我國科學(xué)家在稀土電驅(qū)開采技術(shù)方面取得新的重要進(jìn)展，克服了規(guī)模化應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，使稀土采收率大于95%，浸取劑用量減少80%，開采時(shí)間縮短70%，所需電能節(jié)約60%，向環(huán)境排放的氨氮量降低95%，表現(xiàn)出潛在的經(jīng)濟(jì)可行性。1月6日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然-可持續(xù)性》（Nature Sustainability）上。
稀土是世界性戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源。風(fēng)化殼型稀土礦是我國優(yōu)勢(shì)礦種，為全世界提供了90%以上的中重稀土。然而，傳統(tǒng)的風(fēng)化殼型稀土開采工藝——銨鹽原地浸取技術(shù)存在生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重、浸出周期長、資源利用效率低等問題，2018年以后已被我國禁用。為解決風(fēng)化殼型稀土礦綠色高效開采問題，2023年中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所率先提出了綠色、高效、經(jīng)濟(jì)和快速的電驅(qū)開采技術(shù)理念，完成了原理可行性驗(yàn)證并取得了初步的實(shí)驗(yàn)成果。而在實(shí)際應(yīng)用過程中，該技術(shù)面臨一系列問題和挑戰(zhàn)，主要包括電極在潮濕和侵蝕性環(huán)境中長期運(yùn)行的穩(wěn)定性、大規(guī)模礦區(qū)應(yīng)用時(shí)可能出現(xiàn)的浸出液泄漏，以及地下水文條件和礦體結(jié)構(gòu)對(duì)稀土采收率的復(fù)雜影響。
為此，廣州地化所朱建喜研究員、何宏平院士團(tuán)隊(duì)通過深入凝練科學(xué)問題與核心技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步發(fā)展和完善稀土電驅(qū)開采新技術(shù)。研究通過研發(fā)新型防腐蝕低阻耗的惰性導(dǎo)電材料，設(shè)計(jì)高壓防滲策略，以及創(chuàng)新性地采用周期性交替通電方法，將該技術(shù)成功應(yīng)用于5000噸土方規(guī)模的稀土礦中試開采。
針對(duì)常規(guī)金屬電極在土壤環(huán)境中易被腐蝕的問題，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新型塑料導(dǎo)電電極。這一電極具有優(yōu)異的導(dǎo)電性（200 S/m）和良好的耐電流沖擊能力（70 A，兩個(gè)月無損）。同時(shí)，由于塑料表面的疏水性，該電極能夠防止電化學(xué)腐蝕和減少水電解，同時(shí)因柔韌性可以更緊密地貼合礦體表面，從而提高電驅(qū)開采過程的效率。
實(shí)際礦山結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裂隙發(fā)育嚴(yán)重，浸取劑和稀土浸出液在重力作用下常沿著裂隙快速遷移、泄露、導(dǎo)致稀土采收率降低。為此，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了高壓防滲策略，通過高壓電場(chǎng)將浸出液封閉在指定收集區(qū)，同時(shí)利用電遷移和電滲原理控制稀土浸出液向集液池定向遷移。這一創(chuàng)新策略有效避免了傳統(tǒng)開采中的“跑冒滴漏”，解決了傳統(tǒng)開采中稀土浸出液無序流動(dòng)和環(huán)境污染的難題，為高效、安全的稀土開采提供了創(chuàng)新性解決方案。
在實(shí)際開采過程中，電極數(shù)量眾多并相互干擾，且長時(shí)間通電會(huì)引起電荷累積，降低通電效率并增加能耗。為此，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了周期性交替通電方法。通過周期性切換陽極與陰極，有效減少了電極極化現(xiàn)象，提升了電流效率。同時(shí)，通過給局部區(qū)域輪換通電，利用停電期間的額外擴(kuò)散作用促進(jìn)了浸取劑和稀土離子的交換反應(yīng)，提高了稀土采收率。相比給全區(qū)域同時(shí)通電，該方法可節(jié)約60%的電能，顯著降低了成本。
通過60天的通電開采，工業(yè)試驗(yàn)的稀土采收率達(dá)到95%以上。環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，地下水和地表水中的氨氮排放量相比傳統(tǒng)開采工藝減少了95%，極大降低了稀土開采的環(huán)境影響。基于技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，電驅(qū)開采技術(shù)在不計(jì)入環(huán)境修復(fù)成本的情況下，與傳統(tǒng)開采技術(shù)的成本相當(dāng)，但傳統(tǒng)工藝的后期環(huán)境成本和生態(tài)修復(fù)費(fèi)用（主要是氨氮污染）通常較高。電驅(qū)開采技術(shù)展現(xiàn)出潛在的經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境優(yōu)勢(shì)。
《自然-可持續(xù)》審稿人提出，本項(xiàng)研究對(duì)稀土開采行業(yè)做出了寶貴貢獻(xiàn)，在全球稀土需求急劇增長，迫切需要變革性、可持續(xù)的開采技術(shù)的背景下，相關(guān)研究及結(jié)果非常切合時(shí)宜，相較于當(dāng)前的稀土開采方法，電驅(qū)開采技術(shù)能夠顯著改善環(huán)境影響。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目等的支持。
論文鏈接
風(fēng)化殼型稀土礦原位電驅(qū)開采示意圖
工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果圖。（a）稀土采收率、（b）地下水氨氮含量、（c）地表水氨氮含量
本文鏈接：風(fēng)化殼型稀土綠色、高效電驅(qū)開采技術(shù)研發(fā)取得突破http://m.lensthegame.com/show-12-598-0.html
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