比黄金还贵的元素｜稀土何以让世界为之“猖獗”？

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电动汽车发起机、iphone手机、军用航天喷气发起机、电池、卫星……，这些看似互不相关的东西，却有一个共同点:都高度依赖于稀土元素才干正常制造。那么问题来了：什么是稀土？

全球主要稀土产地

什么是稀土

稀土元素是化学元素周期表中17种特殊元素的统称，包含元素周期表倒数第二排的15种镧系元素，以及钪（Sc）和钇（Y）。其构成于地表之下，望文生义，具有很高的开采和提纯难度，目前仅有中国控制类目完备的稀土开采技术。稀土是展开示代工业至关重要的战略资源，而我国稀土储量丰厚，开采技术抢先，在全球稀土市场处于绝对的优势位置。

元素周期表

稀土元素可能由火山活动被岩浆带上地表，它们的降生以至要早于地球。在宇宙构成之初的超新星爆炸中，大量稀土元素就曾经产生了，而当地球构成时逐步被吸收到地幔的最深处。随着结构活动构成地幔移动，稀土矿物开端随着岩浆等上升到地表，最终散布到整个地球名义。

价值远胜黄金

稀土亦被称为“工业黄金”，其具有其它元素所没有的磁性、耐热性和磷光特性，与其它元素相互作用构成性质共同的资料，被普遍应用于军事、新资料、航空航天等各个范畴。据英国路透社报道，美国政府问责局（GAO）2016年的一份讲演显现，美国国防部对稀土的需求仅占全美1%。小至智能手机，大至火箭、导弹，稀土都是其制造过程中无可替代的资料。

美国SpaceX猎鹰9号火箭

在国防军工行业，简直一切高科技现代武器都需求稀土。美国雷神公司（Raytheon Company）和洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin Space Systems Company）等大型国防合约商都高度依赖于稀土元素。某些稀土元素对高精尖军事配备的制造必不可少，如喷气发起机、反导防御系统、卫星等。此外，夜视镜、精确制导武器、通讯设备、电池和其他国防电子产品也离不开稀土元素。

稀土元素

稀土还有“新资料之母”的佳誉，其具有优秀的光电磁物理特性，能够与其它资料组成性能各异、种类繁多的新资料，大幅度提升和改善传统资料的性能。好比钕元素与铁、硼掺杂时，能够构成世界上最强的一类磁铁，普遍应用于iphone和硬盘驱动器中。

稀土开采十分具有应战性

固然稀土元素在地壳中的丰度远高于黄金，但目前地球上曾经探明的可开采、提炼的稀土矿却少之又少，且开采成本昂扬。怀俄明矿业协会宣称，建造一座稀土矿的成本可能高达5亿美圆，而应用于电脑显现器和电视屏幕的稀土铕，每吨的价钱约为71.2万美圆。是什么招致稀土价钱如此昂贵？

稀土矿

依据美国地质调查局（USGS）的数据，稀土元素在地壳中含量相对丰厚，好比铥和镥，固然是最不常见的两种稀土元素，但在地壳中的平均丰度是黄金的近200倍。但是，稀土元素在地球上的散布十分分散，很难找到具有丰厚储量的稀土矿。

而找到具有一定储量的稀土矿只是其消费过程的第一步。稀土的提取和分别才是最艰难的步骤，由于稀土很可能与周围的泥土、岩石和矿物堆积物发作化学反响。稀土专家Eugene Gholz称，稀土矿物开采出来后，面临的最大应战就是将稀土元素从矿石中分别出来。

稀土矿

分别过程需求耗费大量的人力和金钱，化学工艺十分复杂和艰难。一是由于稀土元素之间性质极端相似，分别提纯十分艰难。二是由于开采得到的稀土矿中还有很多杂质，提纯过程常常需求重复数百次才干得到满足工业需求的稀土产品。

全球稀土市场霸主

中国稀土资源十分丰厚，USGS的数据显现，全球公开稀土储量合计超越1.4亿吨，其中中国约有6100万吨，占领43.5%，储量全球排名第一。而且我国的稀土提取分别技术不时处于世界抢先位置。过去十年里，我国稀土产量占领全球稀土供给量的90%以上，而且是独一能够提供全部17种稀土元素的国度，曾经成为世界上名不虚传的稀土独家供给国。

1960年至今各国稀土产量及占比

2014至2017年，美国进口的稀土元素有80%来自中国。目前，整个美国只需一个可开采的稀土矿，每年开采约5.5万吨稀土精矿，但其产业链并不完备，需求将其运往中国才干继续中止深度加工。在中美贸易战的大背景下，5月29日美国国防部向白宫和国会提交了一份讲演，请求取得更多的联邦资金以支持美国国内稀土产业的展开。

不外，日前外媒评论称“中国对稀土市场的控制不可能永远持续下去”，缘由是全球多地发现了新的稀土矿藏，这会撼动我国在稀土行业的位置吗？

稀土矿

日本发现大型稀土矿床

依据发表在《Scientific Reports》的一项研讨显现，日本南壁岛左近海域探测到大型稀土矿床，总储量在1600万吨左右，剖析人士称可供全球运用数百年。据《日本经济新闻》报道，日本可能将于今年展开海底地质调查，2022年开端中止开采，以完成稀土金属的自给自足，解脱对中国市场的依赖，以至希望能够突破中国对稀土市场的霸主位置。

日本南壁岛左近海域表示图

但事实有这么简单吗？美国金属技术研讨公司的开创人称，日本可能改动全球稀土市场的格局，促使稀土金属的开采处于有序的市场竞争当中。但是，日本海底稀土散布面积较为宽广，其平均丰度较低，加之海底开采难度大，耗费成本高，而且日本在稀土开采设备和阅历上简直为零，深海采矿船远落后于中国，因而谈撼动中国在稀土市场的位置尚为时过早。

作者/朱张航宇

信息源：USGS、Business Insider、Reuters

参考文献：

[1] Adams, J.W., and Staatz, M.H., 1973, Rare-earth elements, in Brobst, D.A., and Pratt, W.P., eds., United States mineral resources: U.S. Geological Survey Professional Paper 820, p. 547–556.

[2] Yutaro Takaya, Kazutaka Yasukawa, Takehiro Kawasaki, Koichiro Fujinaga.et al. The tremendous potential of deepsea mud as a source of rare-earth elements,Science Reports(2018).

[4] de Boer, J.L.M., Verweij, W., van der Velde-Koerts, T., and Mennes, W., 1996, Levels of rare earth elements in Dutch drinking water and its sources—Determination by inductively coupled plasma mass spectrometry and toxicological implications—A pilot study: Water Resources, v. 30, no. 1, p. 190–198.

[5] Sidder, G.B., Day, W.C., Nuelle, L.M., Seeger, C.M., and Kisvarsanyi, E.B., 1993, Mineralogic and fluidinclusion studies of the Pea Ridge iron-rare-earth-element deposit, southeast Missouri, chap. U of Scott, R.W., Jr., Detra, P.S., and Berger, B.R., eds., Advances related to United States and international mineral resources— Developing frameworks and exploration technologies: U.S. Geological Survey Bulletin 2039, p. 205–216.