综述:废弃物处置中稀土元素的释放机制、环境行为及风险综述

【字体: 时间:2025年07月25日 来源:Journal of Cleaner Production 9.8

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  这篇综述系统探讨了稀土元素(REEs)在工业/医疗/电子/城市固体废弃物(MSW)处置中的环境归趋,揭示了传统填埋/焚烧方式导致的REEs释放风险,特别关注钆(Gd)造影剂(GBCAs)引发的水体异常、电子废弃物拆解造成的土壤/大气污染,以及REEs通过食物链引发的生态毒性(如生物蓄积性、氧化应激)和人体健康风险(如贫血、内分泌紊乱),为优化REEs回收技术和环境监测提供理论框架。

  

Abstract
稀土元素(REEs)作为现代科技产业的核心材料,其全生命周期管理面临严峻挑战。15种镧系元素与钪(Sc)、钇(Y)构成的REEs家族,因独特的"镧系收缩"现象(La3+离子半径从103pm递减至Lu3+的86pm),展现出无可替代的磁光特性,却也成为环境中的"隐形杀手"。

Introduction
全球70%的REEs供应依赖中国,仅白云鄂博矿年开采量就达25.5万吨。REEs从采矿到废弃的全过程均存在环境泄漏风险,尤其在电子废弃物拆解区,工人血液中REEs浓度显著升高。Gd造影剂的广泛使用更导致全球水体出现特异性"Gd异常"现象,这种医疗废弃物成为REEs环境暴露的新途径。

Major types and characteristics
REEs废弃物可分为三大类:钢铁炉渣等生产残渣、钕铁硼(NdFeB)磁体等报废产品、以及荧光粉等加工副产物。令人担忧的是,1吨废弃手机可提取高达3.5kg的REEs,但现行MSW焚烧处理使90%的REEs最终富集在飞灰中。

Release mechanisms
填埋场渗滤液的酸性环境(pH<5)会加速REEs溶出,而焚烧过程则使REEs向PM2.5迁移。电子废弃物酸洗拆解产生的含REEs废水,其生物有效性比天然存在形态高2-3个数量级。

Environmental behavior
水生系统中REEs呈现独特的"四重分馏"效应:轻稀土(LREEs)易被藻类富集,而重稀土(HREEs)更倾向与溶解有机质结合。土壤-植物系统的研究表明,铈(Ce)在10mg/kg暴露下即会抑制水稻根系发育。

Ecological risks
斑马鱼实验显示,REEs暴露引发肝脏超氧化物歧化酶(SOD)活性异常升高。更值得注意的是,REEs可通过血脑屏障,在脑组织中形成镧(La)-转铁蛋白复合物,干扰神经递质传导。

Human health risks
广东贵屿电子垃圾拆解区工人的流行病学调查发现,其尿液中REEs浓度与促甲状腺激素(TSH)水平呈显著正相关。动物实验证实,长期低剂量REEs暴露会导致睾丸组织间质细胞凋亡率增加30%。

Conclusions
建立基于区块链技术的REEs全生命周期追溯系统,开发选择性吸附功能材料,以及完善REEs生物有效性评价模型,将成为未来研究的关键突破点。特别需要关注医疗废弃物中Gd的归趋行为,其在饮用水中的浓度已接近1μg/L警戒线。

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