《Hydrometallurgy》：Vertical redistribution of rare earth elements (REEs) and fractionation after nine-month MgSO
4 in-situ leaching of an ionic clay REE deposit
编辑推荐：
•MgSO?淋滤使矿层酸化并重组粒级分布。•由于硫酸盐络合作用更强，重稀土元素（HREEs）的损失超过轻稀土元素（LREEs）的损失。•可交换态稀土元素组分显著增加，将稀土元素转化为更易活化的形态。•硫酸盐络合与阳离子交换作用超越了pH的控制，形成潜在的环境风险。引言分布于花
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MgSO?淋滤使矿层酸化并重组粒级分布。
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由于硫酸盐络合作用更强，重稀土元素（HREEs）的损失超过轻稀土元素（LREEs）的损失。
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可交换态稀土元素组分显著增加，将稀土元素转化为更易活化的形态。
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硫酸盐络合与阳离子交换作用超越了pH的控制，形成潜在的环境风险。
引言
分布于花岗岩风化壳上的离子吸附型稀土矿床目前供应全球超过90%的重稀土元素（HREEs）需求，是绿色能源和国防技术的战略资源（Wang et al., 2023; Borst et al., 2020）。在中国南方，这些矿床通常采用原地浸矿（ISL）方法进行开采，即通过浅孔注入MgSO?溶液，从黏土表面交换出REE3?（Li et al., 2024; Xiao et al., 2015）。自2010年代后期以来，由于氨氮地下水污染的担忧以及对更环保萃取剂的需求，MgSO?逐步取代(NH?)?SO?成为工业生产中首选的浸矿剂（Moldoveanu and Papangelakis, 2016; Han et al., 2023）。
尽管MgSO?原地浸矿能有效将稀土元素从黏土交换位点上解吸，但矿层内非目标稀土元素的长期归宿仍知之甚少。注入的Mg2?通过阳离子交换置换吸附态REE3?，共存的SO?2?与稀土元素形成稳定的水溶液络合物，尤其是与HREEs（Migdisov et al., 2016; Yang et al., 2019a）。这一双重机制不仅使稀土元素活化迁移，还可能导致浸矿液向下渗透经过10–20米厚的风化剖面时发生显著的垂直再分配和元素间分异（Nagasawa et al., 2024; Liu et al., 2024; Bao and Zhao, 2008）。先前的研究表明，长期MgSO?渗流可改变pH值、溶解铁锰氧化物并重新分配粒级分布，而上述因素均已知会影响稀土元素的形态和迁移性（Gao et al., 2023; Luo et al., 2022）。然而，在真实生产条件下——尤其是连续注入数月之后——此类过程的现场尺度证据极其稀缺。
目前关于MgSO?原地浸矿的研究大多聚焦于短期浸矿效率或浸矿后整体土壤中的残余稀土元素（Chen et al., 2018; Pan et al., 2025），对稀土元素地球化学形态的深度变化及分异指数关注甚少。与此同时，持续浸矿可能将稀土元素转化为更易活化的相态——这是一个切实的环境关切，因为这些可迁移的稀土元素可能滞留在风化剖面内，在矿山关闭后构成潜在环境风险（Zhou et al., 2026; Tian et al., 2024; Wang et al., 2025）。值得注意的是，矿层垂直方向上黏土含量、有机质和水力传导率的变化进一步增加了预测现场条件下稀土元素行为的难度。
为弥补上述知识空白，本研究在中国南方福建省省长汀县一处投产中的离子黏土型稀土矿床进行了为期九个月的原地MgSO?浸矿实验（九个月的原地MgSO?浸矿对应于该矿山一个典型完整生产周期）。在浸矿前后对配对连续岩心钻孔进行了取样，使研究人员能够直接比较淋滤前后深度剖面（0–13米）中土壤理化性质、主要元素、硫酸盐残留、稀土总量以及五种操作定义态（可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残余态）的变化。具体目标为：（1）量化九个月MgSO?注入所引起的轻稀土元素（LREEs）和重稀土元素（HREEs）的垂直再分配；（2）评估稀土元素分异参数及Ce/Eu异常的变化；（3）通过连续提取和相关分析阐明稀土元素形态的迁移及其控制因素。研究结果为MgSO?原地浸矿的长期地球化学遗产提供了现场尺度洞察，有助于离子吸附型稀土矿的资源回收优化和环境风险评估。
章节摘要
研究区与浸矿历史
研究区位于中国南方福建省龙岩市长汀县的一处离子吸附型稀土矿床（25°38′26″N, 116°21′43″E, 海拔329米，图1A–C），矿床赋存于15–20米厚的花岗岩风化壳中。年均降水量为1732毫米，年均气温为18.3°C（亚热带季风气候）。矿体赋存于侏罗纪黑云母似斑状花岗岩中，其上覆盖0.3–1.2米厚的水稻土和1–2米厚的砂壤土。矿层
土壤pH值与有机质
硫酸镁浸矿剂注入后，矿层（3–13米）土壤pH值从4.71至5.64显著下降至4.13–4.52，其中3米和4米处降幅最大（ΔpH = ?1.2），而表层（1–2米）pH值略有上升（表S2）。这一酸化现象可能归因于多种因素。首先，注入的MgSO?溶液pH值为3.5–4，该溶液引入的H?可能是
结论
本研究表明，连续九个月的MgSO?原地浸矿将深刻改变离子吸附型稀土矿中稀土元素的垂直分布、分异特征及赋存形态。硫酸镁的长期注入导致矿层酸化、粒级结构重组和溶解性有机质下移，三者共同增强了稀土元素的迁移性。在浸矿过程中
CRediT作者贡献声明
陈志祺：撰写——初稿，验证，软件，方法论，形式化分析，数据整理，概念化。高彬彬：软件，方法论，形式化分析。王海燕：方法论，形式化分析。王强：方法论，调查研究。陈志强：调查研究。陈智彪：撰写——审阅与编辑，监督，调查研究，经费获取，概念化。陈祖良：撰写——审阅与编辑，监督。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到国家自然科学基金委员会（42277013）、福建省自然科学基金面上项目（2025J01621）和福建师范大学创新团队建设培育计划（Y0720409B06）资助。
陈志祺|高彬彬|王海燕|王强|陈志强|陈智彪|陈祖良
