【文/觀察者網(wǎng) 劉程輝】香港英文媒體《南華早報》1月12日報道注意到，中國科學家已經(jīng)開發(fā)出一種對環(huán)境更友好的稀土金屬開采新方法，它能夠以更具可持續(xù)性的方式來提高稀土產(chǎn)量，同時還能減少開采時間、能源消耗并控制廢棄物。

報道稱，這種基于電場的新方法實現(xiàn)了95%的“前所未有的”稀土采收率，同時將開采時間縮短了70%，節(jié)省了60%的電力。與傳統(tǒng)方法相比，這種新方法能讓氨氮排放量減少了95%，傳統(tǒng)方法中的氨氮排放來自采礦中使用的浸出劑。

稀土礦產(chǎn)（資料圖） 視覺中國

中國科學院廣州地球化學研究所的研究團隊在1月6日發(fā)表于同行評議期刊《自然·可持續(xù)發(fā)展》（Nature Sustainability）的一篇論文中寫道：“稀土元素（REEs），尤其是重稀土元素（HREEs），是快速向脫碳世界轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵推動因素?！?

諸如鈰、鑭和釹等稀土金屬被用于多種低碳技術(shù)中，包括制造風力渦輪機的磁鐵、催化轉(zhuǎn)化器和電池。

另一方面，盡管稀土金屬在發(fā)展低碳技術(shù)方面起著至關(guān)重要的作用，但由于與其開采相關(guān)的“糟糕的”環(huán)境記錄，它們的供應(yīng)受到限制。傳統(tǒng)開采需要向風化殼土壤中注入大量濃銨鹽溶液來采收這些元素，這可能導致有害排放、水污染和土壤退化。

中國是全球最大的稀土生產(chǎn)與儲量國。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）報告，中國2023年稀土產(chǎn)量達24萬噸，約占全球三分之二，而儲量達4400萬噸，占全球40%。報告還顯示，中國生產(chǎn)了全球98%的鎵和60%的鍺；在2019至2022年，美國進口的銻礦及其氧化物中有63%來自中國。

盡管稀土在全球生產(chǎn)中起著關(guān)鍵作用，但傳統(tǒng)的風化殼型稀土開采工藝——銨鹽原地浸取技術(shù)存在生態(tài)環(huán)境破壞嚴重、浸出周期長、資源利用效率低等問題，2018年以后已被我國禁用，這進一步限制了稀土供應(yīng)。

為解決這一問題，該研究團隊2023年曾提出一種用于提取稀土元素的電動采礦（EKM）技術(shù)，用于從風化殼中綠色高效采收稀土元素。EKM技術(shù)在稀土礦床的頂部和底部施加電壓，從而產(chǎn)生電場以加速稀土元素和水向陰極遷移。

但在實際應(yīng)用過程中，該技術(shù)仍面臨一系列問題和挑戰(zhàn)，主要包括電極在潮濕和侵蝕性環(huán)境中長期運行的穩(wěn)定性、大規(guī)模礦區(qū)應(yīng)用時可能出現(xiàn)的浸出液泄漏，以及地下水文條件和礦體結(jié)構(gòu)對稀土采收率的復雜影響。

通過深入凝練科學問題及核心技術(shù)攻關(guān)，該團隊進一步發(fā)展和完善了稀土電驅(qū)開采新技術(shù)，通過研發(fā)新型防腐蝕低阻耗的惰性導電材料，設(shè)計高壓防滲策略，以及創(chuàng)新性地采用周期性交替通電方法，將該技術(shù)成功應(yīng)用于5000噸土方規(guī)模的稀土礦中試開采。

在新論文中，研究團隊在中國南方梅州的一個礦場進行了測試，證明了其在工業(yè)規(guī)模上的應(yīng)用能力。當受到電極形成的電場的影響時，稀土元素會移動聚集以便采收。在這個過程中仍然會使用浸出劑，但用量大幅減少。

該團隊寫道：“一項嚴格的環(huán)境風險評估顯示氨氮排放量減少了95%，這表明其對環(huán)境的影響顯著降低?！?

在應(yīng)用他們的技術(shù)四個月后，礦區(qū)周圍的地下水質(zhì)量保持穩(wěn)定，這表明在測試期間沒有發(fā)生滲漏情況。

與他們這種方法的高采收率相比，傳統(tǒng)開采的采收率僅為40%到60%。

該團隊寫道：“使用電動采礦（EKM）技術(shù)后的60天內(nèi)，稀土元素采收率達到了95.5%，而采用傳統(tǒng)浸出法在60天內(nèi)僅能采收15%左右?！?

傳統(tǒng)技術(shù)還會導致其他金屬元素的共浸出，這會進一步增加提純和分離的成本。

為解決礦山侵蝕性環(huán)境的問題，中方團隊還研發(fā)了一種新型塑料基電極，這種電極可減少腐蝕，同時仍能提供高導電性。

盡管通過這種新方法獲取1噸礦石的生產(chǎn)成本略高于傳統(tǒng)方法，但該團隊表示成本“大致”相當，證明了其經(jīng)濟可行性。該團隊寫道：“與傳統(tǒng)技術(shù)相比，電動采礦方法會產(chǎn)生更高的電力相關(guān)成本……但能大幅降低與化學藥劑相關(guān)的成本?！?

這還沒有考慮環(huán)境成本。該團隊表示，若將環(huán)境成本考慮在內(nèi)，“傳統(tǒng)技術(shù)的生產(chǎn)成本是電動采礦技術(shù)的三倍”。

“我們得出的結(jié)論是，電動技術(shù)的運用為更可持續(xù)的采礦開辟了廣闊機遇，同時有助于向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型?！?

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