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稀土不稀 重在创新应用

2020-8-27 17:43| 发布者: admin| 查看: 1524| 评论: 0

摘要: 稀土不稀 重在创新应用 郭咏梅 杨丽 张文灿 一、稀土不稀——全球稀土资源储量丰富,可供开采数百年 1 稀土不稀 镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬( ...

稀土不稀  重在创新应用

 

郭咏梅  杨丽  张文灿

 

一、稀土不稀——全球稀土资源储量丰富,可供开采数百年

    1 稀土不稀

(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)及与镧系同族的钇(Y)和钪(Sc)17种稀土元素已经成为最新前沿高科技应用领域不可或缺的核心元素。根据稀土硫酸盐溶解度的差异,稀土元素被分为轻稀土、中稀土和重稀土。稀土元素因其自身独特的电子结构而赋予其优异的光、磁、热性能,可以与其他的材料形成性能各异、品种繁多的新型功能材料,并大幅度的提高其他产品的性能和质量。

由于发现之初稀土提纯技术和分析技术的水平较低,误认为稀土元素在地壳中含量很稀少,被称为“稀土”,后经科学勘探证实,稀土元素的地壳丰度总和为0.016%,其中CeLaNd的丰度比钨(W)、锡(Sn)、钼(Mo)、铅(Pb)、钴(Co)等常用金属还高。其中Ce元素的储存量在所有元素中占第25位,几乎接近铜;而铥和镥的储存量甚至高于银。由此可见,就稀土在地球的储存量来说,实际上稀土并不“稀”,只是赋存状态不同。

进入21世纪,稀土应用领域不断拓展,应用产业规模不断扩大,稀土产业迎来了快速发展期。以钕铁硼材料和稀土永磁电机为代表的稀土新材料和器件的快速发展引领了整个稀土行业的迅猛发展。未来新能源汽车行业的发展对稀土永磁材料和电机的需求将持续增大。随着稀土永磁电机、国产汽车尾气催化剂和器件、稀土脱硝催化剂、高端稀土激光晶体、闪烁晶体、超高纯稀土金属和化合物及高性能稀土合金等关键制备技术取得突破,也为稀土新材料应用注入了强劲动力。因此,虽然稀土产业规模不大,国内市场每年仅有十几万吨交易量,但却涉及国民经济生产的方方面面及国防工业的关键部件,所以说稀土元素的功能作用无法替代或替代后严重影响材料性价比,稀土材料“能量”巨大。

在世界范围内已经发现了众多的稀土矿产资源,但分布极不均匀,具有经济开采价值的稀土矿相对较少。目前大部分具有经济开采价值的稀土资源主要源自中国、澳大利亚、美国、俄罗斯及东南亚部分地区,矿种有氟碳铈矿、独居石矿、离子型矿及磷钇矿等。随着开采和选矿技术的进步,世界范围内的各种稀土资源将逐步得到开发和利用。

2 中国稀土资源雄踞世界第一,全球稀土多元供应格局形成

我国是全球稀土资源储量最大的国家,矿种和稀土元素齐全、品位高、矿点分布合理。目前,在全国22个省市区发现了上千处的矿床及矿化点,主要稀土矿有内蒙古包头白云鄂博混合型稀土矿、江西赣南离子型中重稀土矿、四川凉山及山东微山氟碳铈稀土矿、湖南褐钇铌矿、广东粤北中重稀土矿以及近年来在陕西探测到的轻稀土矿、新疆铌钽铪大型中重稀土矿和云南特大型稀土金属风化壳矿床等,形成了北、南、东、西的分布格局,具有“北轻南重”的分布特点。其中,内蒙古包头白云鄂博矿区的稀土储量占全国总储量的83%以上,居世界第一;山东稀土矿储量占比约8%;四川稀土矿储量占比约3%;云南、广西、广东、福建、浙江、江西、湖南等南方七省储量约占比3%左右;还有如广西桂东北、桂东南等中重稀土也很可观。

以世界最大的稀土矿白云鄂博矿为例,自1957年开采以来,一直按照铁矿开采,被开采的铁矿体选矿顺序是先选铁矿物再选稀土矿物。由于稀土的用量有限,稀土选矿只选出很小部分稀土精矿,大部分稀土矿物被排到尾矿库。白云鄂博铁矿石中稀土平均含量为6%,围岩中白云岩稀土平均含量为4%,按年生产铁矿石1000万吨计算,每年铁矿石和围岩中产出的稀土氧化物总量约100万吨。

白云鄂博是一个以氟碳铈矿和独居石矿为主的轻稀土矿床,但由于其总体稀土含量高,储量大,中重稀土绝对储量也不可小觑。白云鄂博铁矿石中仅钇、铕、镝、铽四种元素含量(质量分数)就超过500×106,部分中重稀土元素含量还超过了我国南方离子型矿。所以,白云鄂博稀土矿是以轻稀土为主、轻重兼顾的大型矿山,随着日后勘探技术的进步提升,白云鄂博的稀土资源储量也将会被重新认识。

全球稀土资源并不稀缺,但世界各国稀土储量的数据说法不一,很多国家没有完全公布所拥有的稀土储量,有些地质地调工作还未开展,国外储量的真实数据并没有体现出来。

根据美国地质调查局(USGS)《矿产品概要2020》报告数据,截至2019年末,世界稀土资源储量约1.2亿吨,其中,中国稀土资源储量4400万吨(REO),为世界最大稀土资源国;巴西和越南稀土储量并列第二,各2200万吨(REO);其次是俄罗斯、印度、澳大利亚、格陵兰岛、美国等国也有众多稀土储量。这些稀土资源基本上构成了世界稀土资源的主体,全球稀土资源供应呈现出“一超多强”的多元化格局。美国地质调查局(USGS)公布的2019年世界稀土资源储量及分布见表1和图1

1  2019年世界稀土储量

单位:万吨,REO

国家

中国

巴西

越南

俄罗斯

印度

澳大利亚

格陵兰

稀土储量

4400

2200

2200

1200

690

330

150

国家

美国

南非

加拿大

坦桑尼亚

其他国家

合计

稀土储量

140

79

83

89

31

11561

注:JORC(联合矿石储量委员会)公布的澳大利亚标准储量大约为190万吨

全球稀土储量分布结构

2.1 美国稀土资源

美国是世界上稀土资源较为丰富的国家之一,主要有氟碳铈矿、独居石及在选别其他矿物时作为副产品可回收的黑稀金矿、硅铍钇矿和磷钇矿等矿物。世界上最大的单一氟碳铈矿是位于加州的芒廷帕斯矿,探明储量1358.8万吨(REO),品位8.24%TREO。美国的独居石开采较早且储量较为丰富,开采的砂矿为佛罗里达州的格林科夫斯普林斯矿。20195月,美国化学品公司BlueLine与澳大利亚企业签署了在美国境内建设稀土冶炼工厂的备忘录。

2.2 澳大利亚稀土资源

近年来,澳大利亚逐渐成为中国以外全球主要的稀土供应国。澳大利亚存在大量具有高价值的稀有金属矿藏,2016年公布的稀土资源量(EDR)为344万吨(REO+Y2O3)。澳大利亚大量的稀土资源赋存在含有独居石成分的重矿砂矿床中,据估算独居石资源储量大约为780万吨(REO),假设独居石中稀土氧化物含量约为60%,澳大利亚重矿砂矿床的稀土氧化物资源量大约为468万吨(REO)。目前澳大利亚尚无经济开采价值的资源量为2957万吨(REO),大部分源自(主要为镧和铈)奥林匹克坝矿体(氧化铁--金矿,位于南澳大利亚),该矿的总资源量超过20亿吨,稀土品位0.5%REO),总稀土氧化物含量1000万吨以上,大约含0.17%(质量分数)镧和0.25%(质量分数)铈。该矿的稀土氧化物目前没有回收,储存在矿山的尾矿库。

澳大利亚地球科学局网站公布了包括莱纳斯公司拥有的韦尔德稀土矿在内的15个公司旗下的15个稀土项目。201886日,莱纳斯公司发布公告,韦尔德山稀土资源量比2015年公布数据增长60%,为5540万吨,平均品位5.4% TREO,折合300万吨TREO。韦尔德山稀土储量目前为1970万吨,品位8.6%TREO,折合169万吨TREO

莱纳斯公司在马来西亚关丹市进行冶炼分离,目前该工厂价值最高的产品为镨钕氧化物。公司2018年年报表明:氧化镨钕产量为5444吨(2017年为5223吨);稀土氧化物(REO)的总产量为17753吨(2017年为16003吨)。氧化镨钕产量突破设计产量。2019年氧化镨钕生产能力增至600/月。莱纳斯已经与欧洲、美国和日本的四家机构签署了协议,保证其稀土产品的销售。

2.3 巴西稀土资源

巴西主要稀土资源是独居石重矿砂,分布于其东海岸。据美国地质调查局公布的数据,巴西稀土储量很大。2020年,美国稀土工业年评报告中公布巴西稀土储量为2200万吨(REO)。美国地质调查局列出的国外主要稀土矿中(不包括重砂矿及磷酸盐矿),巴西占有6个,均属于未分类资源,品位0.15%-10.5%,资源量在9-4350万吨TREO左右。

2.4 俄罗斯稀土资源

美国地质调查局2020年公布俄罗斯储量为1800万吨(REO)。据报道,俄罗斯稀土矿超过35个,但是大部分稀土矿稀土含量较低。俄罗斯多数稀土资源富集在磷灰岩中,如磷灰石和独居石。俄罗斯的铈铌钙钛矿还含有大量的钛、铌和钽,俄罗斯Lovozero矿生产铈铌钙钛矿和异性石,2014年生产了不足5000吨铈铌钙钛矿精矿。除了铈铌钙钛矿资源外,独联体还有大量的磷灰石,主要用于生产化肥,磷酸盐精矿中稀土含量大约0.9%1.1%,但是目前生产化肥时还未回收稀土,还处于试验研究阶段。此外,独联体留存有上世纪40年代的独居石,约8.2万吨(4.4万吨TREO)。

2.5 印度稀土资源

印度拥有大量的重矿砂矿床,其中独居石和少量的磷钇矿含有稀土资源。独居石是印度主要稀土来源,含大约58%稀土氧化物。印度国家海洋学院确认,沿着印度7000公里长的海岸线也有重矿砂矿床。201210月,印度原子矿物勘探与研究理事会报告,印度独居石储量约为1193万吨。按照独居石约含58%REO)计算,印度独居石约有692万吨(REO)。印度稀土公司(印度政府企业)是印度唯一经过许可处理稀土矿的企业,产品包括混合氯化稀土,产能为1.1万吨;此外,还有磷酸三钠产能为1.35万吨;硝酸钍产能为150吨。

2.6 加拿大稀土资源

加拿大拥有许多稀土矿,稀土精矿为采铀作业后的副产品。2020年可能投产的项目包括阿瓦隆稀有金属的Nechalacho重稀土项目、Matamec勘探公司的Kipawa重稀土—锆项目、Quest稀有矿物的StrangeLake(怪湖)以及MiseryLake(苦难湖)稀土项目。

2.7 越南稀土资源

越南稀土储量丰富。2020年,美国地质调查局报告越南稀土储量为2200万吨(REO)。多数越南稀土矿集中在越南西北部,沿东海岸线靠近中国边境的地带,包括都巴奥矿、YenPhu矿以及从清化到BaRia-VungTau沿海岸的省份(钛矿砂),未形成产业规模,目前只有莱州稀土合资公司(越南与日本丰田)进行一些小规模、非系统性、季节性、非专业性的作业,计划每年向日本出口4000吨稀土。

2.8 格陵兰稀土资源

格陵兰发现的许多稀土矿正处于勘探中。位于格陵兰岛西南部可凡湾(KKvanefjeld)的伊犁马萨克杂岩体(Ilimaussaqcomplex)稀土矿探明资源量为215吨(REO),且重稀土所占比例较大。据GMEL的最新研究结果,可凡湾稀土矿的总资源远景达619吨(REO),该杂岩体已探明的另外2个矿床的储量和品位均相当可观。

2.9 南非稀土资源

南非稀土资源主要赋存在富集磷钙土(独居石和磷灰石)的重矿砂矿床以及碳酸岩侵入岩中。南非是非洲地区最重要的独居石生产国,Steenkampskraal的磷灰石矿,伴生有独居石,是世界上唯一单一脉状型独居石稀土矿。目前,Steenkampskraal矿已经获得了采矿所需的所有许可证,南非的稀土提取公司计划在获得融资后,使矿山年产量达到2700吨,并计划进一步扩大产量。

全球稀土资源的不断开发导致全球稀土产量逐年递增。2018年增幅为28.8%2019年增幅为11%,增量因素主要为中国增产、美国矿开采重启、独居石矿增加。按照每年大约20万吨(REO)的消耗,全球稀土储量可供开采数百年。全球稀土供应格局多元化、稀土冶炼分离技术的先进优势使得我国短期内仍然保持全球稀土供应大国的地位。

    3  2019年我国稀土初级产品产量增加,2020年预计持续增长

      2018年和2019年,我国稀土冶炼分离总量控制计划基本为12万吨(REO)。而2019年,中国稀土分离产品的市场供应大约为21.9万吨(REO),除控制计划的12万吨(REO)外,2019年中国进口的美国稀土矿大约2.3万吨(REO),进口缅甸离子矿大约1.8万吨(REO);此外,由于我国锆资源基本依赖进口,2019年进口的锆中矿及钛中矿副产的独居石矿和单独进口钍矿砂(主要是独居石)合计大约2万吨(REO),上述三种国外稀土矿在国内加工后供应的稀土产品量合计大约为6.1万吨(REO)。钕铁硼废料回收的镨钕氧化物和氧化铽、氧化镝也成为原料市场非计划的交易部分,通过对市场交易的中重稀土氧化物推断,国内部分地区的离子矿还在开采和生产。2019年我国稀土产量测算情况及2020年我国稀土产量预测详见表2


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