近日，由南昌大学牵头承担的项目离子吸附型稀土资源高效绿色开发与生态修复一体化技术高分通过综合绩效评价。这一创新开采技术的成功研发，在提高稀土回收率、高效绿色开采方面取得了显著成效，或为我国稀土资源的高效绿色利用探索出一条新路。
从固废中提取浸取试剂并循环利用
离子吸附型稀土是我国的特色资源。然而，现有的离子吸附型稀土开采工艺制约了我国离子吸附型稀土资源的开采利用。在此背景下，亟须研发出新一代高效、绿色开采技术。离子吸附型稀土资源高效绿色开发与生态修复一体化技术应运而生，其协同耦合、铝镁循环、变废为宝、高效绿色的特点为离子吸附型稀土的开发提供了新思路。
“离子吸附型稀土开发已经有四十多年的历史，怎么创新提高离子吸附型稀土开发技术一直是稀土科研人员攻关的难点。”10月初，记者见到了南昌大学化学化工学院教授李永绣。在他的办公室，一张“中国稀土分布图”令人印象深刻，李永绣表示，分布图上的科研单位、技术、人才连起来就是一张网，彼此都有着千丝万缕的联系。
离子吸附型稀土资源高效绿色开发与生态修复一体化技术项目由南昌大学牵头、联合江西理工大学、中国科学院长春应用化学研究所等十家单位共同研发，李永绣为项目负责人。
多年来，硫酸铵浸矿的氨氮污染以及原地浸矿水土流失，严重影响了矿区环境。近期推出的氯化钙镁、硫酸镁浸矿工艺虽然可以解决氨氮污染问题，但浸取效率不够，矿山实际消耗量更大，尤其是硫酸镁导致的水体富营养化也很严重。
“因此我们研发了以铝盐为新一代浸取试剂的高效绿色浸取新工艺与物质循环利用技术。”李永绣解释，这项技术首先突破了传统机理认识，从单纯的离子交换理论转到双电层模式下的离子水化与阴离子配位吸附共同制约的浸取机理。
“与以往不同的是，我们选择了以铝盐为新一代浸取试剂的高效浸取体系和工艺方法。”李永绣说，这些体系和方法包括铝盐与低价无机盐的协同浸取体系、钙镁盐与铝盐的分阶段浸取工艺和柠檬酸盐与低浓度无机盐的分阶段浸取工艺等。
值得关注的是，上述铝盐和钙镁盐都是从矿山生产的废渣废水中提取并循环使用的。为此，团队研发了能实现稀土与铝及其他共存离子分离并循环利用，沉淀、萃取和膜分离技术相互耦合的富集分离新技术。“我们将水解铝渣固废转化为高效浸取试剂，用于矿山生产，实现了污染物的循环利用，并显著降低了试剂消耗量和污染物产生量。”李永绣说，有了创新的分离技术，曾经纠缠不清的稀土与铝也就能“相敬如宾”了。
如此一来，稀土的铝含量可以控制在千分之一以下，为实现无放射性废渣产生的高纯稀土分离清洁生产奠定了基础。
“采—浸—修”一体化为稀土开采“添绿”
从南昌到赣州，从稀土矿山到稀土冶炼分离企业……李永绣已经记不清自己往来的次数。“太多了，一年来来回回不知道多少趟。”怀着对稀土事业的热爱，李永绣带领团队在助力稀土行业高质量发展的创新道路上不断尝试创新。
国家“双碳”目标的实施对生态环境改善和环境污染防治提出新要求，同时也为稀土行业带来了新的机遇。
稀土生产过程如何做到绿色化，“采—浸—修”一体化是又一个创新点。
“这个创新点的核心是要借助渗流预测调控方法，将探矿与浸矿技术耦合、浸矿与生态修复耦合来实现。”李永绣说，离子吸附型矿床的显著特点是其不均匀性。因此，缺乏稀土分布和地质水文条件数据的原地浸析采矿技术不可行。为此，研究团队将江西理工大学和南昌大学、武汉大学在渗流预测和过程调控方面的专业优势发挥出来。
“离子吸附型稀土矿绿色提取工艺不仅应该从开采效率、环境影响、产品质量及生产成本等方面综合考虑，还要充分结合矿山地质结构、浸出液渗流和生态修复技术来优化工程设计。”李永绣解释，这样才能避免浸出液无组织流失，实现采—浸—修一体化。
“在浸矿方式上，我们主张根据生产勘探数据来确定是采取原地浸矿还是堆浸，也可以是两种方法的有机结合。”李永绣说，在堆浸技术上，研究团队发展了以可生长堆为特征的可控堆浸技术，用以代替以往的粗放的大规模堆场同时浸取的堆浸方法。这有利于实现采—浸—修一体化，消除浸矿过程及后续尾矿的水土流失和滑坡塌方。
李永绣告诉记者，项目围绕离子型稀土提取工艺存在的资源回收率低和环境影响大等关键问题，系统开展了离子吸附型稀土高效绿色开采的基础和技术研发工作，并取得了系列创新成果。
“科技创新与技术进步将不断为我国稀土工业的发展‘添绿’。”李永绣说，项目在基础理论、技术开发、应用示范等主要方面取得了新突破。其大规模推广应用，将大大推进全球中重稀土资源的科学开发和高效应用，促进稀土产业的高质量发展。