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我国“三稀”矿产的资源特征及开发利用建议

来源:中国矿业网  日期:2020年03月13日  文字:【 加粗】【高亮】【还原
  我国“稀有、稀土、稀散”三稀矿产资源丰富,既是绝大部分三稀矿产资源大国,也是主要生产国和出口国,但却由于深加工技术落后、环境代价太大、战略意识不强等原因,始终拿不到市场的话语权。中国已经进入科技创新引领社会发展的关键时期,三稀矿产具有无限的创新潜力。本文通过梳理2011年以来全国三稀矿产资源调查和找矿过程中积累的资料,总结了我国稀有、稀土和稀散元素矿产的主要特点,提出了一些开发利用建议,进一步强调“稀土不土,稀有常有,稀散不散”的禀赋特征,提出“稀土管得着,稀有找得到,稀散用得好”的基本思路,并以锂能源金属为切入点进行分析,引领我国战略性新兴产业发展。
我国稀有金属除锶矿在世界资源储量中占优势地位外,其余矿种均因赋存状态、矿床类型等原因不具备竞争力。且稀有金属的贸易结构主要为出口低端产品,同时进口高端产品。因此,加快找矿、改善产品出口结构、调整产业结构、扩宽应用领域迫在眉睫。
1.锂
(Li)
锂是原子量最小的金属,化学性质活泼,可制造各种各样的合金,目前主要应用于原子能、特种合金、特种玻璃和新能源电池等领域,以其在锂电池方面的广泛应用而被称为“能源金属”,不但是高科技新兴产业所必需的高端材料,也成为老百姓日常生活所必需的常规材料。
锂矿床按地质成因可划分为花岗伟晶岩型、地下卤水型、云英岩化花岗岩型和富锂粘土型四类。地下卤水型是锂矿床最重要的类型。花岗伟晶岩型锂矿更具有独立开采意义,并常伴有多种稀有元素,可作综合利用。粘土岩型锂矿资源量大,作为“潜在”资源应被高度重视。但其选冶工艺还没有过关,品位也不高,往往作为铝土矿的共伴生资源产出。因而,可以在锂-铝合金方面找到新的突破口。另外,锂和镁作为难兄难弟,地球化学性质接近,也常常共伴生在一起。锂和镁都是轻金属,有可能在锂-镁合金领域找到新的突破口,这样的话,大量富含锂的白云岩资源就需要重新认识、重新评价。
对锂资源的开发利用,难度最大也是具有革命性意义的,是锂作为可控核聚变的基础原材料在民用发电方面的应用。据科学家计算,1千克锂通过热核反应放出的能量,相当于2万多吨优质煤燃烧产生的能量。我国四川甲基卡是全球已知锂矿中最富集6Li的,其战略意义非同小可,应予以高度重视。我国锂的主要成矿区带和找矿远景区主要有:青藏高原盐湖型锂成矿带、新疆阿尔泰伟晶岩型稀有金属成矿带、川西伟晶岩型稀有金属成矿带和华南铌钽锂成矿带(包括幕阜山-九岭-武功山一带和南岭、武夷山成矿带)。
在环境保护与绿色锂矿山建设方面,锂本身属于最轻的轻金属,不可能产生重金属污染,何况含锂的矿泉水还是优质的矿泉水。锂离子电池中也不含汞、镉、铅等毒害大的重金属元素,因此,常被认为是绿色电池,对环境的污染程度相对较小。
从发展趋势分析,由于新能源、新材料行业的快速发展,以电池级碳酸锂为代表的高端锂产品需求强劲,特别是动力电池、特种工程塑料等领域需求旺盛,成为锂产品行业的主要增长点。作为锂产品生产大国,中国锂产品产量大约占全球总产量的22%,但主要集中于工业级碳酸锂、氢氧化锂等生产难度小、附加值低的传统锂产品。在高端锂产品加工方面,中国与国际先进水平还存在较大差距,供应不足,需要大量进口。深加工技术水平的高低决定了企业的竞争力,也决定了中国锂行业在国际竞争格局中的定位。因此,加快中国锂资源的开发,丰富锂产品种类,进行产品结构升级换代,开发各类高端锂产品,提升综合竞争力,成为中国锂行业的紧迫任务。
2.铍
(Be)
铍主要以铍铜合金和铍金属的形式广泛用于航空、航天和核反应堆等领域,是新兴产业发展必需的战略性金属矿产资源。铍铜合金在民用领域具有广泛的前途,如用铍青铜制成的弹簧可以压缩几亿次以上。另外,铍具有良好的耐腐性和高温强度,热导率大,具良好的辐射透过性和对中子慢化、反射及红外线的反射性能。
铍矿床类型以花岗伟晶岩型铍矿床最为重要,储量也最大,其余还包括接触交代型铍矿床、火山热液型铍矿床、云英岩型铍矿床及石英脉型铍矿床。
中国铍矿产资源丰富,分布在14个省区,铍储量依次为:新疆占29.4%,内蒙古占27.8%(主要伴生铍矿),四川占16.9%,云南占15.8%,这4省区合计占89.9%。中国已探明的铍储量以伴生矿产为主,主要与锂、钽铌矿伴生(占48%),其次与稀土矿伴生(占27%)或与钨伴生(占20%)。花岗伟晶岩型是我国最主要铍矿类型,约占国内总储量的一半,主要产于新疆、四川、云南等地。热液石英脉型铍矿具有规模中等,品位较富,矿物结晶较粗等特点,也是目前开发利用的类型之一,主要分布在中南及华东地区。花岗岩型铍矿多见于地槽褶皱带,成矿时代以燕山期为主,如新疆青河县阿斯喀尔特铍矿;另一种以钽铌为主,伴生铍等稀有金属,如江西宜春414矿。中国铍矿产资源具有分布高度集中、单一矿床少,共伴生矿床多,品位低、储量大等特点。
我国铍的对外依存度高,加强找矿乃当务之急。新疆阿尔泰和川西稀有金属成矿带中的铍矿仍然具有找矿前景,而西藏高喜马拉雅淡色花岗岩有关的岩体型铍矿及其接触带中的矽卡岩型或类矽卡岩型铍矿与湘鄂赣幕阜山地区的铍矿具有相似性,前者近年来取得了找矿进展,至少可以作为资源储备对待。中国钨矿资源特别丰富,而铍是钨矿经常共伴生产出的资源,需要注意是否存在独立的铍矿?这是具有现实意义的找矿新方向,至少在秦岭成矿带的雪宝顶,既有独立的钨矿脉也有共伴生的钨铍矿以及独立的铍矿体。东秦岭、滇西(如麻花坪)、滇东南(如麻栗坡)等钨锡铍多金属成矿带都有类似情况,而且具有一定的空间分带性,是具有找矿前景的。对于南岭钨锡多金属成矿带,可以根据矿床成矿系列的理论寻找其他类型。东南沿海霞浦大湾及新疆准噶尔盆地西北边缘发现的火山岩型铍矿床,给近年来的铍矿勘查注入新的活力,但尚未取得根本性的突破或者能够现实地开发。
3.铌和钽
(Nb、Ta)
铌钽具有熔点高、延性好、蒸汽压低、耐蚀性强和热导率高等优良特性,是电子、原子能、宇航、钢铁、化工等工业的重要原料,在新兴产业发展中用途广泛,尤其是钽被称为“贵族金属”。铌钽资源主要来自于碳酸岩风化壳型矿床、含铌铁矿-钽铁矿的花岗岩及花岗伟晶岩矿床和砂矿床,以碳酸岩风化壳型最重要。中国的钽资源禀赋差,大规模露采的矿山较少,同时还没有独立的铌矿山,铌往往与稀土、钽伴生。中国所规定的花岗岩型和花岗伟晶岩型钽铌矿床储量计算的最低工业品位指标为:(Ta,Nb)2O5品位为0.012%~0.028%。虽然钽储量和基础储量在数量上很大,但中国钽资源品位几乎没有一个超过0.02%,Nb2O5品位超过0.1%的也只有几个碳酸岩类矿床,其他类型矿床Nb2O5品位均在0.02%左右。因此,我国的铌钽仍需大量进口。
中国铌钽矿资源具有以下特点:①产地分布广泛,资源又相对集中,已探明的铌矿地分布于全国17个省区,但高度集中在内蒙古和湖北两省区,其占全国铌资源量的95.5%;②中国已利用铌矿的铌钽品位低,与国外铌钽矿石品位相比大大偏低;③共生矿物复杂,选冶困难;④矿资源量很大,但可供利用的矿产地和储量却很少。因此,为可持续发展,必须加大找矿力度。一方面,在江西宜春花岗岩型钽铌-锂矿(414)、江西横峰葛源花岗岩型钽铌钨锡矿、福建南平伟晶岩型钽铌矿田等老矿区寻找优质资源、接替资源;另一方面,要加大对大兴安岭成矿带巴尔哲铌-稀土矿床、湖北竹山庙垭碳酸岩型铌-稀土矿、湖北通城断峰山伟晶岩型钽铌矿以及近年来新发现的稀有金属矿床(如内蒙古武川县赵井沟碱性岩性铌钽矿)的综合研究,争取在大吨位、高品位铌钽矿床方面有所突破。
铌钽最主要的特点是耐热,也被称为稀有高熔点金属。世界上90%以上的铌产品主要以铌铁的形式应用于钢铁工业,而高纯Nb2O5(>99.9%)则主要应用于高科技领域;全世界60%以上的钽金属用于制造电子产品。巴西是世界最大的铌矿产地,澳大利亚是世界上最大钽矿生产国。中国虽然矿石品质较低,贫矿多富矿少,但经多年努力,已逐渐形成了一个较为完整的工业体系,尤其是以宁夏东方钽业为代表的大型硬质合金集团和诸多钽铌及其合金应用企业,形成了从采矿、冶炼、加工到应用较完整的工业体系,生产规模、工艺技术、生产装备、检测手段、产品质量均跃上了新台阶,使我国跨进世界钽产品生产和钽产品应用的大国行列。
美国、俄罗斯和中国,对于铌钽的战略意义一直以来都是非常重视的,随着新兴产业的发展,对于铌钽的重视程度将有增无减。我国在这方面做得还很不够,一方面是对现有的资源还管理不到位,如海南的滨海砂矿曾经被乱采滥挖,不但损耗了资源也破坏了环境;另一方面是对成矿条件、成矿规律等基础地质工作重视不够,资源潜力不明,找矿进展不大,可持续发展问题比较突出。加强地质找矿,深入研究现有资源的合理开发利用技术方法,提高资源的保障程度,乃当务之急。
4.锆
(Zr)
锆之所以称之为“稀有金属”,是因为纯锆的冶炼相当困难。在寻找高品位的锆原材料的同时加大冶金方面的创新力度。
中国锆矿资源可划分为锆英砂矿和锆石硬岩矿两大类,探明储量仅50万吨,不足全球锆资源的1%。锆资源构成与国外锆资源大部分为锆石滨海砂矿有很大的差别。
中国锆石砂矿分布于中国东南部沿海,并以广东南部海岸和海南岛东海岸最为集中;硬岩矿则散布于内蒙古和南方各省区。探明储量在10万吨以上的省区有5个,依次为内蒙古、海南、广东、云南和广西,五省区的储量总和占全国总量的97.6%。砂矿主要分布于东南沿海,以海南最多,储量占全国砂矿总量的67%,居全国首位。但海南的砂矿一方面已经消耗了相当一部分,剩下的资源量出于环境保护的需要而不再开发。
金属锆按用途分为原子能级锆和工业级锆两个级别。此外,一些具有一定重量、无色或色泽鲜丽、透明的优质锆石,可用作宝石级原料。
中国锆矿资源具有以下特点:①资源分布不均匀,储量相对集中;②锆石富矿少,伴生矿产多;③锆石矿床类型较齐全,分布规律清晰;④锆矿易采选,并可综合开发利用;⑤放射性强度偏高。
我国锆矿资源不具备市场竞争力,硬岩型矿床几乎全是低品位的伴生矿,海滨砂矿则主要分布在环境保护区。而这两大类型又恰恰是中国锆矿的主要类型,为了从战略上保证国家安全,建议:①在滨海非环境保护区或基建区优先开展砂矿资源调查,必须按规定进行“压覆资源调查评估”,先回收资源再开展建设;②在低品位硬岩型原生矿分布区开展高品位锆矿的找矿工作,取得找矿突破是可能的;③在成矿地质条件具备的地区探索国际上最优质的风化壳型或残坡积砂矿的可能性;④加强管理,“立足国内,适当进口,限制出口”避免恶性竞争;⑤加强技术创新和理论创新,充分提高已有资源的利用效率,改善产品结构。
5.铪
(Hf)
铪是稀有金属中的分散元素,或者分散元素中的稀有金属。铪的用量小,却是高技术领域必不可少的原材料。世界85%的铪是以金属形式用作核反应堆的控制棒和紧急停堆棒(主要是军用),3%用作合金添加剂。铪往往与锆共伴生,但作为原子能反应堆结构材料用的锆必须除铪,以保证中子捕获截面达到0.18巴恩。1950年,美国海军原子能反应堆研究小组计算了铪的高共振中子截面,提高了铪作为控制棒材料的价值。中国海绵铪的生产始于1966年,主要用作核潜艇及原子能反应堆心的控制棒。
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