香港英文媒体《南华早报》1月12日报道注意到，中国科学家已经开发出一种对环境更友好的稀土金属开采新方法，它能够以更具可持续性的方式来提高稀土产量，同时还能减少开采时间、能源消耗并控制废弃物。
报道称，这种基于电场的新方法实现了95%的“前所未有的”稀土采收率，同时将开采时间缩短了70%，节省了60%的电力。与传统方法相比，这种新方法能让氨氮排放量减少了95%，传统方法中的氨氮排放来自采矿中使用的浸出剂。
稀土矿产（资料图） 视觉中国
中国科学院广州地球化学研究所的研究团队在1月6日发表于同行评议期刊《自然·可持续发展》（Nature Sustainability）的一篇论文中写道：“稀土元素（REEs），尤其是重稀土元素（HREEs），是快速向脱碳世界转型的关键推动因素。”
诸如铈、镧和钕等稀土金属被用于多种低碳技术中，包括制造风力涡轮机的磁铁、催化转化器和电池。
另一方面，尽管稀土金属在发展低碳技术方面起着至关重要的作用，但由于与其开采相关的“糟糕的”环境记录，它们的供应受到限制。传统开采需要向风化壳土壤中注入大量浓铵盐溶液来采收这些元素，这可能导致有害排放、水污染和土壤退化。
中国是全球最大的稀土生产与储量国。根据美国地质调查局（USGS）报告，中国2023年稀土产量达24万吨，约占全球三分之二，而储量达4400万吨，占全球40%。报告还显示，中国生产了全球98%的镓和60%的锗；在2019至2022年，美国进口的锑矿及其氧化物中有63%来自中国。
尽管稀土在全球生产中起着关键作用，但传统的风化壳型稀土开采工艺——铵盐原地浸取技术存在生态环境破坏严重、浸出周期长、资源利用效率低等问题，2018年以后已被我国禁用，这进一步限制了稀土供应。
为解决这一问题，该研究团队2023年曾提出一种用于提取稀土元素的电动采矿（EKM）技术，用于从风化壳中绿色高效采收稀土元素。EKM技术在稀土矿床的顶部和底部施加电压，从而产生电场以加速稀土元素和水向阴极迁移。
但在实际应用过程中，该技术仍面临一系列问题和挑战，主要包括电极在潮湿和侵蚀性环境中长期运行的稳定性、大规模矿区应用时可能出现的浸出液泄漏，以及地下水文条件和矿体结构对稀土采收率的复杂影响。
通过深入凝练科学问题及核心技术攻关，该团队进一步发展和完善了稀土电驱开采新技术，通过研发新型防腐蚀低阻耗的惰性导电材料，设计高压防渗策略，以及创新性地采用周期性交替通电方法，将该技术成功应用于5000吨土方规模的稀土矿中试开采。
在新论文中，研究团队在中国南方梅州的一个矿场进行了测试，证明了其在工业规模上的应用能力。当受到电极形成的电场的影响时，稀土元素会移动聚集以便采收。在这个过程中仍然会使用浸出剂，但用量大幅减少。
该团队写道：“一项严格的环境风险评估显示氨氮排放量减少了95%，这表明其对环境的影响显著降低。”
在应用他们的技术四个月后，矿区周围的地下水质量保持稳定，这表明在测试期间没有发生渗漏情况。
与他们这种方法的高采收率相比，传统开采的采收率仅为40%到60%。
该团队写道：“使用电动采矿（EKM）技术后的60天内，稀土元素采收率达到了95.5%，而采用传统浸出法在60天内仅能采收15%左右。”
传统技术还会导致其他金属元素的共浸出，这会进一步增加提纯和分离的成本。
为解决矿山侵蚀性环境的问题，中方团队还研发了一种新型塑料基电极，这种电极可减少腐蚀，同时仍能提供高导电性。
尽管通过这种新方法获取1吨矿石的生产成本略高于传统方法，但该团队表示成本“大致”相当，证明了其经济可行性。该团队写道：“与传统技术相比，电动采矿方法会产生更高的电力相关成本……但能大幅降低与化学药剂相关的成本。”
这还没有考虑环境成本。该团队表示，若将环境成本考虑在内，“传统技术的生产成本是电动采矿技术的三倍”。
“我们得出的结论是，电动技术的运用为更可持续的采矿开辟了广阔机遇，同时有助于向低碳经济转型。”