稀土是高科技領(lǐng)域和國(guó)防科技中的關(guān)鍵材料，也是節(jié)能環(huán)保和滿足美好生活要求所必須的先進(jìn)材料。近十年來，隨著新的稀土工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，人們?cè)趶V泛的稀土新功能發(fā)現(xiàn)和新材料制備的研究中對(duì)于環(huán)境保護(hù)和稀土資源利用效率給予了更大的關(guān)注。

　　一、“不成礦”的稀土礦——中國(guó)南方離子吸附型稀土礦

　　我國(guó)的稀土礦床類型主要有兩種，分別是堿性巖-碳酸巖型礦床和離子吸附型稀土礦床。

圖：世界最大稀土礦區(qū)白云鄂博

　　離子吸附型稀土礦的英文簡(jiǎn)稱為iREE，又被稱為風(fēng)化殼型稀土礦，于1969年在江西龍南首次被發(fā)現(xiàn)，雖然其品位不算高，但稀土元素配分齊全，因中重稀土含量高引起高度重視。

　　離子吸附型稀土礦床是典型的表生作用下形成的礦床，在潮濕高溫的地區(qū)，成礦母巖經(jīng)過一系列的風(fēng)化作用后，含有大量稀土元素且易風(fēng)化的礦物會(huì)被分解，其中的稀土元素也從礦物的晶格中析出，形成離子態(tài)，并隨著土壤溶液和地下水向下運(yùn)移，被高嶺石、蒙脫石、埃洛石等黏土礦物所吸附，最終富集成礦。

　　二、離子吸附型稀土的綠色、高效電動(dòng)開采新技術(shù)

　　近日，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所何宏平研究員團(tuán)隊(duì)在《自然·可持續(xù)》(Nature Sustainability)上發(fā)表了通電開采離子吸附型稀土礦的研究成果，提出了通電開采離子吸附型稀土礦的新概念。該技術(shù)設(shè)想在礦山的山頂和山腳分別布置電極并連接電源的正極和負(fù)極，將電源和山體連接，構(gòu)成一個(gè)超級(jí)大電池。通電后土壤中的稀土陽離子在外加電場(chǎng)的作用下從電源正極向電源負(fù)極方向流動(dòng)，最終在電源負(fù)極附近被收集。這個(gè)大膽的設(shè)想是基于土壤具有導(dǎo)電性，土壤中的稀土離子能夠被其它陽離子交換釋放，且稀土離子能夠在土壤中的孔隙中移動(dòng)的條件，而離子吸附型稀土礦中稀土獨(dú)特的離子存在的狀態(tài)恰好滿足這樣的條件。研究人員通過實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證逐步探索了最佳通電條件，驗(yàn)證了這一理論的可行性。

　　首先，向稀土礦山中加入電解質(zhì)溶液，一個(gè)個(gè)被“束縛”的稀土離子被解吸釋放出來，在土壤中游動(dòng)，整裝待發(fā)。同時(shí)，游離的稀土離子使得土壤導(dǎo)電性大大增加。此時(shí)，給土壤通入直流電，稀土離子將沿著電流方向疾速前進(jìn)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了電動(dòng)開采過程中的“自除雜”現(xiàn)象。與傳統(tǒng)銨法相比，在電動(dòng)法收集的浸出液中，雜質(zhì)金屬含量降低約70%。

　　研究表明，在電動(dòng)開采過程中，高價(jià)態(tài)的REE3+、Al3+等優(yōu)先遷移至陰極并形成高勢(shì)壘，阻礙低價(jià)的雜質(zhì)金屬離子向陰極遷移，從而抑制雜質(zhì)浸出。同時(shí)，Al3+、Ca2+等雜質(zhì)離子易與陰極電解產(chǎn)生的OH-生成次生礦物，并沉淀在陰極附近(圖3)。因此，電動(dòng)法開采技術(shù)可依靠稀土與雜質(zhì)金屬的遷移性和反應(yīng)性差異實(shí)現(xiàn)“自除雜”，有望顯著降低稀土純化的成本。

　　該技術(shù)具有稀土提取率高、浸取劑用量少和雜質(zhì)含量低等特點(diǎn)，有望成為新一代的離子吸附型稀土開采技術(shù)。同時(shí)，該技術(shù)為其他以離子態(tài)等形式賦存的金屬礦產(chǎn)資源(如紅土型鎳礦、風(fēng)化型鈧礦床等)的開采提供了技術(shù)支撐。該技術(shù)的研發(fā)過程形成了以國(guó)家發(fā)明專利“通電開采稀土礦的方法”為核心，涵蓋礦體精準(zhǔn)定位、稀土野外快速測(cè)定、綠色浸取劑制備等內(nèi)容的專利群。目前，研究團(tuán)隊(duì)正在合作開展應(yīng)用示范。