中国稀有金属调研2

中国稀有金属调研2

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杂谈

三、供需形势

    锂、铍、钽、铌是我国稀有金属主要品种，从近年来生产、消费来看供需形势：

    我国锂主要应用在炼铝、玻璃陶瓷、润滑脂、空调、碱性电池、合成橡胶以及军工等领域，其需求量均有较快的增长。新的应用领域，如炼钢保护渣、膨凝土生产等部门也显示出良好的应用前景。此外，我国锂产品自70年代以来，向欧美及日本、澳大利亚等国家和地区出口碳酸锂、单水氢氧化锂及少量金属锂，在国际市场上销售一直较好。近年来我国锂产品供需处于增长势头，甚至出现供不应求的局面。据原中国有色金属工业总公司计划部于1992～1993年组织的部分生产、设计和科研单位对我国有色金属品种、质量进行了一次全面的调查、研究，并预测了2000年国内锂、铍、钽、铌等稀有金属需求量和出口量。其中，锂产品需求量(国内生产使用及出口量)12600t(以Li2CO3计，表3.20.7)。

分别制得单质的铍。沃勒将它命名为beryllium(Be)，而比西则命名为glucinium(Gl)，1957年才由国际纯粉化学

铍的需求量，80年代中期国内铍铜母合金用量仅为20～30t/a，1998年后增加到100t以上。铍的用量有限，主要原因是目前国内铍的应用没有充分开发，因而现在难以作出确切的需求量预测。如果把铍铜材加工搞上去，一旦国内铍市场打开，估计铍铜材的需求量会大大增加。如国内正在迅速发展的彩色电视机、录像机、通讯设备等行业，就是铍铜材的应用大户。开关、插接件、继电器及弹性元件等元器件都要求有高的可靠性和耐磨性能，铍铜材制品则是最理想的材料。

    我国的钽消费领域，主要用于钽电容器及硬质合金，少量用于高温合金、发热材料和光学材料。在钽的用量中钽电容器占70%～75%，硬质合金占20%～25%，其他占5%～10%。另外，钽粉、氟钽酸钾等产品已出口进入国际市场。根据我国国民经济发展速度和有关部门、领域对钽的需求，在“九五”期间增长率以6%考虑，2000年钽的需求量将达到92.6t(表3.20.8)。目前，钽产品产能已能满足2000年的需求，但钽粉的品种结构和质量还不适应发展的需要，因而近两年我国还进口一定数量和品种的钽粉。在进口中既有目前尚短缺供不应求的产品，如中压钽粉、高压钽粉，也有尚不能生产的钽粉品种，如中压高比容钽粉、高压高比容钽粉和细晶粒钽板。    铍是工业上的重要材料。工业用铍大部分以氧化铍形态用于铍铜合金的生产，小部分以金属铍形式应用，另有少量用作氧化铍陶瓷等。特别是在原子能、宇航和航空、冶金等领域具有重要用途。在原子能领域，如利用铍能使中子增殖作试验反应堆的反射层、减速剂和核武器部件等；在宇航和航空工业制造火箭、导弹、宇宙飞船的转接壳和蒙皮，大型飞船、空间渡船的结构材料，制作飞机制动器和飞机、飞船、导弹的导航部件，火箭、导弹、喷气飞机的高能燃料的添加剂；在冶金工业中是合金钢的添加剂，还可制作铍铜、铍镍、铍铝等合金。此外，也用于制作耐火材料与特种玻璃、集成电路、天线等。

    铌(Nb)、钽(Ta)属难熔稀有金属，钢灰色，具有比重大(铌8.6、钽16.6)、熔点高(铌2467℃、钽2980℃)、沸点高(铌4740℃、钽5370℃)、强度高、抗疲劳、抗变形、抗腐蚀、导热、超导、单极导电及吸收气体等优良特性。铌和钽在元素周期表中同属一族，性质很相似，它们在自然界中共生在一起，赋存在铌、钽酸盐类矿物中。化学家们在19世纪初也正是从铌铁矿(钶铁矿)-钽铁矿系列矿物中发现了铌、钽这两个元素。

    1801年英国化学家哈奇特(C.Hatchett)在分析矿石时发现了一种新元素，命名为Columbium(钶)，这个矿石也就称为Columbite(钶矿，现称为钶铁矿，即铌铁矿)。1844年德国化学家罗瑟(H.Rose)宣称他发现了一种“新”元素，因其性质和钽(tantalum)相似，在自然界和钽共生，钽是按希腊神话人物Tantalus(坦塔罗斯)命名的，于是就按Tantalus女儿Niobe的名字命名为Niobium(铌)。1866年确定钶和铌是同一个元素，这样在很长的一段时间里，同一元素出现了两种不同的名称，在美国采用钶，元素符号定为Cb；而在欧洲则用铌，元素符号定为Nb，直到1951年国际纯粉化学与应用化学联合会(IUPAC)决定将其名称统一为niobium(铌)，但有些国家仍沿用Columbium(钶)，如在一些美国的有关化学书籍中还看到Cb(钶)。

    钽是由瑞典化学家爱克柏格(A.G.Ekeberg)于1802年发现的。他是从芬基米托(Kimito)地方出产的一种矿石里分析出一种新金属，按希腊神话中的英雄人物Tantalus(坦塔罗斯)的名字命名为tantalum(钽)，因为这种新金属具有英雄的特征，能够抵抗多种酸的侵蚀。

    铌、钽具有耐腐蚀、冷加工性能好和氧化膜电性能好等优点，有许多重要用途。铌具有细化钢中晶粒的能力，广泛用于钢铁工业、电子工业、航天航空、原子能、海洋开发等领域，主要用作合金钢的添加剂、超导材料、高温合金、氧化物单晶、陶瓷电容器等。钽在酸性电解液中形成稳定的阳极氧化膜，用钽制成的电解电容器，具有容量大、体积小和可靠性好等优点，制电容器是钽的最重要用途，70年代末的用量占钽总用量2/3以上。用钽制的抗腐蚀设备用于生产强酸、溴、氨等化学工业。金属钽可作飞机发动机的燃烧室的结构材料等。钽钨、钽钨铪、钽铪合金用作火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强材料以及控制和调节装备的零件等。钽易加工成型，在高温真空炉中作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等。钽还可作骨科和外科手术材料。碳化钽用于制造硬质合金。钽的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工业中的释热元件和液态金属包套材料。氧化钽用于制造高级光学玻璃和催化剂。

一、锂、铍、铌、钽矿石原料特点

    锂为稀碱元素之一，在自然界分布比较广泛，在地壳中平均含量为20×10-6(泰勒，1964)，在主要类型岩浆岩和主要类型沉积岩中均有不同程度的分布，其中在花岗岩中含量较高，平均含量达40×10-6(维诺格拉多夫，1962)。在自然界中目前已发现锂矿物和含锂矿有150多种，其中锂的独立矿物有30多种，大部分是硅酸盐(占67%)及磷酸盐(占21.2%)，其他则很少。作为制取锂的矿物原料主要是锂辉石(含Li2O5.8%～8.1%)、锂云母(含Li2O3.2%～6.45%)、磷锂铝石(含Li2O7.1%～10.1%)、透锂长石(含Li2O2.9%～4.8%)及铁锂云母(含Li2O1.1%～5%)，其中前3个矿物最为重要。

    铍是碱土金属元素之一，在地壳中平均含量为2.8×10-6。在岩浆岩和沉积岩中均有不同程度的分布，其中在酸性岩中含量较高，在花岗岩中铍的平均含量5.5×10-6(维诺格拉多夫，1962)，尤其在酸性岩浆活动晚期形成的花岗岩含量更高。在自然界中已发现的铍矿物和含铍矿物约计60多种，其中常见的有20多种。矿物种类以硅酸盐类最多，分布也较广，其次为磷酸盐类，仅有少数为简单氧化物、硼酸盐、砷酸盐和锑酸盐等。作为制取铍的矿物原料，主要是绿柱石(含BeO9.26%～14.4%)、硅铍石(似晶石)(含BeO43.67%～45.67%)、羟硅铍石(含BeO39.6%～42.6%)、金绿宝石(含BeO19.5%～21.5%)、日光榴石(含BeO8%～14.5%)。

    我国首次发现两个含铍新矿物。一个是香花石(含BeO15.78%～16.3%)，于1958年在湖南香花岭含铍条纹岩中发现的；另一个是顾家石(含BeO9.49%)，于1959年在辽宁地区的一个与碱性岩有关的夕卡岩中发现的。

    铌、钽共生密切，它们的物理性质、化学性质、地球化学性质以及矿物学性质等，都有许多类似之处，因而常在同一矿物中出现。所有的铌矿物中都含有钽，钽的矿物中都含有铌，只是有主次之分。有的形成完全的类质同象系列矿物，如铌铁矿-钽铁矿系列矿物：Ta2O5＜15%称铌铁矿，Nb2O5＜10%称钽铁矿，Nb2O5＞Ta2O5称钽铌铁矿，Ta2O5＞Nb2O5称铌钽铁矿，Fe/Mn＜1时则称为铌锰矿-钽锰矿系列。

    铌在地壳中平均含量为20×10-6，钽2×10-6，Nb/Ta值为10。铌、钽在主要岩浆岩和主要沉积岩都有不同程度的分布，其中在花岗岩中含量较高。目前，已发现的铌钽矿物和含铌钽矿物有130多种，其中较常见的有30多种。但作为铌钽工业矿物原料的只有10种，即铌铁矿-钽铁矿系列矿物(铌铁矿含Ta2O5＜14.55%，Nb2O5＞63.77%；钽铁矿含Ta2O5＞72.18%,Nb2O5＜10.33%)、褐钇铌矿(含Ta2O5为2.5%～11.09%,Nb2O5为33.64%～42.9%)、易解石(含Ta2O5为0.26%～3.3%，Nb2O5为21%～35%)、铌易解石(含Ta2O5为0.51%，Nb2O5为41.13%)、铌铁金红石(含Ta2O5为0.31%，Nb2O5为6.71～23.67%)、烧绿石(含Ta2O5为1.44%～6.65%，Nb2O5为56.01%～67.77%)、锰钽矿(含Ta2O5为70%～86%，Nb2O5为1.91%～10.33%)、重钽铁矿(含Ta2O5为73.98%～86.01%，Nb2O5为1.17%～1.37%)、黄钇钽矿(含Ta2O5为49.4%～55.5%，Nb2O5为9.15%)、细晶石(含Ta2O5为55%～77%，Nb2O5为0.4%～10.13%)。

二、矿石工业要求

    锂、铍、铌、钽矿石的工业要求，在1984年我国颁布的《稀有金属矿地质勘探规范(试行)》中，制定了锂、铍、铌、钽矿床参考性工业指标(表3.20.1)。其中，锂、铍矿床的边界品位和工业品位又分为手选矿石和机选矿石，并分别确定了品位指标。手选与机选矿石的划分，根据生产实践经验，若矿体中锂辉石粒径＞3cm，矿石品位在2%～3%以上；绿柱石的粒径＞0.5cm，矿石品位在0.1%～0.2%以上，就适于手选，划分为手选矿石，并进行手选矿物储量计算。铌钽铁矿粒径＞0.3cm，在开采过程中，可附带手选。手选矿石的尾矿具有机选价值的和不适于手选矿石的，均属机选矿石。

    由于锂、铍、铌、钽等有时共伴生一起组成综合性矿床，或伴生在钨锡等多金属矿床中并具有综合开采、综合利用价值，在地质勘探过程中应进行综合评价。为此，还制定了《伴生铍锂铌钽综合回收参考性工业指标

三、矿业简史

    锂、铍、铌、钽是稀有金属的重要组成部分。这4个元素虽然在18世纪末、19世纪初由化学家、冶金学家从分析矿石中发现的，并提取出金属。但当时并没有认识到它们的重要用途，加之它们的物理化学性质特殊，难以分离提取和矿物原料稀少，而未能进行规模开发与应用。直到第一次和第二次世界大战时，它们的用途与作用才显现出来，并由工业较发达的一些少数国家进行开发和利用，如德国、美国、原苏联等。第二次世界大战后的几十年来，锂、铍、铌、钽等稀有金属在一些工业和科学技术发达的国家中广泛应用于冶金、机械、化工、陶瓷、玻璃建材等工业，特别是在导弹火箭、核武器、电子技术、宇航和航空、原子能等诸多领域里广泛应用，成为新型材料的重要部分。因而，许多国家进行了大量矿产勘查与开发，作为重要的战略资源。

    中国的锂、铍、铌、钽矿业开发，在新中国成立之前，仅有新疆地区开展过稀有金属矿产勘查与开发。30至40年代原苏联地质工作者对阿尔泰山南缘地区进行稀有金属矿产勘查和开采工作，产品全部运往原苏联。其中，对富蕴县可可托海锂、铍、铌、钽矿区的伟晶岩1、2、3号脉进行地表勘探，开采了绿柱石(铍的主要矿物原料)、铌钽铁矿(铌钽主要矿物原料)、锂辉石(锂的主要矿物原料)。此外，在个别省区我国地质学家仅做过稀有、稀土元素矿物学的研究，由于当时经济、技术条件有限，也未能进行勘探和开发，更谈不上选冶生产和产品技术加工。因此，在旧中国时没有稀有金属工业。新中国成立后，根据国民经济建设和国防军工的需要，大力发展锂、铍、铌、钽等稀有金属工业。五六十年代进行了大规模的矿产地质勘查工作和开展选冶试验研究，建设了矿山选厂、冶炼厂、加工厂(或车间)。如今已形成采选冶和加工具有一定规模和水平的稀有金属工业体系。稀有金属产品已基本上满足了国民经济各部门的需要，而且锂、铍、铌、钽等产品还适当出口，为国家换取外汇做出了重要贡献。

一、资源状况

    我国锂、铍、铌、钽矿产资源丰富。截至1996年末，已探明的矿石锂的矿区(多数为锂、铍、铌、钽综合性的内生矿床)有32处。现保有储量(Li2O，下同)达百万吨以上，其中工业储量A+B+C级占53%。盐湖卤水锂储量(LiCl，下同)极为丰富，探明的矿区11处，其中青海省10个，湖北省1个，两省合计探明的储量达千万吨以上，其中工业储量占52%。铍矿探明储量的矿区有66处，现保有储量(BeO，下同)达数十万吨，其中工业储量占9.3%。铌、钽探明储量的矿区，以铌为主的矿区有99处，现保有储量(Nb2O5，下同)达数百万吨，其中工业储量占26.5%；以钽为主的矿区有87处，现保有储量数万吨(Ta2O5，下同)，其中工业储量占44.3%。

    据美国矿业局(1981～1994年)估计，世界锂、铍、铌、钽矿产储量基础：锂(金属量)840万t，铍(金属量)72.6万t，铌(金属量)420万t，钽(金属量)3.5万t。中国这4种矿产的储量在世界居于前列，据地质矿产部举办的《新中国成立四十周年地矿工作成就展览》统计资料(地质出版社，1992年出版)：钽矿占第1位，铌矿、铍矿、锂矿均占第2位。

二、地理分布

    锂矿分布在9个省区，其中矿石锂主要分布在7个省区，以1996年末保有储量(Li2O)排序依次为：四川占51.1%，江西占29.4%，湖南占15.3%，新疆占3%(因主要矿区经40多年来的大规模开采，故保有储量大量减少)，4省区合计占98.8%，其次是河南、福建、山西，3省合计仅1.2%。盐湖卤水锂主要分布在青海、西藏和湖北等省区，其中青海盐湖锂储量占80%以上。

    铍矿分布在14个省区，依次为：新疆占29.4%，内蒙古占27.8%(主要伴生铍矿)，四川占16.9%，云南占15.8%，4省区合计占89.9%，其次为江西、甘肃、湖南、广东、河南、福建、浙江、广西、黑龙江、河北等10个省区，合计占10.1%。绿柱石矿物储量，主要分布在新疆(占83.5%)、四川(占9.6%)，两省区合计93.1%，其次为甘肃、云南、陕西、福建，4省合计仅占6.9%。

    铌矿分布在15个省区，依次为：内蒙古占72.1%，湖北占24%，两省区合计占96.1%；其次为广东、江西、陕西、四川、湖南、广西、福建，以及新疆、云南、河南、甘肃、山东、浙江等。砂矿储量广东占99.4%，其次是江苏、湖南；褐钇铌矿储量主要分布在湖南、广西、广东、云南。

    钽矿分布在13个省区，依次为：江西占25.8%，内蒙古占24.2%，广东占22.6%，3省区合计占72.6%，其次湖南占8.6%，广西占5.9%，四川占5.3%，福建占5.1%，湖北占1.2%，5省区合计占26.1%，以及新疆、河南、辽宁、黑龙江、山东等5省区合计占1.3％。砂矿储量：钽铁矿矿物主要分布在广东，细晶石矿物分布于湖南和广东，前者占55.5%，后者占44.4%。

    表3.20.3和图3.20.1示出了我国主要的锂、铍、铌、钽矿床及其开发利用情况。

三、资源特点

    从矿业开发来看，我国锂、铍、铌、钽矿产资源有以下主要特点：

    1.分布高度集中，有利于建设大型采选冶联合企业。矿石锂集中分布在四川、江西、湖南、新疆4省区，占全国锂储量的98.8%；卤水锂主要分布在青海柴达木盆地盐湖发育区和湖北潜江凹陷油田内，其中柴达木盆地盐湖区占全国卤水锂储量的83.4%。铍矿集中分布在新疆、内蒙古、四川、云南4省区，占全国铍储量的89.9%。铌矿分布更是高度集中，内蒙古和湖北两省区的铌储量占全国铌储量的96.1%。钽矿主要分布在江西、内蒙古、广东3省区，占全国钽储量的72.6%。由此可见，锂、铍、铌、钽矿不仅集中分布在少数几个省区里，而且在省区里的分布又高度集中在几个大型、特大型(或称超大型)矿床(田)中，如四川矿石锂储量占全国1/2以上，其储量主要集中在川西高原的康定和金川两个特大型花岗伟晶岩型矿床(田)中，探明的储量占四川锂储量90%以上；新疆锂储量主要集中在富蕴可可托海和柯鲁木特两个矿床中，占新疆锂储量的80%以上。新疆铍矿储量占全国1/3，其中可可托海锂、铍、铌、钽矿区探明的铍储量占新疆铍储量的87%。全国铌储量高度集中于内蒙古白云鄂博、扎鲁特旗巴尔哲和湖北竹山庙垭3个超大型、大型矿床(田)中，占全国铌储量的96%。全国钽储量有1/2以上分布在江西宜春钽铌矿床、内蒙古扎鲁特旗巴尔哲铌(钽)稀土矿床和广东泰美钽铌矿床。

    实践证明，矿产资源高度集中分布有利于集中投资建设大型采选冶联合企业，集中开发，易于发挥经济、社会效益。如新中国成立之初，鉴于新疆阿尔泰山南缘蕴藏丰富的稀有金属矿产资源，1953年开始对富蕴县可可托海等矿区进行大规模地质勘探工作，并迅速建设矿山，开发锂、铍、铌、钽等资源，60年代即建成稀有金属采选冶联合大型企业，成为我国锂、铍、铌、钽重要生产基地，又经逐步扩大形成年产锂辉石精矿3万t生产能力。以锂辉石为原料的新疆锂盐厂成为世界三大厂家之一，生产单水氢氧化锂和碳酸锂的产量占全国锂产量80%以上，不仅满足了国民经济建设和国防军工需要，而且还大量出口创汇。在江西60年代末发现并迅速勘探的江西宜春特大型富钽稀有金属矿床，70年代集中投资建设我国最大的钽铌厂矿——江西宜春钽铌矿和九江钽铌冶炼厂，钽精矿产量占全国产量一半以上，成为我国钽铌工业的主要采选冶企业。

    2.单一矿床少，共伴生矿床多，综合利用价值大。我国锂、铍、铌、钽矿经勘探表明大部分是综合性矿床，其储量以共伴生矿床为主。如铍矿储量，据统计：与锂、铌、钽矿伴(共)生占48%，与稀土矿伴生占27%，与钨矿伴(共)生占20%，尚有少量与钼、锡、铅、锌等有色金属和云母、石英岩等非金属矿产相伴生。铌储量，共伴生矿床的储量约占全国铌储量的70%以上，主要是从白云鄂博铁、稀土、铌综合性矿床中探获的。还有一部分铌的储量伴生在钨锡矿床中。综合性矿床综合利用价值巨大，如新疆可可托海大型花岗伟晶岩型矿床共伴生锂铯铷铍铌钽，在采选冶过程中进行综合回收、综合利用，取得显著的经济效益。江西宜春钽铌矿山除生产钽铌精矿、锂云母精矿等外，还综合开采、综合利用长石粉、高岭土精矿、石英砂和白花岗岩石料等副产品，矿山取得的经济与社会效益十分可观，1986～1996年的10年中，综合利用现价工业产值达到近9000万元，占矿山总产值的40%。

    3.品位低、储量大。我国锂、铍、铌、钽矿除少数矿床或矿段、矿体品位较高外，大多数矿床品位低，因而制定的矿产工业指标较低，故勘探以低品位指标计算的储量则很大。

 我国铌的应用领域：铌铁主要用于电焊条、高温合金；氧化铌主要用于氧化铌陶瓷电容器、光学材料；金属铌用于阳极管；铌铸铁用于汽缸套及活塞中，以提高使用寿命。在超导材料中已开始使用。近年来铌铁的需求量稳步增长，1990年消费量122t(含进口铌铁量约80t)，1991年144t(含进口铌铁量80t)，1992年159t(含进口铌铁量82t)，1995年230t左右，含纯铌约150t。对铌的需求量预测，2000年我国铌的需求量为470t。

四、展  望

    锂、铍、钽、铌的需求量，从我国现有的矿产资源和目前采选冶能力来看，其中，锂、铍、钽均有保证，而且发展前景广阔，资源丰富，可供开采的矿床有较大的选择余地。而铌铁需求量大，如1995年需求量230t(含纯铌150t)，但目前我国铌铁产能仅有95～100t/a，满足不了需求。因为长期以来没有建设以铌为主的生产矿山，生产铌精矿有限，主要来自几个以钽为主的生产矿山回收铌精矿，而且冶炼产品产量也是从生产钽时获得的，受钽产量制约。如前所述的预测2000年钽的需求量92.6t，同预测的2000年铌的需求量470t对比相差甚大，故2000年以后铌的供应将日趋紧张。解决的途径：

    一是利用国内有较丰富铌资源建新矿山，如内蒙古扎鲁特旗巴尔哲铌稀土矿床，或是扩建已有钽铌矿山，或是利用白云鄂博铁铌稀土矿床中开发富铌矿石生产铌铁。

    二是利用国际市场，进口铌铁等需要的矿产品及加工产品，据经济核算，国内建矿和扩大现有的采选冶能力，还不如从国外进口铌精矿和铌铁更合算。如目前国产铌铁价格比从巴西进口的铌铁价格高40%左右，并且进口铌铁货源充足，价格稳定，供货可靠。因此，我国钽铌

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