木质素磺酸盐双重修复离子型稀土矿氨氮污染：高效淋洗与土壤稳定化协同机制

针对离子型稀土矿原位浸出导致的NH4+-N污染问题，研究人员创新性利用木质素磺酸盐（CLS/SLS）开展双重功能修复研究。结果表明，CLS实现82.59% NH4+-N去除率，同时提升土壤剪切强度114%，通过Ca2+介导的离子交换和磺酸基静电作用实现污染控制与地质稳定，为稀土矿区生态修复提供可持续解决方案。

　　

离子型稀土矿开采过程中，采用硫酸铵原位浸出工艺虽能高效提取稀土元素，却导致严重的氨氮（NH₄⁺-N）污染。每开采1吨稀土需消耗10-15吨硫酸铵，约30%的氨氮渗入深层土壤，造成土壤酸化、地下水污染及滑坡风险。传统生物修复法在贫瘠的稀土矿土中难以奏效，而化学淋洗又可能破坏土壤结构。面对这一环境与工程双重挑战，如何实现污染治理与土壤稳定化的协同成为关键科学问题。

针对这一难题，江西某研究团队在《Environmental Technology》发表研究，创新性地利用造纸工业副产物——木质素磺酸盐（钙基CLS和钠基SLS）开展双重功能修复。研究通过批式与柱式实验结合，采用Elovich方程动力学建模、XRD/SEM/BET多尺度表征及直接剪切试验等技术，系统评估了木质素磺酸盐对模拟与实际矿区土壤的修复效能。

3.1 批式淋洗实验
在模拟污染土壤中，CLS在最佳条件（15 g/L，960分钟）下实现83.30% NH₄⁺-N去除率，显著高于清水淋洗（47.22%）。动力学分析表明，Elovich和双常数方程（R2=0.910-0.941）最能描述以异质扩散为主导的去除过程，证实了Ca²⁺/NH₄⁺离子交换的核心作用。

3.2 柱式淋洗验证
CLS对实际矿区土壤的交换态NH₄⁺-N去除率达91.89%，且淋洗后土壤pH保持中性（7.54），避免了SLS导致的强碱化（pH 10.08）。剪切强度测试显示CLS处理土壤抗剪强度提升114%，孔隙率降低49.40%，SEM观察到明显的颗粒包覆与孔隙填充现象。

3.3 机制解析
XPS与FTIR揭示了三重作用路径：（1）Ca²⁺与NH₄⁺的离子交换；（2）木质素磺酸盐磺酸基（-SO₃H）与NH₄⁺的静电吸引；（3）羟基氢键络合。TEM-EDS证实Ca、S元素在土壤中的均匀分布，支撑了“淋洗-稳定”协同机制。

该研究首次将工业副产物转化为稀土矿修复材料，不仅实现NH₄⁺-N高效去除（>82%），同时通过土壤结构强化解决了矿区滑坡风险。CLS的中性pH特性避免了二次污染，其成本效益（<15 g/L用量）与造纸废料资源化属性，完美契合循环经济原则。野外放大试验进一步验证了技术的实用性——99天内淋出液NH₄⁺-N浓度降至10 mg/L以下，为离子型稀土矿的绿色开采与生态修复提供了标杆式解决方案。