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什么是稀土(什么是稀土元素)

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本文原刊发于《国土资源情报》稀土资源既非稀有,也不那么重要作者:Magnus Ericsson(瑞典吕勒奥理工大学社会科学学院)摘要:地球上的稀土元素并不罕见,但由于主要用于半导体、电子元器件、合金、特殊材料等,长期以来被认为是一种战略性矿产资源,各国对于稀土资源的供需变化和价格波动极为敏感。本文从中国稀土资源发现谈起,首先系统梳理了稀土元素的发现历史、名称...

本文原刊发于《国土资源情报》

稀土资源既非稀有,也不那么重要

作者:Magnus Ericsson

(瑞典吕勒奥理工大学社会科学学院)

摘要:地球上的稀土元素并不罕见,但由于主要用于半导体、电子元器件、合金、特殊材料等,长期以来被认为是一种战略性矿产资源,各国对于稀土资源的供需变化和价格波动极为敏感。本文从中国稀土资源发现谈起,首先系统梳理了稀土元素的发现历史、名称由来等基本内容,接着从化学特性、主要用途、资源需求等方面对稀土资源进行了需求分析,又从资源储量、资源潜力、开采生产、主要企业和项目、替代品和回收利用等方面分析了稀土资源的供应情况,最后分析了稀土价格波动和地缘政治影响因素,并提出了未来稀土资源的发展展望。通过分析,本文认为人们对稀土供应的担忧被过分高估,从绝对量的角度看,稀土资源并不稀有,而且重要性有限,未来稀土的供应保障不存在问题。本文特别指出,人们对中国稀土政策导致供应短缺的忧虑,更多是对中国迅速扩大的地缘政治影响抱有疑虑,而非真的是稀土供应短缺所致,稀土为他们提供了一个指责中国的机会。

01

引言

稀土并不罕见,举例来说,地壳中平均含量最高的稀土金属是铈,它比铜更常见;最罕见的稀土金属是铥,它比银更常见。如果将“稀土”之“稀”理解为“稀薄”或“稀稀落落(被发现)”,则是恰当的,因为此类金属的分布极其分散,并很难将其单独剥离出来加以认定。“稀土”这一名称的恰当性还在于此类金属通常存在于稀有矿物中。“稀土”之“土”是古代炼金术士对燃烧后残余物的称谓。人们认识到氧气在氧化过程中的作用后,逐渐将其理解为氧化物。

稀土元素通常划分为轻稀土元素(LREE)和重稀土元素(HREE),前者指从镧到铕的一系列元素,后者指从钆到镥的一系列元素。钪和钇也被纳入稀土元素,其中钇被纳入重稀土元素。与重稀土元素相比,轻稀土元素储量更大,分布也更为集中,占全部稀土储量的80%~99%。重稀土元素更为稀少,但被认为更值得拥有或更“关键”。

02

需求分析

2.1

化学性质

所有稀土元素两个外围电子层中的价电子数与镧元素相同,分别是2个和1个,但其内电子层拥有的价电子数则各不相同。这些内电子层是造成稀土元素许多显著的磁性和颜色特征的根源。这些内电子层处于外围电子的屏蔽下,因此稀土元素能够在不影响自身重要性质的情形下与其他物质发生反应。正是这种电子结构,造成不同稀土元素很容易相互取代,同时很容易分散在矿物中,因而难以将其剥离出来。

2.2

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主要用途

在稀土元素利用史上,它们在最初一段时间里几乎没有什么实际用途。后来被用作低等混合物,其结构与稀土元素赖以存在的矿物相似。混合稀土就是一个典型的例子。随着用以剥离稀土元素的新化学分离技术的发展,单一稀土金属的生产成为可能,这也有助于扩大其用途。20世纪末,稀土金属有了新的应用(表1),如钕应用于电动车辆强力磁铁中,镨与镁结合用来制造飞机发动机的高强力合金材料,铕用作显示屏的红色荧光粉,铽用于计算机磁盘驱动器,镝用于电子元件,钇用于催化剂和微波通信,在这些新应用的推动下,人们对稀土金属的需求迅速增长。

表1 稀土元素主要的最终用途

注:在这里,荧光材料是指用于雷达显示屏等装置的荧光性稀土化合物。

资料来源:Humphries

2.3

资源需求

对稀土产品的需求取决于对含稀土成分的磁铁平板显示器、汽车、催化剂等产品有直接需求的消费者。在这些产品中,无论是从使用量还是价格角度看,稀土成分都微乎其微,但因其特殊化学性而难以取代。对含有稀土成分的最终产品的需求增加转化为对稀土本身的需求增加。铈、镧和钕共占稀土金属使用总量的80%以上(图1)。

图1 2012年若干稀土元素使用情况(%)

资料来源:Tasman,2013

如果按最终用途对稀土金属的使用加以划分,我们就会看到一个更为多样化的结果:半导体元件抛光、磁铁、催化剂和合金,各占稀土金属使用总量的20%左右(表2)。

表2 稀土需求

稀土需求也可以按国家区分,但我们缺乏这方面的完整统计数据。美国、中国和日本共同主导着稀土产品制造的上游环节。在这三个国家中,稀土的最终使用量从1995年的4万t增长到2008年的8.4万t,翻了一番以上。1995年,美国是稀土最终使用量最大的国家,占全球总量的50%以上,但后来被中国超过,在13年的时间里,中国的稀土最终使用量全球占比从最初的22%增长到66%。日本的全球占比始终保持在23%。这表明“许多稀土元素的最终使用经历着相当稳定的、并非十分令人吃惊的变化,大体上随着总体经济增长而增长。”这是一个合乎实际的、并非耸人听闻的结论,应当引起我们足够的注意。不过,还应当认识到,稀土的某些新应用,如钕铁硼等永久性磁铁的增长非常可观。

据估计,过去十年间全球每年对稀土金属的需求总量约为12万t。以前曾有预测,全球对稀土金属的需求将保持持续的强劲增长态势,但这一预测并未成为现实,部分原因是2011~2012年稀土金属价格急剧上升产生了不利影响,以及为加强和优化稀土金属在经济领域中的应用而采取了各种措施。以前预测的2020年前稀土金属需求年均增长6%~16%的比率已经下调,最近的预测值在2%~4%之间,具体值取决于其应用和稀土金属资源状况。目前预测,到2020年,全球对稀土金属的总需求将达到14万t,明显低于2012年预测的18.5万~21万t的水平。

03

稀土供应

3.1

资源储量

稀土矿床可能是原生或次生的。前者与火成和地热过程有关,后者是指稀土元素在沉积和风化过程中聚集在一起。原生性矿床包括碳酸盐岩、碱性火成岩、非稀土矿床(铁氧化物- 铜- 金矿床)和热液矿床。

次生性矿床包括海砂矿、冲积砂矿、古砂矿、红土型砂矿和离子吸附型黏土。

以下三种矿物构成主要的商业性稀土来源:

氟碳铈矿,含有轻稀土元素的氟碳酸盐矿物;

磷铈镧矿,含有轻稀土元素和钍的铈类磷酸盐矿物;

磷钇矿,含有重稀土元素的磷酸盐矿物。

但铈铌钙钛矿(一种钙钛矿级的氧化物矿物)也能提供稀土来源,但仅开采于俄罗斯北部科拉半岛的一个矿场。该矿的主要成分是轻稀土元素,但放射性钍的含量也很高。

氟碳铈矿和磷铈镧矿是轻稀土元素的主要来源(主要是铈、镧和钕)。磷铈镧矿中镧的含量较低,但钕和重稀土元素的含量较高,钍的含量也较高。磷钇矿含有重稀土元素(钇、镝、铒、镱和钬)。另一个正处于讨论中、尚未大规模利用的潜在稀土来源是一种叫磷灰石的磷酸盐矿物,它是铁矿石等矿物开采过程中产生的副产品,目前主要存在于尾矿坝中。使用过的铀溶液是与此类似的另一种潜在稀土来源。

镧系元素的出现次序遵从哈金规则,即原子序数为双数的元素比与其最接近的原子序数为单数的元素更为常见。鉴于在地质结晶过程中半径相似的离子倾向于相互追随,较轻的稀土元素存在于某些宿主矿物中,而较重的稀土元素则存在于另外一些宿主矿物中。这是将稀土元素划分为铈族(轻稀土)和镧族(重稀土)的依据,也是区分其相对丰富程度的依据。

任何一种金属资源的数量都不是一个取决于勘探和地质因素的静态数字,而是与该金属价格有关的动态数量。该金属的价格上升,有助于发现新的矿床,也有可能抬高其开采和加工成本。因此,金属的储量和资源量是经常变化的,因此在谈到金属的储量和资源量时,应说明是根据何种价格计算得出的。我们目前面临的问题是,对于一种具体的金属,包括中国拥有重要矿床的稀土金属在内,越来越难及时获取正确可靠的数据。在人们对稀土金属的可供性忧心忡忡的年代里,不同国家给出的资源数据存在巨大的差异。

2011年,美国地质调查局宣布全球稀土总储量为1.13亿t,资源量为20亿t。在该总储量中,约有49%即5500万t位于中国;而据稀土勘探企业2012年初公布并被纳入全球勘探数据库IntierraLive的数据,全球稀土总储量和资源量分别为1.03亿t和40亿t。

分析一下这些资源数据就会发现,中国仅控制了其中的9%。即便这非常有可能是一个低估值,我们下面得出的结论也是明确的:地球上的稀土资源量和储量足够大,即使在稀土需求迅速增长的情形下,也足以在未来很多年满足人们对稀土的需求。

稀土资源和稀土矿藏几乎在世界各地都有分布,特别是那些政治稳定且具有长期开采经历和经验的国家或地区,如加拿大、澳大利亚、美国、瑞典、格陵兰等。在这里,关键问题并非生产过程中的开采阶段,而是价值链中的提取环节。

3.2

资源潜力

稀土金属是一个极为典型的例子,它告诉我们:当人类不需要某种金属时,我们知道的这种金属的矿床会较少,而当人类对这种金属的需求增长时,新的矿床就会被发现。最近5年来,稀土一直是政治和经济的焦点,大量稀土矿床被勘探出来,可供利用的稀土资源越来越多。日本科研人员甚至在太平洋海床的沉积淤泥中发现了大量的稀土矿床。他们估计,这些矿床的储量巨大,当然,其开采成本也将非常高昂,因为它们位于水下3500~6000m 的深处。

人们曾普遍认为稀土仅存在于有限的矿床中,中国牢牢掌握着大部分稀土矿藏,事实证明这种看法是完全错误的。人们将会逐渐认识到世界上许多国家都蕴藏着稀土资源。导致稀土资源在政治上受到重视甚至被视为关键的并非地质或开采因素,而是其他因素。

3.3

稀土生产

19世纪后半期,大多数稀土金属被分离出来,它们的用途也逐渐明确。1885年,化学家兼商人奥尔·冯·威尔斯巴赫(Auer van Welsbach)发明了白炽灯罩,实现了室内照明和大城市街道照明的革命。

金属氧化物灯罩加强了汽灯的照明效果。第一盏这种类型的街灯于1891年11月4日在维也纳亮起。这一发明立即取得了成功,后来人们认识到稀土金属铈的氧化物最适合这一用途。白炽灯罩的生产导致了大量含有废弃物的稀土产生,威尔斯巴赫后来将其与铁混合,生产出作为香烟打火机原材料的所谓“混合稀土金属”,再度取得商业上的成功。

稀土的首次商业性生产发生于1875~1888年瑞典巴斯特奈斯矿区的一个矿井内。1887年,一家英国公司开始在南、北卡罗来纳州海边沙滩上开采冲积型磷铈镧矿。不过,随着稀土生产在其他国家或地区的进行,在美国进行的稀土开采活动很快变得无利可图。巴西首次开采磷铈镧矿恰好与美国在同一年。

在20世纪最初10年,威尔斯巴赫的公司和德国钍业辛迪加公司联合开采巴西和印度的海边沙滩。直到20世纪60年代初期,这些矿藏充分地满足了全球稀土需求。因此这一时期被称为磷铈镧矿时代。

从20 世纪30 年代末到50 年代,稀土的生产与寻求核弹和其他武器的原材料密切相关。许多稀土金属矿石含有制造核武器所必需的放射性金属钍。开发钍矿首先成为美国,继而成为其他核大国以及希望研制核武器国家所面临的关键问题。对钍资源的竞争在全球展开,盎格鲁美利坚集团于1952年在南非Steenkampskraa开挖了一座地下矿井,在1963年关闭前,该矿井所出口的磷铈镧精矿石共计约5万t。

在位于美国本土的芒廷帕斯稀土矿建成投产前,该矿对于美国至关重要。另一个例子是美军在台湾投资兴建的一个大型项目,旨在开采台湾岛西南海岸的磷铈镧矿。这一项目还产生了一个作用:它为外界了解台湾的稀土金属资源奠定了稳固的基础。事实上,在1984~1991年,该项目每年生产的磷铈镧矿石达500t左右。自第二次世界大战刚刚结束的1947年摆脱英国统治而取得独立后,拥有核武器就成为印度这个新生国家的当务之急。这间接导致了印度稀土生产的扩张。

苏联的稀土开采始于第二次世界大战后,与其核计划密切相关。当时该国的稀土开采主要集中于以下三个地点,即科拉半岛的洛沃泽罗矿井(轻稀土元素)、吉尔吉斯斯坦和哈萨克斯坦(重稀土元素)。

稀土生产在20世纪80年代末达到最高峰,约为8500t。目前,俄罗斯的铈铌钙钛矿产量约为3000t。

在苏联时期,稀土矿的精选活动在爱沙尼亚和哈萨克斯坦进行,而消费则发生于俄罗斯,1990年苏联解体后,这一生产链被割断。目前,俄罗斯对重稀土元素的全部需求均由中国进口来满足,俄罗斯现正计划开采西伯利亚克麦罗沃地区的褐帘石,以生产重稀土金属。1965~1985年是所谓的芒廷帕斯时代,美国公司Molycorp是稀土金属生产领域的主导者,该公司于1952年正式开挖了一个大型的地下氟碳铈矿井。由于来自中国同行的激烈竞争和环境标准的日益严苛,Molycorp在2000年前后停产。

稀土行业自1985年起进入中国时代。20世纪80年代,随着稀土开采行业承受的环境压力越来越大,加之有限的稀土金属市场妨碍了稀土生产设备和工艺的投资收益,美国、澳大利亚和世界上其他国家/ 地区逐渐停止了稀土生产。中国的稀土生产始于20世纪50年代,这一时期成立的包头钢铁公司(包钢)不仅在世界稀土生产领域占据主导地位,其年度钢铁生产量也相当可观。这家钢材和稀土金属生产企业是当时最重要的中苏合作工业项目企业之一。最著名的稀土开采场是位于中国北部内蒙古自治区的白云鄂博,其所有权人是包钢集团旗下的包钢稀土高科技公司。自20 世纪60年代以来,中国高度重视制定恰当的计划,以便最大限度地利用白云鄂博。这一计划包括在全国范围内寻求并调派工作人员,以便研究回收稀土元素的高效方法,同时努力促进稀土技术的研发。

由于中国的环境法规更为宽松,中国的稀土生产仍在继续,自20世纪90年代末以来,中国的稀土生产企业始终主导着世界稀土市场。饶有趣味的是,中国镁业的发展历程与其相似,基于相似的原因,特别是北美和欧洲更为严格的环境标准,中国逐渐加强了对世界镁业市场的控制。2013年,全球稀土金属特别是轻稀土金属生产的40%~50%(5.5万t)来自白云鄂博矿场。重稀土元素最重要的来源是中国南部地区的15个规模较小的矿井,它们都是离子吸附型氟碳铈矿。

图2列示了1956年以来全球稀土生产情况;表3则按国别列出了1975年以来全球稀土生产详情。稀土开采不仅在地域上高度集中,而且被少数几家公司所左右,因此,稀土供应问题变得益发尖锐。

图2 全球稀土生产情况(1956~2008 年)

资料来源:Engineering & Mining Journal

表3 各国家稀土产量(千吨)

资料来源:2015 年原材料数据。

注:“——”表示零,“⋯”表示无统计数据,“*”表示非公历年度。

3.4

主要稀土生产企业

包钢稀土高科技公司是全球首屈一指的稀土金属生产厂家,年产量约5万t,占全球稀土产量的50%左右。稀土是来自铁矿石的副产品/ 联产品,因此其开采具有相当大的成本优势。事实上中国的稀土生产企业都控制在中国政府手中,即使不将其他稀土生产企业包含在内,中国稀土行业的HHI指数也已经超过了美国联邦贸易委员会所称的1800 的“高度集中”的极限值。在各种金属行业中,稀土金属是企业集中度最高的行业之一。

在中国稀土开采行业,除包钢外,还有七家大企业,分别是中国铝业公司、中国五矿集团、中国钢研科技集团、赣州稀土矿业公司、江西广盛稀土矿业公司、厦门钨业公司和江西铜业公司。这几家公司控制着中国的大部分稀土资源及其开采。在中国,小矿井非法从事稀土生产的现象很普遍。中央政府历来严厉打击此类活动,因为它们造成了严重的环境问题,同时还存在无证开采、效率低下等问题。据报道,非法开采已经减少,但每年的非法开采量仍高达数千吨,而以前价格较高时更是高达2万~3万t。

最大的非中国稀土生产企业是Lynas公司,该公司在澳大利亚拥有Mount Weld矿井,在马来西亚拥有一个稀土矿精选厂。Lynas公司于2011年开始运营,数年来始终在扩大生产,尽管这两处都面临着种种问题,2015财年(截至6月30日)的稀土氧化物产量仍达到10223t,而2014年仅为3965t。

美国的Molycorp 公司现正面临着严重的经济问题,于2015 年年中进入自愿破产程序(根据美国《破产法》第11 章规定)。该公司芒廷帕斯矿井的初级生产在2015 年10 月开始维护和保养前始终未能达到最高水平。2014年的稀土氧化物产量为4769t,而2013 年仅为3473t。各企业的生产详情如表4 所示。

表4 按公司和矿场列示的稀土产量

资料来源:2015年原材料数据

3.5

主要稀土项目

2010 年稀土价格上涨,政界对关键原材料的关注,人们对中国主导稀土市场的担忧,不断增长的稀土需求,特别是对“绿色”技术的需求等诸多因素的推动,使稀土行业出现了一些新动态,若干勘探项目启动,同时开始了对稀土价值链和稀土回收可能性的研究。

2012年,全世界共有约550个稀土勘探项目,有的尚处于初始阶段,有的则达到深入勘探阶段。当然,这只是一个非常保守的估计,因为只有极少数中国项目被纳入统计。大多数项目尚处于初期论证阶段,还没有明确的资源对象。据估计,当时约有300 家企业在全球范围内勘探稀土矿床。部分较成熟的稀土项目如表5 所示。它们处于不同的发展阶段,但都有明确的资源对象,有的已经探明了储量,其中大部分依据的是不同的国际标准,但有些还基于历史数据或估计的资源或储量。加拿大这方面的项目最多,资源基础也最大,在项目数量(和资源)方面紧随其后的是澳大利亚。这些项目即使并非全部至少也有许多目前正处于搁置状态,等待稀土价格好转。

表5 全球稀土项目(2012 年)

资料来源: 2013 年原材料数据

欧洲进行的最深入的稀土项目均在北欧地区(从东到西依次为芬兰、瑞典、挪威、丹麦、法罗群岛、爱尔兰和格陵兰),见表6。在这些项目中,Norra Kärr稀土矿是唯一仍在认真向前推进的项目,尽管在稀土价格低迷形势下,该项目向前推进的速度并不快,同时仍无法在股市筹集进一步发展所必需的资金。该矿主要含有重稀土,包括镝和钇,预计它们都属于紧俏矿产。该矿还含有少量放射性元素铀和钍,它们在其他情形下通常与稀土矿相伴生,还会造成环境问题。在稀土价格跌落到与2010 年峰值前时期相似的水平时,欧洲和世界上其他地区的许多稀土矿项目进入以拼搏求生为特征的蛰伏状态。

这些稀土矿项目所处的不同发展阶段意味着最终将有一批新的稀土生产企业遍布世界各地,它们从勘探到生产通常需要5~15 年的时间。这些未来矿井的总体潜在生产能力将远远超过目前预期的世界总需求。稀土领域的大部分未来需求集中于重稀土元素,主要是钕、铕、铽、镝和钇,因此寻找富含这些元素的矿床成为关键问题。在这方面存在的风险是,当这些项目在5~10 年后投产时,世界上其他地区的矿井已经满足了世界市场的需求。这里特别指出,即使一个小矿井也能满足很大一部分的稀土需求。这里还要强调指出,未来的稀土供应将在很大程度上决定未来的稀土需求。这听起来有点离奇,但并不难理解:一方面,如果稀土供应增加,价格就会下降,新的应用就有可能产生;另一方面,如果稀土价格长期像目前一样高企不下,稀土需求就不会发展起来,或只能缓慢发展。

欧洲的稀土项目(2014 年)

资料来源:2015 年原材料数据

各种稀土在化学性能方面非常相似。这意味着它们往往相互混合在一起,难以将其相互分离。然而,稀土的需求结构不同于这些未来矿井的预期供应结构。某些稀土元素短缺,而另外一些稀土元素过剩的现象是难以避免的,这是因为矿石生产应足以覆盖人们对最稀少的稀土元素的需求,而过量的其他稀土元素是作为副产品“自动”出现的。对于一个同时生产若干种金属的矿井来说,这是一个令人进退两难的困境。

3.6

生产过程

从标准选矿流程产生的富集物中提取稀土金属是很复杂的,涉及一系列专门工艺。萃取稀土金属的第一步被称为“裂解”,即借助于酸或碱,将富集物转化为可溶性氯化物和硫酸盐。采用最常见的溶剂提取工艺就可以把含有稀土盐混合物的溶液分离出来。当然也可采用其他工艺,如用来产生某种稀土氧化物的选择性氧化/ 还原、离子交换和分步结晶/ 沉淀,但这些工艺的选择取决于当时当地的具体条件。纯净的稀土金属是通过熔岩电解或金属热还原生产出来的。这些工艺在技术上是艰难的,在环境方面尤其艰难,因为在生产过程中有可能释放出pH值极高/低且对环境及工作人员的健康与安全有不利影响的放射性物质(钍)以及其他化学物质和试剂。

3.7

使用替代品

能够简单地用某一稀土混合物取代某一非稀土物质的情形是很少的,即使用另一种稀土金属取代,在大多数情形下也需要全新的产品设计。某些应用即使不使用任何稀土替代品,通常也不能产生足够的效率和效能。开发必要的稀土替代品需要进行大量的研究,因此短期内不太可能在更大程度上用替代品取代稀土。但在稀土价格长期居高不下的情形下,稀土金属的最终用户不遗余力地采取使用稀土替代品、缩减规模等措施减少稀土需求。欧盟委员会确定了“替代性指数”,这是衡量在各种应用中使用稀土替代品的难度的指标。重稀土元素的替代性指数为0.77,轻稀土为0.67,而铬为0.96,磷酸盐岩为0.98,镁为0.64(在所有关键性元素中替代性指数最低)。

3.8

回收利用

鉴于稀土在各种应用中的大量使用,各种废弃物和残渣中必然积存着稀土。然而,由于大多数应用中稀土元素的含量很低,稀土回收成本肯定高昂到不可能回收的程度。目前欧盟委员会估测所有稀土“生命周期终结后回收投入率”为0。尽管如此,仍有人在做着回收稀土的努力。在日本,为回收稀土金属,人们发明了非常新奇的冶金方法并将其投入全规模试验,但这些新奇的冶金方法在未来近期甚或中期并不具有商业意义上的实际可行性。在中国台湾和比利时,灯管回收制度被成功地付诸实施。但人们普遍认为,在未来很多年里,稀土的回收成本将会高于原始生产成本。日本住友集团与哈萨克斯坦国家原子能公司(Kazatomprom) 联合创办的合资企业Summit Atom稀土公司(SARECO) 于2012 年开始从铀矿石残渣中提取稀土金属。

04

稀土价格

与许多小金属一样,稀土金属也缺乏交易平台。稀土金属及其氧化物是由专门的稀土金属交易公司销售的。稀土氧化物的供应通常基于长期保密性合同,其价格机制是不透明的。不同稀土金属及其氧化物的价格有很大差异。重稀土元素一般比轻稀土元素昂贵,因为它们在大多数矿床中的储量并不大。每个重稀土元素提取难度相对较大,提取成本相对较高,这是影响重稀土元素价格的另一个因素。

自20世纪50年代以来,稀土元素价格波动很大,这主要是供需不平衡造成的,与环境立法中的政治决策和通货膨胀、能源成本等经济因素也有一定关系。1958~1971年,稀土价格大幅度下降,这主要是由于加利福尼亚芒廷帕斯矿井建成投产。20世纪70年代,稀土供应继续增加,但稀土需求也在同步增加。到20世纪70年代末,稀土经营成本的增加导致其价格上涨,这种情况一直持续到20世纪80年代初期。然而,1985年以后,由于通过了新的环境法规,石油行业对作为流体裂解催化剂的稀土元素的需求也不再像过去那样多。

20 世纪80 年代末,稀土价格依然低迷,这是因为随着中国稀土业的迅速发展,稀土的供应超过了需求。1995年,稀土需求大幅增长,引起人们对稀土供应的担忧,稀土价格面临着被迫抬升的压力。在这种情况下,中国加强了稀土生产,稀土价格在第二年即出现回落。由于钕铁硼磁铁的广泛使用,2000 年对钕和镝的需求急剧增长,在这种情况下,中国再次加强了对有关稀土金属及其氧化物的生产。由于无法对某种稀土元素进行选择性开采,对一种稀土元素的开采必然造成其他稀土元素的生产过剩和价格下降。

大多数稀土氧化物的价格在2002~2003年达到最低点,此后逐渐上升,直到2006年。2006年后,上升速度加快,于2008年上半年达到顶峰。在轻稀土元素氧化物中,镨和钕的价格上升幅度最大,在2002~2008年期间上升了将近700%。重稀土元素不仅较为稀少,而且在21世纪在工业领域变得越来越重要,在2002~2008年期间,镝氧化物和铽氧化物的价格分别上涨了500%和300%。和许多基于资源的行业一样, 稀土行业在2008/2009年全球金融危机中受到的打击也很大,稀土价格大幅下跌,铽价格下降到360美元/kg,比价格较高时的2008年下降了50%以上。镨和钕的价格在2008年上半年急剧下降,2009年初恢复到以前的水平,当年一直稳定在这一水平上。2000年以来,中国政府特别是其中央政府控制不及的稀土非法生产加剧了稀土价格波动。

铈氧化物等轻稀土的价格从约10美元/kg上涨到近150美元/kg,这是以往从未达到过的最高价格。另一种轻稀土元素钇的价格变动与其相似。镝氧化物的价格从约100美元/kg飙升到2500美元/kg,钕氧化物的价格更是从25美元/kg飙升到375美元/kg。上述价格下降的速度几乎与其上升时一样快。不过,各种重稀土目前的价格仍比2010年高100%~300%,但远远低于镝和钕在2015年中期的价格,当时它们的价格分别为近500美元/kg和50~60美元/kg。

预计未来的稀土价格将大体上保持目前的水平,但钕、铽、镝和钇除外,预计这几种稀土元素未来的价格将高于目前的价格,这得益于永久性磁铁需求增长和中国境外新的稀土生产商难以维持生产。鉴于稀土生产商本来就不多,加之全球稀土产量有限,稀土价格的高度波动性将会持续下去。新增产能或降低需求有可能破坏微妙的市场平衡。显然,稀土价格必须至少覆盖生产成本。稀土价格因矿床的位置、类型和使用的开采工艺不同而不同。据估计,作为标本的瑞典Norra Kärr矿床稀土氧化物平均运营成本为21美元/kg,这里并未把建设一个稀土厂的资本性支出约4.256亿美元考虑在内。如果稀土价格并未高于目前的水平,在中国境外开办新的稀土矿井和生产厂几乎是不可能的。

05

地缘政治

生成稀土资源的地质条件并不缺乏,事实上,稀土资源近几年来增长很快。欧盟乃至全世界未来原材料供应面临的主要风险源自其他因素而不是自然资源供应,全世界所需的各种金属和矿物的可供性是与地缘政治因素息息相关的,这些地缘政治因素包括稀土生产国的政治稳定、稀土生产企业和生产国集中程度、社会问题、贸易扭曲以及对稀土勘探、开采和加工的投资程度等因素。

影响自然资源供应安全的其他因素包括有稀土的回收和代用。稀土价格上涨和稀土供应短缺有可能促使人们寻求稀土替代品。任何材料的可替代性都是有限的,因为在寻求任何材料的替代品时都必须首先考虑保持该材料的功能,对于稀土这种性质独特的金属来说尤其如此。其实,稀土替代品也可能很昂贵,还可能获取途径有限,其使用也有可能因环境等因素而受到限制。一般来说,欧盟资源利用率较高,包括废弃物回收率较高,从而降低了资源供应短缺的风险,但仍不足以保障现代工业经济对原材料的需求。另一个值得考虑的因素是新兴技术导致的未来需求变化。

欧盟把“供应短缺风险和对经济的影响高于其他大多数原材料”的原材料定义为关键原材料。关键原材料如下所示:

锑(中国)、铍(美国)、硼酸盐(土耳其、美国)、铬(南非、哈萨克斯坦)、钴(刚果民主共和国)、焦煤(中国)、萤石(中国)、镓(中国)、锗(中国)、铟(中国)、菱镁矿(中国)、镁(中国)、石墨(中国)、铌(巴西)、磷酸盐岩(中国)、铂族金属(南非)、重稀土元素(中国,纯度99%)、轻稀土元素(中国,纯度87%)、金属硅(中国)、钨(中国)。

这是欧盟委员会评定的2014 年关键材料清单,大多数重要生产国都参与了评定。在欧洲进口的所有稀土元素中,原产于中国的占41%,原产于俄罗斯的占35%,原产于美国的占17%。

最近对关键矿物进行的许多研究旨在帮助人们认清在资源可得性方面有可能出现的问题或紧张性,但这些着眼于矿物关键性的研究大多有某些重大局限性,那些着眼于矿物长期关键性的研究尤其如此。评估矿物关键性的方式向来集中于有可能发生的短期短缺,以便就未来几年的资源保障问题向有关企业和国家提供一些有益的建议;至于评估和洞察长期性的原材料供应问题,这些研究是远远不够的。洞察哪类冲突、政治形势或资源市场动态有可能影响原材料供应,包括其开采、提炼和运输,是讨论确定哪些原材料属于关键性原材料的必不可少的依据。原材料生产国试图控制环境损害、社会影响和“不可再生”资源的可持续性问题的正当要求往往被忽视或低估。

鉴于上述清单及其对中国的重点关注,特别是其他国家对从中国进口稀土的依赖,下一节将较为详尽地探讨中国方面的问题。

5.1

中国的稀土资源及政策

1992 年,中国领导人邓小平的“中东有石油,中国有稀土”,富有远见地强调指出了稀土金属的重要性。尽管中国境外也有几家新的矿井投产,但截至目前,世界上将近90%的稀土生产控制在中国人手中。要了解稀土行业的全球形势,就必须了解中国对其产生的影响。中国早在20世纪80年代就开始为把自身打造成世界上最大的稀土生产国而努力,863计划与973计划揭开并推动了中国在世界稀土领域的科技发展。截至2007年9月,中国拥有约130个钕铁硼磁铁生产企业,年产量约8万t。在10年的时间里,中国钕铁硼磁铁的产量从1996年的大约2600t增长到2006年的大约3.9万t,年均增长率在30%以上。

世贸组织专家组和上诉机构已做出裁定,要求中国必须解除对稀土的出口限制,包括企业出口稀土时必须遵循的出口税、出口配额和限量。该裁定出台后,中国政府改变了策略。为应对因稀土生产失控而导致的环境和其他方面的问题,中国中央政府极力对长期以来自行其是的稀土生产企业加以控制,其目的是为了加强中央政府对整个稀土行业的掌控。数十家稀土生产企业(其中有几家是非法的)被暂时或永久性关闭。工业和信息化部通过了一项旨在简化稀土行业管理的计划(即《稀土行业发展计划2009~2015》),将全国稀土行业划分为三个地区,即北区、南区和西区。南区包括江西、广东、福建、湖南和广西;北区包括内蒙古和山东;西区指四川。

2009~2015年,轻稀土主要分布在内蒙古和四川,中等稀土和重稀土主要分布在江西、广东和福建。中国中央政府决定将以前分散破碎的稀土行业整合为六个大型的稀土开采与加工集团。北区的包钢稀土集团(受控于包头钢铁集团)系中央政府直属企业,是稀土行业的主要角色。在南区的江西和其他省份,稀土行业远比北区分散破碎,中央政府决定选择赣州稀土公司、中国五矿集团和中国铝业公司,以这三家企业为主体,兼并其他稀土生产企业。在西区,只有一家与稀土有关的企业,即江西铜业集团公司。在加工与分离环节,在全国范围内选择了六家公司,其中有三个公司是央企,即包钢稀土集团、中国铝业和中国五矿集团,另外三个是地方企业,即赣州稀土公司、广盛稀土和厦门钨业。预计稀土加工与分离企业将从目前的130 家削减到20 家。这一新的企业格局由中国工业和信息化部负责监管。

图3 下游行业中的稀土使用情况

资料来源:Wübbeke

5.2

出口限制政策的思考

尽管中国的稀土生产一直在增长,但鉴于国内需求的增加,中国政府自2005年以来对稀土氧化物出口配额施加了若干限制。2010年,中国加强了稀土出口限制,宣布将于2012年将稀土出口配额进一步削减40%。中国还提高了稀土金属及其氧化物的税率。

鉴于美国、欧盟、日本和其他一些国家于2009年针对中国稀土出口配额向世贸组织提起了申诉,世贸组织于2011 年做出了不利于中国的裁定,认为中国控制境外垂涎的原材料出口违反了国际法。中国对该裁定表示遗憾,坚持认为其出口政策是建立在环境保护和资源保护基础上的。2015年,中国最终接受了世贸组织的全部裁定。

中国施加出口限制的意图和由此导致的供应安全问题一直是不少研究项目的重点课题。一个尚未被广泛采用的出发点是努力全面而不是孤立地看待中国的行动,全面审视在广泛的政策领域发挥作用的所有因素,包括环境问题、工业效率、组织结构和资源保护。白热化的争辩无助于解决问题,只有彼此平静下来,认真审视中国的行动和其他国家的反应,才能解决现实问题。

06

对未来的展望

2015年5月20日,中国通知世贸组织争端解决机构其已取消了与稀土、钨和钼有关的所有违反世贸组织规则的出口税、出口配额和交易权限制。中国同意遵守世贸组织的裁定。稀土问题当然不会到此为止,美国直接通知世贸组织,它不认为中国遵守了世贸组织的裁定。但令人高兴的是,世人现在终于能将其关注焦点转向发展中国家和新兴经济体可持续发展所必需的除稀土以外的其他金属和矿物。

一个常被人问起的问题是:稀土是否稀少?分析一下制成品中稀土成分的含量,就会非常明确地知道,它们确实是稀少的。从绝对量的角度看,它们的重要性是有限的。全球稀土年产量约为12万t,而镍的全球需求量10倍于此,铜的需求量100倍于此,铁矿石的需求量1000倍于此。全球铜产值为1060亿美元,稀土金属的全球产值难以估计,但仅就矿井阶段而言,肯定低于20 亿美元。

最近几年,稀土需求并未像2011年铺天盖地的宣传中人们所预测和期望的那样增长,反而回落下来。显然,当时的情况并非仅仅是稀土的供应保障问题,很可能还有多种因素造成的结果,例如,除中国以外的其他所有国家都缺乏保持稀土生产的兴趣,因为稀土生产经济效益并不是很高,还会造成严重的环境问题,以及在金属“超级周期”期间人们对金属供应问题的普遍担忧,也许更为重要的是人们普遍对中国迅速扩张的地缘政治企图抱有疑虑。稀土显然为他们提供了指责中国的机会。

关键性这一概念是21世纪前十年中的后五年里发展起来的。然而,这并不是一个很高明的工具,因为他们极少关注作为分析对象的金属和矿物产生的经济影响。最终客户对稀土价格上涨的敏感性是非常低的,因为稀土价款只是产品总成本中的一个微小部分。应该指出,美国军方对稀土的关注远远低于其他战略性金属。

稀土价格上涨和人们对稀土供应的政治性担忧导致了以下两个重要领域的行动:

(1)需求的减少与最小化。当稀土价格较低,稀土几乎无限制供应时,人们是没有动力节约或节省稀土的。虽然稀土资源的节约或节省是一个艰难的过程,需要经过很长的时间,但是它们确实降低了稀土需求,促成了某些稀土替代品的应用,尽管这种替代品应用不太广泛。

(2)新矿床的勘探与认定。鉴于世界各地发现了大量稀土金属矿床,最近的调研表明,中国仅占世界资源的三分之一,好像市场已经解决了目前最为迫切的供需不平衡问题。一哄而上的勘探对于被勘探对象来说是一种无以复加的伤害。数百个被认定的矿床和规划好的项目即将投产,仅那些提交了投资概算的项目就带来了近100 亿美元资金,超过需求10 倍之多。

事后看来,在中国已经开始稀土出口并同意遵守世贸裁定时,人们一度觉得对稀土供应的担忧被过分高估了。如果稀土元素价格继续保持在目前相对较低的水平上,中国对稀土市场的主导作用就会再度加强。

不过,鉴于目前关于中国稀土生产水平和其他生产详情的秘密仅服务于投机利益集团,人们对该领域的透明化要求有增无减。为避免浪费财务资源,并让研究人员重点研究更为迫切的可持续性问题,应允许稀土的一级和二级稀土生产保持健康平衡,避免目光短浅的政治化。令人遗憾的是,目前的稀土市场就是这种目光短浅的政治化导致的。

有关各方应相互合作,综合性地解决各种问题,而不是将其截然分开,这不仅符合中国的环境利益,也有助于解决稀土金属购买者担忧的稀土供应保障问题。全球稀土金属市场仅有少数几个全球性的主要稀土生产企业有立足之地。在金属资源涉及的范围内,我们的分析研究不应单纯着眼于稀土金属,而应将其扩大到中国和西方国家的稀土供应保障问题。高度利用稀土金属的巨大但尚未开发的潜力使我们得出这样一个结论:从耐高温陶瓷到电子产品和可再生能源行业,稀土可解决人类面临的许多问题。太多的问题使我们难以一一置辩。

原文题目:Rare Earths—not so rare and perhaps not so critical ?发表于《捷克地质调查局2015 年报》。经原作者同意,由本刊编辑部摘译。

限于篇幅,原文参考文献略。

收稿日期:2016-10-18

作者简介:Magnus Ericsson,男,教授。Email:magnus@gladtjarnen.se。

《国土资源情报》简介:

《国土资源情报》月刊,由国土资源部信息中心主办,为全国性、资源类学术期刊,强调综合性、国际性、领新性、学术性。 已被中国期刊全文数据库、中国核心期刊遴选数据库、中国学术期刊综合评价数据库、中文科技期刊数据库收录!

据《矿业界》了解,这部期刊极具国际性和前瞻性,并且不定期发布重要矿种、矿业国家的报告,非常值得业界同仁一读。《国土资源情报》欢迎业界同仁投稿,投稿请联系010-66558706、投稿网址:http://gtzq.cbpt.cnki.net(将支付稿费)

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