意大利撒丁岛Porto Vesme赤泥中稀土元素(La-Lu, Sc, Y)与关键金属的分布分异特征及经济潜力评估

本研究针对意大利撒丁岛Porto Vesme堆存场约3000万吨拜耳法赤泥，系统研究了其中稀土元素(REEs)和关键金属(CMs)的赋存状态与富集规律。通过矿物学、地球化学和统计学分析，发现赤泥中轻稀土(LREEs)主要赋存于铁钛酸盐相，重稀土(HREEs)+Y主要受锆石控制，Ce呈现显著正异常。研究首次建立了赤泥中REEs与Fe2 O3 -TiO2 -P2 O5 体系的成因关联，提出(Nd+Dy+Ce+Pr+La)/ΣREEs比值(70.8±1.1%)可作为评估赤泥资源化潜力的新指标，为欧盟关键原材料供应链安全提供科学依据。

　　

在全球绿色能源转型背景下，稀土元素(REEs)和关键金属(CMs)的战略地位日益凸显。中国目前主导着全球85%的轻稀土和100%的重稀土生产，这种供应垄断促使欧盟积极寻找替代资源。拜耳法赤泥作为铝土矿提炼氧化铝的副产品，因其富含REEs和CMs且环境风险高，成为"城市矿山"研究的热点。意大利撒丁岛Porto Vesme堆存场积存的3000万吨赤泥，既是潜在环境隐患，更是亟待开发的二次资源宝库。

意大利巴里大学等机构的研究团队通过多学科交叉方法，首次系统评估了该赤泥中REEs(La-Lu, Sc, Y)和CMs的分布规律与经济潜力。研究发现赤泥中REEs含量显著高于母岩，LREEs(326.6±21.7 ppm)>HREEs+Y(144.4±8.8 ppm)>Sc(81.5±3.9 ppm)，其中Ce异常突出(247.0±15.4 ppm)。矿物学分析揭示赤泥包含23种晶相，主要含铁矿物(赤铁矿、针铁矿)、铝氢氧化物(三水铝石、勃姆石)和钛矿物(锐钛矿、金红石)，并首次在SEM-EDS中观察到2-5μm的磷钇矿(Y+HREEs磷酸盐)和Ce铁钛酸盐颗粒。该成果发表于《Journal of Geochemical Exploration》。

研究采用X射线衍射(XRD)结合Rietveld精修定量分析矿物组成，扫描电镜-能谱(SEM-EDS)进行微区形貌与成分表征，电感耦合等离子体发射光谱/质谱(ICP-OES/MS)测定主微量元素含量，并运用R型因子分析解析元素共生关系。所有样品取自堆存场A池的42个采样点，并采集母岩(澳大利亚Weipa铝土矿)作为对照。

矿物学与结构特征方面，XRD鉴定显示赤泥主要含赤铁矿(25.71±2.75 wt%)、三水铝石(21.76±0.92 wt%)和石英(16.11±1.68 wt%)，含48.74 wt%非晶质。SEM-EDS相图定量表明98.5%区域为Na-Al水合硅酸盐与Fe(OH)₃
的纳米级混合物，0.2%区域含Y+HREEs磷酸盐(磷钇矿，YPO₄
)，其成分接近理论值(Y₂
O₅
43.63 wt%，P₂
O₅
36.01 wt%)。背散射电子像观察到<10μm的Ce-Fe-Ti-O颗粒，证实LREEs主要赋存于铁钛酸盐相。

地球化学特征显示，除Al₂
O₃
外所有主量元素均相对母岩富集。球粒陨石标准化图谱呈现显著Ce正异常和轻稀土富集模式。关键金属中V(607.5±93.3 ppm)、Nb(95.0±7.2 ppm)、Ga(65.5±10.2 ppm)和Hf(59.1±8.1 ppm)含量突出，且HREEs+Y、Hf、TiO₂
和W相对于上陆壳(UCC)显著富集。

元素共生关系通过R型因子分析揭示：F1(52.1%方差)反映脱硅产物(Na-铝硅酸盐)与残余/新生相(含LREEs的铁钛酸盐)的竞争关系；F2(15.2%)表征锆石对HREEs+Y的控制；F3(14.2%)指示Co-Ta-W可能形成独立氧化物；F4(10.1%)对应碳酸盐对Ca的调控。Sc未在任一因子中显著负载，表明其分布受多因素控制。

经济潜力评估采用三重指标：①EI/SR(经济重要性/供应风险)比值显示HREEs+Y虽供应风险高(EI/SR<1)，但富集程度最高；②前景系数C_outl
(临界REE/非临界REE)与REEs_def%
显示该赤泥与全球典型赤泥相当；③电动车相关指标(Nd+Dy+Ce+Pr+La)/ΣREEs达70.8±1.1%，优于多数对比样本。研究特别指出，虽然HREEs+Y在锆石中富集，但回收技术难度可能影响其实际经济价值。

该研究首次建立了Porto Vesme赤泥中REEs-CMs的完整分布模型，为欧盟关键原材料战略提供了三方面启示：①证实赤泥可作为LREEs(特别是Ce)和特定CMs(Hf、W等)的潜在资源；②揭示矿物学控制机制对资源回收工艺选择的指导意义；③提出的多参数经济评估体系为同类二次资源评价建立新范式。研究团队建议后续应重点优化铁钛酸盐相中LREEs的选择性提取技术，并评估大规模回收的环境足迹，以推动赤泥从环境负担向战略资源的实质性转化。