張福良 李政林

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心;2.國土資源部礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導中心;3.中國地質(zhì)大學(北京)地球科學與資源學院)

1 獨居石資源分布及開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 獨居石資源分布

全球獨居石資源較為豐富，但具有經(jīng)濟開采價值的通常是沖積型或海濱砂礦床。獨居石資源主要分布在澳大利亞、印度、南非等國。其中，澳大利亞近年來發(fā)現(xiàn)并建設(shè)數(shù)座大型獨居石礦山，總儲量達520萬t;印度的獨居石資源則主要分布在海濱砂礦和內(nèi)陸砂礦中，其稀土總儲量約110萬t，約占世界儲量的1%;南非斯廷坎普斯克拉爾的磷灰石礦伴有獨居石，是世界上唯一的單一脈狀型獨居石稀土礦［1］。

我國獨居石資源主要為濱海砂礦床和內(nèi)河沖積型礦床(表1)，其中濱海獨居石砂礦床主要分布在廣東省中部的陸豐—臺山和西部的陽江—吳川一帶、廣西壯族自治區(qū)的珍珠灣—北海區(qū)域、海南省的東海岸以及臺灣地區(qū)的西海岸一帶。主要產(chǎn)出于濱海沙灘、沙堤之上，具有規(guī)模大、品位高、埋藏淺的特點;內(nèi)河沖積型獨居石砂礦則主要分布在湖南岳陽、益陽等地的內(nèi)河河道中，以及洞庭湖近岸，礦床規(guī)模以中小型為主。

表1 我國主要獨居石礦床分布情況

1.2 獨居石資源開發(fā)狀況

澳大利亞是獨居石資源大國，迄今在韋爾德山等處探明的稀土儲量達170萬t，資源儲量比上世紀80年代的統(tǒng)計數(shù)據(jù)高出10倍多;巴西是生產(chǎn)稀土的最古老國家，從1884年就開始向德國等歐洲國家輸出獨居石礦，巴西的獨居石資源主要集中在東部的南大西洋沿岸地區(qū)，從里約熱內(nèi)盧到福塔萊薩，長約643 km，礦床規(guī)模大，由巴西核能和獨居石聯(lián)合有限公司負責采選;南非是非洲地區(qū)最重要的獨居石生產(chǎn)國，在東海岸查茲貝海濱砂礦中含有大規(guī)模的獨居石礦資源，在布法羅螢石礦中也伴生有獨居石和氟碳鈰礦，目前南非政府正在擬定相關(guān)的開采和回收計劃;印度稀土資源主要是獨居石，主要分布在海濱和內(nèi)陸砂礦中，1993年印度原子能部原子礦物分部估算，獨居石資源總儲量約456萬t，有名的獨居石礦區(qū)是位于西南海岸的恰瓦拉和馬納范拉庫里奇的特拉范科礦床，1958年在勘探鈾釷資源時，在比哈爾邦的蘭契高原也發(fā)現(xiàn)一座獨居石和鈦鐵礦礦床，規(guī)模很大，據(jù)報道每平方英里含有3500 t獨居石，目前尚未開采［2］。

我國現(xiàn)有獨居石礦是相關(guān)的選礦企業(yè)將含有鋯英砂較高的砂礦提煉金紅石、鈦鐵礦后形成的副產(chǎn)品或是采砂淘金后形成的重砂礦，進行獨居石的冶煉和生產(chǎn)［2-3］。目前我國已經(jīng)禁止開采單一獨居石礦，但仍有部分省份和地區(qū)存在私自亂挖、亂采現(xiàn)象，大多數(shù)無證采挖的小型生產(chǎn)企業(yè)集中在湖南岳陽、益陽、永州等地，主要是采挖內(nèi)河道以及洞庭湖等湖泊沿岸的獨居石砂礦床。甚至有的選礦企業(yè)通過非法渠道從澳大利亞等國家和地區(qū)走私獨居石原礦進行冶煉，提取稀土資源。這類生產(chǎn)企業(yè)沒有進行相應的污染治理，嚴重污染了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，影響居民身體健康。

2 我國獨居石資源的冶煉工藝及環(huán)境影響

2.1 獨居石的性質(zhì)

獨居石是一種含有鈰和鑭的磷酸鹽礦物，也是稀土金屬礦的主要礦物之一，其化學式為(Ce、La、Nd、Th)PO4，中文學名磷鈰鑭礦［4］，礦物成分中稀土氧化物含量可達50%～68%。獨居石屬于單斜晶系礦物，晶體常呈板狀或柱狀，棕紅色、黃色、有時為褐黃色，油脂光澤，解理平行{100}中等，摩氏硬度5～5.5，密度4.9～5.5 t/m3。該礦物在1829年由Breithaupt命名，來源于希臘語Monazite一詞，象征其稀少性;常呈分散的細粒狀晶體產(chǎn)在花崗巖、正長巖、或與之相關(guān)的偉晶巖中，還產(chǎn)于一種在成因和空間上與堿性巖有關(guān)的碳酸鹽中，與燒綠石、氟碳鈰礦等礦物共生，成為重要的稀土礦床，在表生條件下，獨居石經(jīng)過風化剝蝕等物理化學作用，可以富集形成砂礦。

2.2 我國獨居石資源冶煉工藝現(xiàn)狀

獨居石的開采基本是傳統(tǒng)的露天開采，將地表覆土剝離后進行露天大規(guī)模機械化開采，礦石進入破碎車間進行破碎，然后運至選礦廠。為了滿足生產(chǎn)的需要，在冶煉前經(jīng)選礦，將獨居石與脈石礦物和其他礦物分開，以提高稀土的氧化物含量，從而得到能滿足稀土生產(chǎn)要求的獨居石精礦。

目前獨居石礦的選礦一般采用浮選法，并常輔以磁選、重選等多種組合選礦工藝流程。獨居石精礦等級見表2。

我國以獨居石為原料進行分離冶煉的企業(yè)主要集中在湖南，其中以益陽和永州兩地的企業(yè)為多。獨居石的冶煉主要有燒堿浸煮法［5-6］和硫酸焙燒法，即傳統(tǒng)的堿法與酸法，其中硫酸焙燒法主要應用于包頭白云鄂博獨居石-氟碳鈰混合稀土礦(圖1)，燒堿浸煮法則多用于處理南方的獨居石精礦(圖2)。

表2 獨居石精礦等級 %

圖1 獨居石精礦酸法處理流程

圖2 獨居石精礦堿法處理流程

相比較而言，在生產(chǎn)過程中，燒堿浸煮法比硫酸焙燒法獨居石粉塵廢氣排放少，而且能夠做到回收釷、鈾等放射性金屬元素。但兩種方法均不能真正有效的徹底杜絕環(huán)境污染，尤其是對于放射性元素的有效回收和處理。

2.3 獨居石資源開發(fā)利用中的環(huán)境影響

獨居石生產(chǎn)過程中的污染主要集中在廢氣、廢水的排放和冶煉之后堆積的具有放射性的尾渣。目前我國獨居石冶煉生產(chǎn)的企業(yè)大都采用燒堿浸煮工藝，雖然在很大程度上減少了廢氣的排放，但仍然存在較多的廢水以及放射性廢渣的污染。而且在獨居石球磨制粉的過程中，其粉塵易對工人的身體健康造成危害。

為了減少粉塵對操作工人的危害，必須將現(xiàn)有的干磨工藝進行全自動化改裝或者采用更為環(huán)保的濕磨工藝。東北大學材料與冶金學院開發(fā)的CaONaCl焙燒分解獨居石的工藝，湖南益陽鴻源稀土有限公司等多家企業(yè)組織開發(fā)的獨居石尾渣綜合回收與綠色循環(huán)新工藝，旨在解決生產(chǎn)過程中放射性廢水、廢渣的排出，以實現(xiàn)獨居石中稀土、釷、鈾等資源的全回收和綠色循環(huán)。

通過對獨居石資源的綜合利用，能夠在很大程度上解決單一稀土礦的開發(fā)，而對鈾、釷等放射性元素的回收處理，既能極大地降低對環(huán)境造成的影響，也可以擴充我國核資源儲備。

目前，我國獨居石生產(chǎn)的企業(yè)均沒有對產(chǎn)生的廢渣進行放射性元素回收處理，只對生產(chǎn)后的放射性廢渣進行了集中堆放積壓，不僅造成了釷、鈾等戰(zhàn)略資源的大量浪費，而且對生產(chǎn)工人的身體健康和周圍環(huán)境都將產(chǎn)生不利影響。放射性污染會破壞人體機體的大分子結(jié)構(gòu)，甚至直接破壞人體的組織結(jié)構(gòu)和細胞，從而引發(fā)各類慢性放射疾病，其發(fā)病過程往往會延續(xù)幾十年之久，嚴重者甚至引發(fā)白血病和各種癌癥。但我國現(xiàn)有的獨居石冶煉工藝難以支持放射性污染物排放達標，急需規(guī)范化管理和無放化綜合利用的新工藝研發(fā)。

3 政策建議與思考

3.1 繼續(xù)禁止單一獨居石礦的開采，綜合利用伴生產(chǎn)出的獨居石

獨居石雖然是一種重要的冶煉稀土元素的礦物資源，但目前在開發(fā)利用中仍面臨諸多工藝技術(shù)與環(huán)境問題，我國應盡快將獨居石資源的開發(fā)利用納入國家統(tǒng)籌規(guī)劃管理的范疇:一方面繼續(xù)禁止單一型獨居石資源的開采，從上游非法開采到下游生產(chǎn)銷售進行全產(chǎn)業(yè)鏈封殺，對部分地區(qū)存在無證亂挖亂采并造成環(huán)境危害的企業(yè)要堅決依法取締;另一方面針對選礦企業(yè)從砂礦中提煉分離鋯英砂、鈦鐵礦和金紅石等礦產(chǎn)品作為尾礦的獨居石，要結(jié)合該礦物本身伴生組分多的特性(如鈾、釷等放射性元素都具有開發(fā)價值)，開發(fā)時應注意對伴生元素的回收利用，達到既可以增加資源的有效利用，避免浪費，又可以降低污染，增加經(jīng)濟效益。

3.2 禁止進口獨居石原礦，關(guān)注相關(guān)國家的獨居石礦業(yè)動態(tài)

針對目前國內(nèi)某些選礦企業(yè)，通過走私等非法渠道，從國外進口獨居石原礦在國內(nèi)進行冶煉生產(chǎn)的情況，并由此帶來的環(huán)境破壞和資源浪費等一系列問題，立法機構(gòu)應立即確立相關(guān)法律和條例，嚴格禁止獨居石原礦的進口，國土資源執(zhí)法部門還要聯(lián)合海關(guān)等相關(guān)部門，加大走私獨居石原礦的處罰力度。

值得關(guān)注的是，澳大利亞等獨居石資源豐富的國家，在獨居石冶煉分離稀土和治理相關(guān)放射性環(huán)境污染上擁有更加領(lǐng)先的工藝技術(shù)，這對我國在利用境外獨居石資源提供了新的思路，國內(nèi)企業(yè)可以通過參股、控股、并購等多種方式參與澳大利亞和“金磚國家”的獨居石資源的開發(fā)，從而改變以往的單純進口模式。合理利用境外資源，增強輕稀土資源供應市場的保障能力。

3.3 研究開發(fā)新型工藝技術(shù)，杜絕環(huán)境污染

獨居石生產(chǎn)企業(yè)應研究開發(fā)采、選、冶新工藝，進一步提高稀土資源利用率、采選回收率以及稀土和放射性元素的綜合回收利用率，實現(xiàn)綠色循環(huán)，最大限度減少環(huán)境污染。

鼓勵生產(chǎn)企業(yè)自主開發(fā)獨居石等稀土原料生產(chǎn)的創(chuàng)新體系，加大對相關(guān)研發(fā)資金的投入力度，建立以生產(chǎn)企業(yè)為主、科研院所廣泛參加的稀土生產(chǎn)技術(shù)研究中心;加大稀土技術(shù)的引進，盡快突破技術(shù)難關(guān)，如法國的稀土冶煉分離技術(shù)和日本的稀土深加工技術(shù)，都處于世界領(lǐng)先水平，值得學習借鑒;加大產(chǎn)學研結(jié)合的力度，使先進技術(shù)真正應用到稀土產(chǎn)品中，真正杜絕放射性環(huán)境污染，保護生態(tài)與居民身體健康。

3.4 完善法律法規(guī)、加強監(jiān)督管理，整合市場資源、釋放企業(yè)活力

1991年5號文件把稀土列入國家保護性資源，但在過去的20余a里，很多地方和企業(yè)卻沒完全按照國家規(guī)定的礦產(chǎn)品指標進行科學和安全生產(chǎn)，使稀土資源的開采量過大，同時也出現(xiàn)采礦權(quán)管理的不規(guī)范，導致一證多點開采，甚至無證開采現(xiàn)象的出現(xiàn)。而此類現(xiàn)象在獨居石礦的開采中更加突出，因此急需加強獨居石資源的開發(fā)管理和采礦權(quán)的登記審查工作。

稀土屬于有限的、不可再生的保護性資源，因此一定要遏止其過快消耗，提高利用率。在有獨居石資源開發(fā)、生產(chǎn)的地區(qū)，鼓勵有實力、生產(chǎn)工藝領(lǐng)先的大企業(yè)進行稀土資源的整合，以解決其開發(fā)利用中的“低、小、散、亂”等現(xiàn)象，從而使礦產(chǎn)資源開采秩序進一步規(guī)范化和法制化，促進稀土產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

4 結(jié)論

稀土礦產(chǎn)作為極端重要的戰(zhàn)略性資源，業(yè)已被全社會所關(guān)注，隨著全球尤其是美國經(jīng)濟形勢的好轉(zhuǎn)和我國經(jīng)濟增長模式進入“新常態(tài)”的背景下，科技進步和創(chuàng)新將會帶動一大批，尤其是以新能源、新材料為代表的朝陽產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而稀土元素作為“工業(yè)維生素”，其需求量和利用程度也將會大幅度提升。

獨居石礦作為生產(chǎn)輕稀土的重要礦種之一，已經(jīng)得到越來越多的關(guān)注和重視，但目前我國獨居石生產(chǎn)管理仍比較混亂，生產(chǎn)工藝落后，資源沒有得到有效利用，并對環(huán)境產(chǎn)生負面影響，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)競爭力不足，因此，一方面要加強統(tǒng)籌管理，嚴格禁止國內(nèi)單一型獨居石礦的開采，禁止從國外進口單一獨居石原礦，加強對伴生獨居石資源的回收利用，通過工藝技術(shù)創(chuàng)新提高國內(nèi)獨居石資源的利用水平;另一方面應重點關(guān)注澳大利亞和“金磚國家”獨居石資源的合理利用，做到境外資源與技術(shù)為我所用;此外，稀土資源利用產(chǎn)業(yè)鏈逐步向高端延伸，應成為增強我國稀土資源行業(yè)國際競爭能力的戰(zhàn)略方向。

［1］ U.S.Geological Survey.Mineral Commodity Summaries［R］.Virginia:U.S.Geological Survey，2011.

［2］ 孫 巖，韓昌甫.我國濱海砂礦資源的分布及開發(fā)［J］.海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì)，1999，19(1):117-121.

［3］ 楊慧根.鈦鋯稀土砂礦精選新工藝的研究［J］.有色金屬:選礦部分，1998(3):24-26.

［4］ 蘇正夫.獨居石礦資源的綜合利用研究現(xiàn)狀［J］.世界有色金屬，2014(8):31-33.

［5］ 吳文遠，胡廣勇，孫樹臣，等.CaO和NaCl焙燒混合稀土精礦過程中的分解反應［J］.中國稀土學報，2004，22(2):210-214.

［6］ 徐光憲.稀土:上冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1995.