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断供稀土,真能割断美国工业的喉咙?

时间:2022-11-23 22:19:10 | 浏览:1165

近期,稀土又成为了热点话题。有媒体称,中国稀土占全世界的90%,我们可以用断供稀土来反击美国,割断其工业的喉咙。那什么是稀土呢?为何在中美贸易战中屡屡被提及呢?它在现代工业中承担着怎样的角色呢?稀土真的很“稀少”?单纯的从字面意思上理解“稀

近期,稀土又成为了热点话题。有媒体称,中国稀土占全世界的90%,我们可以用断供稀土来反击美国,割断其工业的喉咙。那什么是稀土呢?为何在中美贸易战中屡屡被提及呢?它在现代工业中承担着怎样的角色呢?

稀土真的很“稀少”?

单纯的从字面意思上理解“稀土”二字,容易出现三大误区:

Ø 稀土是一种“土”;

Ø 稀土存量很“稀少”;

Ø 稀土表示“一种”物质。

首先,稀土并不是土,而是一类金属,在化学元素周期表中的位置如图(绿色框选处),包括镧(lán)、铈(shì)、镨(pǔ)、钕(nǚ)、钷(pǒ)、钐(shān)、铕(yǒu)、钆(gá)、铽(tè)、镝(dī)、钬(huǒ)、铒(ěr)、铥(diū)、镱(yì)、镥(lǔ)以及同族元素钇(yǐ)和钪(kàng)共17个元素。

那么稀土为什么被成为“土”呢

一般将不溶于水的氧化物被称为“土”。1794年,芬兰化学家J gadolin对一块发现于yeterrby村的矿石进行鉴别,发现了一种不溶于水的新物质,将其称为钇土。

从钇土发现一直到1947年钷被发现,稀土元素从伊特比小矿石到家族齐聚一共寻找了158年。

表 1稀土发现历程(注:国籍根据网上资料整理所得)

同时,稀土元素在地壳中丰度并不稀少,只是分散而已。

稀土矿的分布情况

根据美国地质调查局2018年的最新稀土报告显示,2017年全球稀土(rare earth)储量为1.2亿吨,我国稀土储量为4400万吨,占全球储量的36.67%,位居世界第一。中国不仅仅储量多,开采规模也是最大的。

虽然我国稀土产量多,但是多用于出口,稀土附加值低。据统计,1990年至2005年,中国稀土出口量增长了近10倍,但价格却下降了50%。


表 2 2012-2019全球稀土产量(百吨)

小稀土,大作用

1)稀土资源是不可再生资源,随着全球稀土消耗量的不断增加,稀土的战略价值不断凸显。

2)世界各国将稀土资源放到战略资源位置,如特朗普政府将稀土元素族、钪列入关键矿产目录;2010年,欧盟宣布建立稀土战略储备。

3)稀土金属具有良好的光电磁效应,被称为“新材料之母”。稀土元素有极其复杂的类线性光谱,在激光和荧光应用方面有着巨大的潜力。

4)工业生产离不开稀土金属。钢铁生产中,由于稀土金属能比铁元素更容易和杂质元素反应,生成难熔的稳定化合物,进而去除杂质。此外,通过添加稀土,能够提升材料的综合性能,如航空航天使用的铝铁铈耐高温合金、超高压输电稀土铝导线。

5)石油化工的稀土催化剂。原油中的重油分子含有20个以上的碳原子,而汽油分子为5-10个,柴油分子为10-20个,而重油的裂化(较大分子的碳氢链打断,变成较小分子的汽油和柴油)需要铈组稀土分子筛催化剂。

6)军工产品中的“利剑”,如F119涡扇发动机其叶片及燃烧室均使用了含铼、钇等稀土的钛合金;核反应堆的结构材料、屏蔽材料需要钐和铕,核燃料稀释剂需要钇,抑制剂需要钆。

稀土材料作为添加物,具有极高的投入产出比,有人曾说“一亿元的稀土材料,可以创造两百亿的价值”

稀土利用,难在分离

稀土被称为“工业维生素”,但稀土利用的难点在于其提取分离技术。稀土金属尤其是镧系金属15个元素化学性质十分相近,矿藏中孪生并存。

上世纪60、70年代,西方发达国家掌握了先进的稀土分离工艺,整个市场被西方少数国家垄断。稀土主流的分离技术有离子交换法和分级结晶法,这两种方法都是根据稀土盐类溶解度的差异而制定的方法。这两种方法过程上不连续,成本很高,纯度也较低,不能适应大规模生产。

1972年,徐光宪院士接下了“镨钕分离”任务,阅读大量文献,开展了多项实验,选用萃取法来分离稀土元素(萃取法原理是不同的溶剂中稀土盐的溶解度不同而实现分离工艺),这一方法也是首次真正意义上的应用于稀土分离生产中。

通过改进萃取工艺,将萃取体系的镨钕分离系数提升至4(以前只有1.4~1.5),分离纯度提升到99.99%,打破世界纪录。徐光宪院士还进一步开发了回流萃取工艺,又和李标国、严纯华等人又共同开发了“稀土萃取分离工艺的一步放大”技术。稀土生产现已实现自动化,淘汰了耗时长、产量低、分离系数低、无法连续生产的落后生产工艺。

稀土配额的由来

徐光宪院士串级萃取分离技术让我国稀土开发能力一跃成为了世界领头羊,打破了西方技术垄断,实现了高精稀土国产化。受到我国稀土产业化冲击,西方稀土市场开始走下坡路,中国稀土出口量一度达到了世界总出口量的90%以上。

2001年,我国加入WTO,稀土出口贸易不断扩大,国内稀土企业出现了价格战、非法开采等一系列违规违法操作。

2009年,政府为了改善这一现状,打出了“暂停采矿权批准、控制开采总量、减少出口配额、提高出口关税、打击稀土走势”一系列组合拳,国际稀土价格上升。美欧日联手向世界贸易组织提起诉讼,希望打破中国稀土限制出口政策。2014年8月,WTO裁定,中国实行的稀土出口管理措施不符合相关世贸规则。2015年1月1日起,稀土配额取消。

在稀土的价值链上,稀土精矿、新材料以及元器件的价值比为1:50:500,我国虽然产量、出口量和消耗量都是世界第一,但我们仅仅是稀土大国,充当了廉价原材料供应商的角色,稀土应用的核心技术还在美日法等国家手中。失衡的产业格局,我们丧失了国际话语权和定价权,西方国家把控了国际市场,中国稀土何去何从?

稀土行业展望

保护的步伐首先要树立坚定的信念,人民群众必须要认识稀土,稀土保护不仅仅是稀土资源本身,还需要从环境、经济、政治等多方面考虑。

2016年6月29日,工信部印发《稀土行业发展规划(2016-2020年)》,分别从发展基础、总体思路、重点任务、保障措施四个方面进行了框架式指导。

规划中认为我国稀土行业目前面临的主要挑战是稀土初级产品产生过剩(稀土价格低廉的重要原因);产业处于世界稀土产业链的中低端(导致国际话语权不足);清洁生产水平不能满足国家生态文明建设要求(污染问题严重,绿色可持续发展艰巨)。

重点任务在于加强强化资源和生态保护,促进可持续发展;支持创新体系和能力建设,培育行业新动能;推动集约化化高端化发展,调整优化结构;加快绿色化和智能化转型,构建循环经济;推动利用境外资源,加强国际合作;打造新价值链,实现互利共赢。

作者丨张小东,材料加工方向,专职教师

审稿丨褚昱昊,北京化工大学博士,中国石化北京化工研究院工程师

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