我國“稀有、稀土、稀散”三稀礦產資源豐富,既是絕大部分三稀礦產資源大國,也是主要生產國和出口國,但卻由于深加工技術落后、環(huán)境代價太大、戰(zhàn)略意識不強等原因,始終拿不到市場的話語權。中國已經進入科技創(chuàng)新引領社會發(fā)展的關鍵時期,三稀礦產具有無限的創(chuàng)新潛力。本文通過梳理2011年以來全國三稀礦產資源調查和找礦過程中積累的資料,總結了我國稀有、稀土和稀散元素礦產的主要特點,提出了一些開發(fā)利用建議,進一步強調“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進行分析,引領我國戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展。
我國稀有金屬除鍶礦在世界資源儲量中占優(yōu)勢地位外,其余礦種均因賦存狀態(tài)、礦床類型等原因不具備競爭力。且稀有金屬的貿易結構主要為出口低端產品,同時進口高端產品。因此,加快找礦、改善產品出口結構、調整產業(yè)結構、擴寬應用領域迫在眉睫。
1.鋰
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鋰是原子量最小的金屬,化學性質活潑,可制造各種各樣的合金,目前主要應用于原子能、特種合金、特種玻璃和新能源電池等領域,以其在鋰電池方面的廣泛應用而被稱為“能源金屬”,不但是高科技新興產業(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?;◢弬ゾr型鋰礦更具有獨立開采意義,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”資源應被高度重視。但其選冶工藝還沒有過關,品位也不高,往往作為鋁土礦的共伴生資源產出。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,地球化學性質接近,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識、重新評價。
對鋰資源的開發(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原材料在民用發(fā)電方面的應用。據科學家計算,1千克鋰通過熱核反應放出的能量,相當于2萬多噸優(yōu)質煤燃燒產生的能量。我國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,應予以高度重視。我國鋰的主要成礦區(qū)帶和找礦遠景區(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)境保護與綠色鋰礦山建設方面,鋰本身屬于最輕的輕金屬,不可能產生重金屬污染,何況含鋰的礦泉水還是優(yōu)質的礦泉水。鋰離子電池中也不含汞、鎘、鉛等毒害大的重金屬元素,因此,常被認為是綠色電池,對環(huán)境的污染程度相對較小。
從發(fā)展趨勢分析,由于新能源、新材料行業(yè)的快速發(fā)展,以電池級碳酸鋰為代表的高端鋰產品需求強勁,特別是動力電池、特種工程塑料等領域需求旺盛,成為鋰產品行業(yè)的主要增長點。作為鋰產品生產大國,中國鋰產品產量大約占全球總產量的22%,但主要集中于工業(yè)級碳酸鋰、氫氧化鋰等生產難度小、附加值低的傳統(tǒng)鋰產品。在高端鋰產品加工方面,中國與國際先進水平還存在較大差距,供應不足,需要大量進口。深加工技術水平的高低決定了企業(yè)的競爭力,也決定了中國鋰行業(yè)在國際競爭格局中的定位。因此,加快中國鋰資源的開發(fā),豐富鋰產品種類,進行產品結構升級換代,開發(fā)各類高端鋰產品,提升綜合競爭力,成為中國鋰行業(yè)的緊迫任務。
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、航天和核反應堆等領域,是新興產業(yè)發(fā)展必需的戰(zhàn)略性金屬礦產資源。鈹銅合金在民用領域具有廣泛的前途,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度,熱導率大,具良好的輻射透過性和對中子慢化、反射及紅外線的反射性能。
鈹礦床類型以花崗偉晶巖型鈹礦床最為重要,儲量也最大,其余還包括接觸交代型鈹礦床、火山熱液型鈹礦床、云英巖型鈹礦床及石英脈型鈹礦床。
中國鈹礦產資源豐富,分布在14個省區(qū),鈹儲量依次為:新疆占29.4%,內蒙古占27.8%(主要伴生鈹礦),四川占16.9%,云南占15.8%,這4省區(qū)合計占89.9%。中國已探明的鈹儲量以伴生礦產為主,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%)?;◢弬ゾr型是我國最主要鈹礦類型,約占國內總儲量的一半,主要產于新疆、四川、云南等地。熱液石英脈型鈹礦具有規(guī)模中等,品位較富,礦物結晶較粗等特點,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型鈹礦多見于地槽褶皺帶,成礦時代以燕山期為主,如新疆青河縣阿斯喀爾特鈹礦;另一種以鉭鈮為主,伴生鈹等稀有金屬,如江西宜春414礦。中國鈹礦產資源具有分布高度集中、單一礦床少,共伴生礦床多,品位低、儲量大等特點。
我國鈹的對外依存度高,加強找礦乃當務之急。新疆阿爾泰和川西稀有金屬成礦帶中的鈹礦仍然具有找礦前景,而西藏高喜馬拉雅淡色花崗巖有關的巖體型鈹礦及其接觸帶中的矽卡巖型或類矽卡巖型鈹礦與湘鄂贛幕阜山地區(qū)的鈹礦具有相似性,前者近年來取得了找礦進展,至少可以作為資源儲備對待。中國鎢礦資源特別豐富,而鈹是鎢礦經常共伴生產出的資源,需要注意是否存在獨立的鈹礦?這是具有現實意義的找礦新方向,至少在秦嶺成礦帶的雪寶頂,既有獨立的鎢礦脈也有共伴生的鎢鈹礦以及獨立的鈹礦體。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。對于南嶺鎢錫多金屬成礦帶,可以根據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噶爾盆地西北邊緣發(fā)現的火山巖型鈹礦床,給近年來的鈹礦勘查注入新的活力,但尚未取得根本性的突破或者能夠現實地開發(fā)。
3.鈮和鉭
(Nb、Ta)
鈮鉭具有熔點高、延性好、蒸汽壓低、耐蝕性強和熱導率高等優(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,以碳酸巖風化殼型最重要。中國的鉭資源稟賦差,大規(guī)模露采的礦山較少,同時還沒有獨立的鈮礦山,鈮往往與稀土、鉭伴生。中國所規(guī)定的花崗巖型和花崗偉晶巖型鉭鈮礦床儲量計算的最低工業(yè)品位指標為:(Ta,Nb)2O5品位為0.012%~0.028%。雖然鉭儲量和基礎儲量在數量上很大,但中國鉭資源品位幾乎沒有一個超過0.02%,Nb2O5品位超過0.1%的也只有幾個碳酸巖類礦床,其他類型礦床Nb2O5品位均在0.02%左右。因此,我國的鈮鉭仍需大量進口。
中國鈮鉭礦資源具有以下特點:①產地分布廣泛,資源又相對集中,已探明的鈮礦地分布于全國17個省區(qū),但高度集中在內蒙古和湖北兩省區(qū),其占全國鈮資源量的95.5%;②中國已利用鈮礦的鈮鉭品位低,與國外鈮鉭礦石品位相比大大偏低;③共生礦物復雜,選冶困難;④礦資源量很大,但可供利用的礦產地和儲量卻很少。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)質資源、接替資源;另一方面,要加大對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)現的稀有金屬礦床(如內蒙古武川縣趙井溝堿性巖性鈮鉭礦)的綜合研究,爭取在大噸位、高品位鈮鉭礦床方面有所突破。
鈮鉭最主要的特點是耐熱,也被稱為稀有高熔點金屬。世界上90%以上的鈮產品主要以鈮鐵的形式應用于鋼鐵工業(yè),而高純Nb2O5(>99.9%)則主要應用于高科技領域;全世界60%以上的鉭金屬用于制造電子產品。巴西是世界最大的鈮礦產地,澳大利亞是世界上最大鉭礦生產國。中國雖然礦石品質較低,貧礦多富礦少,但經多年努力,已逐漸形成了一個較為完整的工業(yè)體系,尤其是以寧夏東方鉭業(yè)為代表的大型硬質合金集團和諸多鉭鈮及其合金應用企業(yè),形成了從采礦、冶煉、加工到應用較完整的工業(yè)體系,生產規(guī)模、工藝技術、生產裝備、檢測手段、產品質量均躍上了新臺階,使我國跨進世界鉭產品生產和鉭產品應用的大國行列。
美國、俄羅斯和中國,對于鈮鉭的戰(zhàn)略意義一直以來都是非常重視的,隨著新興產業(yè)的發(fā)展,對于鈮鉭的重視程度將有增無減。我國在這方面做得還很不夠,一方面是對現有的資源還管理不到位,如海南的濱海砂礦曾經被亂采濫挖,不但損耗了資源也破壞了環(huán)境;另一方面是對成礦條件、成礦規(guī)律等基礎地質工作重視不夠,資源潛力不明,找礦進展不大,可持續(xù)發(fā)展問題比較突出。加強地質找礦,深入研究現有資源的合理開發(fā)利用技術方法,提高資源的保障程度,乃當務之急。
4.鋯
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鋯之所以稱之為“稀有金屬”,是因為純鋯的冶煉相當困難。在尋找高品位的鋯原材料的同時加大冶金方面的創(chuàng)新力度。
中國鋯礦資源可劃分為鋯英砂礦和鋯石硬巖礦兩大類,探明儲量僅50萬噸,不足全球鋯資源的1%。鋯資源構成與國外鋯資源大部分為鋯石濱海砂礦有很大的差別。
中國鋯石砂礦分布于中國東南部沿海,并以廣東南部海岸和海南島東海岸最為集中;硬巖礦則散布于內蒙古和南方各省區(qū)。探明儲量在10萬噸以上的省區(qū)有5個,依次為內蒙古、海南、廣東、云南和廣西,五省區(qū)的儲量總和占全國總量的97.6%。砂礦主要分布于東南沿海,以海南最多,儲量占全國砂礦總量的67%,居全國首位。但海南的砂礦一方面已經消耗了相當一部分,剩下的資源量出于環(huán)境保護的需要而不再開發(fā)。
金屬鋯按用途分為原子能級鋯和工業(yè)級鋯兩個級別。此外,一些具有一定重量、無色或色澤鮮麗、透明的優(yōu)質鋯石,可用作寶石級原料。
中國鋯礦資源具有以下特點:①資源分布不均勻,儲量相對集中;②鋯石富礦少,伴生礦產多;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放射性強度偏高。
我國鋯礦資源不具備市場競爭力,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)境保護區(qū)。而這兩大類型又恰恰是中國鋯礦的主要類型,為了從戰(zhàn)略上保證國家安全,建議:①在濱海非環(huán)境保護區(qū)或基建區(qū)優(yōu)先開展砂礦資源調查,必須按規(guī)定進行“壓覆資源調查評估”,先回收資源再開展建設;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在成礦地質條件具備的地區(qū)探索國際上最優(yōu)質的風化殼型或殘坡積砂礦的可能性;④加強管理,“立足國內,適當進口,限制出口”避免惡性競爭;⑤加強技術創(chuàng)新和理論創(chuàng)新,充分提高已有資源的利用效率,改善產品結構。
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,卻是高技術領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,但作為原子能反應堆結構材料用的鋯必須除鉿,以保證中子捕獲截面達到0.18巴恩。1950年,美國海軍原子能反應堆研究小組計算了鉿的高共振中子截面,提高了鉿作為控制棒材料的價值。中國海綿鉿的生產始于1966年,主要用作核潛艇及原子能反應堆心的控制棒。