垃圾填埋场腐殖土中稀土元素的赋存形态与提取潜力：碱热活化与脉冲焦耳热解的协同策略

本研究针对垃圾填埋场腐殖土（LHS）中稀土元素（REEs）资源化难题，通过碱热处理（HTT）和双脉冲焦耳加热（TPJH）技术揭示了REE赋存形态与提取性的关联机制。研究发现轻稀土（La-Nd）主要赋存于磷灰石、石英等矿物相，HTT通过破坏矿物结构将REE回收率提升至近100%，而TPJH则通过形成钙钛矿型钛酸盐（如Ce2 Ti2 O7 ）实现REE环境稳定化（浸出率<5%），为城市矿山开发提供了"提取-稳定"双路径解决方案。

　　

研究背景
稀土元素（REEs）作为风电机组和电动汽车的核心材料，其供应链长期面临地缘政治风险。传统矿山开采导致严重生态破坏，而全球垃圾填埋场中堆积的电子废弃物却成为"沉睡的稀土宝库"。以上海老港填埋场为例，运行30余年的填埋单元腐殖土层（LHS）因长期稳定化作用，已成为REE的潜在富集区。然而，这些REE如何赋存？能否高效提取？如何避免二次污染？这些问题制约着"城市矿山"的开发。

研究方法
同济大学团队对上海老港填埋场10个封场单元进行网格化采样，采用X射线衍射（XRD）和连续提取法分析REE赋存形态。开发碱热活化（HTT）和双脉冲焦耳加热（TPJH）技术：HTT在200°C碱性条件下破坏磷灰石结构，TPJH通过3000°C瞬时高温诱导矿物相变。通过ICP-MS测定REE提取率，结合X射线吸收精细结构谱（XAFS）解析分子机制。

研究结果
1. LHS特性表征
XRD显示LHS主要含磷灰石（Ca₅
(PO₄
)₃
(F,Cl,OH)）、钙长石（Me_x
O·Al₂
O₃
·SiO₂
）和石英（SiO₂
），其中磷灰石通过类质同象置换（Ca²⁺
→REE³⁺
）成为主要REE宿主相。

2. REE赋存特征
轻稀土（La-Nd）占比超60%，46.8-52.3%以残渣态存在，磷酸盐结合态占31.5%。TPJH处理后形成Ce₂
Ti₂
O₇
等钛酸盐，酸浸出率下降至3.7%。

3. 技术对比
HTT在pH=0时实现近100%提取，REE富集量达630 mg/kg；TPJH使石英烧结形成致密包裹体，REE稳定性提升20倍。

结论与意义
该研究首次阐明LHS中REE的"矿物囚禁"机制，创新性地提出HTT-TPJH技术联用策略：HTT适用于资源回收场景，而TPJH更适合封场填埋的生态风险管控。这一成果将传统视为废物的LHS转变为战略资源储备，为全球5万余座填埋场的可持续管理提供了中国方案。研究同时指出，未来需开发针对中重稀土（如Dy、Y）的专属提取技术，并建立填埋场REE数据库以支撑全生命周期评估。