廣州地化所研發(fā)出離子吸附型稀土的綠色、高效電動開采新技術(shù)
軍工資源網(wǎng) 2022年11月03日 離子吸附型稀土是我國的特色資源，可提供中重稀土。然而，現(xiàn)有的離子吸附型稀土開采工藝（銨鹽原地浸取技術(shù)）存在生態(tài)環(huán)境破壞嚴重、浸出周期長、資源利用效率低等問題，制約了我國離子吸附型稀土資源的開采利用。亟需研發(fā)新一代高效、綠色的開采技術(shù)。
中國科學院廣州地球化學研究所研究員何宏平團隊研發(fā)了一種離子吸附型稀土電動開采新技術(shù)。該技術(shù)的核心思想是通過外加電場驅(qū)動風化殼中稀土離子的活化、定向遷移和快速收集（圖1）。該技術(shù)的稀土回收率大于90%，浸取劑用量減少80%，浸出液中有害雜質(zhì)含量降低70%，解決了稀土開采帶來的環(huán)境污染問題，并提高了離子吸附型稀土的開采效率，具有綠色、高效的特點。
科研團隊先后完成土柱模擬實驗、放大試驗和場地示范。與傳統(tǒng)銨法開采技術(shù)相比，電動法稀土開采的效率顯著提高（圖2A）。實驗表明：電動法在67 h稀土回收率可達96%，而傳統(tǒng)銨法在130h稀土回收率僅為60%左右（圖2B）。基于模擬實驗和放大試驗的結(jié)果，研究人員在廣州周邊某稀土富集區(qū)進行原位場地試驗。結(jié)果表明，僅11天，電動法稀土開采效率即可達90%以上，且浸取劑用量較傳統(tǒng)銨法降低約80%，取得了良好效果（圖2C、2D）。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)了電動開采過程中的“自除雜”現(xiàn)象。與傳統(tǒng)銨法相比，在電動法收集的浸出液中，雜質(zhì)金屬含量降低約70%。研究表明，在電動開采過程中，高價態(tài)的REE3+、Al3+等優(yōu)先遷移至陰極并形成高勢壘，阻礙低價的雜質(zhì)金屬離子向陰極遷移，從而抑制雜質(zhì)浸出。同時，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，電動法開采技術(shù)可依靠稀土與雜質(zhì)金屬的遷移性和反應性差異實現(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，有望成為新一代的離子吸附型稀土開采技術(shù)。同時，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，涵蓋礦體精準定位、稀土野外快速測定、綠色浸取劑制備等內(nèi)容的專利群。目前，研究團隊正在合作開展應用示范。
近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-可持續(xù)》（Nature Sustainability）上。研究工作得到廣東省基礎與應用基礎研究重大項目、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等的支持。
圖1.離子吸附型稀土礦電動開采示意圖
圖2.（A）土柱模擬實驗結(jié)果、（B）放大試驗結(jié)果、（C）原位場地試驗結(jié)果、（D）原位場地試驗現(xiàn)場圖
圖3.電動發(fā)稀土開采過程的自除雜機制示意圖