乌·冈萨雷斯-伊格莱西亚斯（Luis Andreu González-Iglesias）
西班牙地质调查局（IGME），西班牙国家研究委员会（CSIC），生态转型地质资源部门，Rios Rosas，23号，28003马德里，西班牙
摘要
将矿山废弃物设施作为二次原材料来源的研究在全球范围内日益受到重视，尤其是硫化物尾矿，因为它们含有宝贵的元素。这些矿山废弃物具有高度异质性，这主要是由于矿体矿物学特性、提取目标矿物的过程、气候条件（影响风化或浸出程度）以及沉积过程中的颗粒分选等因素。所有这些因素都可能对地表样本代表整个尾矿质量的可靠性构成挑战。本研究对从地表和深处采集的尾矿样本中的元素含量进行了全球范围内的比较，分析了其中的显著差异或相似之处。为此，分析了2000年至2021年间发表的36份报告中选取的34个尾矿储存设施的693个尾矿样本。研究了12种元素（Cu、Zn、Pb、Mn、As、Cd、Co、Cr、Ni、Ba、Ti和V）的浓度变化，并考虑了三个描述性因素：深度、气候（干旱指数）和主要开采的金属种类。根据这些因素，将每个设施的样本分为P1（浅层）和P2（深层）两类；根据气候条件分为超干旱、干旱、半干旱、干湿亚湿润和湿润四种类型；并根据每个矿床主要开采的金属种类分为八个类别（Au、Cu、Cu-Zn、F-W-Cu、Ni-Cu、Pb-Zn-Ag、Pb-Zn-Cu和Sn）。统计分析表明，地表样本中的元素浓度在深层样本中仍然保持稳定，且大多数元素没有显示出统计学上的显著差异。然而，在某些特定情况下，深层样本中的元素浓度有增加的趋势（例如Cu、Zn、Cd和Co）。这一初步的全球性评估结果有助于根据地表样本数据推断从尾矿中回收有价值元素的潜力。
引言
近几十年来，关于矿山废弃物管理和再开采的研究在全球范围内越来越受到重视（例如，Aznar-Sánchez等人，2018年；Rosario-Beltré等人，2023年；El Aallaoui等人，2024年；Drahota等人，2024年）。这是因为需要寻找替代的二次资源来源，以满足全球技术、军事和可再生能源行业的不断增长的需求。这种对新资源来源的探索使得历史上被视为无价值的矿山废弃物设施，特别是尾矿坝，现在成为了回收二次资源的重要机会（Blengini等人，2019年；欧盟委员会，2020年）。世界各地的许多矿山废弃物，尤其是硫化物矿石的尾矿，仍然富含Cu、Zn、Pb、As、Co、Sb等金属，其中一些金属在大多数工业化国家被视为关键或战略资源（例如，欧盟委员会，2023年；美国能源部，2023年）。
对于硫化物尾矿而言，在停止排放活动后，尾矿会发生脱水并氧化（Blowes和Jambor，1990年；Dold和Fontboté，2001年；Moncur等人，2005年），从而形成氧化前沿，这一前沿可能会向更深处渗透，其中粗颗粒在表层占主导地位（McGregor和Blowes，2002年）。氧化和分异过程最初取决于产生酸的矿物（主要是硫化物矿物）和具有中和能力的矿物。然而，在更深的区域，即使在很长一段时间后，硫化物也可能保持完整且未风化。矿物变化、元素迁移和沉淀作用会改变排放时形成的原始沉积结构，导致垂直分异（例如，Blowes和Jambor，1990年；McGregor和Blowes，2002年；Moncur等人，2005年）。氧化区、过渡区和未氧化区的垂直分异，以及胶结区的形成，可能导致不同深度的元素浓度有所不同。除了尾矿的物理、化学和矿物学特性外，气候也会对这些过程产生重要影响（Dold和Fontboté，2001年；Redwan和Rammlmair，2012年；Xu等人，2024年）。简而言之，尾矿处置过程中的风化、浸出和颗粒分选等作用会影响尾矿沉积物的均匀性，并影响其中元素的分布（Chico?等人，2016年；Arranz-González和Cala-Rivero，2017年；Stumbea等人，2019年）。这种矿山废弃物设施的异质性（Surrette等人，2024年）给准确估算其中存在的矿物种类及其回收潜力带来了重大挑战。
大多数关于矿山废弃物特性的研究都基于地表或相对较浅的样本（例如，Favas等人，2011年；Fernández-Naranjo等人，2020年；Arranz-González等人，2021年；De Oliveira等人，2025年）。一些被广泛研究的潜在有毒元素（例如As、Co、Cu、Ni和V）在多个司法管辖区也被视为关键和战略元素，包括欧盟（欧盟委员会，2023年）、美国（Nassar等人，2025年）或澳大利亚（澳大利亚政府，2023年）。这引发了对矿山废弃物中元素含量研究的兴趣日益增加（Villa Gomez等人，2022年；Rosario Beltré等人，2023年）。地表样本在元素浓度方面对整个尾矿质量的代表性取决于风化、浸出、颗粒分选和次生矿物形成的程度和相互作用。
本研究回顾了在尾矿储存设施（TSFs）中测量的元素含量数据的现有信息，主要针对硫化物矿石的尾矿储存设施。进行了全面的文献回顾，选择了2000年至2021年间发表的36篇论文，这些论文包含了从尾矿剖面或钻孔中获得的样本。接下来，使用各种统计技术分析了地表样本相对于总尾矿质量的代表性。为此，确定了三个描述性因素：深度、气候干旱程度（干旱指数）和主要开采的金属种类（金属关联）。首先，研究了地表样本（称为P1）和深层样本（称为P2）在12种元素（Cu、Zn、Pb、Mn、As、Cd、Co、Cr、Ni、Ba、Ti和V）浓度方面的差异和相似性。此外，还考察了可能影响这些浓度变化的因素，如地区气候和每个设施中主要提取的金属种类。收集的数据涵盖了各大洲的设施，提供了基于上述描述性因素的元素变化的全球比较。
本研究的主要目的是初步评估全球范围内尾矿中元素分布的趋势及其与深度和主要开采金属的关系。评估基于地表样本的初步评估在多大程度上能够代表整个尾矿的质量至关重要，这有助于推断从尾矿中回收有价值元素的潜力。这些发现为评估地表样本是否能够可靠地代表整个尾矿质量提供了基础，从而确定何时需要进行更深入和详细的研究以评估尾矿的再开采可行性。此外，这还可以从新的角度利用现有的关于污染过程的文献（例如，Nash，1999年；Kim等人，2001年；Oyarzun等人，2011年；Favas等人，2011年；Fernández-Naranjo等人，2020年；Arranz-González等人，2021年；De Oliveira等人，2025年）。
研究部分摘要
研究回顾与选择
这项科学文献回顾研究了世界各地尾矿储存设施（TSFs）中元素含量的垂直分布，是评估地表样本是否能够反映总尾矿质量的第一步。在科学文献和灰色文献中进行了搜索，共检索到2000年至2021年间发表的36篇文章（表1）。使用的数据库包括Google Scholar、SpringerLink、ScienceDirect和Web of Science。搜索词包括...
研究尾矿储存设施的气候和地球化学多样性概述
这些设施分布在19个国家和多个气候带。尽管其中一些设施仍在运行，但本研究中使用的数据来自这些地点的较旧、已停止运行的区域。例如，来自?elazny Most（波兰）和Talabre（智利）的尾矿剖面对应于已不再使用的沉积区。这确保了地球化学剖面反映了最近的沉积后演变情况，没有受到持续排放的干扰。这项文献回顾使得...
数据整合与描述性因素
在数据整合之前，对所有可用信息进行了总体审查，并确定了研究中需要考虑的参数以及要包含的元素。主要参数包括每个尾矿样本的深度以及Fe、S和pH值，因为它们对风化或富集过程具有解释作用。最初纳入的变量包括Cu、Zn、Pb、Mn、As、Cd、Co、Cr、Ni、Ba、Ti和Sn。
根据深度属性比较元素含量
下面展示了每种元素的结果（图4），比较了P1和P2类别中整个数据集的浓度。在评估过程中，考虑了Cu、Zn、Pb、Mn、As、Cd、Co、Cr、Ni、Ba、Ti和V这几种元素。每种元素的数据至少来自五个设施和四种气候类型，以避免单一地点的偏差并确保结果的可靠性。
结论
本文旨在提供关于全球硫化物矿山尾矿中元素含量的最全面和完整的资料。目的是评估地表样本在多大程度上能够代表储存的整个尾矿质量。这一知识将为重新解读已有研究结果提供基础，这些研究主要关注尾矿的环境风险，而大多数研究都是基于地表采样进行的。
CRediT作者贡献声明
维吉尼亚·罗德里格斯-戈麦斯（Virginia Rodríguez-Gómez）：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、调查。马塞洛·F·奥尔特加（Marcelo F. Ortega）：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、方法论、形式分析。阿德里安·何塞·罗萨里奥-贝尔特雷（Adrián José Rosario-Beltré）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法论、调查、形式分析、数据管理、概念化。朱利奥·塞萨尔·阿兰兹-冈萨雷斯（Julio César Arranz-González）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督。
未引用参考文献
澳大利亚政府；欧盟委员会等，2020年；欧盟委员会等，2023年；Fernández-Naranjo等人，2020年；Nancucheo和Johnson，2011年；美国能源部，2023年。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
数据可用性
大部分数据以表格和图表的形式包含在手稿中。完整的数据库可应要求提供。利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究的开放获取出版资金由CRUE-CSIC与Elsevier的合作协议提供。这项工作是在西班牙生态转型部（MITERD）和西班牙地质调查局（IGME-CSIC）之间的合作框架内完成的。作者感谢匿名审稿人的建议，他们的意见对研究工作非常有帮助。
