稀土元素（REY）作为关键矿产资源，被广泛应用在高精尖产业中。风化壳离子吸附型稀土矿床作为REY的主要产出矿床之一，提供了全球超过90%的重稀土，但是我国在REY探明储量上的优势正在逐渐下降。传统的开采方法会造成严重的环境污染，而微生物淋滤作为一种绿色的采矿方法正受到越来越广泛的关注。研究微生物与不同矿物相之间的相互作用有助于更好地理解微生物-矿物界面的作用机制。

近年来，研究主要关注风化壳原岩中的REY赋存特征，而对于REY在风化壳中主要载体（粘粒）上的赋存特征和分馏模式尚不明确。据此，研究者选取江西赣南韩坊稀土矿床的风化壳样品，结合硫酸盐还原菌（SRB）构建粘粒-SRB体系，利用XRD、Raman、ATR-FTIR、SEM、EDS等表征手段对化学提取和微生物提取实验后的REY赋存形态和分馏模式进行了探讨。

研究发现SRB会改变REY在不同矿物相的赋存特征。在连续化学提取实验中，REY主要赋存在不定型铁相、晶体铁相和盐酸盐相中。铁相矿物由于较大的比表面积和表面羟基作用可以吸附/络合大量稀土元素；碳酸盐中的REY则主要被CO₃^2-或HCO₃^-络合。微生物淋滤实验中，残渣相、R_{Amor Fe}相（去除有机质、碳酸盐、不定型铁相的残余相）和R_Org相（去除有机质的残余相）是REY的主要赋存相。残渣态伊利石中Fe和有机物质之间的耦合作用是反应早期阶段促进SRB活性的重要因素；铁矿物中Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）之间的转化作用可能会导致次生含铁矿物的形成及含铁矿物结构的改变，促进氧化还原反应的进行并造成REY的溶解差异。

图1 化学提取实验和微生物淋滤实验中REY在不同矿物相中的相对百分比

同时，研究者根据化学提取实验中的稀土元素溶解量，对微生物淋滤实验中的稀土分馏模式进行标准化分析。结果显示，SRB的参与能够促进中重稀土元素的溶解。有机酸的络合、铁矿物的重新吸附以及针铁矿的转化可能是影响中重稀土分馏的重要因素。

图2 稀土元素在不同矿物相的提取效率

综上所述，SRB-粘粒系统可以改变REY在不同矿物相中的赋存状态，提高残渣态中REY的相对提取比例，并促进中重稀土元素的溶解。该研究证明微生物淋滤法是一种具有高潜力的绿色采矿方法，能为理解微生物与矿物之间的生物地球化学过程提供新视野，促进稀土矿床的绿色高效开采。

研究成果以“The Clay-SRB (sulfate-reducing bacteria) system: dissolution and fractionation of REY”为题在线发表在Applied Clay Science（矿物学一区top）杂志上。该研究第一作者为西南大学硕士研究生李思淼，参与该研究还有中国地质大学（北京）的博士研究生景云涛和中国地质科学院地质研究所刘琰研究员、天津大学地球系统科学学院朱翔宇副教授和滕辉教授、西南大学资源环境学院杜红霞副教授和马明教授、南京大学地球科学与工程学院季峻峰教授、宁夏国土资源调查监测院赵万伏和西南大学地理科学学院赵万苍。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.clay.2024.107534