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对稀土产业可持续发展的建议
作者:洪广言 发表时间:2012年11月13日

  稀土元素的特殊电子构型使其具有优异的光、电、磁、超导、催化等性能,使之成为新材料的宝库,也成为发展现代工业和国防尖端技术不可替代的战略元素。稀土被誉为“现代工业的维生素”,特别是在高技术武器中大都应用在核心部位。

  我国稀土的储量、分布和特点

  我国是稀土资源最丰富的国家。2009年美国地质调查局公布的稀土统计数据中,世界稀土储量约1亿吨,基础储量约1.5亿吨。中国稀土储量约为5200万吨,约占世界总储量的45%,基础储量约为8900万吨,约占全球的58%。

  全国稀土资源总量的98%分布在内蒙古、江西、广东、四川、山东等地区,形成北、南、东、西的分布格局。北方主要是轻稀土资源,而南方广东和江西主要为重稀土资源,形成北轻南重的分布特点。内蒙古白云鄂博矿稀土储量占全国稀土总量的80%以上,是我国轻稀土主要生产基地;重稀土矿则以江西、广东、福建、广西、湖南等稀土离子型矿为主,其工业储量约160万吨,远景储量约640万吨。

  自然界中含稀土元素的矿物有250多种,目前工业上实际利用的稀土矿物只有10种左右,其中最主要有氟碳铈矿、独居石、磷钇矿、离子吸附型稀土矿和磷灰石等。我国稀土资源品种齐全,有内蒙古包头白云鄂博混合型稀土矿(氟碳铈矿和独居石),南方离子吸附型稀土矿,四川和山东的氟碳铈矿,还有广东、广西、台湾、海南等地的海滨砂独居石、磷钇矿,湖南、湖北的河滨砂独居石以及褐钇铌矿等。我国稀土资源具有轻中重稀土组份均衡、质量好、采选成本低等特点。这些矿种能充分满足不同应用领域和产品的要求,增强了我国稀土产业在国际市场的竞争优势。

  中国南方离子吸附型稀土矿床的发现,不但丰富了世界稀土矿床的类型,它虽量少,但稀土配分以中、重稀土含量多。也为世界重稀土资源的开发利用提供了可靠的资源保证。离子吸附型稀土矿资源不但是宝贵的战略资源,而且在稀土资源中经济价值最高。

  世界最大的离子吸附型稀土矿在中国的江西赣南以及广东、广西、福建、湖南、浙江和云南等地区。在以重稀土为主的矿物中,铕的含量比其他矿物要高,特别是钇的含量相当高,如:龙南离子吸附矿含氧化钇高达67%;江西寻乌等地风化淋稀土矿中氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽分别比美国芒廷帕斯氟碳铈矿中含量高10倍、5倍、12倍和20倍;世界上钇资源主要分布在中国,我国江西龙南等地钇的储量巨大(16万吨)是国外钇工业储量的数倍,是美国的47倍。

  我国稀土资源开采容易、提取简便、成本低。包头白云鄂博矿石是铁、稀土、铌等元素的共生矿,稀土是开采铁矿的副产品,故开采成本低。离子吸附型稀土矿物的放射性元素含量低、虽矿中含稀土量少,但集采选冶三步工序一步完成,工艺简便、极易提取,成本低。

  我国稀土产业的飞跃和发展

  依托得天独厚的稀土资源,经过几十年的努力奋斗,我国稀土产业取得飞跃的发展,已经形成从稀土开采、选矿、冶炼到应用的比较完整的工业体系,并成为我国迅速崛起的新兴战略核心产业之一;建立了一支热衷于稀土的科研队伍;使我国成为世界上最大稀土生产国、消费国和供应国。稀土产品供应量占世界总量的90%以上,成为世界稀土市场上有重要地位和较大影响力的产业之一。

  目前我国可生产各种稀土产品约200多个品种、上千种规格。全国冶炼分离能力已超20万吨(REO)。2009年我国稀土冶炼产品产量为127300吨(REO),占全球总量的95%以上。数据显示我国以占近40%的稀土资源量,为世界提供了90%以上的稀土。以2009年为例,我国稀土冶炼分离产品出口到40多个国家和地区,全年稀土冶炼分离产品出口总量达3.6万吨。稀土永磁材料出口到77个国家和地区,出口量为9363.06吨;镍氢电池出口到106个国家和地区,共出口7.65亿只。我国已成为世界上最大的稀土生产国和出口国。

  在世界上无可借鉴的选、冶生产工艺技术方面,我国科技人员针对包头白云鄂博矿、四川攀西地区的氟碳铈矿和南方离子吸附型矿物等三种资源的特点,研究开发了一系列的采、选、冶炼、分离提取技术,并使其产业化,其中稀土萃取分离和稀土硅铁冶炼等方面的技术处于国际先进或领先水平。

  我国稀土应用已有40多年的历史。20世纪70年代开始把稀土应用于冶金作添加剂,以改善钢铁及有色合金的性能。随着社会的发展和科技进步,稀土已被广泛应用于冶金、机械、石油、化工、轻工、农业、电子信息、能源环保和国防军工的高新材料等13个领域的40多个行业。

  我国稀土应用发展较快。从1978年到2009年的32年间,我国稀土年消费量从1000吨增至73000吨,增长了73倍,使我国稀土消费量已跃居世界第一位。特别是稀土在新材料、高技术产业方面的消费量和消费比例不断提高。从2004年起,我国稀土冶炼分离产品中的单一和高纯稀土产品占总稀土商品量的50%以上,实现了产品结构的合理化。

  稀土在冶金和机械制造业中应用仍是我国稀土消费量的主要领域。作为改性添加元素在钢铁和有色金属中加入千分之甚至万分之几的稀土就能明显改善金属材料性能。

  稀土应用于石油催化裂化、汽车尾气净化催化和油漆催干剂等。稀土分子筛石油催化剂与普通硅铝催化剂相比,汽油产率提高1倍以上,总转化率提高约80%。稀土用作汽车尾气净化三元催化剂,可提高催化剂性能并可减少贵金属的消耗。此外,稀土在顺丁橡胶和异戊橡胶催化剂等高分子材料方面的应用也在稳定发展。

  稀土在玻璃陶瓷中的应用十分广泛,如玻璃抛光粉、玻璃脱色剂、玻璃澄清剂、光学玻璃和多种特种玻璃添加剂等。已经开发并生产的稀土玻璃有镧系光学玻璃、稀土激光玻璃、防耐辐射玻璃、微晶玻璃、稀土着色玻璃、特种眼镜玻璃、红外玻璃和稀土玻璃光纤等。这些玻璃均为高技术所需用的新材料。

  稀土在农业养殖、轻工纺织与医药卫生等方面的应用具有我国特色。稀土植物助长剂用于农业,可使粮食作物、油料作物、瓜果蔬菜等增产,还能使糖作物的含糖量明显提高,并能增强农作物的抗灾病能力。

  随着技术的进步,稀土功能材料获得迅猛发展,如稀土永磁材料、荧光发光材料、储氢蓄能材料、激光材料、超导材料、功能陶瓷材料和生物工程材料等等。它们已成为发展电子信息产业,开发新能源和国防尖端技术等方面不可缺少的新材料。

  目前我国已产业化的稀土新材料主要有:钕铁硼永磁材料、钐钴永磁材料、彩电荧光粉、三基色灯用荧光粉、稀土储氢材料、稀土抛光粉、稀土激光晶体和激光玻璃、稀土阴极发射材料、磁致伸缩材料、掺铒光纤、磁光及磁储存材料和电容器陶瓷材料等等,并实现了器件和终端应用的产业化。2009年新材料的消费量有所上升,增幅为13.5%,占总消费量的55.2%。

  钕铁硼永磁体是当今磁性能最强的永磁材料,已广泛用于各种电动机、发电机、音响设备、仪器仪表、核磁共振成像仪和航天航空通讯等许多高端技术领域。钕铁硼磁体是消费稀土最多的稀土功能材料,已成为拉动整个稀土市场的主要动力。我国凭借稀土资源优势和生产成本优势,钕铁硼磁体产业已成为世界第一生产大国和消费大国。

  我国稀土贮氢合金和镍氢电池也取得巨大进展。随着镍氢电池生产及应用技术的日益成熟和稀土镍氢可充电池作为无污染绿色电池需求的增长,我国稀土贮氢合金和稀土镍氢电池的产量也在稳步增长。2009年稀土贮氢合金17500吨,我国贮氢合金产量已占全世界产量的70%以上。

  稀土发光材料是制造高效能电光源不可缺少的材料,如用稀土三基色荧光灯代替普通白炽灯,不仅节能率高达80%,而且大大提高了照明质量。2009年我国共生产7282吨稀土发光材料,节能灯用荧光粉产量为6184吨,占全球节能灯用稀土荧光粉总产量的70%以上。目前正在大力开展新型绿色照明光源——白光LED用稀土荧光粉。

  对稀土产业持续发展的建议

  稀土是不可再生的重要战略资源,在新能源、新材料、节能环保、航空航天、电子信息等领域的应用日益广泛。一个国家稀土开发应用水平,与其工业技术发达程度成正比。美国稀土用量居世界第一位。日本、英国、法国、德国等国家虽缺少稀土资源,但稀土用量很大并拥有世界一流的稀土应用技术。我国虽已成长为稀土大国,但还不是稀土强国,还没有充分发挥稀土资源和产业的经济效益。在我国稀土行业发展中仍存在非法开采屡禁不止,冶炼分离产能扩张过快,生态环境破坏和资源浪费严重,高端应用研发滞后,出口秩序较为混乱等问题,严重影响稀土行业持续健康发展。

  资源综合利用,实施严格保护性开采

  尽管我国具有丰富的稀土资源,占世界首位,但必须看到,我国稀土资源的利用率很低。包头稀土矿目前回收利用的稀土不足开采量的10%,另外90%以上的资源进入尾矿坝堆存,目前已存近千万吨,包头尾矿已成为重要的二次稀土资源,但由于过去对选过稀土和未选过稀土的尾矿没有进行分流、分堆和杂物污染严重等原因,不利于今后尾矿坝稀土资源的开发利用,从尾矿中回收稀土是一项重要战略课题,将会大大提升资源回收率。

  包头白云鄂博矿是铁、稀土、铌多金属共生矿床,含71种元素。铁矿石储量14.6亿吨;稀土远景储量1.35亿吨,工业储量4350万吨,其中轻稀土La,Ce,Pr,Nd为主,同时富含Sm,Eu;矿区钪资源储量为14万吨(Sc2O3);包头矿钍资源丰富,钍资源是重要核燃料的能源材料之一,仅主东矿中二氧化钍的储量就达224200吨,占我国钍总量的77.3%,居世界第2位。只有包头白云鄂博资源的综合利用才能真正实现行业的可持续发展。

  我国特有的南方离子吸附型稀土矿,是世界上罕见的储量有限的中、重稀土资源,然而由于乱采滥挖、采富弃贫和丢矿、压矿现象严重,平均资源利用率不到25%,并造成植被破坏、水土流失和环境污染等问题。目前,采用的原地浸矿技术,资源浪费和环境污染仍然很严重。

  控制冶炼分离能力,避免盲目发展

  1995年以来世界稀土市场需求旺盛,刺激了我国稀土企业盲目扩建和新建稀土分离厂,造成重复建设过多。我国稀土冶炼分离能力已达到20万吨/年(REO),已超过了全世界每年消费量(7万~8万吨)。

  我国稀土厂约120家,平均产能仅为1300吨/年·家。绝大部分稀土厂设备和控制水平低,单台设备生产能力小。众多的企业技术开发力量薄弱,产品品种单一,产品收率平均低于国外先进水平3~5个百分点,成本高,产品批量小、质量不稳定。另外,厂间争原料、抢市场,严重制约了我国稀土产业的健康发展。下游应用产业也应有序发展,避免盲目竞争。对某些稀土应用项目也存在类似问题,也需要严加管制。

  近年来,为推进稀土资源开发整合,加快行业兼并重组,提高产业集中度。五矿、中铝、中色等一些大企业集团,采用兼并收购的手段使冶炼厂减少,但技术水平尚未提高,同时由于南方稀土矿点分散,及涉及到地方利益,故实现全部兼并整合有相当大难度,需采取更有效的措施。

  整治污染,刻不容缓

  在稀土产业高速发展的同时,环保问题已成为制约和困扰稀土产业可持续发展的主要矛盾。稀土冶炼对环境污染十分严重,治理污染的费用往往远高于生产所获得的利益。因此,必须严格执行国家制定的行业污染物排放和安全卫生标准,建立严格的检查和整治措施和问责制。

  稀土资源采选、冶炼分离等生产过程污染环节较多,部分稀土企业环保投入少,缺乏环保和生态恢复设施,污染问题比较突出。资源地植被破坏、水土流失严重;严格按我国现有的“三废”排放标准的要求,相当多稀土企业污染物排放超过国家允许排放标准。稀土冶炼分离企业普遍存在“三废”问题,即废气(含氟、二氧化硫、有机物)、废渣(如含钍放射性废渣等)和废水(含氯氨、硫氨、有机萃取剂等),造成对周边水域污染,已成为制约稀土产业发展的一大瓶颈。另外,在包头稀土精矿冶炼中,目前大多使用的工艺流程中对放射性Th缺乏认真的处理,导致水浸渣超过国家标准,这些水浸渣放回尾矿中日晒雨淋,已污染了我们的母亲河——黄河。目前包头尾矿坝废水的渗透对周围地下水污染严重;尾矿周围三分之一的裸露部分,在有风季节造成粉尘空中迁移的污染;产生的固体废弃物80%以上含有一定量钍,其放射性比活度偏高。另外氟的回收利用也尚未很好地进行。

  离子型矿污染更严重,植被破坏严重,采用原地浸矿技术,尽管地表面破坏不明显,但残留的淋洗液和残留的稀土对环境的破坏产生十分严重的影响。

  依靠技术创新,争当稀土强国

  目前稀土产业已由分离、提取进入到高技术、新材料开发应用阶段。国际上的主流和竞争热点在于新材料的研制、开发和应用,其目的不仅在于能称霸稀土市场,而且取得高额利润。国外在稀土高技术、新材料方面几乎每隔3~5年就有一次突破。而我国虽是稀土资源大国,却不是稀土科技的强国。

  我国稀土产业发展取得了辉煌成绩,但在稀土基础理论研究和稀土新型功能材料的开发应用方面,与美、日、欧等发达国家和地区相比,我国在稀土高附加值产品和高技术应用中的深加工能力、后处理工艺、核心材料研发能力等还远落后于发达国家。在稀土高技术、新材料领域,重大突破性成果几乎没有我国的专利或知识产权,这与一个稀土大国极不相称。在高技术应用的新材料至今大部分处于仿制阶段,即使已有的新材料也尚未完全掌握其规模生产的全部技术,对已建成的少数稀土新材料产业,因受到国外专利限制而难以发展。科研成果产业化率还不够高,出现一些创新的成果,也难以形成规模生产。

  针对国内外稀土发展的趋势,以及对稀土新材料的预测,我们应着眼于创新,在稀土新材料领域做出具有我国知识产权的新材料、新工艺、新应用。建议在稀土绿色生产工艺及污染处理、新型稀土发光材料与白光LED用稀土发光材料、稀土永磁材料、稀土金属与合金、稀土新型闪烁晶体等领域开展深入研究。

  规范稀土价格,减少对国外的依赖

  我国稀土价格低廉是不争的事实,有些99%~99.5%的稀土氧化物销售价格低于30元/公斤;价格最低的氧化镧、氧化铈才7.5元/公斤。使我国已经成为国外廉价稀土的供应国,同时日、韩、美及西欧各国作为战略资源大量储存。我国稀土价格低的原因之一,就是没有计入环保设施、处理“三废”和放射性达标排放的巨大费用,且大部分采矿不交资源税也不考虑资源的浪费。建议大幅度提高稀土资源的使用费,征收因破坏环境需要治理的环保费,改革稀土产品价格形成机制,逐步实现稀土价值和价格的统一。

  高技术应用基本以单一稀土为主,在价格上17个稀土元素应细分并恰当定位,不能一概而论。对于我国量大,而国际市场上供不应求的稀土资源,如钕、铕、铽、镝等应大幅提高价格。

  我国稀土矿产品、冶炼产品逐年增长,已出现供大于求的状态,由此,引起了稀土产品积压、低价竞销,严重地影响稀土企业的效益和行业的健康发展。另外,由于国内稀土消费增长较慢,市场有限,而导致过分依赖国外市场,造成稀土产品的价格受到国外的左右。因此必须扩大内需,减少对国外的依赖。

  规范出口秩序、打击走私、建立储备制度

  我国稀土产品出口量占世界出口总量的80%以上,具有调控国际市场的能力,但由于外贸多头出口,加上稀土冶炼企业相继获得直接外销权,导致稀土产品出口的无序竞争,使企业和国家利益遭受严重损失。

  由于我国国内购买稀土原料初级产品不受配额限制,近年来一些发达国家企业在我国稀土资源产区投资设厂。这些企业在当地买入稀土原料,经简单加工后便运到国外进行深加工或储备,成功地规避了我国出口配额限制,也造成稀土资源流失。对稀土出口拟分类进行。南方离子吸附型稀土矿是我国特有的矿种,是稀少宝贵的战略资源,含有丰富的高技术必需的中、重稀土,要严限出口;对于国外也有,我国储量较大的稀土元素,如镧、铈和钇可以允许出口;对于国外储量较少,我国储量较大的稀土元素,如钕、铕、铽、镝等可以在提高价格、控制出口总量的基础上,允许部分出口;对于我国已掌握核心技术的纯或高纯稀土产品,如铕、铽、钆、镱考虑到经济利益,也可允许出口。要严控外国在我国建立稀土企业。停止出口稀土矿产品和混合稀土产品。

  在稀土材料与应用产业上,16个稀土元素发展很不平衡,如作为钕铁硼永磁材料的钕被大量应用,而使轻稀土La,Ce等供大于求;Eu,Tb,Y,Dy等用量大,因此,导致其它稀土生产量和应用量的不平衡。对镥、钪等重要稀土元素必须由政府主导,切实加强保护储备;对有些中、重稀土元素,如钬、铒、铥虽目前尚未完全开发,也要加强保护储备。

  作者单位:中科院长春应用化学研究所

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