稀土应用发展战略研究

江西有色产业技术创新院士行学术报告稀土应用发展战略研究张国成中国工程院院士北京有色金属研究总院高级工程师2005.11江西赣州我国已成为名副其实的稀土大国，稀土产量、出口量、消费量均居世界第一位。我国的稀土产品已从以中低档为主逐渐过渡到以中高档产品为主的阶段，但在稀土功能材料的应用研究开发及产业化方面与国外相比仍存在一定的差距。一攻关的任务、考核目标及主要技术经济指标我国稀土资源丰富、矿种独特，可持续供应我国使用几百年。轻稀土矿以包头、四川、山東氟碳铈矿为主，按稀土氧化物计，其工业储量约为4,000多万吨，远景儲量接近1亿吨。重稀土矿以江西、广東、福建、广西、云南地区的稀土离子型矿为主，其工业储量约160万吨，远景储量约640万吨。世界稀土资源工业总储量约为1亿吨，中国稀土工业儲量佔世界稀土工业储量的43%。目前每年全球稀土总消费量为9万多吨，主要靠我国供应。1.1稀土资源现状包钢为了满足钢铁生产的需要，每年开采白云鄂博铁、稀土矿约900万吨，同时伴隨开采出45万吨稀土氧化物相应的包头混合型轻稀土矿（氟碳铈矿、独居石）。而目前每年市场只需要由包头矿生产的氧化稀土约6万吨，所以选矿过程是按需要多少稀土精矿选多少的方针进行，大部份含REO为6~7％的选铁后的稀土尾矿排入尾矿坝保存。1.1稀土资源现状2004年我国共生产稀土矿产品9.83万吨（按稀土氧化物REO计），其中轻稀土精矿约6.8万吨，离子型中重稀土精矿约3万吨，中重稀土精矿佔稀土矿产品总量的30%。中重稀土精矿含有镝、铽、铕、钇等世界稀缺的元素，儲量不多，应进行保护性开采。过去以池浸法提取离子型稀土矿，回采率低，破坏植被。现研究成功的原地浸矿技术的稀土回采率提高到80%以上，基本上满足了环保的要求，值得大力推广。1.1稀土资源现状我国轻稀土精矿以包头混合型稀土精矿为主，用磁-浮工艺选出的精矿中REO含量为50~60％，再使用硫酸强化焙烧-P204萃取法冶炼，生产氯化稀土、碳酸稀土、稀土富集物和各种单一稀土氧化物。目前冶炼精矿能力每年达14~15万吨。1.2稀土精矿的冶炼及分离现状从南方离子型稀土矿中生产出含REO92％的中重稀土富集物，使用P507、环烷酸溶剂萃取法分离稀土，制得各种品位的单一稀土氧化物（99~99.9999％）供应世界市场。目前我国稀土分离技术己达到世界领先水平。1.2稀土精矿的冶炼及分离现状2004年我国包头混合型轻稀土的分离能力约8万吨，南方离子型稀土矿每年分离能力约4万吨，以四川氟碳铈矿为原料的年分离能力约3万吨，共计15万吨，而目前世界对稀土的年需求量仅为9万吨左右。去年我国稀土冶炼分离产品8.67万吨，出口5.33万吨、国内消耗3.34万吨，我国稀土产量己占世界需求量的96％。1.2稀土精矿的冶炼及分离现状全国有大小稀土冶炼分离工厂上百家，过去几年冶炼分离能力增长过快、重复建设的现象已有所减缓。大中型厂已逐渐成为骨干企业，生产技术和装备水平已达到国际先进水平。目前几种主要永磁材料用的稀土氧化物：氧化钕、氧化镝、氧化铽、氧化铕等均接近产销平衡，有时还供不应求，过去产大于销的现象基本结束。1.2稀土精矿的冶炼及分离现状由于稀土元素有l7个共存於原料中，各个稀土元素在实际应用时，用量不平衡，故造成丰度高的镧、铈、钇和一些暂时用途少的部分重稀土元素过剩、积压，这种积压现象还会继续下去。在短期内解决不了的。把这种现象称为产量过剩是不对的，将妨碍钕铁硼永磁的发展。1.2稀土精矿的冶炼及分离现状今后稀土开采冶炼能力的多少，主要由世界钕铁硼永磁材料对氧化钕的需求量来决定，氧化钕的需求量又决定包头混合型轻稀土矿的开采冶炼规模。另外永磁对氧化镝、氧化铽的需求量决定南方离子型矿的开采冶炼规模。所以氧化钕、氧化镝和氧化铽三个材料已成为我国稀土发展的拉动金属。1.2稀土精矿的冶炼及分离现状预计到2010年时，年产钕铁硼永磁将达到8~10万吨，我国每年需处理稀土精矿40~50万吨(按含REO50％的包头稀土精矿计)，才能生产出将近3万吨氧化钕，满足钕铁硼永磁工业的需要。1.2稀土精矿的冶炼及分离现状所以提高短线产品氧化钕、氧化镨、氧化铕、氧化镝、氧化铽等的价格，以弥补镧、铈、钇等产品积压造成的损失，这是当务之急。3万吨氧化钕只有我国才能够满足世界的需要，别国是无能为力。世界稀土市场90％均由我国占有，为何稀土冶金工业还在微利线上徘徊不前呢？这是值得我们思考的问题。1.2稀土精矿的冶炼及分离现状稀土金属性质活泼，不作为结构材料使用，而是将其制成各种特殊功能材料或改性剂应用。►在冶金机械工业中，将稀土金属制成稀土镁硅铁合金，作为改性剂用来生产球墨铸铁，铸件。铸件强度、塑性和韧性得到很大提高，在机械产品中可代替部分锻件、钢铸件和铸铁管，球墨铸铁的年产量达到600多万吨。2004年稀土在该领域的用量突破4000吨。1.3稀土材料的科研和生产现状把微量稀土加到钢液中，可以有效地提高钢材的强度、韧性、抗腐蚀性、耐磨性。我国的武钢、宝钢、包钢、上钢一厂均生产稀土钢，年产稀土钢约100万吨。1.3稀土材料的科研和生产现状►在石油化工领域中，利用加稀土制得的Y型分子筛作为石油裂化催化剂，可提高汽油和柴油的产率13％。提高炼油装置生产能力约30％。国外40%、国内90％的汽油来自催化裂化工艺。2004年我国石油化工领域用稀土约4000吨，约占世界用量的21％左右。1.3稀土材料的科研和生产现状稀土对CO、HC、NOx具有良好的催化净化效果，上世纪90年代以来，国内外研究工作者正大力寻求用廉价稀土元素部份代替贵金属制作汽车尾气净化剂，稀土能起到提高净化剂的催化活性、热稳定性和储氧性能，从而减低贵金属的用量。目前世界先进国家均采用稀土为三效催化剂中的主要助催化剂的成分生产汽车尾气净化噐，净化效果己接近欧-3水平。预计今年我国将需要汽车尾气催化净化噐800~1000万套，需消费稀土氧化物约2000吨。目前国内的汽车生产线多为引进合资企业，尾气净化器也为国外工厂自带产品，我国产品要完全进入这一领域还有待时日。1.3稀土材料的科研和生产现状►稀土发光材料按应用领域可分为三大类：（1）显示用材料，包括阴极射线管（CRT）用荧光粉、投影管用荧光粉、等离子显示（PDP）用荧光粉、场发射显示（FED）用荧光粉等；（2）照明用材料，包括稀土三基色荧光粉、白光发光二极管（白光LED）用荧光粉、稀土卤化物发光材料等；（3）特种发光材料，包括稀土长余辉荧光粉、X射线增感屏用荧光粉、上转换荧光粉等。稀土发光材料在未来5-10年内极可能在等离子显示、场发射显示、有机电致发光、背投彩电等方面有好的应用前景。1.3稀土材料的科研和生产现状2004年我国生产各种稀土荧光粉4270吨。从1995年至今，我国稀土荧光粉的产量平均年增长率在30％以上。年产彩电荧光粉1650吨，灯用荧光粉约1900吨，长余辉荧光粉690吨，三基色荧光灯产量达到12亿支以上。我们可以自豪地说：世界上90％以上的彩色电视机荧屏所使用的红色荧光粉都是采用中国的高纯氧化銪，氧化钇制作供给的。1.3稀土材料的科研和生产现状►稀土永磁材料现己发展到第三代钕铁硼永磁体，其用量从1995年以来，每年以26%递增。它的应用水平己成为衡量一个国家综合实力的重要标志，是现代信息产业的基石之一。1.3稀土材料的科研和生产现状目前我国共有稀土永磁工厂130多家，其中中科三环每年产烧结钕铁硼永磁6000多吨，宁波韵升为4000多吨，年产量超过200吨以上的约20家，其余多为不滿百吨级的小厂，需要整顿。现我国己能批量生产最大磁能积为30、40、45、52MGOe的磁体，质量己达到国际先进水平。1.3稀土材料的科研和生产现状2004年我国稀土永磁材料产量达到26,890吨，比2003年增长79%，国内用量约l9,181吨，出口7,709吨，预计到2010年世界稀土永磁产量将达到8~10万吨，其平均年增长率仍为24％。由于稀土永磁材料主要组份金属钕有90％是产在中国，中国将成为世界稀土永磁材料的供应基地，稀土永磁材料工业将会成为我国的强势工业。1.3稀土材料的科研和生产现状►我国铈系稀土抛光粉的年生产能力达到了4,000吨，实际产量约2,400吨，出口约1,400吨，我国已经成为世界稀土抛光粉生产量和销售量最大的国家，国内用量在全球排第三位。1.3稀土材料的科研和生产现状由于具有资源优势，在国际市场有很强的竞争实力。然而，我国生产的抛光粉以颗粒偏大的低铈产品为主，产品经过精密分级可以接近国外产品的性能。从总体上讲，国内产品从粒度分布、硬度、悬浮性等方面与国外产品还有一定的差距。质量要求较高的抛光粉仍依赖进口。因此，积极开发高质量的稀土抛光粉对有效利用我国铈资源的利用和解决稀土应用的不平衡问题具有重要意义。1.3稀土材料的科研和生产现状►稀土贮氢材料最重要的应用是镍氢电池和燃料电池。镍氢电池具有能量密度高、功率密度高、可快速充放电、循环寿命长、无记忆效应、无污染等特点，被称为绿色电池。燃料电池是利用氢能的最有希望的体系之一，预计2005年全球镍氢电池的年产量可达23亿Ah，对各种贮氢合金粉的需求将达2万多吨。2010年全球需要储氢合金约4万吨，主要用於混合型电动车。1.3稀土材料的科研和生产现状我国贮氢合金的生产企业有20多家，年生产能力为8,000~9,000吨。2003年稀土贮氢合金的实际产量约5,000吨。2004年为7000多吨，出口镍氢电池6.76亿支，创汇4.43亿美元，成为世界上第一生产国。1.3稀土材料的科研和生产现状1.4.1稀土资源的开采方针★中国轻稀土儲量大，够开采数百年之用。国外轻稀土资源也很丰富，所以对包头铁稀土矿的开采，仍维持现有方针：以铁为主，综合利用，市场需要多少轻稀土，就从选铁尾矿中生产多少，完全满足市场需要，多余的稀土尾矿送尾矿坝保存，以便日后开采利用。预计稀土精矿的需求量5、6年后将增长到40~50万吨，才能满足稀土永磁材料的需求，所以从现在起，应从技朮角度上考虑如何提高稀土选矿回收率和利用率的措施。1.4稀土工业的发展战略★对四川轻稀土矿的开采主要解决不同程度的乱采乱挖和资源利用率低的问题。所选出的氟碳铈精矿目前主要用於生产硅铁稀土合金，如用来生产单一稀土，其湿法冶金工艺仍需改进，才有较好的竞争能力。1.4稀土工业的发展战略★南方离子型中重稀土是我国独特的宝贵资源，应切实落实国务院关于对南方离子矿实行国家保护性开采的规定和相关政策，防止乱采乱挖，浪费资源。目前应作到：凡开采离子矿的法人，要保证矿山的资源回采率大于75%；不得破坏植被和环境，不得造成水土流失和对农田的污染。以行政手段立法迫使采矿者逐渐采用先进的原地浸矿技术进行离子矿的开采，以解决资源浪费和环保问题。到2006年以后，应禁止出口含R2O392％左右的离子型稀土精矿，中重稀土产品均应深加工后出售，以提高产品价值，控制国际市场价格和用量。1.4稀土工业的发展战略1.4.2稀土冶炼分离由于前几年国内稀土企业的恶性竞争，导致冶炼分离能力发展过快，中小企业多而分散，污染超标，这些现象己逐渐得到改善。目前，几种用於永磁和发光的稀土氧化物如氧化钕、氧化镨、氧化镝、氧化铽、氧化铕已达到产销基本平衡，而大量的铈、镧、钇等产品将会继续积压。随着稀土永磁材料的不断发展，应用不平衡问题将会更加突出，为尽量减小应用不平衡带来的影响，应作好以下几项工作。1.4稀土工业的发展战略（1）今后几年我国稀土精矿的冶炼能力会逐年增加，应采取措施防止低水平重复建设，造成小而分散，产量过剩，效益低的现象重演。所以矿产单位应根据市场需要合理采选，调控产量，尽量做到控制源头，凡建稀土冶炼分离工厂，年处理氧化稀土能力的规模应在万吨级以上，才能充分发挥规模效应。（2）对一些工艺落后污染严重的工厂，可劝其关、停、并、转。（3）我国的稀土冶金分离技术已经成熟，今后在此领域不再引进外资建立稀土厂，防止效益外流。1.4稀土工业的发展战略（4）改进选矿技术，提高选矿回收率，为增加精矿产量作好技术儲备。（5）解决好三废处理，使