转载一篇引以思考的文章——关于稀土资源

 

 

国际上的“稀土争夺战”

  在中国稀土占领世界市场之前,世界上的稀土市场主要是被美国、法国和日本三个国家垄断。法国和日本纯粹没有资源,只能从澳大利亚、巴西购买资源,在国内加工后再出口。后来,中国的稀土产业击垮日本、美国,占据了世界霸主地位,但却形成了数千家稀土公司,占据着众多之最——储量{dy}、产量{dy}、出口量{dy}。

作为稀土出口生产大国,很大部分都用于出口。2005年中国稀土产量占全世界的96%,出口量世界{dy},中国产量的60%用于出口,出口量占国际贸易的63%以上,而且中国是世界上{wy}大量供应不同等级、不同品种稀土产品的国家。
如同“稀有金属”的名字所昭示的那样,对于这类稀有资源的争夺,各国早已展开或明或暗的较量。如果说欧美就限制稀土出口起诉中国是一种明战的话,那日本近年则在中国周边展开了一场暗战。

  美国:美国里根政府制定的《国家物资和矿物方案》规定:“必须执行物资和矿物政策计划,以确保一旦爆发战争和国家处于紧急状态时,美国有能力派出和支持战斗xx,也不会因为缺乏关键原料而受影响。”1982年,美国“战略矿物原料特别工作组”以总统的名义,向国会提交一份长达33页的报告指出,必须采取行动,加强储备,还要着力开拓全球资源。特别应当指出的是,美国的稀土储量居全球第二位,但美国从1999年就已逐步停止开采本国的稀土资源。

  日本:从1983年起日本开始建立稀有金属储备制度和基地,储备制度同样采取官民合作。日本稀有金属几乎全部依赖海外进口,并且供给渠道存在较大风险。国家储备量的目标是42天的国内基本消费量,占储备总量的70%;民间储备量的目标是18天的国内基本消费量,占储备总量的30%。

  韩国:2008年7月,韩国知识经济部决定增加稀有金属储备,将采取官方和民间企业合作的方式,不断提高稀有

金属储备规模,到2012年将稀有金属储备种类由2008年的12种,增加到22种,规模由2008年的满足国内19日使用量,增加到满足国内60日使用量。

人们没有意识到它对一个国家来说意味着什么?

09年7月8日俄罗斯《消息报》的一篇报道耐人寻味。该报道称,在美国总统奥巴马访问莫斯科期间,俄罗斯为缓和两国关系,送给美国一系列“大礼包”,最重要的是促成世界{zd0}钛金属生产商——俄罗斯阿维斯马钛镁联合企业与美国波音公司签订巨额合同,俄将为波音供应价值7亿至9亿美元的钛。军事专家认为,俄此举为美国扩大生产第四代战斗机如F-22“猛禽”和F-35打开了方便之门。

  作为全球{zd0}的钛生产商,阿维斯马钛镁联合企业2008年度的钛产量超过6700吨,几乎占全球xx钛金属需求量的60%。由于这种战略金属十分重要,因此,俄总理普京打算让银行协助国营武器出口公司收购阿维斯马钛镁联合企业的股份,以加强国家对战略稀有金属钛的控制。俄此举引起了美国的严重不安。如果俄罗斯中止对美国的钛合金出口,美国先进战机将面临“无钛可用”的局面。专家指出,由于密度小、强度高、耐高温和低温的性能优异,钛及其合金是军事工业不可或缺的结构材料。除了空军外,在海军方面,钛能够帮助潜艇深入海底而不会被强大的水压挤瘪。美国全球安全中心负责人派克曾经说,未来10年,钛短缺将成为制约全球高技术武器发展的重要因素,这也将是自二战中出现钢短缺以来的又一次“材料危机”。

  除了会影响大国关系,战略金属还往往与敏感技术联系在一起。从7月28日开始,路透社、德新社等媒体先后报道称,中国截获了一批重达70公斤、藏在水果箱内运往朝鲜的金属钒。钒被称为“现代工业的味精”,它是现代工业中的重要添加剂,用途非常广泛,目前用量{zd0}的是冶金业。在军事上,钒可以用来增加钢的强度,从而防止导弹壳体或军舰生锈。

  与其他战略金属相比,17种稀有金属组成的稀土几乎是几十年来最默默无闻的一个,但它这次掀起的风浪无疑是{zd0}的,因为它所含有的金属是新能源产业和高科技产品所必需的。《美国新闻与世界报道》称,50年前,世界经济建立在钢、铝和铁之上,而今天,稀土金属正在重塑世界经济。美国《连线》杂志称,稀土金属是21世纪科技的关键,如果没有它们,人们将不会有智能电话、混合动力车或者xx制导武器。路透社的报道则举例说,丰田混合动力车普锐斯因节能而大受欢迎,但它所采用的电动马达和电池大量使用稀土金属。独立商品咨询师、金属行业战略专家利夫特对路透社说,普锐斯是“世界上耗费稀土金属最多的产品”。他称每部普锐斯发动机需要1公斤钕,每块电池需要10公斤到15公斤镧。而根据丰田的增产计划,这些数字还可能会翻倍。在战略金属问题上,欧盟工业委员费尔霍伊根对媒体说,为对抗来自中印等新兴国家对稀有贵重金属需求大增而引发的强势竞争,欧盟必须出台新的战略措施刺激和保护欧洲企业加紧争夺这些原材料。

西方国家早在几十年前就开始储备战略金属

  对战略金属的高度重视是从西方国家开始的。根据欧盟的数据统计,2007年,中国的稀土冶炼分离产品出口到47个国家和地区,排在前几名的依次是日本、美国、法国、荷兰、意大利、德国、英国、韩国等。而这些国家很早就开始悄悄储备战略金属。

  中国稀土{zd0}的进口国日本,早在1983年就制定了《金属矿业事业团法》,规定对7种稀有金属进行重点储备。这7种稀有金属是镍、铬,钨、钼、钴、锰、钒。日本政府的储藏量可满足42天的生产需求,民间储藏量可满足18天需求。一旦遇到进口受阻的情况,这些储备金属便被紧急提供给各个厂家。对于稀土问题,日本国际未来科学研究所的滨田和幸说,“中国拥有世界稀土资源的88%,掐住了日美的咽喉……中国或许不该去掐别人的喉咙。”

  在稀有金属资源当中,欧洲最为看重的包括钨、铟、钼、锗和稀土。这些稀有金属应用于半导体、照明、太阳能等常见商用领域。同时稀有金属在欧洲还常被称为“战略金属”,因为它们在国防建设中也有广泛的用途。英国在{dy}次世界大战之后,纸面上拥有广大殖民地的丰富矿产资源,但它很快发现德国和美国等竞争对手早已钻进了它的“矿产仓库”。为此英国政府在上世纪20年代就制定出了至今几乎没有被更改的矿产资源政策。其中包括,对英国的矿产进行调查,以部分判断是否存在汞、铂、硼砂和钾等可供开采的矿床;英国必须划出一些石油贮藏区和矿区xx国防需要;为鼓励国内采矿工业,建议政府采用补贴制度,政府按{zd1}限价收购;在英国本土和英xx国家建立冶炼厂。欧洲同美国共同参与的海湾战争是二次大战以来现代化程度{zg}的战争,这使得欧洲各国清楚地认识到了战略金属的重要性。例如,钴是xx飞机和导弹的关键材料。制造一部喷气发动机需要使用408公斤钴,这是因为喷气发动机用的超耐热合金中含65%的钴。在经济层面,英国《金融时报》这样描述战略金属的重要性:这些广泛应用于高科技的稀有金属,可用来制造计算机和手机,对环保也同样重要。上个世纪80年代制造计算机时需要12种原材料,时至今日需要60种以上。欧洲高科技行业需要保持这些材料的价格稳定,否则会影响企业生存,并威胁到成千上万个工作岗位。

  在美国,战略金属供给的安全性是一个重要课题。美国国防大学战略物资产业研究小组在2008年的研究报告中称,战略物资不仅包括那些对于维持经济健康和国防安全至关重要的物资,而且还包括采矿、加工以及相关技术。报告指出,美国有18种矿物100%依靠进口,还有4种矿物对于进口的依赖度超过了90%,只有很少的矿物能够从国内获得。从物资的角度来看,美国依靠世界为其提供对于国防和日常生活至关重要的原始物资。这些物资的供应如果中断,那么将对美国的经济稳定和国防需求产生极其负面的影响。其实,美国研究小组发现的这些问题恰恰是美国一种国家战略的体现。早在1987年,美国政府就把许多金属列为对于战争和经济具有战略重要性的金属。从那时起,美国开始对锰、铬、铂等重要金属进行战略储备。1981年下半年,里根政府决定拨出1亿美元购买战略资源(包括62种矿物、金属和其他原料);次年4月5日,又决定拨款125亿美元,专门用于购买铬、钴、钨、铁矾土等战略资源。近年来美国在这方面的“动静”小了一些,但这与其经济结构转型不无关系,且这种转型所造成的只是战略资源总量和进口结构的调整,并非根本政策的转变。


美日等国想摆脱“金属困境”

  在稀土争议出现后,日本媒体马上公布了一直都在进行的相关研究。《朝日新闻》8月30日报道说,日本海洋研究开发机构已经在研制一种新型海底勘察机器人,目的就是为了寻找沉睡在海底的稀土资源,以在激烈的国际竞争中争取主动。这项研究投入30亿日元,由东京大学和高知大学、东海大学联合开发,将在2011年正式投入勘察。此外,2007年日本政府设立了“代替稀有金属开发项目”。此计划的目的在于通过政府与科研机构联手开发新材料,用这些新材料代替xx的稀有金属。日本文部科学省也制定了“元素战略开发计划”,以更有效合理地利用稀少金属。最近一段时间,“都市矿山”一词频繁出现于日本媒体。所谓“都市矿山”就是日本经过研究发现,在大量的废手机,废电池等工业废物中,含有大量的稀有金属。据《日本经济新闻》报道,日本企业已经成功地从可充电电池中回收到多种稀有金属。目前已经成功提炼出钴、镍等金属,这项技术将在2011年正式投入生产,预计每月可提炼各种稀有金属6到10吨。

  与日本的对策不同,美国开始考虑重开封存的稀土矿。路透社报道称,美国加利福尼亚的露天矿山芒特帕斯拥有世界上储量丰富的稀土金属。为了取代中国成为稀有金属生产大户,总部设在科罗拉多的摩利矿产公司计划重新开采长期闲置的采矿场,在未来几年将稀土开采和精炼产能大幅提高。高盛公司等机构对此投进了数亿美元的期权投资,摩利公司则期望扭转稀土供应不足的现状。

中国应珍惜战略金属

  在全球范围内,中国是战略金属储量大国和生产大国。铟主要用于平板显示器、半导体数据传输、航天制造等领域。我国铟储量居世界{dy},占全球供应量的80%。钼被称为“战争金属”,我国储量居世界第二,占全球供应量的24%。我国的稀土储量世界{dy},产量占全球总产量的93%。此外,我国的钨储量世界{dy},钒产量世界第二,仅次于南非。对此,复旦大学国际问题研究院常务副院长沈丁立对《环球时报》记者说:“战略金属对应的就是战略产业,存在量对应的是需求量,需求量大,战略金属就更为稀有。中国在这方面一直重视不够。我们拥有世界上大部分的稀土,可我们没有从战略角度出发看问题,没有好好珍惜,卖了{zc}的家当,损害了自己的经济战略安全。现在,中国应该好好把握手里的战略金属,不能有矿就开,该封存的就封存。另外,中国还没有控制战略金属的条例,而且,加入世贸组织以后,我们应该声明不遵守某些条款。发展要有长远眼光,不要一代就把后代的饭都吃光了。”中国军事问题专家戴旭说:“战略金属关系到大国的未来,谁能拥有战略金属,谁就掌握了未来技术的资源,把握了未来的命运。中国在这方面教训深刻,我们用‘卖土’的价格廉价卖了20多年稀土。中国必须上升到战略高度,以国家名义管理控制战略金属资源。”



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【概述】

  稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(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),以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素(Rare Earth)。简称稀土(RE或R)。
  韩国并不是主要的稀土使用国,目前我国出口的稀土数量达到每年5万吨(合法出口),主要的应用大国为日本,欧洲和北美。与此同时稀土在我国的应用也在积极开展,目前占到7万吨。我国每年稀土实际的矿产的实际投入量大约为15万吨,这个数字近年来没有明显变化。尽管如此,稀土的数量仍然不能满足目前全球在汽车,电子等行业用量的要求。特别是稀土在抛光,催化,磁性材料方面的增长也是非常突出。然而稀土的应用也存在着参差不齐的问题,一些元素,例如:Sm,Gd,Ho,Er等就没有得到充分的应用而大量荒弃,非常可惜。   例子1:邹陶村共有田地500余亩,其中20亩过去被征用开采稀土矿,受污染的农田则超过80亩。据介绍,过去邹陶村稀土矿用老式的开采方法:在山包上挖洞、稀土于粘土一齐挖出、用草酸与粘土发生化学反应提炼出初级稀土。这样一来,山包上的土几乎被挖空,造成严重的水土流失和表面植被破坏。
   草酸严重污染水质,邹陶村附近的和山岩水库被严重破坏,而这个担负着供应兴宁xx机场官兵的饮用水和附近四五个镇农田灌溉重任的水库,如今只剩下不足一米的池塘了。当地村民称他们的饮用水“怪味水”,拿到兴宁市环保检测站检验时,发现PH值、亚硝酸盐、铁、铅等多个项目超标,根本无法饮用,现在村民都只能喝从远处山上引下的山泉。
  例子2:大规模非法开采稀土矿,经硝酸铵、硫酸等剧毒化学xx洗矿的废水不作任何处理,大量直接排入河里。从各个挖矿点看到,大量机械在几个山头全面开工,大片青山变为黄土高坡,大片树木已被砍伐,山下的洗矿池里硫酸硝酸铵等化学品(听说还有其它有害化学药品)的臭味在一公里之外也可闻到。大量有剧毒的废水直接穿过水稻田而排入小河流入西支江。废水所到之处,农作物全部死亡,小河中的鱼虾因死亡也发出一阵阵的恶臭。此外,每逢大雨来临,山上大量裸土被洪水冲下山,造成大量农田被淹没。   1)轻稀土(又称铈组):镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。
  2)重稀土(又称钇组):铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
  铈组与钇组之别,是因为矿物经分离得到的稀土混合物中,常以铈或钇比例多的而得名。
  稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素,是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称,常用R或RE表示。它们的名称和化学符号是钪(Sc)、钇(Y)、镧(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)。它们的原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。   大多数稀土金属呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性,镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性,以钐和镱为{zh0}。除镱外,钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。
  稀土金属已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。
  我国拥有丰富的稀土矿产资源,成矿条件优越,堪称得天独厚,探明的储量居世界之首,为发展我国稀土工业提供了坚实的基础。   稀土元素在地壳中平均含量为165.35×10-6(黎彤,1976)。在自然界中稀土元素主要以单矿物形式存在,目前世界上已发现的稀土矿物和含稀土元素的矿物有250多种,其中稀土含量ΣREE>5.8%的有50~65种,可视为稀土独立的矿物。重要的稀土矿物主要为氟碳酸盐和磷酸盐。稀土矿物总的特点:一是缺少硫化物和硫酸盐(只有极个别的),这说明稀土元素具有亲氧性;二是稀土的硅酸盐主要是岛状,没有层状、架状和链状构造;三是部分稀土矿物(特别是复杂的氧化物及硅酸盐)呈现非晶质状态;四是稀土矿物的分布,在岩浆岩及伟晶岩中以硅酸盐及氧化物为主,在热液矿床及风化壳矿床中以氟碳酸盐、磷酸盐为主。富钇的矿物大部分都赋存在花岗岩类岩石和与其有关的伟晶岩、气成热液矿床及热液矿床中;五是稀土元素由于其原子结构、化学和晶体化学性质相近而经常共生在同一个矿物中,即铈族稀土和钇族稀土元素常共存在一个矿物中,但这类元素并非等量共存,有些矿物以含铈族稀土为主,有些矿物则以钇族为主。
  在目前已发现的250多种稀土矿物和含稀土元素的矿物,适合现今选冶条件的工业矿物仅有10余种:
  1)含铈族稀土(镧、铈、钕)的矿物:氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、氟碳铈钙矿、氟碳钡铈矿和独居石。
  2)富钐及钆的矿物:硅铍钇矿、铌钇矿、黑稀金矿。
  3)含钇族稀土(钇、镝、铒、铥等)的矿物:磷钇矿、氟碳钙钇矿、钇易解石、褐钇铌矿、黑稀金矿。
  稀散元素在自然界里主要以分散状态赋存在有关的金属矿物中,如闪锌矿一般都富含镉、锗、镓、铟等,个别还含有铊、硒与碲;黄铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿经常富含铊、硒及碲,个别的还富含铟与锗;方铅矿也常富含铟、铊、硒及碲;辉钼矿和斑铜矿富含铼,个别的还富含硒;黄铁矿常富含铊、镓、硒、碲等。    稀土元素在地壳中主要以矿物形式存在,其赋存状态主要有三种:
  1.作为矿物的基本组成元素,稀土以离子化合物形式赋存于矿物晶格中,构成矿物的必不可少的成分。这类矿物通常称为稀土矿物,如独居石、氟碳铈矿等。
  2.作为矿物的杂质元素,以类质同象置换的形式,分散于造岩矿物和稀有金属矿物中,这类矿物可称为含有稀土元素的矿物,如磷灰石、萤石等。
  3.呈离子状态被吸附于某些矿物的表面或颗粒间。这类矿物主要是各种粘土矿物、云母类矿物。这类状态的稀土元素很容易提取。
   已经发现的稀土矿物约有250种,但具有工业价值的稀土矿物只有50~60种,目前具有开采价值的只有10种左右,现在用于工业提取稀土元素的矿物主要有四种-氟碳铈矿、独居石矿、磷钇矿和风化壳淋积型矿,前三种矿占西方稀土产量的95%以上。独居石和氟碳铈矿中,轻稀土含量较高。磷钇矿中,重稀土和钇含量较高,但矿源比独居石少。
   世界稀土资源拥有国除中国外,还有俄罗斯、吉尔吉斯斯坦、美国、澳大利亚、印度、扎伊尔等;主要稀土矿物是氟碳铈矿、离子吸附型矿、独居石、磷钇矿、黑稀金矿、磷灰石、铈铌钙钛矿等。主要进行开采、选矿生产的国家是中国、美国、俄罗斯、吉尔吉斯斯坦、印度、巴西、马来西亚等。 1998年全世界稀土精矿产量13万余吨(自然吨位)。值得注意的是澳大利亚、印度、南非等拥有稀土资源的国家,在未来五年内,将克服技术障碍,生产高附加值的单一稀土产品。届时世界市场的竞争将更加激烈。
  独居石 Monazite
  独居石又名磷铈镧矿。
  化学成分及性质:(Ce,La,Y,Th)[PO4]。成分变化很大。矿物成分中稀土氧化物含量可达50~68%。类质同象混入物有Y、Th、Ca、[SiO4]和[SO4]。独居石溶于H3PO4、HClO4、H2SO4中。
  晶体结构及形态:单斜晶系,斜方柱晶类。晶体成板状,晶面常有条纹,有时为柱、锥、粒状。
  物理性质:呈黄褐色、棕色、红色,间或有绿色。半透明至透明。条痕白色或浅红黄色。具有强玻璃光泽。硬度5.0~5.5。性脆。比重4.9~5.5。电磁性中弱。在X射线下发绿光。在阴极射线下不发光。
  生成状态:产在花岗岩及花岗伟晶岩中;稀有金属碳酸岩中;云英岩与石英岩中;云霞正长岩、长霓岩与碱性正长伟晶岩中;阿尔卑斯型脉中;混合岩中;及风化壳与砂矿中。 用途:主要用来提取稀土元素。
  产地:具有经济开采价值的独居石主要资源是冲积型或海滨砂矿床。最重要的海滨砂矿床是在澳大利亚沿海、巴西以及印度等沿海。此外,斯里兰卡、马达加斯加、南非、马来西亚、中国、泰国、韩国、朝鲜等地都含有独居石的重砂矿床。
   独居石的生产近几年呈下降趋势,主要原因是由于矿石中钍元素具有放射性,对环境有害。
  氟碳铈矿(Bastnaesite)
  化学成分性质:(Ce,La)[CO3]F。机械混入物有SiO2、Al2O3、P2O5。氟碳铈矿易溶于稀HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。
  晶体结构及形态:六方晶系。复三方双锥晶类。晶体呈六方柱状或板状。细粒状集合体。
  物理性质:黄色、红褐色、浅绿或褐色。玻璃光泽、油脂光泽,条痕呈白色、黄色,透明至半透明。硬度4~4.5,性脆,比重4.72~5.12,有时具放射性、具弱磁性。在薄片中透明,在透射光下无色或淡黄色,在阴极射线下不发光。
  生成状态:产于稀有金属碳酸岩中;花岗岩及花岗伟晶岩中;与花岗正长岩有关的石英脉中;石英─铁锰碳酸盐岩脉中;砂矿中。
  用途:它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。铈族元素可用于制作合金,提高金属的弹性、韧性和强度,是制作喷气式飞机、导弹、发动机及耐热机械的重要零件。亦可用作防辐射线的防护外壳等。此外,铈族元素还用于制作各种有色玻璃。
   目前,已知{zd0}的氟碳铈矿位于中国内蒙古的白云鄂博矿,作为开采铁矿的副产品,它和独居石一道被开采出来,其稀土氧化物平均含量为5~6%。品位{zg}的工业氟碳铈矿矿床是美国加利福尼亚州的芒廷帕斯矿,这是世界上{wy}以开采稀土为主的氟碳铈矿。
  磷钇矿(Xenotime)
  化学成分及性质:Y[PO4]。成分中Y2O361.4%,P2O538.6%。有钇族稀土元素混入,其中以镱、铒、镝、钆为主。尚有锆、铀、钍等元素代替钇,同时伴随有硅代替磷。一般来说,磷钇矿中铀的含量大于钍。磷钇矿化学性质稳定。
  晶体结构及形态:四方晶系、复四方双锥晶类、呈粒状及块状。
  物理性质:黄色、红褐色,有时呈黄绿色,亦呈棕色或淡褐色。条痕淡褐色。玻璃光泽,油脂光泽。硬度4~5,比重4.4~5.1,具有弱的多色性和放射性。
  生成状态:主要产于花岗岩、花岗伟晶岩中。亦产于碱性花岗岩以及有关的矿床中。在砂矿中亦有产出。
  用途:大量富集时,用作提炼稀土元素的矿物原料。
  风化壳淋积型稀土矿(Ion absorpt deposit)
  淋积型稀土矿即离子吸附型稀土矿是我国特有的新型稀土矿物。所谓"离子吸附"系稀土元素不以化合物的形式存在,而是呈离子状态吸附于粘土矿物中。这些稀土易为强电解质交换而转入溶液,不需要破碎、选矿等工艺过程,而是直接浸取即可获得混合稀土氧化物。故这类矿的特点是:重稀土元素含量高,经济含量大,品位低,覆盖面大,多在丘陵地带,适于手工和半机械化开采,开采和浸取工艺简单。
  风化壳淋积型稀土矿,主要分布在我国江西、广东、湖南、广西、福建等地。   稀土元素在地壳中丰度并不稀少,只是分散而已。因此,虽然稀土的{jd1}量很大,但就目前为止能真正成为可开采的稀土矿并不多,而且在世界上分布极不均匀,主要集中在中国、美国、印度、前苏联、南非、澳大利亚、加拿大、埃及等几个国家,其中中国的占有率{zg}。
  (1)中国 中国占世界稀土资源的41.36%,是一个名符其实的稀土资源大国。稀土资源极为丰富,分布也极其合理,这为中国稀土工业的发展奠定了坚实的基础。
  主要稀土矿有白云鄂博稀土矿、山东微山稀土矿、冕宁稀土矿、江西风化壳淋积型稀土矿、湖南褐钇铌矿和漫长海岸线上的海滨砂矿等等。
  白云鄂博稀土矿与铁共生,主要稀土矿物有氟碳铈矿和独居石,其比例为3∶1,都达到了稀土回收品位,故称混合矿,稀土总储量REO为3500万吨,约占世界储量的38%,堪称为世界{dy}大稀土矿。
  微山稀土矿和冕宁稀土矿是以氟碳铈矿为主,伴生有重晶石等,是组成相对简单的一类易选的稀土矿。
  江西风化壳淋积型稀土矿是一种新型稀土矿种,它的选冶相对较简单,且含中重稀土较高,是一类很有市场竞争力的稀土矿。
  中国的海滨砂也极为丰富,在整个南海的海岸线及海南岛、台湾岛的海岸线可称为海滨砂存积的黄金海岸,有近代沉积砂矿和古砂矿,其中独居石和磷钇矿是处理海滨砂回收钛铁矿和锆英石时作为副产品加以回收。
  总之中国的稀土资源储量大,矿种和稀土元素齐全,稀土品位高,矿点分布合理等。
  (2)美国 美国它的稀土资源约占12.50%,其稀土消费和氟碳铈矿产量几年来一直居世界{dy},但近几年稀土产量已退居第二位,让位于中国(由于美国政府十分重视稀土的保护,而中国稀土由于管理不善被严重浪费)。 美国稀土资源主要有氟碳铈矿、独居石及在选别其它矿物时,作为副产品可回收黑稀金矿、硅铍钇矿和磷钇矿。
  位于加利福尼亚的圣贝迪诺县的芒廷帕斯矿,是世界上{zd0}的单一氟碳铈矿,该矿山1949年勘探放射性矿物时发现,稀土品位为5~10%REO,储量达500万吨之多,是一大型稀土矿。
  美国很早就开采独居石,现在开采的砂矿量是佛罗里达州的格林科夫斯普林斯矿。矿床长约19km,宽1.2km,厚为6m,独居石较为丰富。此外,北卡罗来纳州、南卡罗来纳州、佐治亚州、爱达荷州和蒙大拿州也有砂矿分布,储量也相当可观。
  (3)印度 印度主要矿床是砂矿。印度的独居石生产从1911年开始,{zd0}矿床分布在喀拉拉邦、马德拉斯邦和奥里萨拉邦。有名矿区是位于印度南部西海岸的恰瓦拉和马纳范拉库里奇称为特拉范科的大矿床,它在1911~1945年间的供矿量占世界的一半,现在仍然是重要的产地。1958年在铀、钍资源勘探中,在比哈尔邦内陆的兰契高原上发现了一个新的独居石和钛铁矿矿床,规模巨大。
  印度独居石钍含量高达8%ThO2。在马纳范拉库里奇采的重砂独居石占5~6%。钛铁矿占65%,金红石3%,锆英石5~6%,石榴石7~8%。
  (4)前苏联 前苏联的稀土储量很大,主要是伴生矿床位于科拉半岛,存在于碱性岩中的含稀土的磷灰石。 前苏联的主要稀土来源就是从磷灰石矿石中回收稀土,此外,在磷灰石矿石中,还可回收的稀土矿物有铈铌钙钛矿,含稀土为29~34%。另外,在赫列比特和森内尔还有氟碳铈矿。
  (5)澳大利亚 澳大利亚是独居石的生产大国,独居石是作为生产锆英石和金红石及钛铁矿的副产品加以回收。澳大利亚的砂矿主要集中在西部地区。澳大利亚也产磷钇矿。 澳大利亚可开发利用的稀土资源,还有位于昆士兰州中部艾萨山的采铀的尾矿,南澳大利亚州罗克斯伯唐斯铜、铀金矿床。
  (6)加拿大 加拿大主要从铀矿中副产稀土。位于安大略省布来恩德里弗-埃利特湖地区的铀矿,主要由沥青铀矿、钛铀矿和独居石、磷钇矿组成,在湿法提铀时,可把稀土也提出来。 此外,在魁北克省的奥卡地区拥有的烧绿石矿,也是稀土的一个很大潜在资源。还有纽芬兰岛和拉布拉多省境内的斯特伦奇湖矿,也含有钇和重稀土正准备开发。
  (7)南非 南非是非洲地区最重要的独居石生产国。位于开普省的斯廷坎普斯克拉尔的磷灰石矿,伴生有独居石,是世界上{wy}单一脉状型独居石稀土矿。此外,在东南海岸的查兹贝的海滨砂中也有稀土,在布法罗萤石矿中也伴生独居石和氟碳铈矿,正计划和研究回收。
  (8)马来西亚 主要从锡矿的尾矿中回收独居石、磷钇矿和铌钇矿等稀土矿物,曾一度是世界重稀土和钇的主要来源。
  (9)埃及 埃及从钛铁矿中回收独居石。矿床位于尼罗河三角洲地区,属于河滨沙矿,矿源由上游风化的冲积砂沉积而成,独居石储量约20万吨。
  (10)巴西 巴西是世界稀土生产的最古老国家,1884年开始向德国输出独居石,曾一度名扬世界。巴西的独居石资源主要集中于东部沿海,从里约热内卢到北部福塔莱萨,长达约643km地区,矿床规模大。   稀土市场是一个多元化的市场,它不只是一个产品,而是15个稀土元素和钇、钪及其各种化合物从纯度46%的氯化物到99.9999%的单一稀土氧化物及稀土金属,均具有多种多样的用途。加上相关的化合物和混合物,产品不计其数。首先从最初的矿石开采起,我们逐一介绍稀土的分离方法和冶炼过程。
  稀土选矿
  选矿是利用组成矿石的各种矿物之间的物理化学性质的差异,采用不同的选矿方法,借助不同的选矿工艺,不同的选矿设备,把矿石中的有用矿物富集起来,除去有害杂质,并使之与脉石矿物分离的机械加工过程。
  当前我国和世界上其它国家开采出来的稀土矿石中,稀土氧化物含量只有百分之几,甚至有的更低,为了满足冶炼的生产要求,在冶炼前经选矿,将稀土矿物与脉石矿物和其它有用矿物分开,以提高稀土氧化物的含量,得到能满足稀土冶金要求的稀土精矿。 稀土矿的选矿一般采用浮选法,并常辅以重选、磁选组成多种组合的选矿工艺流程。
  内蒙古白云鄂博矿山的稀土矿床,是铁白云石的碳酸岩型矿床,在主要成分铁矿中伴生稀土矿物(除氟碳铈矿、独居石外,还有数种含铌、稀土矿物)。 采出的矿石中含铁30%左右,稀土氧化物约5%。在矿山先将大矿石破碎后,用火车运至包头钢铁集团公司的选矿厂。选矿厂的任务是将Fe2O3从33%提高到55%以上,先在锥形球磨机上磨矿分级,再用圆筒磁选机选得62~65%Fe2O3的一次铁精矿。其尾矿继续进行浮选与磁选,得到含45%Fe2O3以上的二次铁精矿。稀土富集在浮选泡沫中,品位达到10~15%。该富集物可用摇床选出REO含量为30%的粗精矿,经选矿设备再处理后,可得到REO60%以上的稀土精矿。
  稀土冶炼方法
  稀土冶炼方法有两种,即湿法冶金和火法冶金。
  湿法冶金属化工冶金方式,全流程大多处于溶液、溶剂之中,如稀土精矿的分解、稀土氧化物、稀土化合物、单一稀土金属的分离和提取过程就是采用沉淀、结晶、氧化还原、溶剂萃取、离子交换等化学分离工艺过程。现应用较普遍的是有机溶剂萃取法,它是工业分离高纯单一稀土元素的通用工艺。湿法冶金流程复杂,产品纯度高,该法生产成品应用面广阔。
  火法冶金工艺过程简单,生产率较高。稀土火法冶炼主要包括硅热还原法制取稀土合金,熔盐电解法制取稀土金属或合金,金属热还原法制取稀土合金等。火法冶金的共同特点是在高温条件下生产。
  稀土精矿的分解
  稀土精矿中的稀土,一般呈难溶于水的碳酸盐、氟化物、磷酸盐、氧化物或硅酸盐等形态。必须通过各种化学变化将稀土转化为溶于水或无机酸的化合物,经过溶解、分离、净化、浓缩或灼烧等工序,制成各种混合稀土化合物如混合稀土氯化物,作为产品或分离单一稀土的原料,这样的过程称为稀土精矿分解也称为前处理。
  分解稀土精矿有很多方法,总的来说可分为三类,即酸法、碱法和氯化分解。酸法分解又分为盐酸分解、硫酸分解和氢氟酸分解法等。碱法分解又分为氢氧化钠分解或氢氧化钠熔融或苏打焙烧法等。一般根据精矿的类型、品位特点、产品方案、便于非稀土元素的回收与综合利用、利于劳动卫生与环境保护、经济合理等原则选择适宜的工艺流程。
  目前,虽然已发现有近200种稀散元素矿物,但由于稀少而未富集成具有工业开采的独立矿床,迄今只发现有很少见的独立锗矿、硒矿、碲矿,但矿床规模都不大。
  碳酸稀土和氯化稀土的生产
  这是稀土工业中最主要的两种初级产品,一般地说,目前有两个主要工艺生产这两种产品。
  一个工艺是浓硫酸焙烧工艺,即把稀土精矿与硫酸混合在回转窑中焙烧。经过焙烧的矿用水浸出,则可溶性的稀土硫酸盐就进入水溶液,称之为浸出液。然后往浸出液中加入碳酸氢铵,则稀土呈碳酸盐沉淀下来,过滤后即得碳酸稀土。
  另一种工艺叫烧碱法工艺,简称碱法工艺。一般是将60%的稀土精矿与浓碱液搅匀,在高温下熔融反应,稀土精矿即被分解,稀土变为氢氧化稀土,把碱饼经水洗除去钠盐和多余的碱,然后把水洗过的氢氧化稀土再用盐酸溶解,稀土被溶解为氯化稀土溶液,调酸度除去杂质,过滤后的氯化稀土溶液经浓缩结晶即制得固体的氯化稀土。
  稀土元素的分离
  目前,除Pm以外的16个稀土元素都可提纯到6N(99.9999%)的纯度。由稀土精矿分解后所得到的混合稀土化合物中,分离提取出单一纯稀土元素,在化学工艺上是比较复杂和困难的。其主要原因有二个,一是镧系元素之间的物理性质和化学性质十分相似,多数稀土离子半径居于相邻两元素之间,非常相近,在水溶液中都是稳定的三价态。稀土离子与水的亲和力大,因受水合物的保护,其化学性质非常相似,分离提纯极为困难。二是稀土精矿分解后所得到的混合稀土化合物中伴生的杂质元素较多(如铀、钍、铌、钽、钛、锆、铁、钙、硅、氟、磷等)。因此,在分离稀土元素的工艺流程中,不但要考虑这十几个化学性质极其相近的稀土元素之间的分离,而且还必须考虑稀土元素同伴生的杂质元素之间的分离。
  现在稀土生产中采用的分离方法:
  (1)分步法 从1794年发现的钇(Y)到1905年发现的镥(Lu)为止,所有xx存在的稀土元素间的单一分离,还有居里夫妇发现的镭,都是用这种方法分离的。分步法是利用化合物在溶剂中溶解的难易程度(溶解度)上的差别来进行分离和提纯的。方法的操作程序是:将含有两种稀土元素的化合物先以适宜的溶剂溶解后,加热浓缩,溶液中一部分元素化合物析出来(结晶或沉淀)。析出物中,溶解度较小的稀土元素得到富集,溶解度较大点的稀土元素在溶液中也得到富集。因为稀土元素之间的溶解度差别很小,必须重复操作多次才能将这两种稀土元素分离开来,因而这是一件非常困难的工作。全部稀土元素的单一分离耗费了100多年,一次分离重复操作竟达2万次,对于化学工作者而言,其艰辛的程度,可想而知。因此用这样的方法不能大量生产单一稀土。
  (2)离子交换法 由于分步法不能大量生产单一稀土,因而稀土元素的研究工作也受到了阻碍,第二次世界大战后,美国原子弹研制计划即所谓曼哈顿计划推动了稀土分离技术的发展,因稀土元素和铀、钍等放射性元素性质相似,为尽快推进原子能的研究,就将稀土作为其代用品加以利用。而且,为了分析原子核xx产物中含有的稀土元素,并除去铀、钍中的稀土元素,研究成功了离子交换色层分析法(离子交换法),进而用于稀土元素的分离。
  离子交换色层法的原理是:首先将阳离子交换树脂填充于柱子内,再将待分离的混合稀土吸附在柱子入口处的那一端,然后让淋洗液从上到下流经柱子。形成了络合物的稀土就脱离离子交换树脂而随淋洗液一起向下流动。流动的过程中稀土络合物分解,再吸附于树脂上。就这样,稀土离子一边吸附、脱离树脂,一边随着淋洗液向柱子的出口端流动。由于稀土离子与络合剂形成的络合物的稳定性不同,因此各种稀土离子向下移动的速度不一样,亲和力大的稀土向下流动快,结果先到达出口端。
  离子交换法的优点是一次操作可以将多个元素加以分离。而且还能得到高纯度的产品。这种方法的缺点是不能连续处理,一次操作周期花费时间长,还有树脂的再生、交换等所耗成本高,因此,这种曾经是分离大量稀土的主要方法已从主流分离方法上退下来,而被溶剂萃取法取代。但由于离子交换色层法具有获得高纯度单一稀土产品的突出特点,目前,为制取超高纯单品以及一些重稀土元素的分离,还需用离子交换色层法分离制取一稀土产。
  (3)溶剂萃取法 利用有机溶剂从与其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分离出来的方法称之为有机溶剂液-液液萃取法,简称溶剂萃取法,它是一种把物质从一个液相转移到另一个液相的传质过程。
  溶剂萃取法在石油化工、有机化学、xx化学和分析化学方面应用较早。但近四十年来,由于原子能科学技术的发展,超纯物质及稀有元素生产的需要,溶剂萃取法在核燃料工业、稀有冶金等工业方面,得到了很大的发展。我国在萃取理论的研究、新型萃取剂的合成与应用和稀土元素分离的萃取工艺流程等方面,均达到了很高的水平。
  溶剂萃取法其萃取过程与分级沉淀、分级结晶、离子交换等分离方法相比,具有分离效果好、生产能力大、便于快速连续生产、易于实现自动控制等一系列优点,因而逐渐变成分离大量稀土的主要方法。
  溶剂萃取法的分离设备有混合澄清槽、离心萃取器等,提纯稀土所用的萃取剂有:以酸性磷酸酯为代表的阳离子萃取剂如P204稀土萃取剂、P507稀土萃取剂,以胺为代表的阴离子交换液N1923和以TBP、P350等中性磷酸酯为代表的溶剂萃取剂三种。这些萃取剂的粘度与比重都很高,与水不易分离。通常用煤油等溶剂将其稀释再用。
  萃取工艺过程一般可分为三个主要阶段:萃取、洗涤、反萃取。
  稀土金属的生产
  稀土金属一般分为混合稀土金属和单一稀土金属。混合稀土金属的组成与矿石中原有的稀土成份接近,单一金属是各稀土分离精制的金属。以稀土氧化物(除钐、铕、镱及铥的氧化物外)为原料用一般冶金方法很难还原成单一金属,因其生成热很大、稳定性高。因此目前生产稀土金属常用的原料是它们的氯化物和氟化物。
  (1)熔盐电解法 工业上大批量生产混合稀土金属一般使用熔盐电解法。这一方法是把稀土氯化物等稀土化合物加热熔融,然后进行电解,在阴极上析出稀土金属。电解法有氯化物电解和氧化物电解两种方法。单一稀土金属的制备方法因元素不同而异。钐、铕、镱、铥因蒸气压高,不适于电解法制备,而使用还原蒸馏法。其它元素可用电解法或金属热还原法制备。
  氯化物电解是生产金属最普通的方法,特别是混合稀土金属工艺简单,成本便宜,投资小,但{zd0}缺点是氯气放出,污染环境。
  氧化物电解没有有害气体放出,但成本稍高些,一般生产价格较高的单一稀土如钕、镨等都用氧化物电解。
  (2)真空热还原法 电解法只能制备一般工业级的稀土金属,如要制备杂质较低,纯度高的金属,一般用真空热还原的方法来制取。一般是把稀土氧化物先制成氟化稀土,在真空感应炉内用金属钙进行还原,制得粗金属,然后再经过重熔和蒸馏获得较纯的金属,这一方法可以生产所有的单一稀土金属,但钐、铕、镱、铥不能用这种方法。 钐、铕、镱、铥与钙的氧化还原电位仅使氟化稀土产生部分还原。一般制备这些金属,是利用这些金属的高蒸汽压和镧金属的低蒸气压的原理,将这四种稀土的氧化物与镧金属的碎屑混合压块,在真空炉中进行还原,镧比较活泼,钐、铕、镱、铥被镧还原成金属后收集在冷凝上,与渣很容易分开。   中国的稀土资源主要集中在包头市与中国的江西省赣州市,因此这两个市稀土行业相对发达,对中国其它省市的稀土行业发展有借鉴与带头作用。
  2005年中国稀土行业总体保持了健康快速的发展态势,特别是中国稀土新材料继续保持了迅猛的发展势头,国内稀土应用量已达到5.19万吨,占稀土冶炼分离产品近一半,经济效益大幅度提高。2005年中国稀土总消费量达到8000吨,预计2010年中国稀土消费量将达到12300吨。
  2006年中国稀土市场发展良好。2006年上半年,稀土价格涨幅很大,出口总量较上年同期有所增长,尤其是氧化铽、氧化镝、氧化钕、金属钕、铽等战略性稀土元素出口增长较大。进口量{zd0}的是日本,占中国出口量的46%以上;美国从中国的进口量也有相当的比例。
  但是中国的稀土资源优势近几年也出现“缩水”的态势,稀土价格的连续阴跌即是有力表现与证明。究其原因,主要在于盲目扩产导致资源流失严重,环境污染消减了开采效益,矿产勘探降低了占有比例等等。针对这些问题,中国进行了相关的整治与改善,使得投资环境有所好转。
  尽管稀土行业存在种种问题,但因为稀土行业应用广泛,其下游产品需求增加,特别是高科技领域稀土材料的推广,极大地推动了中国稀土需求的增加与行业的发展。总体看来,稀土行业前景光明,特别是在资源占有优势的中国。   中国是在敞开了门不计成本地向世界供应稀土。我们查到的中国稀土在世界的比例,不久前说的是85%以上,但是最近已经是58%了,我们还可以说我们是世界的{jd1}多数,但是我们有小学生的数学知识就可以计算一下,以前世界其它国家是占15%不到,现在是42%,基本是所占比例多了三倍,在近期世界没有发现什么重大稀土资源矿和世界其它各国基本是进口中国不开采的情况下,也就是全世界储量这个分母变成了原来的三分之一,世界总储量减少近三分之二,世界其他国家没有开采,也就是中国的稀土储量已经有三分之二被开采了,而且外流了,据报道中国的开采能力是20万吨,超过世界总需求的一倍。我们三分之二的稀土资源都流失了,难道我们不应当警醒吗?这样的外流是不能再继续下去了。我们稀土储量的三分之二已经流失,再发展下去,一旦我们的资源紧缺了,我们的对手就可以天价的价格勒紧我们经济发展的喉咙了。
  现在我们应当是意识到了问题,但是我们的技术手段的粗燥,政策愚蠢,应当收取高额的资源税、环保税,国内外一样,西方就没有什么话可以说。国内使用的企业,进行高科技的补贴。没有遵守国际博弈的游戏规则,导致授人以柄,才是问题的关键,被欧美进行WTO诉讼,国际处境非常被动,但是我们要反思,要利用规则进行博弈,我们控制国内市场炒高资源价格并且建立国家的战略储备,是我们国家的国内的行为,是我们的内政,这样的经济决策,不给西方在国际社会兴风作浪的依据,才是利用规则维护国家根本利益的关键。
  稀土储备
  内蒙古自治区副主席赵双连在2009年9月3日举行的国新办新闻发布会上透露,内蒙古正在和国家有关部门协商请示建立稀土储备制度,从而使稀土价格能够更加稳定。他同时表示,以包钢稀土集团为龙头对中国西部的稀土产业的整合基本完成。
  包钢稀土已经基本形成了一条贯穿上下游的完整产业链。以包钢稀土为中心的北方大型稀土产业集团公司的已经初具雏形。目前,包钢稀土对内蒙稀土资源控制力很强,已占据垄断地位 
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