稀土是鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉕(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鑥(Lu)、鈧(Sc)、釔(Y)17種化學元素。這些元素廣泛用於材料、電子、激光、核工業、超導等諸多高技術領域,但由於儲量稀少、性質相近難以分離,成為一類極為稀缺的戰略資源。中國的稀土儲量世界第一,開發和擁有的先進稀土分離提取技術也是世界第一,是稀土大國。
發現稀土資源。1927年,丁道衡在包頭白雲鄂博考察時,最早發現裸露的鐵礦體。1935年他將礦石樣本交給北京大學地質系同事何作霖(1900—1967)鑒定後發現其中有兩種稀土礦物,分別命名為“白雲礦”和“鄂博礦”,後經驗證為氟碳鈰礦和獨居石。後來,黃春江、高平、嚴坤元、李維時等證實,白雲鄂博礦為重要的稀土礦藏,其成分主要是鈰,也有鑭、鐠、釔等。241地質隊於1956年探明白雲鄂博礦區的稀土儲量占當時世界稀土總儲量的80%以上。
發明稀土分離技術。1952年,中國科學院長春應用化學研究所的鐘煥邦、蘇鏘、趙貴文、唐定驤、易瑛等人開始研究稀土提取分離技術。中國科學院長沙礦冶研究所對白雲鄂博選鐵尾礦采用浮選法得到稀土粗精礦。1955年鄒元燨對混合稀土金屬采用離子交換法在中國第一次分離出了稀土金屬。1958年,蘇鏘、任玉芳等開始溶劑萃取分離稀土的研究。1972年初,北京大學徐光憲從研究鐠與釹分離開始,首次創建了適用於稀土分離的串級萃取理論,並在此基礎上建立了“三出口”和“一步放大”萃取工藝。1986年中國稀土年產量位居世界第一,到1995年中國產出的稀土量占世界稀土總量的2/3以上。
生產稀土永磁體。永磁體是能夠長期保持磁性的物質。天然磁體(磁鐵礦等)是硬磁體,不易失磁,也不易被磁化。而導磁體和電磁鐵的材料大都是軟磁體,磁體極性是隨所加磁場極性而變的。人們可以磁化軟磁體,使其磁化後成為人造永磁體,長期保持磁性。包頭冶金研究所謝宏祖、耿朝青、郭炳麟等人於1990年研制成功釹鐵硼即第三代永磁材料,最大磁能積達到了52.25兆高奧。同年,北京大學楊應昌研究組研制的釹鐵氮永磁材料轟動國際磁學界,獲得多國發明專利。隨後,深圳北大雙極高科技股份有限公司建成世界上第一條年產100噸釹鐵氮磁粉中試生產線,自此中國開始生產具有獨立自主知識產權的新型稀土永磁材料。21世紀初,中國的稀土永磁材料產量占到全球產量的80%。
研發應用稀土產品。20世紀60年代上海躍龍化工廠以熔鹽電解法制取鈰和鑭,生產出打火石,結束了中國進口打火石的歷史。同一時期,有色金屬研究院張國成團隊研發出的鋅粉還原堿度法生產高純氧化銪工藝,滿足了國內剛起步的彩色電視生產對紅色熒光粉(氧化銪產品)的需求。1970年,有色金屬研究院開始研究釤鈷永磁體,此磁鐵成功應用於“尖兵I號”衛星。此後更多的永磁體材料在航天和雷達等多項軍事工程中得到廣泛應用。1994年,受丁肇中委托,中國科學家參與國際太空試驗研究項目,生產兩種規格的釹鐵硼永磁材料,構成阿爾法磁譜儀的“心臟”。2020年,中國生產的燒結釹鐵硼全球市場占有率超過90%。
在近百年的歷史上,中國稀土資源和技術開發從落後、追趕到領先世界,管理措施也走過了從無到有、從弱到強的過程。1980—90年代,中國沒有出口限制,中國稀土被賣出了“白菜價”。隨後中國政府制定新的稀土開采及出口政策之初,又遭遇聯合抵制,與此同時稀土開發也給環境造成嚴重破壞。2012年中國國務院新聞辦公室發布《中國的稀土狀況與政策》白皮書,2023年公布《中國禁止出口限制出口技術目錄》,其中包括“稀土的提煉、加工、利用技術”。2024年6月22日,李強總理簽署中華人民共和國國務院令,公布《稀土管理條例》,中國稀土資源管理制度進一步走向規範化。
作者:徐光惠(河北地質大學講師)