作者:段歆涔 来源:中国科学报 发布时间:2014-1-9 8:47:29
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《自然》撰文强调稀有金属市场亟须整体分析

 
过去10年中,人们对金属短缺和资源耗竭的恐惧再一次涌现。
 

一名工人分类整理出被剪成条状的计算机板卡。
 
图片来源:Chien-Min Chung
 
随着全球人口激增以及新兴国家数以百万计的消费者崇尚西方式的生活,人们对稀有金属的需求直线上升。此外,得益于科技进步,可被利用的金属种类也比以往更多。因此,过去10年中,人们对金属短缺和资源耗竭的恐惧再一次涌现。
 
人们关注的焦点集中在稀有金属的供给,例如铟、锂、稀土元素、碲及锗,这些稀有金属对数字技术、低碳能源技术、太阳能光电板和电动汽车的发展至关重要。
 
2009年,中国政府为了满足快速发展的国内制造业需求而减少了稀土元素的出口。此后,对稀有金属供给的担忧在全球范围内成为一个挥之不去的阴影。
 
《自然》杂志在一篇评论文章中指出,地缘政治风险(例如亚洲的领土纠纷)以及社会经济风险(例如南部非洲的劳资纠纷)有可能中断稀有金属的供给,因为可用于高新技术的稀有金属的产地非常有限。商业风险也在其中扮演着重要角色。投资稀有金属要承受很大风险,因为从中获利很难。此外,与铁、铜、铝的市场相比,稀有金属的市场很小,非常复杂且很不稳定。
 
《自然》杂志指出,要想确保稀有金属对未来科技的稳定供应,离不开科学界、工商业界和政界的共同合作。目前,有许多受政府委托的评测报告出炉,这些报告虽然指出了关键问题,但却充斥着大量枯燥乏味的论证,例如某一种金属为何是重要的,因此都不足为恃。此外,这些报告所提供的解决方法往往都是泛泛而谈,没有实用价值。
 
《自然》杂志认为,之所以如此,是因为这些报告指出,稀有金属的供给安全问题基本可以通过回收利用来解决,正如英国和欧洲大陆所做的那样。尽管回收利用这一方法能够对维持常见工业金属材料的供应起到重要作用,但当涉及到可用于科技的稀有金属材料时,情况却更加复杂,一些稀有金属很难或者根本无法回收。
 
为了满足日益增长的需求以及为已经枯竭的金属资源寻找替代品,目前需要更多第一手科研资料,并更加深入地了解形成稀有金属的地质变化过程。此外,为了提高资源使用效率,避免在无意中对环境造成影响,应当对每一种稀有金属设立从开采到终端客户全程可追溯系统。
 
稀缺资源
 
对可用于科学技术的稀有金属的需求在过去40年间呈爆炸式增长,其中镓、稀土元素、铂类金属和铟全球累积产量的80%来自于上世纪80年代之后,并且在可预见的未来,还将保持增长。
 
《自然》杂志称,大多数可用于科学技术的稀有金属埋藏在少数几个地区。例如,2011年,全球72%的钴产量来自刚果民主共和国,57%的铟产量来自中国。而且这些稀有金属的产量还很低。2011年,全球的钨产量总计只有7.29万吨。相比之下,铝产量有4520万吨,铁产量更是达到15亿吨。
 
随着消耗量开始超过当前探明储量,一些研究报告推断,可用于科学技术的稀有金属将不可避免地面临短缺和枯竭的命运。然而这些悲观推测没有以动态发展的眼光看待稀有金属的地质储量。随着金属价格的上升,较低品位矿石的价格将会下降,这会提高低品位矿石的经济性并降低其提取难度,乐于投资的人也会随之增多。此外,在价格压力和科技进步的双重作用下,全球大多数种类金属的储量在过去50年里稳中有升。
 
就在不久之前,可用于科学技术的稀有金属还不具有很高的经济价值,因此人们勘探的热情并不高。这导致人们对稀有金属的全球分布及其自然生成过程并不了解。
 
随着对稀有金属了解的深入,人们将能重新评估老采矿区的开采价值并开发新矿。例如,英格兰西南部的老旧矿区或许能够确保钨的供应;瑞典也于2009年在NorraKarr地区发现了含有重稀土元素的沉淀物。但是,公众对开发新矿持反对态度,发达国家尤甚,因为人们习惯了炫耀性消费,不愿意接受替代品,这将是一个严峻挑战。
 
仅靠回收还不够
 
《自然》杂志认为,从废弃商品中提取的二级金属是金属资源的重要补充,但它却无法跟上日益增长的需求的步伐,而且面临着技术瓶颈。
 
从移动手机到机动车,可用于科学技术的金属已得到了广泛应用。多达60种稀有金属元素被应用于微处理器和电路板的制造中,这些金属元素的使用量很少,并且通常与其他人造元素混合使用。
 
判断一种金属是否可替代取决于它本身的价值浓缩性以及是否易与其他元素相混合。贵重金属,例如铂族金属和黄金是回收电路板时的重点元素。与此同时,价值较低的铜、锑和铟也可以经过同一个过程完成回收。但有些金属例如钽、镓、锗及稀土元素已经氧化,彻底地成为冶炼残渣。
 
只有当被回收的金属本身的浓缩性很高时,回收再利用才能获得最大经济价值,例如生产废料。譬如,平板显示器中70%的铟可以从废料中回收。
 
要想打破瓶颈并提升效率,必须探测可用于科学技术的金属的总储量,深入了解这些金属的整个流转过程——从开采到浓缩,从萃取到冶炼,从生产到使用,从再利用到回收,最终到彻底弃置。例如,将改进后的回收再利用技术应用于钨矿中可以提升钨的储量。
 
理论上讲,汽车催化剂中超过90%的铂族金属可以被回收再利用。而实际上,从欧洲报废汽车中提取的铂族金属比例只有50%~60%,因为很多车辆在回收以前已经以二手车的身份被卖到许多缺乏回收利用技术的国家。
 
此外,金属的流动性分析则可以为判断哪种回收方式最有效率提供依据。例如,英国一家废品管理公司于2011年提出,从马路上遗留的金属屑中回收铂族金属,但是从废弃的催化转换器中回收铂族金属要比前者有效率得多,因为铂族金属在汽车催化剂中所占比重为0.2%,而金属屑中的比重还不到百万分之一。
 
突破回收技术瓶颈的目的在于提高人们的积极性,例如关于原材料的欧洲创新伙伴计划(EIP),这场由欧洲国家广泛参与的行动旨在确保区域内原材料的稳定供应。
 
然而,掌握关键金属的流转仍是一项严峻挑战。因为这些金属的产量很低,其提取、生产及回收过程牢牢掌握在少数组织手中。此外,出于保护商业机密的需要,相关数据和合同不易查找。
 
单一系统
 
《自然》杂志指出,在过去5年中,人们对可用于科学技术的金属的供应安全倍感忧虑,而一些决策者视回收利用为灵丹妙药,过于盲目乐观。因此,学界亟须更全面地分析供给安全问题。
 
一级资源和二级资源必须置于统一的框架下进行全面研究,对此,基础的统计数据至关重要。此外,生产商、加工商、消费者及回收者需要倾听彼此的意见。而决策者则必须评估可用于科学技术的金属是如何使用和合成的,还必须掌握前者会对回收利用的经济可行性和环境可行性造成何种影响。
 
确保金属供应稳定所带来的好处显而易见。提升使用效率,降低提取和制造过程中的环境成本迫在眉睫,这也为工商业界和研究者带来一个千载难逢的机遇。(段歆涔)
 
《中国科学报》 (2014-01-09 第3版 国际)
 
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