我國(guó)“稀有、稀土、稀散”三稀礦產(chǎn)資源豐富,既是絕大部分三稀礦產(chǎn)資源大國(guó),也是主要生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó),但卻由于深加工技術(shù)落后、環(huán)境代價(jià)太大、戰(zhàn)略意識(shí)不強(qiáng)等原因,始終拿不到市場(chǎng)的話語權(quán)。中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入科技創(chuàng)新引領(lǐng)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期,三稀礦產(chǎn)具有無限的創(chuàng)新潛力。本文通過梳理2011年以來全國(guó)三稀礦產(chǎn)資源調(diào)查和找礦過程中積累的資料,總結(jié)了我國(guó)稀有、稀土和稀散元素礦產(chǎn)的主要特點(diǎn),提出了一些開發(fā)利用建議,進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)“稀土不土,稀有常有,稀散不散”的稟賦特征,提出“稀土管得著,稀有找得到,稀散用得好”的基本思路,并以鋰能源金屬為切入點(diǎn)進(jìn)行分析,引領(lǐng)我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
我國(guó)稀有金屬除鍶礦在世界資源儲(chǔ)量中占優(yōu)勢(shì)地位外,其余礦種均因賦存狀態(tài)、礦床類型等原因不具備競(jìng)爭(zhēng)力。且稀有金屬的貿(mào)易結(jié)構(gòu)主要為出口低端產(chǎn)品,同時(shí)進(jìn)口高端產(chǎn)品。因此,加快找礦、改善產(chǎn)品出口結(jié)構(gòu)、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、擴(kuò)寬應(yīng)用領(lǐng)域迫在眉睫。
1.鋰
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鋰是原子量最小的金屬,化學(xué)性質(zhì)活潑,可制造各種各樣的合金,目前主要應(yīng)用于原子能、特種合金、特種玻璃和新能源電池等領(lǐng)域,以其在鋰電池方面的廣泛應(yīng)用而被稱為“能源金屬”,不但是高科技新興產(chǎn)業(yè)所必需的高端材料,也成為老百姓日常生活所必需的常規(guī)材料。
鋰礦床按地質(zhì)成因可劃分為花崗偉晶巖型、地下鹵水型、云英巖化花崗巖型和富鋰粘土型四類。地下鹵水型是鋰礦床最重要的類型。花崗偉晶巖型鋰礦更具有獨(dú)立開采意義,并常伴有多種稀有元素,可作綜合利用。粘土巖型鋰礦資源量大,作為“潛在”資源應(yīng)被高度重視。但其選冶工藝還沒有過關(guān),品位也不高,往往作為鋁土礦的共伴生資源產(chǎn)出。因而,可以在鋰-鋁合金方面找到新的突破口。另外,鋰和鎂作為難兄難弟,地球化學(xué)性質(zhì)接近,也常常共伴生在一起。鋰和鎂都是輕金屬,有可能在鋰-鎂合金領(lǐng)域找到新的突破口,這樣的話,大量富含鋰的白云巖資源就需要重新認(rèn)識(shí)、重新評(píng)價(jià)。
對(duì)鋰資源的開發(fā)利用,難度最大也是具有革命性意義的,是鋰作為可控核聚變的基礎(chǔ)原材料在民用發(fā)電方面的應(yīng)用。據(jù)科學(xué)家計(jì)算,1千克鋰通過熱核反應(yīng)放出的能量,相當(dāng)于2萬多噸優(yōu)質(zhì)煤燃燒產(chǎn)生的能量。我國(guó)四川甲基卡是全球已知鋰礦中最富集6Li的,其戰(zhàn)略意義非同小可,應(yīng)予以高度重視。我國(guó)鋰的主要成礦區(qū)帶和找礦遠(yuǎn)景區(qū)主要有:青藏高原鹽湖型鋰成礦帶、新疆阿爾泰偉晶巖型稀有金屬成礦帶、川西偉晶巖型稀有金屬成礦帶和華南鈮鉭鋰成礦帶(包括幕阜山-九嶺-武功山一帶和南嶺、武夷山成礦帶)。
在環(huán)境保護(hù)與綠色鋰礦山建設(shè)方面,鋰本身屬于最輕的輕金屬,不可能產(chǎn)生重金屬污染,何況含鋰的礦泉水還是優(yōu)質(zhì)的礦泉水。鋰離子電池中也不含汞、鎘、鉛等毒害大的重金屬元素,因此,常被認(rèn)為是綠色電池,對(duì)環(huán)境的污染程度相對(duì)較小。
從發(fā)展趨勢(shì)分析,由于新能源、新材料行業(yè)的快速發(fā)展,以電池級(jí)碳酸鋰為代表的高端鋰產(chǎn)品需求強(qiáng)勁,特別是動(dòng)力電池、特種工程塑料等領(lǐng)域需求旺盛,成為鋰產(chǎn)品行業(yè)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。作為鋰產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó),中國(guó)鋰產(chǎn)品產(chǎn)量大約占全球總產(chǎn)量的22%,但主要集中于工業(yè)級(jí)碳酸鋰、氫氧化鋰等生產(chǎn)難度小、附加值低的傳統(tǒng)鋰產(chǎn)品。在高端鋰產(chǎn)品加工方面,中國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平還存在較大差距,供應(yīng)不足,需要大量進(jìn)口。深加工技術(shù)水平的高低決定了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力,也決定了中國(guó)鋰行業(yè)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)格局中的定位。因此,加快中國(guó)鋰資源的開發(fā),豐富鋰產(chǎn)品種類,進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(jí)換代,開發(fā)各類高端鋰產(chǎn)品,提升綜合競(jìng)爭(zhēng)力,成為中國(guó)鋰行業(yè)的緊迫任務(wù)。
2.鈹
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鈹主要以鈹銅合金和鈹金屬的形式廣泛用于航空、航天和核反應(yīng)堆等領(lǐng)域,是新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展必需的戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)資源。鈹銅合金在民用領(lǐng)域具有廣泛的前途,如用鈹青銅制成的彈簧可以壓縮幾億次以上。另外,鈹具有良好的耐腐性和高溫強(qiáng)度,熱導(dǎo)率大,具良好的輻射透過性和對(duì)中子慢化、反射及紅外線的反射性能。
鈹?shù)V床類型以花崗偉晶巖型鈹?shù)V床最為重要,儲(chǔ)量也最大,其余還包括接觸交代型鈹?shù)V床、火山熱液型鈹?shù)V床、云英巖型鈹?shù)V床及石英脈型鈹?shù)V床。
中國(guó)鈹?shù)V產(chǎn)資源豐富,分布在14個(gè)省區(qū),鈹儲(chǔ)量依次為:新疆占29.4%,內(nèi)蒙古占27.8%(主要伴生鈹?shù)V),四川占16.9%,云南占15.8%,這4省區(qū)合計(jì)占89.9%。中國(guó)已探明的鈹儲(chǔ)量以伴生礦產(chǎn)為主,主要與鋰、鉭鈮礦伴生(占48%),其次與稀土礦伴生(占27%)或與鎢伴生(占20%)。花崗偉晶巖型是我國(guó)最主要鈹?shù)V類型,約占國(guó)內(nèi)總儲(chǔ)量的一半,主要產(chǎn)于新疆、四川、云南等地。熱液石英脈型鈹?shù)V具有規(guī)模中等,品位較富,礦物結(jié)晶較粗等特點(diǎn),也是目前開發(fā)利用的類型之一,主要分布在中南及華東地區(qū)?;◢弾r型鈹?shù)V多見于地槽褶皺帶,成礦時(shí)代以燕山期為主,如新疆青河縣阿斯喀爾特鈹?shù)V;另一種以鉭鈮為主,伴生鈹?shù)认∮薪饘?,如江西宜?14礦。中國(guó)鈹?shù)V產(chǎn)資源具有分布高度集中、單一礦床少,共伴生礦床多,品位低、儲(chǔ)量大等特點(diǎn)。
我國(guó)鈹?shù)膶?duì)外依存度高,加強(qiáng)找礦乃當(dāng)務(wù)之急。新疆阿爾泰和川西稀有金屬成礦帶中的鈹?shù)V仍然具有找礦前景,而西藏高喜馬拉雅淡色花崗巖有關(guān)的巖體型鈹?shù)V及其接觸帶中的矽卡巖型或類矽卡巖型鈹?shù)V與湘鄂贛幕阜山地區(qū)的鈹?shù)V具有相似性,前者近年來取得了找礦進(jìn)展,至少可以作為資源儲(chǔ)備對(duì)待。中國(guó)鎢礦資源特別豐富,而鈹是鎢礦經(jīng)常共伴生產(chǎn)出的資源,需要注意是否存在獨(dú)立的鈹?shù)V?這是具有現(xiàn)實(shí)意義的找礦新方向,至少在秦嶺成礦帶的雪寶頂,既有獨(dú)立的鎢礦脈也有共伴生的鎢鈹?shù)V以及獨(dú)立的鈹?shù)V體。東秦嶺、滇西(如麻花坪)、滇東南(如麻栗坡)等鎢錫鈹多金屬成礦帶都有類似情況,而且具有一定的空間分帶性,是具有找礦前景的。對(duì)于南嶺鎢錫多金屬成礦帶,可以根據(jù)礦床成礦系列的理論尋找其他類型。東南沿海霞浦大灣及新疆準(zhǔn)噶爾盆地西北邊緣發(fā)現(xiàn)的火山巖型鈹?shù)V床,給近年來的鈹?shù)V勘查注入新的活力,但尚未取得根本性的突破或者能夠現(xiàn)實(shí)地開發(fā)。
3.鈮和鉭
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鈮鉭具有熔點(diǎn)高、延性好、蒸汽壓低、耐蝕性強(qiáng)和熱導(dǎo)率高等優(yōu)良特性,是電子、原子能、宇航、鋼鐵、化工等工業(yè)的重要原料,在新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中用途廣泛,尤其是鉭被稱為“貴族金屬”。鈮鉭資源主要來自于碳酸巖風(fēng)化殼型礦床、含鈮鐵礦-鉭鐵礦的花崗巖及花崗偉晶巖礦床和砂礦床,以碳酸巖風(fēng)化殼型最重要。中國(guó)的鉭資源稟賦差,大規(guī)模露采的礦山較少,同時(shí)還沒有獨(dú)立的鈮礦山,鈮往往與稀土、鉭伴生。中國(guó)所規(guī)定的花崗巖型和花崗偉晶巖型鉭鈮礦床儲(chǔ)量計(jì)算的最低工業(yè)品位指標(biāo)為:(Ta,Nb)2O5品位為0.012%~0.028%。雖然鉭儲(chǔ)量和基礎(chǔ)儲(chǔ)量在數(shù)量上很大,但中國(guó)鉭資源品位幾乎沒有一個(gè)超過0.02%,Nb2O5品位超過0.1%的也只有幾個(gè)碳酸巖類礦床,其他類型礦床Nb2O5品位均在0.02%左右。因此,我國(guó)的鈮鉭仍需大量進(jìn)口。
中國(guó)鈮鉭礦資源具有以下特點(diǎn):①產(chǎn)地分布廣泛,資源又相對(duì)集中,已探明的鈮礦地分布于全國(guó)17個(gè)省區(qū),但高度集中在內(nèi)蒙古和湖北兩省區(qū),其占全國(guó)鈮資源量的95.5%;②中國(guó)已利用鈮礦的鈮鉭品位低,與國(guó)外鈮鉭礦石品位相比大大偏低;③共生礦物復(fù)雜,選冶困難;④礦資源量很大,但可供利用的礦產(chǎn)地和儲(chǔ)量卻很少。因此,為可持續(xù)發(fā)展,必須加大找礦力度。一方面,在江西宜春花崗巖型鉭鈮-鋰礦(414)、江西橫峰葛源花崗巖型鉭鈮鎢錫礦、福建南平偉晶巖型鉭鈮礦田等老礦區(qū)尋找優(yōu)質(zhì)資源、接替資源;另一方面,要加大對(duì)大興安嶺成礦帶巴爾哲鈮-稀土礦床、湖北竹山廟埡碳酸巖型鈮-稀土礦、湖北通城斷峰山偉晶巖型鉭鈮礦以及近年來新發(fā)現(xiàn)的稀有金屬礦床(如內(nèi)蒙古武川縣趙井溝堿性巖性鈮鉭礦)的綜合研究,爭(zhēng)取在大噸位、高品位鈮鉭礦床方面有所突破。
鈮鉭最主要的特點(diǎn)是耐熱,也被稱為稀有高熔點(diǎn)金屬。世界上90%以上的鈮產(chǎn)品主要以鈮鐵的形式應(yīng)用于鋼鐵工業(yè),而高純Nb2O5(>99.9%)則主要應(yīng)用于高科技領(lǐng)域;全世界60%以上的鉭金屬用于制造電子產(chǎn)品。巴西是世界最大的鈮礦產(chǎn)地,澳大利亞是世界上最大鉭礦生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)雖然礦石品質(zhì)較低,貧礦多富礦少,但經(jīng)多年努力,已逐漸形成了一個(gè)較為完整的工業(yè)體系,尤其是以寧夏東方鉭業(yè)為代表的大型硬質(zhì)合金集團(tuán)和諸多鉭鈮及其合金應(yīng)用企業(yè),形成了從采礦、冶煉、加工到應(yīng)用較完整的工業(yè)體系,生產(chǎn)規(guī)模、工藝技術(shù)、生產(chǎn)裝備、檢測(cè)手段、產(chǎn)品質(zhì)量均躍上了新臺(tái)階,使我國(guó)跨進(jìn)世界鉭產(chǎn)品生產(chǎn)和鉭產(chǎn)品應(yīng)用的大國(guó)行列。
美國(guó)、俄羅斯和中國(guó),對(duì)于鈮鉭的戰(zhàn)略意義一直以來都是非常重視的,隨著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對(duì)于鈮鉭的重視程度將有增無減。我國(guó)在這方面做得還很不夠,一方面是對(duì)現(xiàn)有的資源還管理不到位,如海南的濱海砂礦曾經(jīng)被亂采濫挖,不但損耗了資源也破壞了環(huán)境;另一方面是對(duì)成礦條件、成礦規(guī)律等基礎(chǔ)地質(zhì)工作重視不夠,資源潛力不明,找礦進(jìn)展不大,可持續(xù)發(fā)展問題比較突出。加強(qiáng)地質(zhì)找礦,深入研究現(xiàn)有資源的合理開發(fā)利用技術(shù)方法,提高資源的保障程度,乃當(dāng)務(wù)之急。
4.鋯
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鋯之所以稱之為“稀有金屬”,是因?yàn)榧冧喌囊睙捪喈?dāng)困難。在尋找高品位的鋯原材料的同時(shí)加大冶金方面的創(chuàng)新力度。
中國(guó)鋯礦資源可劃分為鋯英砂礦和鋯石硬巖礦兩大類,探明儲(chǔ)量?jī)H50萬噸,不足全球鋯資源的1%。鋯資源構(gòu)成與國(guó)外鋯資源大部分為鋯石濱海砂礦有很大的差別。
中國(guó)鋯石砂礦分布于中國(guó)東南部沿海,并以廣東南部海岸和海南島東海岸最為集中;硬巖礦則散布于內(nèi)蒙古和南方各省區(qū)。探明儲(chǔ)量在10萬噸以上的省區(qū)有5個(gè),依次為內(nèi)蒙古、海南、廣東、云南和廣西,五省區(qū)的儲(chǔ)量總和占全國(guó)總量的97.6%。砂礦主要分布于東南沿海,以海南最多,儲(chǔ)量占全國(guó)砂礦總量的67%,居全國(guó)首位。但海南的砂礦一方面已經(jīng)消耗了相當(dāng)一部分,剩下的資源量出于環(huán)境保護(hù)的需要而不再開發(fā)。
金屬鋯按用途分為原子能級(jí)鋯和工業(yè)級(jí)鋯兩個(gè)級(jí)別。此外,一些具有一定重量、無色或色澤鮮麗、透明的優(yōu)質(zhì)鋯石,可用作寶石級(jí)原料。
中國(guó)鋯礦資源具有以下特點(diǎn):①資源分布不均勻,儲(chǔ)量相對(duì)集中;②鋯石富礦少,伴生礦產(chǎn)多;③鋯石礦床類型較齊全,分布規(guī)律清晰;④鋯礦易采選,并可綜合開發(fā)利用;⑤放射性強(qiáng)度偏高。
我國(guó)鋯礦資源不具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,硬巖型礦床幾乎全是低品位的伴生礦,海濱砂礦則主要分布在環(huán)境保護(hù)區(qū)。而這兩大類型又恰恰是中國(guó)鋯礦的主要類型,為了從戰(zhàn)略上保證國(guó)家安全,建議:①在濱海非環(huán)境保護(hù)區(qū)或基建區(qū)優(yōu)先開展砂礦資源調(diào)查,必須按規(guī)定進(jìn)行“壓覆資源調(diào)查評(píng)估”,先回收資源再開展建設(shè);②在低品位硬巖型原生礦分布區(qū)開展高品位鋯礦的找礦工作,取得找礦突破是可能的;③在成礦地質(zhì)條件具備的地區(qū)探索國(guó)際上最優(yōu)質(zhì)的風(fēng)化殼型或殘坡積砂礦的可能性;④加強(qiáng)管理,“立足國(guó)內(nèi),適當(dāng)進(jìn)口,限制出口”避免惡性競(jìng)爭(zhēng);⑤加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和理論創(chuàng)新,充分提高已有資源的利用效率,改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。
5.鉿
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鉿是稀有金屬中的分散元素,或者分散元素中的稀有金屬。鉿的用量小,卻是高技術(shù)領(lǐng)域必不可少的原材料。世界85%的鉿是以金屬形式用作核反應(yīng)堆的控制棒和緊急停堆棒(主要是軍用),3%用作合金添加劑。鉿往往與鋯共伴生,但作為原子能反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料用的鋯必須除鉿,以保證中子捕獲截面達(dá)到0.18巴恩。1950年,美國(guó)海軍原子能反應(yīng)堆研究小組計(jì)算了鉿的高共振中子截面,提高了鉿作為控制棒材料的價(jià)值。中國(guó)海綿鉿的生產(chǎn)始于1966年,主要用作核潛艇及原子能反應(yīng)堆心的控制棒。