鄧 攀,陳玉明,葉錦華,張偉波
(1.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心,北京 100037; 2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083)
鈮鉭在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域中的熱防護(hù)材料和結(jié)構(gòu)材料。美國和俄羅斯過去一直是航空航天領(lǐng)域的強(qiáng)國,對于鈮鉭資源的需求巨大[1]。同時(shí),鈮鉭在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的用途日益重要,如鉭金屬應(yīng)用于3D打印技術(shù)制作醫(yī)療種植體已成為其在民用領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。此外核電站的建設(shè)對鈮鉭的需求也將會(huì)增加。未來一段時(shí)間,由于中國在航空航天、醫(yī)療外科、核能工業(yè)等高科技領(lǐng)域的發(fā)展,對鈮鉭的需求將保持穩(wěn)定的較快增長[2]。我國鈮鉭雖然有一定的資源儲(chǔ)量,但勘查開發(fā)現(xiàn)狀與日益增長的需求極不適應(yīng)。研究全球鈮鉭資源分布與產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢,對我國推進(jìn)鈮鉭相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
根據(jù)Mineral Commodity Summaries 2019年統(tǒng)計(jì),全球鈮金屬資源總量超過910萬t,鉭金屬全球資源總量超過11萬t[3]。表1和表2反映了2014~2018年全球鈮鉭金屬資源在各國儲(chǔ)量的變化情況。鈮礦主要分布在巴西和加拿大[4],分布相對集中,僅巴西的資源儲(chǔ)量就占到全世界的80%左右。此外,澳大利亞、俄羅斯、中國、安哥拉、馬拉維、南非、埃塞俄比亞、尼日利亞、剛果(金)、肯尼亞等國家亦有分布。特別值得關(guān)注的是,2018年巴西和加拿大的鈮金屬儲(chǔ)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)劇增,美國也首次公布了境內(nèi)儲(chǔ)量數(shù)據(jù)。鉭礦主要分布在澳大利亞和巴西(兩國合計(jì)占到全世界總儲(chǔ)量的95%左右),此外在剛果(金)、盧旺達(dá)、尼日利亞、埃塞俄比亞等非洲國家也有分布。
巴西的莫羅道斯賽斯拉各斯(Morro dos Seis Lagos)礦是目前全世界已查明資源量最大的鈮礦山,達(dá)到2 897 Mt,Nb2O5品位2.85%。迄今為止,世界上開采及具有開采潛力的鈮礦多數(shù)與碳酸巖有關(guān)[5],其中巴西每年的鈮產(chǎn)出占全世界總產(chǎn)出的88%,剩下10%由加拿大產(chǎn)出,其他地區(qū)只占2%。表3是世界上某些典型鈮鉭礦床概況[6]。盡管澳大利亞擁有著世界上最大的探明鉭儲(chǔ)量,約占世界的70%,但在2007年以后,由于世界上最大的鉭礦供應(yīng)商、澳大利亞的瓜利亞家族(Sons of Gwalia)有限公司破產(chǎn),鉭礦的生產(chǎn)地從澳大利亞、巴西等投資管
理風(fēng)險(xiǎn)較低、采用先進(jìn)開采技術(shù)和完善加工冶煉設(shè)備的國家逐漸轉(zhuǎn)移到投資管理風(fēng)險(xiǎn)較高、采用原始手工作坊采礦和國家間供應(yīng)鏈很不透明的非洲國家,如剛果(金)和盧旺達(dá)。
表1 2014~2018年全球鈮金屬資源儲(chǔ)量Table 1 Global niobium reserves from 2014 to 2018
注:“-”表示儲(chǔ)量不明。數(shù)據(jù)來源:USGS,Mineral Commodity Summaries,2014~2019年
表2 2014~2018年全球鉭金屬資源儲(chǔ)量Table 2 Global tantalum reserves from 2014 to 2018
注:“-”表示儲(chǔ)量不明。數(shù)據(jù)來源:USGS,Mineral Commodity Summaries,2014~2019年
表3 世界典型鈮鉭礦床類型和探明資源量Table 3 Types and proved resources of typical niobium-tantalum deposits in the world
注:“-”表示沒有數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源:USGS Professional Paper 1802,2017年
中國是世界上鈮礦、鉭礦資源較豐富的國家之一,分布于15個(gè)省(區(qū))的265個(gè)礦區(qū)。根據(jù)鈮鉭資源成礦區(qū)帶劃分,主要位于大興安嶺南段成礦帶和華北陸塊北緣西段成礦帶;另外,在阿爾泰-天山成礦帶、川西成礦帶和中南嶺成礦帶也有一定的鈮鉭礦資源分布。中國的鈮鉭礦絕大部分資源品位都沒有超過0.02%,總體仍然屬于鈮鉭資源供不應(yīng)求的國家。
中國的鈮金屬主要存在于鈮鉭礦中,屬于多金屬共生礦床,并且鈮一般與稀土、鉭、鎢、錫伴生,主要礦床類型有碳酸巖型及相關(guān)堿性巖礦床、堿性花崗巖和花崗偉晶巖型礦床。中國鈮礦主要分布在內(nèi)蒙和湖北兩省(區(qū)),其中內(nèi)蒙古占72.1%,湖北占24%。鈮礦床包括內(nèi)蒙古白云鄂博和包頭的鐵、稀土、鈮礦床,江西宜春的鉭、鈮、鋰、銣、銫、鉀共生礦床,廣西栗木的鉭、鈮、錫、鎢共生礦床。
中國鉭礦主要分布在江西、內(nèi)蒙古和廣東三省(區(qū)),儲(chǔ)量分別占全國的25.8%、24.2%和22.6%(圖1)。其中,江西礦床屬于稀有金屬花崗巖型,內(nèi)蒙古礦床主要為碳酸巖型和花崗偉晶巖型。中國鉭礦床總體規(guī)模小,礦石品位低,嵌布粒度細(xì)而分散,多金屬伴生,造成難采、難分、難選,回收率低,賦存狀態(tài)差,大規(guī)模露采的礦山較少。
圖1 中國鉭礦省(區(qū))分布Fig.1 Provincial percentage distribution of tantalum ore
隨著世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)復(fù)蘇,對鈮和鉭的需求正在逐漸增加。對鈮鉭需求的增加主要與微合金鋼消費(fèi)量的增加有關(guān)。微合金鋼同時(shí)也是目前鈮鉭礦產(chǎn)品最重要的應(yīng)用領(lǐng)域,這種鋼材是用于制造汽車、建筑、船舶和煉油廠設(shè)備的原料,全世界每年鋼產(chǎn)量只有10%屬于微合金鋼,卻幾乎消耗了全世界80%的鈮產(chǎn)量。隨著戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,航空航天、電子信息技術(shù)、生物醫(yī)療、軍工、核能等將成為鈮鉭消費(fèi)市場上新的增長點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)正在持續(xù)發(fā)展的國家如巴西、中國和印度對這些鋼材的需求將會(huì)增加。此外,全球?qū)τ谄?、手機(jī)、電腦、超導(dǎo)磁體和其他高科技設(shè)備的需求增長很可能會(huì)進(jìn)一步刺激對鈮鉭金屬的需求。
圖2和圖3是全球鈮鉭金屬1999到2018年產(chǎn)量趨勢圖。鈮金屬在2006年前后有一個(gè)明顯的產(chǎn)量分界,原因是巴西的鈮礦山在這個(gè)時(shí)候開始大幅增產(chǎn),并且大量出口滿足全球?qū)︹壗饘俚男枨?;鉭金屬在2001到2006年維持在一個(gè)產(chǎn)量高值,這與當(dāng)時(shí)全球經(jīng)濟(jì)形勢向好直接相關(guān),2007年開始產(chǎn)量大幅減少,主要因?yàn)榘拇罄麃喌囊恍┑V山受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響關(guān)閉,而在2013年全球鉭金屬產(chǎn)量又大幅躍升,這主要是由于剛果(金)和盧旺達(dá)的鉭富礦開采生產(chǎn)活動(dòng)增加,目前兩國的鉭金屬產(chǎn)量合計(jì)占到全球的50%以上。
圖2 1999~2018年全球鈮金屬產(chǎn)量變化Fig.2 Changes of global niobium production from 1999 to 2018
圖3 1999~2018年全球鉭金屬產(chǎn)量變化Fig.3 Changes of global tantalum production from 1999 to 2018
全球鈮鉭礦資源分布極不平衡,巴西和加拿大是世界上鈮鉭礦資源最豐富的國家,擁有著最大的探明鈮鉭資源量。巴西同時(shí)也是生產(chǎn)鈮精礦的主要國家,礦石的主要類型是碳酸巖風(fēng)化。在鉭礦生產(chǎn)方面,盡管最近一段時(shí)間埃塞俄比亞和莫桑比克成為鉭礦的重要供應(yīng)商,巴西仍是鉭精礦的主要生產(chǎn)國,最大的鉭礦山是荷蘭先進(jìn)冶金集團(tuán)(Advanced Metallurgical Group)的MIBRA項(xiàng)目。根據(jù)USGS統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),世界主要資源國鈮和鉭金屬近五年產(chǎn)量見表4和表5。
表4 2014~2018年世界主要資源國家鈮金屬產(chǎn)量Table 4 Global niobium production from 2014 to 2018
注:“-”表示產(chǎn)量不明。數(shù)據(jù)來源:USGS, Mineral Commodity Summaries,2014~2019年
表5 2014~2018年世界主要資源國家鉭金屬產(chǎn)量Table 5 Global tantalum production from 2014 to 2018
注:“-”表示產(chǎn)量不明。數(shù)據(jù)來源:USGS, Mineral Commodity Summaries,2014~2019年
近年來,在非洲布隆迪、剛果(金)、尼日利亞、盧旺達(dá)和烏干達(dá)等國家,發(fā)現(xiàn)了大量鈮鉭資源,并形成了一大批手工開采鈮鉭鐵礦作坊產(chǎn)業(yè)。最新地質(zhì)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),莫桑比克的鉭礦石資源量擁有750萬t;埃塞俄比亞南部風(fēng)化殼型鉭鈮礦床成為該國重要的鈮鉭礦生產(chǎn)基地及未來資源潛力區(qū)[7];坦桑尼亞、尼日利亞和尼日爾的鈮鉭礦也具有一定潛力;預(yù)計(jì)剛果(金)和盧旺達(dá)在未來幾年將進(jìn)一步增加產(chǎn)量,成為世界主要的鉭礦生產(chǎn)國。
目前,中國是世界上重要的鉭金屬生產(chǎn)國,生產(chǎn)量逐年增加,但原料多是依靠國外進(jìn)口;中國也是美國高科技制造公司最大的鉭金屬來源地,根據(jù)USGS統(tǒng)計(jì),美國進(jìn)口的鉭金屬大約有25%來自中國。
2016年,全球鈮鐵合金總貿(mào)易額20億美元,未加工鉭(簡單燒結(jié)而成的條、桿和粉末)總貿(mào)易額5.98億美元。其中,貿(mào)易額前五位分別是尼日利亞出口到中國(3 290萬美元),德國出口到中國臺(tái)灣(3 130萬美元),巴西出口到美國(2 970萬美元),盧旺達(dá)出口到中國(2 580萬美元),盧旺達(dá)出口到泰國(1 740萬美元)。前五大出口國分別是盧旺達(dá)(5 930萬美元)、尼日利亞(5 090萬美元)、巴西(3 630萬美元)、剛果(金)(3 200萬美元)、德國(3 190萬美元),前五大進(jìn)口國分別是中國(1.13億美元)、泰國(6 510萬美元)、美國(4 300萬美元)、墨西哥(1 940萬美元)、哈薩克斯坦(1 440萬美元)。從數(shù)據(jù)中可以看出,中國的鈮鉭礦進(jìn)口國家主要是非洲的尼日利亞、盧旺達(dá)和剛果(金)。2016年,中國鈮鉭礦進(jìn)口額為:尼日利亞3 290萬美元,盧旺達(dá)2 580萬美元,剛果(金)1 690萬美元,埃塞俄比亞810萬美元,應(yīng)加強(qiáng)與相關(guān)國家相關(guān)礦業(yè)經(jīng)貿(mào)合作以保障供應(yīng)。
圖4和圖5是1970到2010年鈮鐵合金和鉭精礦平均價(jià)格[8]。鈮鐵合金總體價(jià)格比較平穩(wěn),穩(wěn)中有升,但折合1992年美元的情況下,其價(jià)格卻在不斷下降,原因可能是從1990到2010年,中國發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施的同時(shí)增加了對鋼鐵的消費(fèi)和生產(chǎn),從而影響各鈮礦出口國不斷擴(kuò)大生產(chǎn),彼此之間形成了激烈價(jià)格競爭;整個(gè)1970年代是鉭精礦需求持續(xù)旺盛的十年,價(jià)格不斷上漲,之后由于庫存增加和用戶尋求替代品,價(jià)格逐步回落,但鉭精礦價(jià)格在2000年前后達(dá)到一個(gè)頂峰,可能與剛果(金)在1996到2003年的內(nèi)戰(zhàn)導(dǎo)致市場不透明有關(guān)。自2011到2017年,鈮精礦的價(jià)格每年都在大幅下降(表6)[9],這與全球鋼鐵、石油、建筑工業(yè)的縮減有直接聯(lián)系,表6中,鉭鐵礦和鉭精礦價(jià)格雖有浮動(dòng),但大體保持穩(wěn)定,且鉭精礦價(jià)格穩(wěn)中小幅上升,說明全球?qū)︺g金屬一直有著持續(xù)需求。
全球鈮鉭礦的主要消費(fèi)國是美國、中國、韓國和日本,按每年進(jìn)口鈮鐵合金和鈮礦折算鈮金屬量來算,美國15 000 t左右,中國30 000 t左右。中國目前生產(chǎn)的鉭金屬多數(shù)直接出口發(fā)達(dá)國家特別是美國,同時(shí)美國進(jìn)口鉭占到全世界鉭生產(chǎn)的30%以上。
全球鈮鉭礦的主要供應(yīng)國包括巴西、加拿大、剛果(金)、埃塞俄比亞、尼日利亞和盧旺達(dá)。從海外供應(yīng)來看,巴西由于美國高價(jià)收購而對中國供應(yīng)受阻,加拿大持續(xù)存在著勞工和環(huán)保問題,非洲的供應(yīng)基地在基礎(chǔ)設(shè)施等方面還不成熟,加之國內(nèi)企業(yè)面臨的新區(qū)勘探技術(shù)欠缺和政治經(jīng)濟(jì)壁壘,目前還未形成持續(xù)穩(wěn)定的礦石供貨渠道。
圖4 鈮鐵合金年度平均價(jià)格Fig.4 Annual average price of ferroniobium alloy
圖5 鉭精礦年終平均價(jià)格Fig.5 Average annual price of tantalum concentrate
表6 2011~2017年全球鈮鉭平均價(jià)格Table 6 Price of global niobium-tantalum from 2011 to 2017
產(chǎn)品種類價(jià)格(美元/t)2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年鈮鐵合金26 43027 63027 29025 78024 27020 71018 540鈮精礦39 34023 54017 15014 9407 5907 8307 650鉭鐵礦(以Ta2O5含量算)275 000239 000260 000221 000193 000193 000195 000鉭精礦46 00045 00068 00069 00065 00053 00057 000
數(shù)據(jù)來源:USGS,Mineral Yearbook,2011~2016年
2018年,自然資源部和部信息中心公布了中國鈮鉭礦的儲(chǔ)量數(shù)據(jù)[10],其中基礎(chǔ)儲(chǔ)量82.51萬t,儲(chǔ)量2.73萬t,資源量479.34萬t,查明資源儲(chǔ)量561.85萬t。中國規(guī)定的(Nb,Ta)2O5不同類型的礦床最低工業(yè)品位一般在0.016%~0.028%之間,而除了幾個(gè)碳酸巖型礦床,國內(nèi)絕大多數(shù)礦床都是低于最低工業(yè)品位。雖然中國鈮鉭礦資源量和儲(chǔ)量都比較大,但大多數(shù)屬于貧礦,平均品位與巴西富礦比相差很大,導(dǎo)致國內(nèi)整體生產(chǎn)成本高于進(jìn)口價(jià)格,因此很多在商業(yè)上并不具備直接開采價(jià)值。中國的鈮礦生產(chǎn)能力以Nb2O5計(jì)算每年約80 t,從2003年到2012年,中國鋼鐵行業(yè)處于快速發(fā)展階段,鋼鐵產(chǎn)量逐年提高,對用于增加鋼強(qiáng)度的鈮的需求也在急劇增加,但是國內(nèi)鈮礦產(chǎn)能不足,嚴(yán)重依賴于國外鈮精礦的進(jìn)口。2013年以后,中國宏觀經(jīng)濟(jì)增速放緩,受經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和鋼鐵產(chǎn)能過剩影響,對鈮的需求有所下降。
湖北竹山廟埡和江西宜春是建國以來發(fā)現(xiàn)的鈮-稀土礦和鉭鈮-鋰礦的代表產(chǎn)地。湖北竹山廟埡鈮-稀土礦為中國最大的鈮礦,與正長巖-碳酸巖雜巖體有關(guān),按資源量被確認(rèn)為僅次于巴西最大鈮礦的世界第二大鈮礦。宜春鉭鈮礦屬于稀有金屬花崗巖型,現(xiàn)隸屬于江西鎢業(yè)控股集團(tuán)有限公司,礦床中蘊(yùn)含多種稀有金屬,包括鉭、鈮、鋰、鈹、銣、銫等,儲(chǔ)量巨大,開采條件較好,是中國南方重要的稀有稀土金屬礦產(chǎn)資源的生產(chǎn)基地。盡管如此,隨著中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境方面的限制,鉭礦仍然處于供不應(yīng)求和資源稀缺的狀態(tài)。
中國每年生產(chǎn)鈮鉭精礦300 t,由于沒有單獨(dú)的鈮礦山,目前通常作法是把鈮作為鉭的副產(chǎn)品生產(chǎn)以降低成本。中國每年鈮產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)下游需求,在2006年以后,對外依存度高達(dá)99.5%,進(jìn)口主要來源于巴西、加拿大和非洲部分國家,其中巴西占87%、非洲占9%、加拿大占3%,鈮礦品位低導(dǎo)致幾乎全部依賴進(jìn)口成為中國鈮產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大障礙。
中國鉭礦受制于國內(nèi)資源稀缺匱乏狀況,福建南平鉭鈮礦在2015年也由于資源枯竭和環(huán)境污染宣告破產(chǎn),鉭礦在2017年對外依存度上升到84%,主要從非洲直接開采或進(jìn)口鉭鈮精礦到國內(nèi)再進(jìn)行加工銷售。國際鉭原料爭端加劇了中國鉭資源供給偏緊的矛盾,制約鉭工業(yè)健康持續(xù)的發(fā)展,中國鉭市場形成了“兩頭在外”的格局,中游提純技術(shù)相對發(fā)達(dá),但是上游資源匱乏,下游消費(fèi)電子技術(shù)不足,不但原材料的供應(yīng)受到國際環(huán)境變動(dòng)的影響,深加工產(chǎn)品的出口亦可能受到世界宏觀形勢的沖擊,建立全產(chǎn)業(yè)鏈任務(wù)非常艱巨。
中國企業(yè)近些年為了補(bǔ)充國內(nèi)資源短板積極走出去尋找機(jī)會(huì)。2016年洛陽鉬業(yè)收購了英美資源集團(tuán)位于巴西的鈮項(xiàng)目,成為全球第二大鈮生產(chǎn)商。中國鉭礦的主要生產(chǎn)企業(yè)有中色(寧夏)東方集團(tuán)有限公司,為全球主要的鉭原料生產(chǎn)商之一,主要應(yīng)用于電解電容器的鉭粉和鉭絲產(chǎn)量在全球市場占有率分別達(dá)到25%和60%以上。該公司鉭原料的對外依存度非常高,在國內(nèi)與江西宜春鉭鈮礦長期合作,國外與南美大型鈮鉭礦山簽訂長期合同,并以非洲小規(guī)模鈮鉭礦山的現(xiàn)貨供應(yīng)為補(bǔ)充。
加強(qiáng)國內(nèi)勘探投入,摸清鈮鉭資源家底。我國鈮鉭礦資源量多儲(chǔ)量少,以往投入少,家底不清,應(yīng)加強(qiáng)資源評(píng)價(jià),加大勘查力度。我國鈮鉭礦共伴生復(fù)雜,應(yīng)針對不同的礦床類型開展有針對性的資源開發(fā)利用研究,制定科學(xué)的開采利用方案。加強(qiáng)大型鈮鉭礦綜合回收利用試驗(yàn)研究,特別是由于鉭資源少,價(jià)格昂貴,研究現(xiàn)有資源合理回收利用的方法技術(shù)具有重要意義。應(yīng)鼓勵(lì)礦產(chǎn)上游企業(yè)與下游冶煉企業(yè)間建立長期互利的穩(wěn)定供求關(guān)系,增強(qiáng)整體行業(yè)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。中國用于尖端設(shè)備的鉭合金制造技術(shù)落后,應(yīng)盡快從傳統(tǒng)的鉭粉、鉭絲粗加工轉(zhuǎn)移到深加工精細(xì)制造領(lǐng)域,加大新技術(shù)、新產(chǎn)品研發(fā)支持力度,最終使國家和企業(yè)在經(jīng)濟(jì)上受益。
由于發(fā)達(dá)國家礦業(yè)準(zhǔn)入門檻較高,中資企業(yè)在資源“走出去”過程中應(yīng)以友好的發(fā)展中國家為資源供應(yīng)的支點(diǎn)。通過對非洲發(fā)展中國家技術(shù)輸出優(yōu)化資源配置,關(guān)注近些年盧旺達(dá)和剛果(金)的礦業(yè)發(fā)展政策和經(jīng)濟(jì)發(fā)展局勢,及時(shí)精準(zhǔn)布局盧旺達(dá)西部和東部的大型基巴拉(Kibara)偉晶巖礦帶,重視新區(qū)成礦條件、成礦規(guī)律等基礎(chǔ)地質(zhì)研究,開展境外鈮鉭資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作,加強(qiáng)國際產(chǎn)能合作,積極穩(wěn)妥地開發(fā)國外資源,培育新的生產(chǎn)基地。在考慮政治風(fēng)險(xiǎn)前提下布局澳大利亞、巴西和俄羅斯等國資源,主動(dòng)參與全球鈮鉭礦資源的勘查、開發(fā)與并購,提升控制權(quán)和話語權(quán)。同時(shí)要在礦產(chǎn)低價(jià)情況下適時(shí)收購或參股澳大利亞最大的格林布什(Greenbushes)和沃吉納(Wodgina)鉭礦山,實(shí)現(xiàn)進(jìn)口貿(mào)易的多元化。