做好頂端設計 用好稀散金屬

我國稀散元素資源豐富,但存在研究程度低,資源家底不清,開發利用缺乏規範,產品單一,技術路線落後,環境汙染壓力大等問題,離“稀土用得好”的目標還有一定差距。

1.銦(In)

銦的獨立礦物在自然界非常稀少,難以形成自己的獨立礦床。工業上主要是從赤鐵礦、鉛鋅礦及鎢錫礦冶煉過程中作為副產品回收的,主要來源於閃鋅礦類礦床,但只有當錫、鋅共伴生且鋅也大規模富集時才容易得到相對高含量的銦資源。預計銦將成為比稀土還緊缺的戰略資源,而且更加難以尋找。銦元素富集具有礦床類型的專屬性,主要富集在錫石硫化物礦床和富錫鉛鋅礦床這兩種特定類型的礦床中,鋁土礦中也可能有所富集。銦主要分佈於15個省區,集中在雲南(佔全國銦總儲量的40%)、廣西(31.4%)、內蒙古(8.2%)、青海(7.8%)、廣東(7%)。

近十幾年來,銦以其在高精尖產業技術中優良的性能越來越受到重視。中國擁有全世界最大的銦地質儲量,約佔世界50%左右,已查明銦資源儲量0.96萬噸。中國從1954年開始回收銦,到2006年銦的生產能力達到657噸。我國是世界上最大的銦產出國。但銦產業鏈基本上停留在高純銦以下的基礎產品層次,國外核心技術的引進也一直沒有突破。

從全球礦產資源戰略研究的角度分析,提出以下建議:一是國家層面上要重新認識銦的現實價值和戰略價值。國家海關和稅務總局把銦列在賤金屬欄目,應該重新定位;二是國際商貿方面應取消銦的出口退稅;三是應實行國家儲備,鼓勵民間儲備,提高人民對稀有貴金屬的認識與重視;四是政府應該及時促進中國銦深加工民族工業的發展,特別是加強對新興產業發展的支持力度;五是各級政府應該實行銦的生產和出口許可證制度。

2.鎵(Ga)

近年來,鎵成為電子工業的新寵,被譽為“半導體材料的新糧食”。

截至2008年底,我國鎵礦資源儲量13.66萬噸,其中,基礎儲量0.71萬噸。我國金屬鎵的資源儲量約佔世界總量的75%。廣西、貴州、河南、山西和雲南的查明資源儲量合計佔全國鎵資源儲量的88.2%。四川攀枝花釩鈦磁鐵礦中的鎵約佔世界儲量的41%~42%,佔國內金屬鎵儲量的54%~55%;其次是德興銅礦,儲量佔全國儲量的15%,但無論是攀枝花還是德興都因為品位太低而基本上沒有回收利用。目前,國內已成功地製備出超純鎵,並建成了年產15噸超純鎵的生產線。

我國鎵產量雖然在全球佔有重要地位,但大部分以原料性產品出口,是世界主要鎵原料出口國同時又是世界鎵高端產品和製成品的重要進口國的現狀,建議如下:一是應該繼續充分回收鎵資源,必須從戰略上高度重視並且在政策上要有相應的措施,包括戰略儲備;二是限制鎵資源出口量,同時提高我國鎵高端產品的生產技術水平;三是鼓勵創新,研發新產品,給予各方面的政策、稅收等方面的支持,變資源優勢為經濟優勢、技術優勢和人才優勢。

3.鍺(Ge)

世界鍺的資源比較貧乏,按照目前的用量全世界的鍺只夠用40年。我國是全球第二大鍺資源國,已探明鍺礦產地約35處,保有儲量約為3500噸。目前已探明儲量主要分佈在廣東、雲南、內蒙古、吉林、山西、廣西、貴州等12個地區,約佔全國鍺總儲量的96%。國內含鍺較高的鉛鋅礦床主要有砂鉛礦床(例如會澤、赫章鉛鋅礦)、沉積改造型礦床(例如凡口鉛鋅礦)和熱液交代型礦床(例如湖南水口山鉛鋅礦)。

雲南省鍺資源豐富,主要分佈在鉛鋅礦和含鍺褐煤中,目前居全國第一。雲南含鍺鉛鋅礦主要分佈在會澤縣。

鍺是具有戰略性質的光信息材料。鍺可以用於衛星上的太陽能鍺電池。鍺在醫療保健方面的應用,體現在有機鍺藥物之所以能震驚醫學界,主要是因為其低毒(微毒或無毒)和對人體具有的抗癌和免疫等作用。目前,我國和美國基本上壟斷了全球的鍺資源,我國作為全球第二大鍺資源國,鍺資源量佔全世界的約40%,出口量卻佔到全球的70%以上,且大部分是較低附加值的初級原材料產品,這些初級產品成為了其他國家的戰略貯備資源或精、深產品加工的原料。如果再不加以限制的出口,勢必造成我國鍺資源的匱乏。建立鍺資源出口配額制度勢在必行。

4.鎘(Cd)

自然界中鎘與鋅有著共同的地球化學行為。鎘主要伴生在鋅礦中。中國的鎘資源豐富,主要集中在雲南、四川、廣東、廣西、湖南、甘肅、內蒙古、青海、江西等省(區)。雲南蘭坪金頂鉛鋅礦是中國特大型的伴生鎘礦床;貴州都勻牛角塘鋅礦床是目前已知鎘含量最高的礦床,為世界上罕見的大型獨立鎘礦床;雲南都龍富鎘錫多金屬礦床鎘儲量達數千噸,規模為大型;大廠礦田最具工業意義的鎘主要賦存於鐵閃鋅礦中,整個礦田鎘資源量達到萬噸以上。

由單質鎘和汞生成的鎘汞劑在加熱時軟化,而在人體溫度下卻很硬。這種“液態金屬”或“變形金屬”在軍民和民用兩方面都有廣泛的用途,鎘合金在國防工業中有重要的用途,鎘棒可以在核反應堆中調節連鎖反應的速度。美國將鎘列為戰略儲備物資,其儲備目標高達5370噸。

近幾年,對重金屬有毒元素鎘所引發的環境問題也成為眾多學者研究的熱點。鋅礦分佈地區環境中鎘的高含量將是一個普遍存在的問題,需要高度重視。採礦活動導致鎘元素釋放出來進入下游水環境中可造成鎘汙染。受工業和生活汙水以及含鎘的大氣沉降物(飄塵)汙染之後也可引起水體鎘汙染。在農業生產中,汙水灌溉是引起土壤鎘汙染的重要途徑之一。

綜上所述,對於鎘既要從地質背景查明其分佈情況,包括在礦床中的賦存狀態,也包括在一般岩石中的分佈狀態,爭取在開採鉛鋅礦等礦產資源的過程中充分回收鎘,確保鎘資源的綜合回收,並降低向大氣中排放。同時,要加強鎘在高科技領域中的創新研究,拓展鎘的應用領域,尤其是“液態金屬”領域的研發,只有鎘得以無害化利用,才能減少對環境的汙染。

5.鉈(Tl)

鉈在地殼中是典型的分散元素,主要類質同象存在於一些礦物中,還以膠體吸附狀態和獨立鉈礦物形式存在。鉈的獨立礦床僅見中國報道,已知有貴州濫木廠汞鉈礦床、雲南南華砷鉈礦床和安徽香泉鉈礦床。事實上,鉈主要以伴生礦廣泛存在於鉛鋅礦等多金屬礦床中,如廣東雲浮黃鐵礦、凡口鉛鋅礦、雲南蘭坪含鉈鉛鋅礦礦床等。鉛鋅礦冶煉廠煙塵中的鉈也是回收鉈的主要來源。

中國鉈儲量居世界首位,是中國的優勢資源,但需求量極少。2009年,全球鉈的年消耗量基本保持在15噸或以下。我國鉈產業應用技術相對滯後,主要用在高新技術和化工領域,前者達每年225千克,後者年需求量達24千克。

我國西南低溫熱液礦床分佈區普遍含鉈,通過風化作用,鉈會進入水體、土壤、植被和空氣中。因此建議,一定要調查清楚鉈在自然界中的分佈情況。另外,不能只是在尾砂庫種上草皮,還應該長期監測地下水的變化,最好能通過綜合回收利用的方式根除汙染源。粉塵中鉈的遷移活性很強,因此除塵是防治鉈汙染的關鍵,應注意硫酸和水泥生產中鉈的回收。

6.碲(Te)

碲是一種稀有分散元素,在地殼中含量極低,但用途卻十分廣泛而重要,且社會需求日益增加。碲一般數量很少難以形成工業礦床,主要分散在硫化物礦床及含金石英脈礦床的黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等礦物中,工業上的碲主要從電解精煉銅和鉛的陽極礦泥中取得。

中國現已探明伴生碲的儲量在世界處於第三位。伴生碲礦資源較為豐富,全國已發現伴生碲礦產地約30處,保有儲量近14000噸,碲礦區分散在全國16個省(區),但儲量主要集中於廣東(佔全國總量的42%)、江西(41%)和甘肅(11%)三個省份。中國碲礦資源一直以來集中在熱液型多金屬礦床、矽卡巖型銅礦床和岩漿銅鎳硫化物型礦床中。廣東曲江大寶山、江西九江城門山銅礦、甘肅金川白家嘴子為中國三個大型-特大型伴生碲礦床,三者儲量之和為全國伴生碲儲量的94%。1991年8月,全球第一例獨立碲礦在四川省石棉縣大水溝被發現,使中國有可能成為碲礦資源大國。

長期以來,碲處理陽極泥的企業中也只有少數回收碲。碲產量一半以上用於冶金工業,主要消費增長領域是光電儀器-激光器、光二極管、光接收器。中國作為一個碲資源較為豐富的國家,必須重視碲資源的開發和利用,既要加強對碲資源的保護,對開發利用的管理和監督,又要依靠科學技術進步提高碲資源的利用水平,避免低端產品的過度、無序出口。

7.錸(Re)

錸是地球上極為稀少的一種金屬元素,也是人類發現的最後一個自然元素。錸在各種地質過程中均不易富集。近幾年,有資料報道稱國外發現純錸礦。

重要的含錸礦床包括:①斑岩銅(鉬)礦和斑岩鉬礦;②熱液成因的鈾-鉬礦床;③含鉬、釩的含銅頁岩及硫質-硅質頁岩礦床;④獨立錸礦床;⑤含錸的岩漿型銅鎳礦床、鉻鐵礦床、鉑礦床;⑥含錸的黑鎢礦床;⑦錸銅砂岩、鈾錸銅砂岩型礦床;⑧錸銅炭質頁岩型銅礦。

錸素有“戰略金屬”“航空金屬”之稱,應用領域很廣,包括噴氣發動機零部件、燃氣渦輪引擎以及量子計算機等。尤其是錸在航空發電機方面的應用,一直是我國高端裝備製造業的短板,使我國不得不長期進口飛機發電機。

中國是錸的主要資源國之一,且幾乎全部伴生於鉬礦中,集中分佈在陝西金堆城鉬礦、河南欒川鉬礦等礦床中,合計佔全國錸總儲量的近90%。四川沐川地區發現有獨立錸礦床,預測錸資源量50噸。

由於錸具有極強的稀散性,獨立礦物少見,大多數礦山在開採主元素資源的同時,很少對錸進行回收和利用,造成了資源的浪費和環境的汙染。建議:(1)繼續調查研究錸在自然界中的存在形式,尤其是加強對伴生錸資源的勘查和評價;(2)研究錸在沉積作用、岩漿作用過程中的富集機制;(3)加強含錸礦床區域成礦規律的研究;(4)加強對現有金屬礦山開採地段和正在勘探的金屬礦床內錸的查定;(5)查明錸的賦存狀態,提高綜合利用水平,研發不同類型錸礦的回收技術;(6)加強對錸深加工產品的研發;(7)加強稀散金屬錸的戰略分析研究,為國內相關工作提供參考。

8.硒(Se)

硒是半金屬,性質與硫相似,但金屬性更強。硒在碳質硅質岩中的含量較高,最高可達到8590×10-6。自然界中硒的超常富集與成礦僅發生在玻利維亞的帕卡佳克(Pacajake)和中國的漁塘壩,這是世界上已知的2個獨立硒礦床。硅質岩建造中也往往有硒的富集。目前,所探明的硒礦資源主要包括四種類型:“遠成”硒化物脈狀礦床;不整合面型礦床;砂岩型銅鈾礦床;陸相火山岩型低溫金銀礦床。

截至2007年年底,全國保有硒資源儲量為15600噸。其中,基礎儲量330噸(其中,儲量73噸),資源量15270噸。據美國地調局統計,2013年中國硒資源儲量是26000噸,全國有18個省區有硒資源儲量,主要分佈在甘肅、廣東、黑龍江、湖北、青海5省,這5省擁有硒資源儲量佔全國總量的79.3%。在已探明的硒儲量中,岩漿型銅鎳硫化物礦床約佔硒總儲量的一半以上,且主要是伴生資源,伴生硒礦床中的硒約佔總儲量的90%。

硒的最顯著特性是其在光照下的導電性比在黑暗中成千倍增加,在玻璃、電子、光學和冶金工業中具有廣泛的用途。硒是生態環境中重要的微量元素,環境中硒過量或缺乏均會導致機體產生疾病。高濃度硒危害作物的生長髮育,降低產量,導致動物胚胎髮育畸形,甚至死亡。硒是人體必需的微量元素,缺硒或過量攝入硒都不利於健康。

我國富硒土壤較發育,但分佈極不均勻。應根據我國硒景觀地球化學分佈特點、富硒土壤特徵及不同狀態硒的分佈特點,遵循“因地制宜,綜合開發”的原則對各富硒土壤地區進行分片重點研究與開發。中國對硒在戰略新興產業中的應用性研發明顯不足。此外,硒在自然界通常極難形成工業富集,甚至硒的獨立礦物也很少,主要來源於綜合性含硒礦床。世界硒礦資源嚴重短缺,且分佈不均勻,供求矛盾比較突出。在我國加強硒礦資源的勘查和開發利用已刻不容緩。

早在1950年,美國國會就通過了《國防生產法》,要求政府將稀有金屬轉換為軍需生產和儲備。之後,俄羅斯、韓國、日本、歐盟等國家也紛紛將主要三稀礦產劃定為戰略性資源,以確保穩定供應。我國近幾年也出臺了一系列的文件和政策,支持三稀資源的開發和綜合利用,並且著重加強對鋰的儲備和保護。但是,類似於稀土、鈹、鉭、鋯等其他三稀礦產的戰略定位仍不夠清晰,創新動力不足,處於出賣原材料或初級產品的階段。為此,建議進一步全面系統、深入深刻地研究我國三稀礦產的戰略問題,重視資源勘查與儲備,加強資源提取的選冶技術、高端應用新產品的研究與開發。

就稀土而言,應加強宣傳,讓老百姓都知道稀土的珍貴,鼓勵民營企業也參與到稀土相關產品的研發中來,同時也切實可行地採取措施保護好我國的稀土資源,尤其是離子吸附型稀土,做到“稀土管得住”。就稀有金屬而言,鋰資源近年來在四川甲基卡等地取得了可喜的找礦突破(王登紅等,2013年),但鈹、鉭、鋯等更加緊缺的稀有金屬卻並沒有根本性的找礦突破,對外依存度居高不下,迫切需要加大找礦力度,要從我國“稀有常有”的規律出發精心部署,科學立項,加大投入,是可以做到“稀有找得到”。就稀散金屬而言,我國無論是共伴生資源還是獨立可採的資源,都是比較豐富的,甚至可以找到國外都沒有的獨立碲礦、獨立鉈礦、獨立硒礦,即“稀散不散”,但我國對稀散元素的研究程度很低,資源家底不清,開發利用缺乏規範,因此一方面要加強規範管理,另一方面要從創新入手,切實以稀散金屬在高科技領域的產品創新為引領,做到“稀散用得好”。稀散元素的產品研究可以說是創新點最多的,但我國產品單一,技術路線落後,尤其是缺乏原創性的、革命性的研發思路,一方面導致鉈、鎵、鍺、銦、碲這些分散且稀有的原材料被過度消耗,另一方面又造成環境汙染,同時大量的出口實際上也沒有“掙到多少錢”,國家應該高度重視,引以為戒,嚴格准入,做好頂端設計,“用得好”才是最關鍵的。□(完)

(作者單位:自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室,中國地質科學院礦產資源研究所)


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