第二节　相关概念

一　稀土及其分类

（一）稀土的概念与分布

稀土是指化学元素周期表中镧系元素，由原子序数57—71的元素组成，包括镧（ La）、铈（ Ce）、镨（ Pr）、钕（ Nd）、钷（ Pm）、钐（ Sm）、铕（ Eu）、钆（ Gd）、铽（ Tb）、镝（ Dy）、钬（ Ho）、铒（ Er）、铥（ Tm）、镱（ Yb）、镥（ Lu），以及与镧系的15个元素密切相关的2个元素——钪（ Sc）和钇（ Y），共17种元素。

1787年，瑞典人Arrhenius在一个采石场中首次发现了含有钇的矿石。18世纪末到19世纪，各种稀土元素陆续被发现。在人类发现稀土初期，稀土一般是以氧化物的状态分离而来，又因其发现之初存在于瑞典较为稀少的矿物中，故被称为稀土（ Rare Earth，RE或R）。这一名称虽沿用至今，但随着勘探技术不断提高，稀土被证实在地壳中的分布是相当广的，其总含量甚至超过铜、铅、锌等常见的金属。其中，铈在地壳中的储量在各种金属元素中居第25位，其常见程度与铜接近，高于铅在地壳中的含量。稀土元素中相对比较稀少的是钷等元素，但即使是含量最低的“稀土金属”——镥，其在地壳中的含量也要比金高出200倍。因此，国际应用化学联合会现在已经不再使用“稀土金属”这一概念。[4]实际上，地壳中最稀有的金属元素主要是金（ Au）、钌（ Ru）、铑（ Rh）、碲（ Te）、铼（ Re）、钯（ Pd）、锇（ Os）、铂（ Pt）、铱（ Ir）等稀散和稀贵金属，稀土元素均不在最稀少的金属之列（见图1－1）。[5]

应该看到，世界稀土资源储量相当丰富，正所谓是“稀土不稀”。除了中国是稀土资源大国之外，俄罗斯、澳大利亚、美国、巴西、印度、加拿大、越南均已发现较大规模的稀土矿，而在亚洲的蒙古、马来西亚、印度尼西亚、哈萨克斯坦、朝鲜、阿富汗、斯里兰卡等国家和地区；非洲的南非、尼日利亚、肯尼亚、坦桑尼亚、莫桑比克、埃及等国；欧洲的挪威、土耳其、格陵兰岛等地，稀土也都有一定的储量（见图1－2）。美国联邦地质调查局（ USGS）公开的勘探资料显示，截至2011年，世界稀土金属储量为11000万吨（以稀土氧化物REO计）。其中，中国约占48.34％，独联体国家约占16.70％，美国约占11.43％，澳大利亚约占1.41％，印度约占2.72％，其他国家和地区合计占19.41％。近年来，随着稀土勘探日益活跃，一些大型矿藏相继被发现。2010年11月，美国地质调查局在其网站发布了《美国稀土资源地质调查报告》。报告称，美国14个州都发现有稀土资源，美国稀土（远景）储量达1300万吨，如以每年1万吨的消耗量计算，可以供美国使用1300年。同时，在稀土供求关系趋紧的刺激下，全球掀起了稀土矿勘探开发热潮。美国地质调查局在阿富汗西南部一个死火山底下发现了可能是迄今世界最大的稀土矿。该矿以镧、铈和钕等元素为主，估计蕴藏量可供全球10年所需，总价值或达530亿英镑。

再从国内稀土勘探进展看，2014年，广东省核工业地质局二九二大队通过钻探、岩矿测试等工作，在广东省平远县八尺地区找到了一个大型离子吸附型稀土矿床。此次勘探提交工业矿石量13212.05万吨，全相稀土氧化物资源储量136122吨，平均品位0.115％。目前，已证实该矿属于经济价值较高的中钇富铕稀土矿床，离子相稀土氧化物占全相的63.14％—67.97％。稀土总回收率较高，矿石也属于易浸易选矿石，预计投资利润率可达78.14％，具有较高的经济社会效益。该矿床是典型的南方离子吸附型稀土矿床，这一勘探成果不仅对广东省及平远县当地经济增长具有带动作用，提高了中国重要战略资源的储备，而且对全球相对稀缺的离子型中重稀土供给形势也将产生一定的影响。[6]另外，世界范围内尚有海洋和更深地层的稀土资源未被勘探发现，因此，地球上稀土的实际蕴藏量可能远远超出预期。

尽管从金属元素富集度以及稀土的远景储量来看，“稀土不稀”的结论应该可以成立，但稀土资源的开采冶炼条件却与铁、铝、铜等基础金属（或称为矿石型金属，Rock－forming Metals）相差很大。相比矿石型金属，目前已探明的稀土资源分布非常分散，成矿条件较差，品位普遍较低，难以规模化开采制备。从这一角度来看，稀土金属仍具有较为突出的稀缺性。

另外，虽然稀土资源分布广泛，但世界主要稀土资源国（地区）的矿种类型不尽相同。其中，中国稀土矿床主要是氟碳铈矿、离子吸附型矿和独居石，相对而言，资源品种比较丰富，而俄罗斯的稀土资源则以铈铌钙钛矿和磷灰石型磷酸盐的形式产出，美国曾经开采的主要是氟碳铈矿，也有部分独居石资源，澳大利亚和印度的稀土矿则以独居石为主。需要强调的是，地球上稀土资源被一再证明并不稀少，但其分布并不均匀，已探明的有开采价值的稀土矿集中分布在中国以及美国、印度、独联体、巴西等国家和地区（见图1－3）。

（二）稀土的分类及应用

作为典型的金属元素，稀土元素具有很强的金属活泼性，其活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，比其他金属元素更为活泼。在17个稀土元素中，按金属的活泼次序排，由钪、钇到镧递增，由镧到镥而递减，即镧元素最为活泼。稀土元素通过化学反应，可以形成化学性质较为稳定的氧化物、卤化物、硫化物等化合物，这些化合物是稀土的主要应用形态。如由于稀土元素的金属原子半径比铁原子的半径大，很容易将稀土填补在铁晶粒及其缺陷之中。因此，在钢铁生产中添加稀土元素，能够生成阻碍晶粒继续生长的膜，从而使晶粒细化，进而提高钢产品的性能。另外，稀土元素具有未充满的4f电子层结构，由此产生多种多样的电子能级，这一特性被广泛应用到激光和电光源等材料中。[7]

根据分离工艺的要求，稀土元素则可分为轻稀土和重稀土。其中，轻稀土也被称为铈组，重稀土也被称为钇组，这种划分是因矿物经分离得到的稀土混合物中常以铈或钇占优势。而根据其物理化学性质的特点，稀土又分为轻稀土、中稀土和重稀土三组（见表1－1）。[8]目前，世界主要稀土矿中绝大部分仅储有轻稀土元素，重稀土元素含量大且品位好的只有中国的南方离子吸附型稀土矿，这种离子型稀土矿集中分布在江西（赣南）、广东、广西、四川、福建等省区。尽管近年来世界稀土进口大国加紧研发稀土替代材料和技术，但重稀土元素短时间还很难完全替代。因此，离子吸附型重稀土矿是中国具有战略意义的重要矿产资源。

稀土元素具有独特的光、电、磁、热等物理和化学性质。随着科学技术不断发展，人类对稀土应用价值的认知逐步深化，稀土的深加工能力显著提高。从19世纪在汽灯纱罩等产品中的有限应用，到20世纪四五十年代开始应用于军事、冶金等领域，稀土金属、稀土合金等稀土化合物和混合物被越来越广泛应用到军事国防、石油化工、冶金机械、纺织皮革、陶瓷玻璃、医疗保健、农林畜牧等产业。自20世纪六七十年代起，由稀土加工制成的各种新型功能材料，如稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土激光材料、稀土催化材料、稀土纳米材料、超导材料与高分子材料等，不仅给材料科学发展带来了革命性变革，而且推动了相关高技术产业发展。进入21世纪以来，稀土已经突破其在冶金机械、石油化工、玻璃陶瓷三大传统领域的应用，在新能源、新材料、新能源汽车、航空航天等战略性新兴产业的应用使其战略价值进一步凸显，带动世界范围内稀土产业链向纵深延展（见表1－2）。虽然稀土采矿及初加工的产业总体规模并不大，但稀土应用具有用量少、功效大、范围广、科技含量高等一系列特点，对现代工业、农业、国防等领域的发展影响深远，因此，稀土获得了“工业维生素”、“工业味精”、“21世纪新材料宝库”的称誉。

二　稀土产业与稀土应用产业链

凭借独特的性能，稀土被广泛应用于众多产品的深处理及深加工，处理和加工后的产品具有更强的物理和机械性能。随着科技快速发展以及对稀土特殊性能的深度发掘，有关稀土开发应用的新成果不断涌现并逐步实现产业化，进而带动了稀土产业迅猛发展。目前，关于稀土产业，学术界并未给出一个统一和公认的界定标准。一种观点认为，稀土产业仅包括稀土开采、选矿和冶炼分离，而不包括稀土的应用；另一种观点则认为，稀土产业不仅包括稀土开采、选矿和冶炼分离，还包括稀土新材料的生产（苏文清，2009）。从稀土的应用进展来看，可以认为，广义的稀土产业链涵盖了稀土资源从矿产品开采、初级产品生产到深加工产品生产等整个产品链，稀土产业则包括稀土资源的勘探开发、采矿、选矿、冶炼分离，以及稀土功能材料与终端应用材料的生产（刘余九，2007）。

如图1－4所示，稀土应用产业链从最初的矿石开采到终端产品生产，一般经历选矿、冶炼、精矿分解、氯化稀土和碳酸稀土的生产、萃取稀土氧化物、稀土金属的生产、永磁体等材料产品生产等多个环节。稀土应用产业链的构成和延展是稀土资源通过若干产业层次不断向下游产业延伸直至达到终端消费品的路径，即稀土→新材料→元器件→终端应用。以富铈混合稀土氧化物为例，其应用产业链表现为：含铈稀土矿→富铈混合稀土氧化物→抛光粉→各种透镜→照相机、摄影机、各种光学仪器；含铈稀土矿→富铈混合稀土氧化物→抛光粉→显示屏幕→电视机、计算机、手机、显示仪表、MP3、MP4游戏机等。[9]

从其应用产业链走向和路径可以看出，稀土应用产业链的链条一般较长，而且同一稀土元素可以伸展出多条不同的应用产业链，这些应用产业链最终都通向技术含量和附加值高的产品。尽管稀土应用产业链分散于众多领域，但总体来看，稀土产业链的延展是一个价值不断认知、开发、传递、增加与集成的过程。因此，从其应用产业链的构成出发，虽然就其开采和初级产品生产加工的产值规模而言，稀土产业在现代工业体系中属于比较小的行业，即使在中国这样的稀土大国，其增加值在GDP和工业增加值中所占比重也很小，但稀土在农业和工业、传统产业和高新技术领域都有着巨大的应用潜力，具有极其广阔的发展空间，这也是稀土产业引起主要工业国家高度重视的根本原因。