稀土優勢受挑戰：稀土未來“煤”裏來？

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稀土作為國家重要戰略資源，因其稀缺性而備受關註。我國一直是世界上的稀土資源大國，然而，隨著今年3月美國能源部資助的10個全新項目啟動，我國稀土資源的優勢也受到挑戰——

進入3月以來，美國肯塔基大學教授JamesHower尤為忙碌——美國能源部（DOE）資助的10個從煤炭及其副產品中提取稀土元素的項目正式啟動，Hower參與了其中3個。

“這3個項目都是第一階段的小試，明年春天將會提出中試方案。”Hower告訴《中國科學報》記者。

從煤灰裏提取稀有金屬並不新鮮，如我國已工業化提取鍺幾十年，未來幾年還可能工業化提取鋁和鎵。但是提取極具戰略意義的稀土元素，美國恐將成為“第一個吃螃蟹的人”。

“過去中國稀土資源豐富，不需要這樣‘吃糠咽菜’。”一位業內人士這樣解釋該路徑何以未受廣泛關註。

“973”項目首席科學家、中國礦業大學（北京）教授代世峰則認為，煤是稀土未來最有希望的來源。“美國這步走得又快又急，一下到我們前面去了。”

得天獨厚的資源優勢

從煤中提取稀土元素猶如“吃糠咽菜”？代世峰顯然不認同這種提法。

俄羅斯科學家2012年的數據顯示，在富含稀土的煤礦中，稀土含量為0.03%~0.15%，在煤灰中含量為0.1%~1.5%。

“可見如果從煤灰中提取，和傳統稀土礦床的含量相當。有些富集程度較好的煤甚至超過稀土礦床，例如蒙古有一處煤礦的煤中稀土含量達到1%，完全可以大規模開發利用。”代世峰告訴《中國科學報》記者，煤的燃燒產物中量最大的就是飛灰，而稀有金屬主要富集在飛灰中。

據悉，全球每年產生的飛灰量可能高達15億噸，從中提取貴金屬已經成為一大趨勢。為了保障供應安全，美國正在研究高稀土含量（>1000ppm）的煤層。

我國很多煤礦地質條件復雜、瓦斯含量高、開采難度大，但也“因禍得福”，火山活動和熱液流體提供了煤中稀土元素的來源。尤其在西南地區，大地質事件的發生使得煤中稀土元素富集。

那麽，中國到底有多少可開發利用的資源量？“我們積累了大量數據可以初步證明西南地區擁有超大型礦床，但要摸清家底還須進一步研究。”代世峰指出，中國煤炭資源豐富，如果能從中提取稀土，其戰略意義不言而喻。

稀土是電子、能源、軍工等現代工業中必不可少的金屬。美國得克薩斯大學教授RobertFinkelman在接受《中國科學報》記者采訪時強調：“任何一個現代國家都必須擁有穩定可靠的稀土來源，完全依賴另一個國家提供資源，不管是中國、俄羅斯還是其他國家，都是不明智的策略。”

從領先到被超越

2014年，一位來自匹茲堡的記者想採訪煤炭提取稀土元素的話題，所有人都讓她去找JamesHower，Hower還向記者推薦了中國的代世峰。

2012年，代世峰和俄羅斯科學家VladimirSeredin合作，在國際著名期刊《國際煤地質學雜誌》發表論文，提出煤中稀土的分類和評價標準，後被廣泛引用，稱為“Seredin-Dai分類”和“Seredin-Dai標準”。

Hower在同《中國科學報》記者談到上述2012年文章時評價稱這是“該領域最重要的文章之一”。

代世峰告訴記者，中國優質的資源條件是吸引Seredin主動尋求合作的重要原因之一。而上述文章還提出一個重要觀點：隨著傳統稀土礦床逐漸枯竭，煤和含煤岩系是將來最有希望的稀有金屬來源。

“DOE此次高調支持該技術，說明美國科學界基本形成了一致意見。”代世峰認為。

2014年美國國會要求能源部進行“煤炭中經濟回收稀土元素”的可行性研究，僅僅一年多以後，美國能源部就征集了來自大學、國家實驗室和企業的10個項目進行資助，預計到2025年開展大規模部署。

據Hower介紹，肯塔基大學在2014年夏天就得到DOE的資助開始在肯塔基州和美國東南地區收集煤炭和煤灰樣本，還進行了一些分離稀土元素的中試。

Hower提醒記者註意，DOE從2013年初就資助了一些早期研究，其他的聯邦機構也有類似項目，使得美國科學家得以相互合作，展開起步研究，所有這些工作都為這次的10個項目打下了基礎。

DOE這次的支持力度也令代世峰頗為吃驚：“步子邁得太大了，我們還停留在科研水平，這下在技術和經濟可行性方面肯定要超越我們了。”

經濟可行性待驗證

今年1月發表在國際期刊《冶金與材料交易》上的一篇文章指出，在美國賓夕法尼亞州，部分燃煤產物提取稀土元素不僅技術可行，並且成本較低。Finkelman也表示，美國本土的稀土資源開采成本較高，反而從煤灰提取更為經濟——不需要開採，又能處理飛灰，一舉兩得。

從資源量看，我國每年的煤炭燃燒產物差不多是美國的4倍。但Finkelman提醒《中國科學報》記者註意：中國的稀土資源豐富，相比而言，從煤灰中提取稀土是否成本更低？

中科院院士、北京大學稀土材料化學及應用國家重點實驗室主任嚴純華在接受《中國科學報》記者採訪時認為，美國一旦找到新的稀土來源，無疑為其貿易談判增加了砝碼。而對我國來說，在可預計的5~10年之內，稀土自然資源沒有消耗殆盡的情況下，從煤灰中提取稀土不具有經濟可行性。

“我相信這是美國面向未來在研究上的布局。”嚴純華提出，我國科學家也應該著眼於未來尋找稀土新的來源，作為技術儲備。他指出，除了煤炭，海洋中的稀土資源也尚未探索。

“下一步我們的工作就是開發提取技術，進行工業開發。”代世峰表示，目前的問題包括：第一，資源量、空間分布和賦存狀況沒有摸清；第二，中國的成煤條件複雜，是否有適用於所有礦床的通用技術？

對於煤灰中提取稀土的工業化前景，Hower較為謹慎：“這項工作很有前景，使得廢棄的煤灰變廢為寶。但我們才剛剛開始研究，能否作為資源開發還取決於研究進展。”

中國能源網