香港英文媒體《南華早報》1月12日報道注意到，中國科學家已經開發出一種對環境更友好的稀土金屬開采新方法，它能夠以更具可持續性的方式來提高稀土產量，同時還能減少開采時間、能源消耗並控制廢棄物。
報道稱，這種基於電場的新方法實現了95%的“前所未有的”稀土采收率，同時將開采時間縮短了70%，節省了60%的電力。與傳統方法相比，這種新方法能讓氨氮排放量減少了95%，傳統方法中的氨氮排放來自采礦中使用的浸出劑。
稀土礦產（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日發表於同行評議期刊《自然·可持續發展》（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型的關鍵推動因素。”
諸如鈰、鑭和釹等稀土金屬被用於多種低碳技術中，包括制造風力渦輪機的磁鐵、催化轉化器和電池。
另一方面，盡管稀土金屬在發展低碳技術方面起著至關重要的作用，但由於與其開采相關的“糟糕的”環境記錄，它們的供應受到限制。傳統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與儲量國。根據美國地質調查局（USGS）報告，中國2023年稀土產量達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中起著關鍵作用，但傳統的風化殼型稀土開采工藝——銨鹽原地浸取技術存在生態環境破壞嚴重、浸出周期長、資源利用效率低等問題，2018年以後已被我國禁用，這進一步限制了稀土供應。
為解決這一問題，該研究團隊2023年曾提出一種用於提取稀土元素的電動采礦（EKM）技術，用於從風化殼中綠色高效采收稀土元素。EKM技術在稀土礦床的頂部和底部施加電壓，從而產生電場以加速稀土元素和水向陰極遷移。
但在實際應用過程中，該技術仍面臨一系列問題和挑戰，主要包括電極在潮濕和侵蝕性環境中長期運行的穩定性、大規模礦區應用時可能出現的浸出液泄漏，以及地下水文條件和礦體結構對稀土采收率的覆雜影響。
通過深入凝練科學問題及核心技術攻關，該團隊進一步發展和完善了稀土電驅開采新技術，通過研發新型防腐蝕低阻耗的惰性導電材料，設計高壓防滲策略，以及創新性地采用周期性交替通電方法，將該技術成功應用於5000噸土方規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，證明了其在工業規模上的應用能力。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：“一項嚴格的環境風險評估顯示氨氮排放量減少了95%，這表明其對環境的影響顯著降低。”
在應用他們的技術四個月後，礦區周圍的地下水質量保持穩定，這表明在測試期間沒有發生滲漏情況。
與他們這種方法的高采收率相比，傳統開采的采收率僅為40%到60%。
該團隊寫道：“使用電動采礦（EKM）技術後的60天內，稀土元素采收率達到了95.5%，而采用傳統浸出法在60天內僅能采收15%左右。”
傳統技術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境的問題，中方團隊還研發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噸礦石的生產成本略高於傳統方法，但該團隊表示成本“大致”相當，證明了其經濟可行性。該團隊寫道：“與傳統技術相比，電動采礦方法會產生更高的電力相關成本……但能大幅降低與化學藥劑相關的成本。”
這還沒有考慮環境成本。該團隊表示，若將環境成本考慮在內，“傳統技術的生產成本是電動采礦技術的三倍”。
“我們得出的結論是，電動技術的運用為更可持續的采礦開辟了廣闊機遇，同時有助於向低碳經濟轉型。”
