稀土元素（REE）是一类很珍贵的元素，它实际上是17种金属元素的总称。无论是电机和发电机中的高性能磁体，还是LED和平板电脑中的发光材料，都离不开稀土元素。但问题在于，这类元素通常在矿床中共生，目前，人们很难找到合适的手段来经济、环保地开采。

中国一直是稀土大国。现在，一组中国科学家已经开发出了一种被称为“电动采矿”的方法，并在数吨土壤上进行了测试。这种方法依赖电流来释放稀土元素，大大降低了对污染性化学品的需求。如果最终确认它可更大规模地使用，那么这将有望成为一种颠覆行业游戏规则的技术。论文已于近日发表在《自然·可持续性》上。

电动技术的新方法

在所有稀土元素中，如镝、钇和铽等具有高原子序数的元素又被称为重稀土元素，最常从花岗岩等火成岩经过长期风化而形成的黏土块中提取。在这些“离子吸附”矿床中，元素被吸附或者说“粘”在黏土颗粒的表面。

在传统做法中，通常需要通过将大量硫酸铵或类似溶液，注入地下，才能进行提取。浸取剂将稀土元素从黏土中“拉”出，随后渗入基岩，在那里被收集处理。这些过程不可避免地会污染水和土壤，并且浪费大片土地。

团队认为，电动技术可能有机会带来一种更清洁的替代方案。简单来说，一堆土壤的顶部和底部的电极可以诱发一个电场，加速浸取剂和它提取的离子的运动。

电动开采以及自除杂机制示意图。（图／Wang, G. et al., Nature Sustainability）

研究团队先从一种土柱模拟实验开始，随后进行了放大实验，并在一个真实的矿床现场，利用一块14吨的黏土进行了原位场地试验。

结果显示，与传统的技术相比，新的方法可以更高效地提取更高比例的稀土元素，所需的硫酸铵也更少。它的开采效率可以超过90%，浸取剂用量降低了约80%。

此外，开采区域的土壤也变得更干净了。因为电动开采过程中出现了一种“自除杂”现象，也就是说，它降低了浸取剂中杂质金属的含量。这可以简化最终的处理流程。根据计算，这种技术可以将采矿成本降低约三分之二。

大规模应用的潜力

电动技术的方法已经被用于土壤修复，也被建议用于开采铜和金等金属。在效率、环境影响和经济方面，它都具有超越传统采矿技术的真正潜力。

团队目前计划在更大规模的土壤上测试并继续优化这种技术，同时避免电流和电压伤害周围土壤和动植物。

他们相信，这有望成为新一代的离子吸附型稀土开采技术，还能为其他类型的资源开采提供技术支撑和帮助。

参考来源：

https://www.science.org/content/article/it-s-electric-technique-could-clean-mining-valuable-rare-earth-elements

https://www.nature.com/articles/s41893-022-00989-3

封面图&首图：Terence Wright, Flickr, CC BY-NC-SA

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