采收率大于95%！新技术支撑稀土开采 | 科技前线

中国科学院广州地球化学研究所在稀土电驱开采技术方面取得新进展，克服了规模化应用中的技术瓶颈，使稀土采收率大于95%，浸取剂用量减少80%，开采时间缩短70%，所需电能节约60%，向环境排放的氨氮量降低95%，表现出潜在的经济可行性。

最新研究成果于北京时间2025年1月6日在线发表在《自然-可持续》（Nature Sustainability）。

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传统技术亟待提升

稀土是世界性战略矿产资源。风化壳型稀土矿是我国优势矿种，为全世界提供了90%以上的中重稀土。

然而，传统的风化壳型稀土开采工艺——铵盐原地浸取技术存在生态环境破坏严重、浸出周期长、资源利用效率低等问题，2018年以后已被我国禁用。

为解决风化壳型稀土矿绿色高效开采的问题，2023年广州地化所率先提出了一种绿色、高效、经济和快速的电驱开采技术理念，完成了原理可行性验证并取得初步的实验成果。

但在实际应用过程中，该技术仍面临一系列问题和挑战，主要包括电极在潮湿和侵蚀性环境中长期运行的稳定性、大规模矿区应用时可能出现的浸出液泄漏，以及地下水文条件和矿体结构对稀土采收率的复杂影响。

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电驱开采新技术

为此，广州地化所朱建喜研究员、何宏平院士团队通过深入凝练科学问题及核心技术攻关，进一步发展和完善了稀土电驱开采新技术，通过研发新型防腐蚀低阻耗的惰性导电材料，设计高压防渗策略，以及创新性地采用周期性交替通电方法，将该技术成功应用于5000吨土方规模的稀土矿中试开采。

▲风化壳型稀土矿原位电驱开采示意图。

针对常规金属电极在土壤环境中易被腐蚀的问题，研究团队开发了一种新型塑料导电电极。该电极具有优异的导电性（200 S/m）和良好的耐电流冲击能力（70 A，两个月无损）。同时，由于塑料表面的疏水性，该电极能够防止电化学腐蚀和减少水电解，并因其柔韧性可以更紧密地贴合矿体表面，从而提高电驱开采过程的效率。

实际矿山结构复杂、裂隙发育严重，浸取剂和稀土浸出液在重力作用下常沿着裂隙快速迁移、泄漏，导致稀土采收率降低。为此，研究团队设计了一种高压防渗策略，通过高压电场将浸出液封闭在指定收集区，同时利用电迁移和电渗原理控制稀土浸出液向集液池定向迁移。这一创新策略有效避免了传统开采中的“跑冒滴漏”，解决了传统开采中稀土浸出液无序流动和环境污染的难题，为高效、安全的稀土开采提供了创新性解决方案 。

在实际开采过程中，电极数量众多并相互干扰，且长时间通电会引起电荷累积，降低通电效率并增加能耗。为此，研究团队设计了周期性交替通电方法。通过周期性切换阳极与阴极，有效减少了电极极化现象，提升了电流效率。此外，通过给局部区域轮换通电，利用停电期间的额外扩散作用促进了浸取剂和稀土离子的交换反应，提高了稀土采收率。相比给全区域同时通电，该方法可显著节约电能，降低了成本。

▲工业试验结果图。（a）稀土采收率；（b）地下水氨氮含量；（c）地表水氨氮含量。

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具有良好应用前景

通过60天的通电开采，工业试验的稀土采收率达到了95%以上。环境监测结果表明，地下水和地表水中的氨氮排放量相比传统开采工艺减少了95%，极大降低了稀土开采的环境影响。

基于技术经济分析，电驱开采技术在不计入环境修复成本的情况下，与传统开采技术的成本相当，但传统工艺的后期环境成本和生态修复费用（主要是氨氮污染）通常较高。电驱开采技术展现出潜在的经济可行性和环境优势。

相关系列研究成果发表在《自然-可持续》（Nature sustainability）（2023, 2025）、《创新》（The Innovation）（2024）、《化学工程杂志》（CEJ）（2024）、《稀土学报》（JRE）（2024）等，授权专利12件（包含3件国际专利）。

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41893-024-01501-9

来源：中国科学院广州地球化学研究所

责任编辑：曹旸