第377次香山科学会议在北京成功召开。执行主席黄小卫教授、李家熙研究员、李红卫教授、严纯华教授和池汝安教授在主持会议(从右到左)。
□第377次香山科学会议执行主席、武汉工程大学教授 池汝安
国务院总理温家宝2月16日主持召开国务院常务会议,研究部署促进稀土行业持续健康发展的政策措施。会议强调,必须加快转变稀土行业发展方式,提升开采、冶炼和应用的技术水平,坚持保护环境和节约资源,坚持控制总量和优化存量,坚持统筹国内国际两个市场、两种资源,积极开展国际合作,力争用5年左右时间,形成合理开发、有序生产、高效利用、技术先进、集约发展的稀土行业持续健康发展格局。
稀土是不可再生的重要战略资源
稀土并不稀少,在地壳中的分布很广,甚至超过了常见的铅、锌、锡等矿物,只是分布稀散而已。稀土的命名一方面是因为其在地壳中分布稀散,另一方面则是因为稀土的氧化物像土。根据国际纯粹与应用化学联合会对稀土元素的定义,稀土类元素是门捷列夫元素周期表第三副族中原子序数从57至71的15个镧系元素,再加上与其电子结构和化学性质相近的钪和钇,共计17个元素。稀土元素因其独特的4f电子层结构,使其具有优异的磁、光、电、热等特性,被广泛应用于石油化工、电子信息、冶金机械、能源交通、国防军工和高新材料等领域的40多个行业。
稀土是世界公认的发展高新技术、国防尖端技术、改造传统产业不可缺少的和不可再生的重要战略资源,是21世纪新材料的宝库,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。稀土是当今世界发展高新技术和国防尖端技术不可缺少的战略物质,高技术兵器上几乎无一没有稀土的“身影”,并且稀土往往被应用于高技术武器的最关键部位。如在航空发动机材料的制备上,稀土元素能大幅改善材料的韧性和强度等性能,因此发达国家均将稀土新材料及其相关应用产业作为重点发展领域。
我国稀土储量大品种全
我国稀土资源丰富,储量大,分布广,矿物种类齐全。我国经过50多年的发展,建立了较完整的稀土产业链和工业体系,稀土开采、冶炼分离和应用技术研发取得较大进步,产业规模不断扩大,已发展成为世界稀土生产、出口和消费的第一大国,在世界上具有举足轻重的地位。迄今为止,我国稀土矿探明储量的矿区有238处,分布于内蒙古、山东、四川、江西、湖南、湖北、福建、广东、广西、云南、海南等22个省区。美国地质调查局2008年1月《矿产品摘要》统计,世界稀土矿山储量和储量基础分别为8800万吨(REO)和1.5亿吨(REO)。我国稀土资源居全球首位,矿山储量为2700万吨(REO),占世界矿山储量的30%,储量基础为8900万吨(REO),占世界储量基础的59%。
我国稀土储量不仅高居世界第一,更难得的是我国稀土元素的品种也最为齐全。目前具有工业利用价值的轻稀土矿物主要有氟碳铈矿、独居石、铈铌钙钛矿等,重稀土矿物主要有风化壳淋积型稀土矿、磷钇矿、褐钇铌矿、铀钛矿等。我国既有白云鄂博、冕宁、微山等轻稀土矿,又有江西、福建、广东、湖南、广西、云南等地的风化壳淋积型稀土矿,还有湖南地区的褐钇铌矿。
1927年丁道衡发现白云鄂博稀土矿,至今已经有83年的历史。包头白云鄂博稀土矿为轻稀土矿,与铁铌共生,主要稀土矿物为独居石和氟碳铈矿。白云鄂博稀土矿是经过多期矿化作用和异常发育的交待蚀变而形成的矿山,因此该矿床的物质极为复杂,稀土矿物遍及全矿区,储量丰富。至今为止在该矿山中发现的矿物多达130多种,其中磁铁矿、赤铁矿、氟碳铈矿、独居石、铌矿物、磷灰石等运用广泛,在这些矿石中发现71种元素。
1986年四川稀土矿被发现;四川稀土矿是我国第二大稀土矿,远景储量在400万吨(REO)以上,伴生有益组分多,综合利用价值高,具有较高的开采价值。1974年微山稀土矿被发现,微山稀土矿矿物粒度粗、有害杂质含量低、可选性好。1969年我国在龙南足洞地区首次发现风化壳淋积型稀土矿。随后,南方七省100余县均发现风化壳淋积型稀土矿。目前,我国探明风化壳淋积型稀土矿储量约为160万吨(REO),评价预测E级储量约为642万吨(REO),合计资源储量约为800万吨(REO)。风化壳淋积型稀土矿是我国特有的中重稀土矿,具有分布广、易开采、产品不含放射性、稀土配分中中重稀土高等特点,在国际市场上具有很强的竞争力。
我国稀土资源开发始于20世纪50年代,历经60余年的发展,我国已经建立了较为完整的产业链和工业体系,在稀土领域拥有世界顶级的技术。如中国工程院余永富院士发明的白云鄂博稀土矿弱磁—强磁—浮选工艺;中国工程院张国成院士的酸法焙烧处理包头稀土精矿工艺;中国科学院徐光宪院士的串级萃取理论和实践;风化壳淋积型稀土矿的堆浸和原地浸出工艺都是世界稀土领域顶级技术的代表。
世界稀土需求格局短期难以改变
2010年日本菅直人政府起草了一份新的经济刺激计划,预算达5万亿日元,主要投入对稀土矿资源及其替代品的开发。2010年10月1日,日本经济产业大臣大畠章宏宣布,为了摆脱稀土进口严重依赖中国的现状,将提前实施开发稀土替代材料的计划,要在一年内开发出铈的替代材料并达到实用化。英国《金融时报》报道称,美国能源部也将拟定战略,目的是增加美国稀土产量,找到稀土替代材料并提高稀土使用效率。
国外加大对稀土的研究,急于找出稀土替代品在短时间内是不可行的。稀土元素有特殊的电子结构,因而产生特殊磁性质、电性质和光性质等,而其他元素没有这些性能,因此找到稀土替代品的难度很大。通过其他途径获得的稀土,成本高,稀土含量少,效益极低。
美国是继中国之后的第二个稀土资源大国。目前美国正抓紧采取行动恢复生产国防装备和绿色科技所必需的原材料稀土,以应对中国主导稀土行业日益加剧的忧虑。但在短时间内美国要恢复稀土生产是难以实现的,其主要原因是短时间内难以融到充足的资金。芒廷帕斯稀土矿是美国最大的稀土矿,为轻稀土矿。美国银行家一方面担心中国外销的轻稀土会迫使美国再次关矿,另一方面也担心美国仍要从中国进口中重稀土矿,经济效益不明显。
对于最近有关媒体报道的印度将用日本的提炼技术提高其稀土的价格优势这一动态,稀土专家认为这种做法只对个别稀土元素有效,不能改变世界稀土需求的格局。因为,印度的稀土矿为轻稀土矿,需要大量进口中重稀土,采用这种技术很难取得价格上的优势。
亟待解决的关键科学问题
我国稀土行业发展中目前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,严重影响着稀土行业的可持续发展。2010年6月8日至10日,以“中国稀土资源的高效提取与循环利用”为主题的第377次香山科学会议在北京召开。与会专家指出,随着我国稀土工业的快速发展,稀土矿产资源的消耗速度加快,稀土提取过程中资源利用率低和环境污染问题日益严重。如何高效和绿色提取稀土,提高稀土资源利用率和应用附加值,实现稀土元素的均衡应用等,是我国稀土科技和产业发展中亟待解决的问题。
与会专家就如何高效清洁提取与利用我国优势稀土战略资源,满足低碳经济、高新技术和国防安全需求,将我国稀土资源优势转化为经济优势达成共识,并建议我国应加强稀土高效清洁提取工艺研究开发,从源头上减少或消除“三废”污染,重视伴生资源和二次资源的综合回收利用,提高稀土资源利用率。
本次会议上凝练出的急需解决的稀土高效开发和循环利用中的科学问题及共性关键技术问题包括:稀土提取过程重大科学问题及基础理论问题、稀土金属矿物高效清洁采选关键技术、稀土高效清洁冶炼分离与提纯关键技术、稀土金属及其合金节能环保制备关键技术、二次资源高效清洁回收利用关键技术等。
与会专家普遍认为,我国稀土行业中存在的诸多问题不仅是纯粹的科研技术问题,还与国家政策与管理方面等密切相关,并对此提出了如下措施和建议。
一是加强稀土战略资源保护力度。加强稀土资源勘探,摸清资源储量;对稀土矿山开采进行整合,不允许私人企业掌握稀土矿产证和采矿权;国家组建稀土矿产公司,根据市场需求制定开采计划,统一定价销售给通过认证的分离企业。二是加强稀土科研开发支持力度,建立长期、稳定的稀土资源开发与应用专项基金,加强基础研究与应用研究的结合力度,建立有效的产学研结合机制,加快研究成果向生产力转化。三是鼓励技术创新,加强知识产权保护力度。四是大力推广清洁生产工艺,推进节能减排。重点支持稀土高效清洁提取与综合利用技术研究开发,从源头减少污染,提高资源综合利用率,对节能环保、低消耗、无污染稀土采选冶工艺开发和推广应用给予政策鼓励和资金支持。五是建立稀贵稀土和钍产品的储备机制。六是鼓励企业和科研院所走出去,利用技术优势,开发境外稀土资源,保障我国稀土行业长期可持续发展。
池汝安
国家杰出青年科学基金获得者,国务院政府特殊津贴专家,工学博士,博士研究生导师。教育部“长江学者与创新团队计划”创新团队负责人,湖北省“楚天学者计划”特聘教授。现任武汉工程大学校长助理、科技处处长,湖北省“楚天学者成就奖”一等奖和2010年“中国侨界(创新人才)贡献奖”获得者, 2010年湖北省海外留学回国人员十大有突出贡献中青年专家, 2010年全国化工先进科技工作者。
《科学时报》 (2011-3-4 A3 综合)