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稀土元素（REEs）被多国列为 “关键金属”，离子吸附型稀土矿（IADs）开采面临困境。研究人员开展电动开采（EKM）技术研究，成功开采 5000 吨 IAD 矿石，提升了 REE 回收率等。该成果为稀土开采带来新方向。
在科技飞速发展的当下，稀土元素（REEs）扮演着至关重要的角色，多国都将其列为 “关键金属”。尤其是重稀土元素（HREEs），在高科技领域和国防安全方面有着不可替代的作用，堪称现代工业的 “维生素”。而离子吸附型稀土矿（IADs）作为 HREEs 的主要可开采资源，为全球提供了超 90% 的 HREEs 。
然而，传统的 IAD 开采技术 —— 铵盐原地浸出法，却在实际应用中遭遇重重危机。它对环境造成了严重破坏，开采过程中大量氨氮排放，污染土壤和水体；而且稀土回收率较低，大量宝贵的稀土资源被浪费；浸出时间也很长，导致开采效率低下。鉴于这些问题，2018 年，铵盐原地浸出法被政府禁止。为了寻找更环保、高效的稀土开采方式，中国科学院广州地球化学研究所的研究人员展开了深入研究。
研究人员聚焦电动开采（EKM）技术，经过不懈努力，取得了令人瞩目的成果。他们成功将 EKM 技术应用于 5000 吨 IAD 矿石的工业规模开采，相关研究成果发表在《The Innovation》上。这一突破标志着稀土开采进入了一个全新的阶段，为行业带来了新的希望。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。一是开发新型导电塑料电极（CPE），这种电极由塑料制成，能有效抵御土壤环境中的电化学腐蚀，还能减少水电解，导电性可达 200 S/m ，可承受 70 A 冲击电流数月之久。二是设计电压梯度屏障（VGB），利用高电压形成屏障，防止浸出液渗漏，提高稀土回收率。三是发明间歇式功率交替（IPA）策略，通过交替切换阳极和阴极，减少电极间的相互干扰和电荷积累，优化电流效率，降低约 60% 的能耗。
下面来详细看看研究结果。
在电极技术突破方面，新型 CPE 的开发克服了传统金属电极易腐蚀的难题。塑料电极凭借其疏水表面，不仅能防止电化学腐蚀，还能减少水电解。它与矿体表面贴合紧密，大大增强了接触效果，显著提升了 EKM 过程的效率。
电压梯度屏障（VGB）有效解决了浸出液渗漏问题。在实际开采中，浸出剂溶液和稀土浸出液常沿土壤裂隙流动，导致浸出剂污染和稀土回收率降低。而 VGB 的存在，使得浸出液被限制在指定收集区域，通过电迁移和电渗作用，稀土溶液从高电压区域流向低电压区域的特定收集池，有效防止了稀土浸出液和浸出剂渗漏到土壤裂隙中，确保了高回收率和低环境影响。
间歇式功率交替（IPA）策略成功降低了能耗。实际开采中，大量电极同时存在会导致相互干扰和电荷积累，降低功率效率、增加能耗。IPA 策略通过周期性切换阳极和阴极，有效减少了电极极化，优化了电流效率。在断电周期中，该策略增强了浸出剂与稀土离子的离子交换，提高了稀土回收率。而且，在阳极和阴极的切换过程中，稀土离子始终朝着同一方向移动，保证了稀土的高效迁移和收集。
从整体实验数据来看，工业规模实验成果令人振奋。经过 60 天的 EKM 开采，稀土回收率高达 95%。通过四个监测井进行的环境评估显示，地下水中和地表水中的氨氮排放减少了 95%，大大降低了稀土开采对环境的影响。技术经济分析（TEA）表明，EKM 技术与传统开采技术的成本在不考虑环境修复成本时相当，但传统开采技术的环境修复成本（主要源于氨氮污染）显著更高，这凸显了 EKM 技术在经济可行性和环境方面的优势。
综上所述，该研究成功实现了 5000 吨 IAD 矿石的工业规模 EKM 开采，克服了传统开采技术的诸多弊端，大幅提升了稀土回收率，减少了浸出剂使用、开采时间和氨氮排放。这一成果为稀土开采行业开辟了新道路，推动了 EKM 技术从实验室走向工业应用的进程，为实现清洁、高效、低碳的可持续采矿未来奠定了坚实基础。未来，研究可朝着更大规模的试点工厂建设、更深入的经济可行性评估以及全面的生命周期评估等方向展开，进一步挖掘 EKM 技术的潜力，助力稀土产业绿色、健康发展。
