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为解决离子吸附型矿床（IADs）传统开采导致的环境问题，研究人员开展电动开采（EKM）中稀土元素（REEs）迁移机制研究。构建整合扩散、对流等的 IEKM 模型，发现电迁移（82.91%）为主导机制，电解作用（10.93%）影响显著，为绿色高效开采提供模型支撑。
稀土资源作为现代工业的 “维生素”，在新能源、航空航天等领域具有不可替代的作用。离子吸附型矿床（IADs）是重稀土（HREEs）的主要来源，但其传统开采方式 —— 铵盐原位浸出技术，会造成铵氮污染、土壤退化等严重环境问题，甚至导致新采矿提案因环评不通过被拒。因此，发展绿色高效的开采技术迫在眉睫。电动开采（EKM）作为一种可持续替代方案，虽展现出高效回收稀土的潜力，但稀土在 IADs 中的电动迁移机制尚不明确，缺乏预测模型，限制了其工业应用。
为解决这一关键科学问题，中国研究人员开展了相关研究，成果发表在《Environmental Technology》。研究构建了整合扩散、对流、电迁移、电渗和电解作用的整合电动开采模型（IEKM），通过 14 吨规模的现场实验验证模型有效性，揭示了稀土迁移的关键机制，为 EKM 技术优化提供了理论基础。
研究主要采用了现场实验、数值模拟和柱实验等技术方法。现场实验在广东毛峰山的天然 IAD 矿床开展，施加 0.3 V?cm?1 的间歇电压，使用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）分析稀土浓度，计算回收率。数值模拟基于 COMSOL Multiphysics 平台，结合 MATLAB 优化算法，拟合实验数据获取土壤理化参数，量化各迁移机制的贡献。柱实验则通过不同电压条件下的稀土传输实验，验证模型参数的可靠性。
3.1 整合模型构建
IEKM 模型整合了多种传输机制，考虑了离子在电场、浓度场和水力场中的耦合作用。模型方程包含对流、电迁移、扩散、电渗和电解的通量计算，通过质量守恒方程描述稀土离子浓度随时间的变化。模型忽略竞争离子影响，参数化土壤孔隙度、曲折度等特性，可应用于传统浸出和 EKM 系统。
3.2 现场实验验证
14 吨规模现场实验中，使用 0.075 M 硫酸铵作为浸取剂，11 天后稀土回收率达 88.28±17.00%。IEKM 模型预测回收率为 80.97%，与实验结果吻合。模拟显示，电场显著加速了铵离子和稀土离子的迁移，验证了模型对离子传输动态的描述能力。
3.3 迁移机制量化
通过柱实验和模型分析，发现电迁移是稀土传输的主导机制，贡献达 82.91%，远超传统认为的电渗作用（0.20%）。电解作用贡献 10.93%，通过改变土壤 pH 和 zeta 电位影响离子迁移。扩散和对流贡献分别为 3.06% 和 2.90%，表明电场是稀土高效迁移的核心驱动力。
3.4 电解作用的影响
电解作用消耗了 57.95% 的输入能量，主要用于水分解，仅 42.05% 能量用于稀土传输。降低电压梯度可优化能量分配，提升电迁移能量占比至 88.16%，减少电解能耗。这提示通过工艺优化可提高 EKM 的能量效率。
3.5 技术应用潜力
EKM 技术已在不同规模实验中展现可行性，5000 吨级现场实验实现 95% 稀土回收率，氨氮排放降低 95%。经济分析表明，尽管 EKM 与传统开采成本相近，但环境治理成本显著更低，具有可持续性优势。
研究首次量化了 IADs 中稀土电动迁移各机制的贡献，颠覆了电渗主导的传统认知，揭示了电解作用的重要性。IEKM 模型为 EKM 工艺设计提供了可靠工具，有助于优化电极设计和能量利用，推动绿色采矿技术的工业化应用。未来研究可进一步聚焦低能耗电极材料开发和长期环境影响评估，助力稀土资源的可持续开发。
