火力发电 爽子 2016-03-23 14:36
中国电工网讯:
    稀土作为国家重要战略资源,因其稀缺性而备受关注。我国一直是世界上的稀土资源大国,然而,随着今年3月美国能源部资助的10个全新项目启动,我国稀土资源的优势也受到挑战——
 
    进入3月以来,美国肯塔基大学教授JamesHower尤为忙碌——美国能源部(DOE)资助的10个从煤炭及其副产品中提取稀土元素的项目正式启动,Hower参与了其中3个。
 
    “这3个项目都是第一阶段的小试,明年春天将会提出中试方案。”Hower告诉《中国科学报》记者。
 
    从煤灰里提取稀有金属并不新鲜,如我国已工业化提取锗几十年,未来几年还可能工业化提取铝和镓。但是提取极具战略意义的稀土元素,美国恐将成为“第一个吃螃蟹的人”。
 
    “过去中国稀土资源丰富,不需要这样‘吃糠咽菜’。”一位业内人士这样解释该路径何以未受广泛关注。
 
    “973”项目首席科学家、中国矿业大学(北京)教授代世峰则认为,煤是稀土未来较有希望的来源。“美国这步走得又快又急,一下到我们前面去了。”
 
    得天独厚的资源优势
 
    从煤中提取稀土元素犹如“吃糠咽菜”?代世峰显然不认同这种提法。
 
    俄罗斯科学家2012年的数据显示,在富含稀土的煤矿中,稀土含量为0.03%~0.15%,在煤灰中含量为0.1%~1.5%。
 
    “可见如果从煤灰中提取,和传统稀土矿床的含量相当。有些富集程度较好的煤甚至超过稀土矿床,例如蒙古有一处煤矿的煤中稀土含量达到1%,完全可以大规模开发利用。”代世峰告诉《中国科学报》记者,煤的燃烧产物中量较大的就是飞灰,而稀有金属主要富集在飞灰中。
 
    据悉,全球每年产生的飞灰量可能高达15亿吨,从中提取贵金属已经成为一大趋势。为了保障供应安全,美国正在研究高稀土含量(>1000ppm)的煤层。
 
    我国很多煤矿地质条件复杂、瓦斯含量高、开采难度大,但也“因祸得福”,火山活动和热液流体提供了煤中稀土元素的来源。尤其在西南地区,大地质事件的发生使得煤中稀土元素富集。
 
    那么,中国到底有多少可开发利用的资源量?“我们积累了大量数据可以初步证明西南地区拥有超大型矿床,但要摸清家底还须进一步研究。”代世峰指出,中国煤炭资源丰富,如果能从中提取稀土,其战略意义不言而喻。
 
    稀土是电子、能源、军工等现代工业中必不可少的金属。美国得克萨斯大学教授RobertFinkelman在接受《中国科学报》记者采访时强调:“任何一个现代国家都必须拥有稳定可靠的稀土来源,完全依赖另一个国家提供资源,不管是中国、俄罗斯还是其他国家,都是不明智的策略。”
 
    从领先到被超越
 
    2014年,一位来自匹兹堡的记者想采访煤炭提取稀土元素的话题,所有人都让她去找JamesHower,Hower还向记者推荐了中国的代世峰。
 
    2012年,代世峰和俄罗斯科学家VladimirSeredin合作,在国际著名期刊《国际煤地质学杂志》发表论文,提出煤中稀土的分类和评价标准,后被广泛引用,称为“Seredin-Dai分类”和“Seredin-Dai标准”。
 
    Hower在同《中国科学报》记者谈到上述2012年文章时评价称这是“该领域较重要的文章之一”。
 
    代世峰告诉记者,中国优质的资源条件是吸引Seredin主动寻求合作的重要原因之一。而上述文章还提出一个重要观点:随着传统稀土矿床逐渐枯竭,煤和含煤岩系是将来较有希望的稀有金属来源。
 
    “DOE此次高调支持该技术,说明美国科学界基本形成了一致意见。”代世峰认为。
 
    2014年美国国会要求能源部进行“煤炭中经济回收稀土元素”的可行性研究,仅仅一年多以后,美国能源部就征集了来自大学、国家实验室和企业的10个项目进行资助,预计到2025年开展大规模部署。
 
    据Hower介绍,肯塔基大学在2014年夏天就得到DOE的资助开始在肯塔基州和美国东南地区收集煤炭和煤灰样本,还进行了一些分离稀土元素的中试。
 
    Hower提醒记者注意,DOE从2013年初就资助了一些早期研究,其他的联邦机构也有类似项目,使得美国科学家得以相互合作,展开起步研究,所有这些工作都为这次的10个项目打下了基础。
 
    DOE这次的支持力度也令代世峰颇为吃惊:“步子迈得太大了,我们还停留在科研水平,这下在技术和经济可行性方面肯定要超越我们了。”
 
    经济可行性待验证
 
    今年1月发表在国际期刊《冶金与材料交易》上的一篇文章指出,在美国宾夕法尼亚州,部分燃煤产物提取稀土元素不仅技术可行,并且成本较低。Finkelman也表示,美国本土的稀土资源开采成本较高,反而从煤灰提取更为经济——不需要开采,又能处理飞灰,一举两得。
 
    从资源量看,我国每年的煤炭燃烧产物差不多是美国的4倍。但Finkelman提醒《中国科学报》记者注意:中国的稀土资源丰富,相比而言,从煤灰中提取稀土是否成本更低?
 
    中科院院士、北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室主任严纯华在接受《中国科学报》记者采访时认为,美国一旦找到新的稀土来源,无疑为其贸易谈判增加了砝码。而对我国来说,在可预计的5~10年之内,稀土自然资源没有消耗殆尽的情况下,从煤灰中提取稀土不具有经济可行性。
 
    “我相信这是美国面向未来在研究上的布局。”严纯华提出,我国科学家也应该着眼于未来寻找稀土新的来源,作为技术储备。他指出,除了煤炭,海洋中的稀土资源也尚未探索。
 
    “下一步我们的工作就是开发提取技术,进行工业开发。”代世峰表示,目前的问题包括:第一,资源量、空间分布和赋存状况没有摸清;第二,中国的成煤条件复杂,是否有适用于所有矿床的通用技术?
 
    对于煤灰中提取稀土的工业化前景,Hower较为谨慎:“这项工作很有前景,使得废弃的煤灰变废为宝。但我们才刚刚开始研究,能否作为资源开发还取决于研究进展。”
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