一、稀有金属矿产资源
我国稀有金属除锶矿在世界资源储量中占优势地位外,其余矿种均因赋存状态、矿床类型等原因不具备竞争力。其贸易结构主要为低端出口,高端进口。加强找矿、调整产业结构、扩宽应用领域已迫在眉睫。
1.1锂(Li)的主要特点与开发利用
锂在冶金领域可用于制造各种合金,目前主要应用于原子能、特种合金、特种玻璃和新能源电池等领域,尤其是在锂电池方面的广泛应用而被称为“能源金属”,既是高科技新兴产业所必需的高端材料,也成为老百姓日常生活所必需的常规材料。
锂矿床按地质成因可划分为花岗伟晶岩型、卤水型、云英岩化花岗岩型和富锂黏土型四类。卤水型是锂矿床最重要的类型,但花岗伟晶岩型锂矿因常伴生多种稀有元素可作综合利用,黏土岩型锂矿也作为“潜在”资源应被高度重视。
对锂资源的开发利用,难度最大而具有革命性意义的是锂作为可控核聚变的基础原材料在民用发电方面的应用。据科学家计算,1kg锂通过热核反应放出的能量相当于两万多吨优质煤的燃烧。我国四川甲基卡地区的锂矿是全球已知锂矿中6Li富集度最高的,其战略意义非同小可,应予以高度重视。我国锂的主要成矿区带和找矿远景区主要有:青藏高原盐湖型锂成矿带(图1.1)、新疆阿尔泰伟晶岩型稀有金属成矿带、川西伟晶岩型稀有金属成矿带和华南铌钽锂成矿带(包括幕阜山-九岭-武功山一带和南岭、武夷山成矿带)。

图1.1 青海柴达木的台吉乃尔盐湖航拍图片
(据互联网资料)
从发展趋势看,随着新能源、新材料行业的快速发展,以电池级碳酸锂为代表的高端锂产品需求强劲,特别是动力电池、特种工程塑料等领域需求旺盛,成为锂产品行业的主要增长点。目前中国的锂产品主要集中于工业级碳酸锂、氢氧化锂等生产难度小、附加值低的传统锂产品。在高端锂产品加工方面,中国与国际先进水平还存在较大的差距,供应不足,需要大量进口。深加工技术水平的高低决定了企业的竞争力,也决定了中国锂行业在国际竞争格局中的定位。因此,加快中国锂资源的开发,丰富锂产品种类,进行产品结构升级换代,开发各类高端锂产品,提升综合竞争力,成为中国锂行业的紧迫任务。
1.2铍(Be)的主要特点与开发利用
中国铍矿产资源丰富,分布在14个省区。中国已探明的铍储量以伴生矿产为主,主要与锂、钽铌矿伴生(占48%),其次与稀土矿伴生(占27%)或与钨矿伴生(占20%)。花岗伟晶岩型是我国最主要的铍矿类型,约占总储量的一半,主要产于新疆(图1.2)、四川、云南等地。热液石英脉型铍矿具有规模中等、品位较富、矿物结晶较粗等特点,主要分布在中南及华东地区。花岗岩型铍矿多见于地槽褶皱带,成矿时代以中生代为主,如新疆青河县阿斯喀尔特铍矿;另一种以钽铌为主,伴生铍等稀有金属,如江西宜春414矿。中国铍矿产资源具有分布高度集中、单一矿床少、共伴生矿床多、品位低、储量大等特点。

图1.2 新疆阿勒泰的可可托海稀有金属矿野外图片
(据互联网资料)
铍矿以花岗伟晶岩型最重要,储量也大,其余还包括接触交代型铍矿、火山热液型铍矿、云英岩型铍矿及石英脉型铍矿等。
铍主要以铍铜合金和铍金属的形式广泛用于航空、航天和核反应堆等领域,是新兴产业发展必需的战略性金属矿产资源。铍铜合金在民用领域具有广泛的前途,如用铍青铜制成的弹簧可以压缩几亿次以上。铍具有良好的耐腐性和高温强度,热导率大,具良好的辐射透过性和对中子慢化、反射及红外线的反射性能。
1.3铌和钽(Nb、Ta)的主要特点与开发利用
中国铌钽矿资源有以下特点:①产地分布广泛,资源又相对集中。已探明的铌矿分布于全国17个省区,但高度集中在内蒙古和湖北两省区,其占全国铌资源量的95.5%;②中国已利用铌矿的铌钽品位低,与国外铌钽矿石品位相比大大偏低;③共生矿物复杂,选冶困难;④资源量很大,但可供利用的矿产地和储量却很少。因此,必须加大找好矿(品位高、易采选)的力度。
一方面在江西宜春(图1.3)、江西横峰葛源、福建南平等老矿区寻找优质资源、接替资源,另一方面也要加大对大兴安岭成矿带巴尔哲铌–稀土矿床、湖北竹山庙垭碳酸岩型铌– 稀土矿、湖北通城断峰山伟晶岩型钽铌矿以及近年来新发现的稀有金属矿床(如内蒙古武川县赵井沟)的综合研究,争取在大吨位、高品位铌钽矿床方面有所突破。

图1.3 江西宜春钽铌矿航拍图
铌钽最主要的特点是耐热,被称为稀有高熔点金属,高纯Nb2O5(>99.9%)主要应用于高科技领域;全世界60%以上的钽金属用于制造电子产品。巴西是世界最大的铌矿产地,澳大利亚是最大的钽矿生产国。中国以东方钽业为代表的大型硬质合金集团和诸多钽铌及其合金应用企业,形成了从采矿、冶炼、加工到应用较完整的工业体系,生产规模、工艺技术、生产装备、检测手段、产品质量均跃上了新台阶,使我国跨进世界钽产品生产和钽产品应用的大国行列。
1.4锶(Sr)的主要特点与开发利用
工业上用于提取锶原料的主要是天青石和菱锶矿。截至2011年,中国天青石储量为1.545×107t,占世界探明锶储量的69.4%。已探明的天青石锶矿床以大型、特大型单一锶矿为主,储量约占总储量的87%。主要分布在7个省区,其中青海省约占全国天青石储量的95.6%,其次是重庆、江苏和云南。四川什邡磷矿中的硫磷铝锶矿、云南金顶铅锌矿中的伴生锶以及含锶卤水中的共伴生锶资源,在一定程度上也得到了综合利用。
中国是世界锶产品的主要生产国,2013年的产量约占世界产量的40%,其中80%以上供出口。锶产品中碳酸锶是最主要的锶化合物,其用量约占锶产品总量的80%。目前全球的碳酸锶年产能约4×105t,中国约占2.6×105t。中国是锶资源大国,但目前在产业发展中也存在一些问题:①开发形势严峻。由于采富弃贫式开采,损失率较高,资源浪费较严重。中国锶矿已开采多年,在采矿山纷纷进入了尾采期;②产品质量较低,高品质锶需进口。目前国内外均注重资源的综合利用,建议如下:①加强锶矿开采和锶化工生产管理,保护锶矿资源;②调整产业结构,限制矿石直接出口;③重视伴生锶矿的综合评价;④加强锶矿成矿理论研究及远景预测;⑤扩宽锶的应用领域,积极研发高端产品。
二、稀土金属矿产资源
稀土金属也叫稀土元素(rare earth elements),是指原子序数57到71的15个镧系元素,一般也包括39号元素钇。稀土元素分为轻稀土和重稀土:轻稀土英文简称LREE,又叫铈族稀土,包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu,共七种元素;重稀土英文简称HREE,又叫钇族稀土,包括Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y,共八种元素。
中国稀土矿产地在地域分布上具有点多面广又相对集中的特点。目前已在全国2/3以上的省区发现了上千处矿床、矿点和矿化点,但全国稀土资源总量的98% 分布在内蒙古、江西、广东、四川、山东等地,形成“北轻南重”的资源格局。其中,中、重稀土主要集中在江西、湖南、广东、广西四省区交界地带的南岭地区,以离子吸附型为主。该类型稀土矿易采、易提取,南岭也成为中国重要的中、重稀土生产基地,实际上也是全球中、重稀土的主要产地。
2011年以来,在离子吸附型稀土矿地质调查、矿政管理、资源评价、环境问题评估等方面取得了一系列进展。广西、广东、云南、福建、浙江等地也相继发现了一些稀土矿床,其稀土资源储量有可能超过江西。轻稀土矿产主要集中在华北(内蒙古的白云鄂博(图2.1)和山东的郗山),西南地区也有(四川凉山州及云南的楚雄州和德宏州)。

图2.1 包头白云鄂博稀土矿露天采场
(据互联网资料)
中国稀土目前拥有了三个世界第一,即储量世界第一,生产规模世界第一,加工和出口量世界第一。然而,中国的稀土深加工技术和应用技术却远远不是世界第一,高科技、高附加值稀土产品的生产及应用远远落后于美国、日本及其他发达国家。
三、稀散金属矿产资源的主要特点及开发利用
我国稀散元素资源丰富,但存在研究程度低,资源家底不清,开发利用缺乏规范,产品单一,技术路线落后,环境污染压力大等问题,离“用得好”的目标还有很大差距。
3.1铟(In)的主要特点与开发利用
铟的独立矿物在自然界非常稀少,难以形成独立矿床。工业上主要是从赤铁矿、铅锌矿及钨锡矿的冶炼过程中作为副产品回收。铟主要赋存于闪锌矿,但只有当锡、锌共伴生且锌也大规模富集时才容易得到。预计铟将成为比稀土还紧缺的战略资源,而且更加难以寻找。铟的富集具有矿床类型的专属性,主要富集在锡石硫化物矿床和富锡铅锌矿床这两种特定类型的矿床中,铝土矿中也可能有所富集。中国的铟主要分布于15个省区,其中,云南占全国铟总储量的40%,广西占31.4%。
从全球矿产资源战略的角度分析,建议如下:①要重新认识铟的现实价值和战略价值。国家海关和税务总局把铟列在贱金属栏目,应该重新定位;②国际商贸方面应取消铟的出口退税;③实行国家储备,鼓励民间储备,提高人民对稀有贵金属的认识与重视;④政府应该及时促进中国铟深加工业的发展,特别是加强对新兴产业发展的支持力度;⑤各级政府应该实行铟的生产和出口许可证制度。
3.2镓(Ga)的主要特点与开发利用
截至2008年年底,我国镓的资源储量为1.366×105t,约占世界总量的75%。广西、贵州、河南、山西和云南的查明资源储量合占全国的88.2%。四川攀枝花钒钛磁铁矿中的镓约占世界储量的41%~42%,占国内的54%~55%;其次是德兴铜矿,储量占全国的15%;但两矿都因为品位太低而基本上没有利用。目前,国内已成功地制备出超纯镓,并建成了年产15t的超纯镓生产线。
我国镓产量虽然在全球占有重要地位,但大部分以原料性产品出口,是世界主要镓原料出口国同时又是世界镓高端产品和制成品的重要进口国。建议如下:①继续充分回收镓资源,必须从战略高度重视并且在政策上要有相应的措施,包括战略储备;②限制镓资源出口,同时提高我国镓高端产品的生产技术水平;③鼓励创新,研发新产品,给予政策、税收等方面的支持,变资源优势为经济优势、技术优势和人才优势。
3.3镉(Cd)的主要特点与开发利用
自然界中镉与锌有着共同的地球化学行为,因而主要伴生在锌矿中。中国的镉资源丰富,主要集中在云南、四川、广东、广西、湖南、甘肃、内蒙古、青海、江西等省区。云南兰坪金顶铅锌矿是中国特大型的伴生镉矿床。贵州都匀牛角塘锌矿床是目前已知镉含量最高的矿床,为世界上罕见的大型独立镉矿床。云南都龙富镉锡多金属矿床镉储量达数千吨。大厂矿田最具工业意义的镉主要赋存于铁闪锌矿中,整个矿田镉资源量达到万吨以上。
镉元素的应用很广泛:①用于制造合金:镉作为合金组土元能配成很多合金,如含镉0.5%~1.0%的硬铜合金,有较高的抗拉强度和耐磨性。镉(98.65%)镍(1.35%)合金是飞机发动机的轴承材料。很多低熔点合金中含有镉,著名的伍德易熔合金中含有镉达12.5%;②镉具有较大的热中子俘获截面因此含银(80%)铟(15%)镉(5%)的合金可作原子反应堆的(中子吸收)控制棒;③镉的化合物曾广泛用于制造(黄色)颜料、塑料稳定剂、(电视映像管)荧光粉、杀虫剂、杀菌剂、油漆等;④用于电镀等。镉氧化电位高,故可用作铁、钢、铜之保护膜,广用于电镀防腐上,但因其毒性大,这项用途有减缩趋势;⑤用于充电电池:镍—镉和银—镉、锂-镉电池具有体积小、容量大等优点;⑥镉还用于制造电工合金,如电器开关中的电触头大多采用银氧化镉材料,具有导电性能好,燃弧小,抗熔焊性能好等优点,广泛的用于家用电器开关,汽车继电器等
3.4硒(Se)的主要特点与开发利用
硒是半金属,性质与硫相似,但金属性更强。硒在碳质硅质岩中的含量较高,最高可达到8590×10-6。自然界中硒的超常富集与成矿仅发生在玻利维亚的帕卡佳克和中国的渔塘坝。硅质岩建造中也往往有硒的富集。目前所探明的硒矿资源主要包括四种类型:“远成”硒化物脉状矿床;不整合面型矿床;砂岩型铜铀矿床;陆相火山岩型低温金银矿床。
截至2007年年底,全国保有硒资源储量达到15600t。全国18个省区有硒的资源储量,主要分布在甘肃、广东、黑龙江、湖北、青海5省(合占全国总量的79.3%)。在已探明的硒储量中,岩浆型铜镍硫化物矿床约占硒总储量的一半以上,主要是伴生资源。
我国高硒土壤较发育,但分布极不均匀。应根据景观地球化学特点、高硒土壤特征及不同状态硒的分布规律,遵循“因地制宜,综合开发”的原则对各高硒土壤地区进行分片重点研究与开发。
早在1950年,美国国会就通过了《国防生产法》,要求政府将稀有金属转换为军需生产和储备。后来俄罗斯、韩国、日本、欧盟等也都将主要“三稀矿产”划定为战略性资源,以确保稳定供应。
我国近几年也出台了一系列的文件和政策,支持“三稀资源”的开发和综合利用,并且着重加强了对稀土的储备和保护。但是,对“三稀矿产”的战略定位仍不够清晰,创新动力不足,处于出卖原材料或初级产品的状态。为此,建议进一步全面系统、深入深刻地研究我国“三稀矿产”的战略问题,重视资源勘查与储备,加强资源提取的选冶技术和高端应用新产品的研究与开发。
就稀土而言,鼓励民营企业也参与到稀土相关产品的研发中来,同时采取措施保护好我国的稀土资源尤其是离子吸附型稀土,做到“稀土管得住”。
就稀有金属而言,锂资源近年来在四川甲基卡等地取得了可喜的找矿突破,但铍、钽、锆等更加紧缺的稀有金属却并没有根本性的找矿突破,对外依存度居高不下,迫切需要加大找矿力度,要从我国“稀有常有”的规律出发精心部署,科学立项,加大投入,做到“稀有找得到”。
就稀散金属而言,我国无论是共伴生资源还是独立可采的资源,都比较丰富,甚至可以找到国外都没有的独立碲矿、独立铊矿、独立硒矿,即“稀散不散”。但我国对稀散元素的研究程度很低,资源家底不清,开发利用缺乏规范,因此,一方面要加强规范管理,另一方面要创新引领,切实以稀散金属在高科技领域的产品创新为引领,做到“稀散用得好”。
稀散元素的产品研发创新点最多,但我国产品较为单一,技术路线落后,尤其缺乏原创性、革命性的研发思路,导致铊、镓、锗、铟、碲这样的既分散又稀有的原材料既被过度消耗,又造成环境污染,在大量出口的过程中也没有产生良好的经济效益。
来源:上芃电器
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