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稀土是高科技领域和国防科技中的关键材料，也是节能环保和满足美好生活要求所必须的先进材料。近十年来，随着新的稀土工业污染物排放标准的实施，人们在广泛的稀土新功能发现和新材料制备的研究中对于环境保护和稀土资源利用效率给予了更大的关注。
我国的稀土矿床类型主要有两种，分别是碱性岩-碳酸岩型矿床和离子吸附型稀土矿床。离子吸附型稀土矿的英文简称为iREE，又被称为风化壳型稀土矿，于1969年在江西龙南首次被发现，虽然其品位不算高，但稀土元素配分齐全，因中重稀土含量高引起高度重视。
离子吸附型稀土矿床是典型的表生作用下形成的矿床，在潮湿高温的地区，成矿母岩经过一系列的风化作用后，含有大量稀土元素且易风化的矿物会被分解，其中的稀土元素也从矿物的晶格中析出，形成离子态，并随着土壤溶液和地下水向下运移，被高岭石、蒙脱石、埃洛石等黏土矿物所吸附，最终富集成矿。
当前，在该类型稀土的开采中主要采用浸取技术，需要使用电解质溶液作为浸取剂将其提取出来，而在稀土离子提取过程中存在一系列问题，比如浸取剂难渗透、浸出液杂质多、发生山体滑坡、污染土壤及地下水等。
近日，中国科学院广州地球化学研究所何宏平研究员团队在《自然·可持续》（Nature Sustainability）上发表了通电开采离子吸附型稀土矿的研究成果，提出了通电开采离子吸附型稀土矿的新概念。
该技术设想在矿山的山顶和山脚分别布置电极并连接电源的正极和负极，将电源和山体连接，构成一个超级大电池。通电后土壤中的稀土阳离子在外加电场的作用下从电源正极向电源负极方向流动，最终在电源负极附近被收集。
这个大胆的设想是基于土壤具有导电性，土壤中的稀土离子能够被其它阳离子交换释放，且稀土离子能够在土壤中的孔隙中移动的条件，而离子吸附型稀土矿中稀土独特的离子存在的状态恰好满足这样的条件。
研究人员通过实验室模拟实验和现场验证逐步探索了最佳通电条件，验证了这一理论的可行性。首先，向稀土矿山中加入电解质溶液，一个个被“束缚”的稀土离子被解吸释放出来，在土壤中游动，整装待发。同时，游离的稀土离子使得土壤导电性大大增加。此时，给土壤通入直流电，稀土离子将沿着电流方向疾速前进。
此外，研究还发现了电动开采过程中的“自除杂”现象。与传统铵法相比，在电动法收集的浸出液中，杂质金属含量降低约70%。研究表明，在电动开采过程中，高价态的REE3+、Al3+等优先迁移至阴极并形成高势垒，阻碍低价的杂质金属离子向阴极迁移，从而抑制杂质浸出。同时，Al3+、Ca2+等杂质离子易与阴极电解产生的OH-生成次生矿物，并沉淀在阴极附近（图3）。因此，电动法开采技术可依靠稀土与杂质金属的迁移性和反应性差异实现“自除杂”，有望显著降低稀土纯化的成本。
该技术具有稀土提取率高、浸取剂用量少和杂质含量低等特点，有望成为新一代的离子吸附型稀土开采技术。同时，该技术为其他以离子态等形式赋存的金属矿产资源（如红土型镍矿、风化型钪矿床等）的开采提供了技术支撑。该技术的研发过程形成了以国家发明专利“通电开采稀土矿的方法”为核心，涵盖矿体精准定位、稀土野外快速测定、绿色浸取剂制备等内容的专利群。目前，研究团队正在合作开展应用示范。
内容来源：知乎
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