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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 67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5060，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1415万吨 。 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 REO 92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（ 9999.9999）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810万吨，我国每年需处理稀土 精矿4050万吨 (按含REO 50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、52 MGOe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 R2O3 92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，使污染物排放达标。 （6）建立部门权威性协调机构，对稀土产业的发展 进行宏观调控，甚至是组织营销,尽量防止盲目竞争 ，赔本经营的不良现象。对氧化钕、镨钕混合物、 氧化鏑、氧化铽、氧化铕五种相关产品提价出售， 氧化钕每公斤售价目前应在100 120元左右，才能 补偿铈镧积压造成的损失。 1.4 稀土工业的发展战略 1.4.3 稀土功能材料 我国稀土功能材料的研发目前仍存在跟踪仿 制多、独立创新少、稀土新材料领域基本没 有自主知识产权的技术等问题，这些问题恐 怕在3至5年内还难以解决。建议在稀土功能 材料领域采取以下方针： 1.4 稀土工业的发展战略 （1）材料跟进方针 对于国外出现的各种稀土 新型功能材料和成熟的应用技术，要快速跟进、引进 ，尽量缩短研发周期，尽早实现产业化，作到为我所 用。 （2）培养人材，加强稀土基础理论和应用理 论研究 选定重奌攻关目标，充分利用己经建立的 有关国家重奌试验室、工程研究中心，组织专家队伍 ，加大投入，力争在稀土磁性材料、LED荧光材料、 新合金材料等领域作到有所突破和创新，研发拥有自 己知识产权的新型稀土功能材料。 1.4 稀土工业的发展战略 （3）加强研究滞销稀土产品氧化镧、氧化铈 、氧化钇、氧化镱的新用途，尽可能解决应 用不平衡的难题。 （4）充分利用资源优势，重点发展稀土永磁 材料和永磁器件，使我国成为稀土永磁材料 和器件的供应强国。 （5）各种稀土材料应沿着深加工的方向发展 ，直接生产器件以提高产品档次，增加经济 效益。 1.4 稀土工业的发展战略 1.4.4 稀土产品的出口 我国稀土产品有2/3出口国外，占世界市场90以上的销售份 额，但我国经营稀土产品出口企业之间恶性竞争，宝贵的稀 土短线产品如：钕、铽、镝、铕等低价外销，而部份铈，镧 、钇等积压下来，造成企业的亏损。形成出口产品质量提高 了，出口量增加了