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稀土在地壳中的丰度

稀土作为一组元素,除了具有神奇的物理、化学特性,稀土在国际市场中的独特地位也令人十分着迷。从今年开始,西瓜就在此开一个小小的专栏,
        稀土作为一组元素,除了具有神奇的物理、化学特性,稀土在国际市场中的独特地位也令人十分着迷
  相信很多人都想知道到底有多少稀土?其实,这个问题真的很难回答,毕竟数百年来人们在探索的过程中不断地发现了大量的稀土资源,大陆、海洋,甚至月球上都发现了稀土。准确的回答这个问题是不可能的,但是在一定的精确度上对地球上到底有多少稀土进行衡量是可行的,这就需要介绍我们要讨论的主题——元素在地壳中的丰度。
 
  所谓丰度指的是一种化学元素在地壳中的重量占地壳中重量的比例,丰度的确定基于大量地质调查数据。根据元素在地壳中的丰度,我们可以对元素在地球上的重量进行一定的评估和比较。表1是我们引自《CRC handbook of chemistry and physics》的稀土元素在地壳中的丰度数据。
表1 稀土元素的丰度和参考价格
              
元素 英文名称 元素
符号
原子
序数
原子量 地壳丰度
(ppm)
排序 参考价格
(金属,万元/吨)
Lanthanum La 57 138.91 39 3 2.8
Cerium Ce 58 140.12 66.5 1 2.7
Praseodymium Pr 59 140.91 9.2 6 56
Neodymium Nd 60 144.24 41.5 2 62
Samarium Sm 62 150.36 7.05 7 8.8
Europium Eu 63 151.96 2.0 12 -
Gadolinium Gd 64 157.25 6.2 8 33
Terbium Tb 65 158.92 1.2 14 920
Dysprosium Dy 66 162.50 5.2 9 245
Holmium Ho 67 164.93 1.3 13 -
Erbium Er 68 167.26 3.5 10 -
Thulium Tm 69 168.93 0.52 16 -
Ytterbium Yb 70 173.04 3.2 11 -
Lutetium Lu 71 174.97 0.8 15 -
Yttrium Y 39 88.91 33 4 20
Scandium Sc 21   22 5 -
平均值 15.14 - 148.8
中位值 5.7 - -
 
 
  从表中可以看到,除钪以外的15种稀土元素的平均丰度15.14,中位值为5.7。丰度最高的元素是铈,达到了66.5。最低的是铥,只有0.52。由于稀土元素数量较多,各个元素应用领域不同,因此某个元素的价格即与丰度所反映的稀缺程度有关,更加取决于该元素的需求大小。目前需求量最大的钕、镨、铽和镝分别是41.5、9.2、1.2和5.2,前两种相对丰富,后者则十分稀缺。作为对比,我们从同一本手册引用了金银贵金属和钴镍小金属在地壳中的丰富数据,参见下表。
表2 贵金属、小金属等元素的丰度和价格
 
元素 英文
名称
元素
符号
原子序数 原子量 地壳丰度(ppm) 2020参考价格
(金属,万元/吨)
Gold Au 79 197.0 0.004 40000
Silver Ag 47 107.9 0.075 400
Platinum Pt 78 195.1 0.005 20000
平均值 0.028 20133
Cobalt Co 27 58.93 25 29
Lithium Li 3 6.94 20 50
Niobium Nb 41 92.91 20 900
平均值 22 326
Nickel Ni 28 58.69 84 13
Copper Cu 29 63.55 60 5.8
平均值 72 9.4
 
 
  通过对比可知,稀土元素的丰度与金、银、铂相比要丰富的多,前者平均丰度是后者的540倍,后者平均价格是前者的135倍。稀土元素的平均丰度与钴、锂、铌相近,后者平均丰度约是前者的1.45倍,后者的平均价格约是前者的2.19倍。稀土元素的平均丰度是铜、镍元素平均丰度的三分之一,平均价格是铜、镍平均价格的15.8倍。
 
  结合参考价格数据,我们会发现虽然稀土在地壳中的丰度较大,但是依然表现出了巨大的稀缺性,价格远高于一些丰度远小于它的资源。这就引出了一个极其重要的问题,赋存丰富未必意味着充足。这里可以套用经济学里面的流动性概念,房子、机器、金银和货币同是资产,但是在他们转化为现金时却具有不同的价格,其原因在于这些资产的流动性不同。易于变现的资产变现容易,反之则难。从资产变为先进需要各种各样的环节,不但有折价,还要损耗时间。因此即便拥有大量的房屋、机器的巨富,当遇到继续大量现金的时候,老财主也会遇到远水难解近渴,不得不含泪甩卖家资的困境。这也是为什么常常听到拥有大量资产的企业因为资金链断裂而破产的真实原因。
 
  对于稀土资源而言也是如此,从蕴藏在地底的资源转化为可以使用的产品,其间至少包含了探矿、采矿、选矿、分离和环境治理五个环节,每一个环节都需要消耗一定的成本和时间,其中探矿和采矿更是投入大、风险大、回报周期长的环节,并且极大的依赖于矿产的品位、赋存条件和共伴生情况等因素。而稀土恰恰具有不利于这些环节上节约成本和时间的因素。从赋存情况看,含有稀土的近300种矿物中的绝大部分都与其它矿物具有密切的共生或者伴生关系,这直接导致稀土资源的品位较低,进而导致采矿成本高昂(一般品位越低,要挖的矿石量就越大,当然也有例外),选矿工艺复杂昂贵(要与其它矿物完全分离通常需要将矿石磨碎到极小的粒度,还有结合多种选矿工艺才能实现分离)。
 
  共伴生的特点还引起了另外一个比较头痛的问题,稀土常常与放射性元素伴生,主要是钍,也包括铀。尽管现代的稀土选矿和分离工艺已经能够将稀土元素和放射性元素分离开来,但是除了必不可少的成本问题外,分离出来的放射性元素的处理和存放显得更加困难。
 
  正是因为有如此多的限制因素,我们才会看到虽然全球范围内有超过一千个矿山中发现了储量可观的稀土资源,但是真正能够实现开采和运营的却少的可怜。实际上,在现有的技术条件下,绝大部分稀土资源并不具备开发的经济性,或者可开发性。也就意味着稀土资源具有十分明显的稀缺性,全世界的人民当且用且珍惜。
 
  众所周知,中国拥有丰富的稀土资源,而且是具备开采经济型的稀土资源。无论是北方草原的白云鄂博,还是散布在赣南、粤北的稀土资源,这都是中华民族祖先留给我们的珍贵财富。西瓜很认同《稀土管理条例》(征求意见稿)“立法目的”一节中关于稀土资源使用原则的描述,对于如此优质的稀缺资源,一定要合理、可持续的使用。万万不能被“丰度”和“储量”等数据的表象所迷惑,毕竟守得住的青山绿水,才真是用不完的金山银山!
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