矿业的阶段:5个生命周期的解释

科技   2024-11-26 08:04   浙江  

William Hughes

在评估矿业股票时,投资者往往只关注所投资的最终产品,如铀、金、银、钯或其他自然资源。然而,要真正理解这些资产的价值,了解完整的开采过程至关重要。

正如没有两颗钻石是完全相同的,每个矿业项目也各有差异。尽管每个价值数十亿美元的项目在位置、商品种类、规模等方面有所不同,但所有矿业项目都遵循五个关键阶段,这些阶段构成了矿山开发的核心。

章节指引

矿业生命周期的五个阶段:
  • 勘探与探矿阶段
  • 发现阶段
  • 开发阶段
  • 生产阶段
  • 复垦阶段

01

勘探与探矿阶段

这是采矿过程的首要且最关键的步骤:为了开设矿山,公司必须首先找到具有经济开采价值的矿床(即足以使开采有利可图的矿石或矿物量)。

公司会聘请地质学家来研究土地特征,以识别矿床的存在。

什么是地质学家?

1.1

地质学家研究地球的固态、液态和气态物质以及塑造它们的过程。矿业地质学家负责绘制有价值矿物的位置图,利用航空照片、实地地图和地球物理调查,确定有价值材料的位置,并估算该位置的材料数量。

勘探地质学家寻找矿产资源,参与采矿作业的规划和扩展。他们定位并评估贵金属、工业矿物、宝石、颜料、建筑材料或其他可开采商品的潜在矿床。

地质学家使用哪些勘探技术?

1.2

l地质表面测绘和采样

地质学家记录地表露头岩石的所有地质信息,寻找不同岩石类型和结构之间的界限,识别断层线和岩石变形的证据。他们寻找矿石矿物、金属富集流体通过岩石的证据,并记录矿化脉及其分布。

矿业公司需要针对性地优先安排钻探活动,因此会利用这些数据来确定更具体的岩石和矿物采样区域。高分辨率地质测绘还可以划定可能的矿化区域,进而发现潜在矿床

l地球物理测量

地球物理测量用于矿产勘探,收集有关岩石和沉积物物理特性的资料。地球物理公司采用磁法、放射性法、电磁法和重力测量等技术,检测可能指示矿床存在的响应

勘探地球物理学用于通过测量物理特性来检测矿化类型,绘制区域的地下结构,了解底层结构、岩石单元的空间分布,并检测断层、褶皱和侵入岩等结构。

l地球化学分析

化学分析用于确定样品中金属或非金属的比例,称为分析。各种地质材料可以进行化学分析,包括水、植被、土壤、沉积物和岩石。

分析实验室可以通过多种方法提供单元素和多元素分析。岩石和土壤样品被粉碎、研磨、熔融或酸解,然后使用多种分析方法和仪器进行分析

l水、油和土壤测试

大多数金属矿床是通过水溶液与宿主岩石的相互作用形成的。基线样品用于确定水文条件和岩石、土壤和水中潜在有毒元素的自然存在。

对土壤、岩石、水、植被和气体的地球化学分析,用于检测可能指示埋藏矿床的微量金属或其他元素。地球化学技术在发现众多矿床中发挥了关键作用,仍然是标准的勘探方法

由探矿者和地球科学家收集的岩石、水、土壤和植被样品可以在现场或称为分析实验室的实验室中进行测试。

l航空或地面地球物理调查
通过地面或航空方法,地球物理公司进行磁法、放射性法和电磁调查,以检测可能指示矿产资源潜在矿床的响应。

航空地球物理调查用于矿产勘探,绘制暴露的基岩、地质结构、地下导体、古河道、矿床和盐度。用于矿产勘探的航空地球物理方法包括航空磁法、放射性法和时间域电磁法(VTEM)。数字高程模型(DEM)也常作为大多数航空地球物理调查的补充。重力调查可以从空中或地面进行。

一旦矿业公司在区域范围内确定了潜在矿床,便实施地面地球物理调查。这些调查从地表、钻孔、挖掘或通过放置源和探测器的组合进行。

l钻探
矿产勘探涉及钻探,以探查已知矿床和潜在地点的内容,获取岩屑和岩芯样品。

钻探用于在地质、地球物理和地球化学调查确定的目标区域,旨在获取有关岩石类型、矿物含量、岩石结构以及近地表和深部岩层关系的详细信息

从矿体中取样,送至实验室,地质学家通过化学分析,对岩芯进行岩石学、结构和矿物学研究。

l采样
勘探的目标是寻找矿石,而钻探和采样将提供用于估算矿石数量和品位的信息。

矿石品位的估算基于从矿体钻孔中获取的样品分析。估算的准确性取决于采样过程的谨慎程度、样品间隔选择的合理性、分析的准确性,以及在合并单个样品分析值以确定矿块平均品位时的适当权重分配,尤其是对异常高值的处理方法

有价值的矿物在矿体中分布不均,其纯度在材料中也有所不同,因此单个样品的分析结果在整个采样过程中可能差异很大。

l社会经济因素
企业还必须考虑新矿山的存在对区域及周边社区可能产生的社会经济影响。

采矿活动,包括探矿、勘探、建设、运营、维护、扩展、废弃、退役以及矿山的再利用,可能对社会和环境系统产生各种正面和负面的影响。采矿企业需要将环境和社会影响评估整合到矿业项目中。

这些评估的过程包括确定、分析和评估矿业项目可能带来的环境和社会影响,并为矿业生命周期设计适当的实施和管理计划。

矿体模型

1.3

在勘探阶段结束时,矿业工作者可以利用二维或三维地质模型初步勾画出发现矿床的潜在规模。

矿体模型是所有资源估算的地质基础,其建立始于对现有钻孔数据、地表或地下采样数据,以及当前地质解释的图纸和计划的审查

02

发现阶段


矿区设计与规划

2.1

一旦矿业公司确信矿床的储量具有经济可行性,项目便可进入规划阶段
公司通常会根据不同变量(如开采周期、开采量等)制定多种计划,以评估哪一种方案符合最多的设计标准。

规划标准与许可考量

2.2

l安全性

从矿产资源的勘探到开采,设计矿山时必须充分考虑关键的安全和运营风险。矿山规划应确保工人在最安全的环境下进行作业。

负责任的矿业公司非常重视员工、承包商和当地社区的安全与福祉。矿山计划将审视矿山运营的各个方面,确保不会对工人、承包商及社区的福祉造成直接影响。
l环境影响
矿山设计需要尽量减少对环境的破坏,并采用能够降低环境影响的策略。低干扰的开采技术可以减少对矿区的破坏。矿业废弃物(如尾矿、废石及废水)可以在矿区或矿区外重新利用。

使用环保设备(如电动发动机)可以显著减少碳排放,同时更耐用的设备也能随着时间减少废弃物的产生。

许多废弃矿区在矿山生命周期结束后变得无法被土地所有者使用。矿业公司可以采用土地复垦技术,例如补充表土和实施再造林计划,使土地重新具有生产力,并加速土地的自然恢复过程

非法采矿是矿业领域的一个重大问题,防止非法或无序的采矿活动能够确保所有采矿行为遵守统一的环境标准,并确保责任落实。
l经济可行性
矿山开发从矿床的发现开始,贯穿于施工前的所有阶段。技术可行性和经济可行性在矿山开发的各个阶段都会被评估,并需要更详细的工程数据作为支持。

·初步经济评估(PEA

初步经济评估是一种早期研究,用于对采矿项目进行初步评估。PEA对于确定后续的勘探活动和工程研究是否值得开展非常有用,但它不适用于经济决策或储量报告。

·预可行性研究(PFS

预可行性研究是评估矿业项目技术与经济可行性的中间步骤。这是项目开发的关键步骤,也是将地质资源转化为可报告储量的最低要求。

·可行性研究(FS

可行性研究是矿业项目评估过程中最详细的步骤,它是一种全面的技术与经济研究,为矿山开发提供重要的基础。

·银行可行性研究(BFS或最终可行性研究(DFS

银行可行性研究,也称为最终可行性研究,是矿山融资的重要环节,其结果通常决定是否推进矿山计划。没有完成这一步骤,公司通常难以获得融资。

l企业社会责任(CSR

在矿业领域,社会责任至关重要。许多公司认识到加强企业社会责任措施对周边社区和自身发展都大有裨益。

矿山通常会雇佣大量的当地居民作为劳动力。有些公司通过为当地供应商提供融资支持,促进本地贸易并推动区域经济增长。此外,企业还会资助共享基础设施的建设,如电力分配、道路以及水处理和分配系统。

还有一些公司通过支持气候变化计划、环境保护和野生动物项目来参与当地社区建设,并向地方和区域项目提供捐助,包括赞助教育和体育活动、支持当地医疗设施,以及资助儿童福利计划和艺术节。

公司通常尽量雇用当地劳动力和技术工人,并专注于教育、健康和基础设施的改善,以最大程度提高社区的生活质量

03

开发阶段

一旦矿山规划被确认,实际的施工工作便开始了。这是迄今为止整个过程最长的阶段,根据矿区的规模,可能需要1020年的时间才能让矿山进入生产阶段

矿山的规模会影响矿石产量吗?

3.1

由于每个矿山的运营方式独特,衡量矿山生产力可能会非常困难。

矿山会制定生产目标,但某些矿山的生产力可能会受到地理位置的限制。矿山需要在尽可能减少运营成本的同时,不断提升生产效率。

建设工作包括哪些内容?

3.2

l道路建设

矿山通行基础设施的建设,包括道路、铁路、机场跑道或港口,以及水源、污水和供电服务,与其他类型工业设施的建设类似,但矿区通常位于偏远地区,存在额外的物流挑战。

矿山道路是矿山基础设施的重要组成部分,道路性能对运营效率、成本控制和安全性有直接影响。矿山的一大部分成本与物料运输相关,而设计良好、管理得当的道路可以直接降低运输周期时间、燃料消耗、轮胎成本和单位运输成本,同时为安全运输系统提供支持。

l加工设施

矿山开发方式因露天矿和地下矿而异,需要不同的专业经验和设备。斑岩矿床通常规模较大,许多矿床接近地表,采用大型设备进行露天开采;而对于较深的矿床,有些适合转换为地下大规模崩落开采。脉状矿床通常较窄,深度较大,多采用小型设备进行地下开采。

矿产从矿山开采出来后需进行加工。加工方式取决于所开采的物料类型。破碎和加工设施的建设基于可行性研究(FS)中确定的测试结果、流程图和设计。矿石加工始于矿物学的理解和冶金测试,包括破碎、研磨、金属回收及尾矿处理和管理。

l环境管理系统

可行性研究(FS)包括对现有环境栖息地和矿山建设长期影响的评估。研究还将确定所有需开采的矿石和废料(包括尾矿)的数量与质量,以及可能产生的酸性矿山废水或其他有害金属的潜在影响,并提出运行期间及关闭后的处理方案。

可行性研究还会估算矿山运营所需的水量及水质,以及是否需要进行长期水处理。一些国家要求以可行性研究为基础提交采矿许可计划。

环境管理系统(EMS)是矿山管理系统的一部分,包括组织程序、环境责任及流程,旨在帮助矿业公司遵守环境法规、识别技术和经济效益,并确保公司环境政策的实施与遵循。

具有经济和技术灵活性的矿业公司在现有矿区实施了全面的EMS,但这些系统需要政府、国际环保组织、教育机构及企业自身的共同参与

l员工住房

矿山规划需包括劳动力住宿的决策,这不仅影响员工的生活质量,还会影响与当地社区的关系及影响。

员工住房通常分为社区型(包括专为矿山建设的公司城镇或与现有社区融合的模式)或通勤型(即飞进飞出模式),具体取决于矿山的地理位置及其偏远程度。

住宿条件直接关系到员工的满意度、士气和动力。这不仅影响生产力和安全性,也关系到招聘和留任,特别是在当前人力资源短缺的背景下。如果矿区邻近现有社区,住宿策略还能为这些社区的可持续发展创造附加价值。

而对于位于偏远地区且面临显著经济、社会或政治挑战的矿区,员工住宿的决策则更加复杂。矿业公司需要理解当地规划问题的复杂性,并将环境、社会、经济及政治影响纳入考虑,同时制定合理的住宿策略

l其他设施

  • ·维护设施:用于矿山设备的维修和保养,以减少停机时间并确保生产能力及安全目标的实现。

  • ·管理办公室车间仓储设施加油站发电设施:部分矿山还可能建设控制塔,以全面监控加工操作。
  • ·人员运输工具:用于矿工、承包商及监督人员在跨越广阔区域的工作点之间进行移动。

04

生产阶段

现在,矿山终于可以开始生产了。

两种常见的采矿方法是什么?

4.1

l地表采矿
地表采矿是一种广义的采矿方法,通过移除覆盖矿床的土壤和岩石来开采矿产资源。据估计,全球每年超过三分之二的矿产产量来自地表采矿。

地表采矿之所以受到矿业公司的青睐,是因为移除地表以获取地下矿物资源通常比挖掘隧道和井筒更加经济高效

·露天采矿(Strip Mining

移除矿床上方的地表(通常为煤矿)。土壤、岩石和植被会使用大型设备(如斗轮挖掘机)移除。

·开采矿坑(Open-Pit Mining

通过从露天矿坑中挖掘岩石或矿物获取资源。开采建筑材料或石材时,这类矿坑通常被称为采石场(Quarries

·山顶移除采矿(Mountaintop Removal Mining

通过爆破移除矿床上方的覆盖层获取山顶矿产资源,爆破后的山体碎石会被转移至山谷或低洼区域。

·疏浚采矿(Dredging

是淘金技术的升级版,通过输送带将物料提取,然后分离出矿物,再将废料返回水中。

·高墙采矿(Highwall Mining

高墙中收集矿石,覆盖层下暴露的矿物和矿石被提取。

l地下采矿

地下采矿用于挖掘地底深处的矿石和有价值矿物,需通过挖掘隧道和井筒进行开采。这种方法通常用于开采金、银、铁、铜、锌、镍、锡和铅等含金属矿石,以及钻石、红宝石等宝石矿石。

·矿石(Ore

矿石是指含有有价值矿物(通常是金属)的天然岩石,矿石开采的目标是从地球中提取这些有价值的金属或矿物。矿石品位(Grade)是指其所含有价值物质的浓度。

·地下采矿(Subsurface Mining

挖掘隧道或井筒进入地层,提取埋藏的矿床。矿石和废石通过隧道和井筒运至地表。

矿石处理与分离方法:

4.2

开采的矿物通过大型破碎机、研磨设备、反应器和焙烧炉等进行处理,以提取其中富含矿物的材料,并从矿石中分离出所需的化合物和金属。
l堆浸法(Heap Leaching

添加化学试剂(如氰化物或酸)以去除矿物,通常在高温条件下完成。

l浮选法(Flotation

添加化合物使其与有价值矿物结合并浮出。

l冶炼设施(Smelting Facilities

将岩石加热至900以上,使其分层。有价值矿物随后被提取。

矿物加工与成品制造

4.3

矿物提取后,通常通过化学或机械方法进行加工,从矿石中提取出有价值的金属。加工方式取决于矿产资源的种类。

矿石最终被倒入模具中制成金属锭或金条,准备出售。

05

复垦阶段

在公司获得建设矿山的许可之前,他们必须证明具备足够的资金和计划,以确保矿山能够以安全且有序的方式关闭。

采矿是一项临时活动,一旦矿床耗尽,矿山便需要搬迁到新的地点。但在此之前,必须对矿山进行关闭和复垦。

矿山关闭前需要做什么?

5.1

采矿作业的最后一步是关闭和复垦。矿业公司在建设矿山前就必须制定矿山关闭计划,因为政府需要确保运营商拥有关闭矿山的计划和必要资金,才会批准相关许可

矿山关闭计划的核心部分是详细的环境研究,以明确矿区如何关闭和修复。全面的矿区复垦计划包括以下内容:

l保障公众健康与安全

废弃矿区存在许多潜在危险,其中许多从外部难以察觉,例如水平矿道、竖井、爆炸物、有毒化学品、危险气体、深水坑、矿渣堆、废弃不安全的建筑物及高墙。矿业公司必须确保矿山完全关闭和密封,以保证公众安全。

l清理废料和有害物质

矿山开采、选矿及矿物的进一步物理和化学处理会产生大量废料。在矿山运营期间以及关闭时,矿业公司需要清理矿区的废料和有害物质。

l重塑地貌并恢复植被

矿区复垦包括在矿区重新建立可持续的土壤和植被。例如,通过添加石灰或其他材料中和酸性土壤,再覆盖表土以促进植物生长。修整地形坡度并种植植被可以稳定土壤,防止水土流失。

l减少环境影响

受采矿影响的景观可能需要很长时间才能恢复。矿业公司需在矿山生命周期内尽量减少环境影响,并从勘探阶段到关闭阶段全程减缓采矿活动的影响。

l保护水质

矿山关闭计划通常优先考虑水质问题,包括关闭后水体的流向以及进入地下水系统的水量。矿业公司必须找到保护地表和地下水资源的办法,并评估水量和水质相关风险,制定适当的工程控制和复垦措施。

l稳定土地以防止侵蚀

通过土地回填、坡度减小以及在矿区种植植物和树木可以稳定土壤并减少侵蚀。良好的侵蚀控制措施能够保留宝贵的土壤,促进自然生长和再生。

矿山关闭计划的目标

5.2

矿山关闭计划可按不同程度进行复垦:

l污染治理(Remediation

清理污染区域,移除所有矿山废料,包括水资源,并对污染物进行隔离处理。

l复垦(Reclamation

稳定地形,通过回填、景观美化和表土替换使土地重新具有利用价值。

l生态恢复(Restoration

恢复因采矿而被破坏的生态系统,如植物群和动物群。种植本地树木和植被以促进自然再生。

l修复再利用(Rehabilitation

将土地修复到稳定且能自我恢复的状态,无论是恢复到矿山建设前的状态,还是改造成适应当地环境的新型生态系统。矿区还可以被重新利用,例如农业、太阳能发电、生产生物燃料,甚至用作娱乐或旅游场所。

矿山关闭流程

5.3

l关闭阶段

生产停止,工人数减少,部分技术工人被保留以完成矿山的永久关闭。公司可能会为员工提供再培训或提前退休的选项。

l退役阶段

矿山由工人或承包商进行退役处理,包括拆除采矿加工设施和设备,这些设备会被清理以储存或出售。建筑物将被改造或拆除,仓储材料回收,废料妥善处置。

l污染治理和复垦阶段

对土地和水道进行高标准的复垦,确保地形和结构稳定,水道达到可接受的水质。清除有害物质,重新塑造土地并通过添加表土和种植本地植物进行生态恢复。

l后关闭阶段

在矿山关闭后,评估复垦计划的实施情况,并识别是否需要进一步行动。某些矿山可能需要长期维护,如持续处理矿山排放水、定期监测尾矿结构,以及对湿地等恢复技术的监控。

矿山关闭后会发生什么?

5.4

矿山生命周期规划中,矿山关闭后的土地利用是一个重要议题,许多矿山场地已被重新利用,有些用途甚至极为独特,比如地下自行车公园或豪华酒店。以下是一些典型的例子:

德国的佐尔费尔因煤矿
Zollverein Coal Mine 
已被改建为
娱乐中心

肯塔基州的梅加洞矿(Mega Cavern 
已转型为
世界上唯一的地下自行车公园
Louisville Mega Cavern

上海的天马坑(Tianma Pit 
被改建为
2018年开业的世茂梦幻酒店
Shimao Wonderland InterContinental Hotel

挪威的莱夫达尔矿(Lefdal Mine
转型为
数据中心(Lefdal Mine Data Centre

接下来是什么?


现在您已经了解了矿山的运作方式,是时候决定如何投资矿业股票了。是选择大型公司还是初级公司?投资黄金、白银还是铀矿?选择多种多样,可能性无穷无尽。这是一个不错的起点:《完整指南:如何投资矿业股票》。

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