全球钪资源供需分析及对策建议

赵宏军，陈秀法，李 娜，张伟波

(中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)

钪是一种柔软、银白略带黄色的过渡金属元素，与钇、镧系、锕系元素在元素周期表中同属ⅢB族，且化学性质相似，被共称为“稀土元素”；同时，钪在地壳中的平均丰度为22×10-6，排名第36位，与铅(14×10-6)和钴(25×10-6)相当[1]，但钪很少在自然界中富集，形成品位Sc2O3>500×10-6的矿床[2]，独立钪矿物极少，尽管岩石圈中含钪的矿物多达100多种[3]，但含量极低，因此也被称为“稀散元素”。

从原料中富集、分离和提取高纯钪的过程比较困难，但由于钪具有高熔点、高沸点、低密度等优良的物理性质，其在航天器、冶金、火箭、导弹、电子、核能、激光、电光源和超导体等尖端技术领域应用广泛，美国、欧盟等国家和地区将其列为关键性矿产资源，我国也将钪列为国家战略性矿产资源。

1 全球钪资源分布状况

据统计，全球钪储量约为200万t[4-5]，主要分布在俄罗斯、中国、澳大利亚、哈萨克斯坦、乌克兰、美国、马达加斯加、挪威、加拿大、菲律宾、印度尼西亚、希腊和南非等国。国外主要钪资源分布情况见表1。

我国钪资源量约65万t，占全球总资源量的33%[12]，主要伴生于磷块岩、铝土矿、钒钛磁铁矿、钨矿、稀有稀土矿和铀矿等矿种中。其中，磷块岩和铝土矿矿床中的钪储量约29万t[13]，占所有钪矿类型总储量的44.6%，含钪矿床主要分布于华北地台、扬子地台西缘、华南等地区(表2)。

表1 国外钪资源主要分布Table 1 The main distribution of foreign scandium resources

表2 我国钪资源的主要分布Table 2 The main distribution of scandium resources in China

资料来源：文献[5]

2 全球钪产品供需状况

2.1 钪产品的生产

世界上最早生产钪产品的是前苏联。从1960年到1990年，苏联生产了世界上绝大多数的钪浓缩物和钪化合物，主要来自俄罗斯、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和乌克兰的铁铀矿石加工的副产品；在此期间，还在美国、日本和澳大利亚生产了少量来自萤石、铀、钨和钛矿石加工的副产品；中国的钪产品主要来自铌、铁、锡、钨和稀土元素生产的副产品及其尾矿。目前，铁铀、钛、铌、锡、钨和稀土元素资源已成为综合生产钪的主要来源(表3)。

国外主要的钪生产企业有俄罗斯的运输公司、俄罗斯轻合金研究所和美国元素公司等。澳大利亚Metallica公司、EMC公司计划开采三处澳大利亚钪矿床，以及日本住友金属矿山公司将在菲律宾开采矿山，合计年生产氧化钪的数量大于50 t。目前，国际上生产的钪产品主要有氧化钪(Sc2O3)、金属钪及钪的卤化物(ScF3、ScCl3、ScI3)等。

我国钪产品生产企业主要有湖南稀土金属材料研究院、东方锆业科技股份有限公司、湖南东方钪业股份有限公司、广东惠州市拓普金属材料有限公司、包钢集团、中国有色集团(广西)等，年产能超过55.5 t。

据智研数据中心统计,我国钪产量及出口情况来看(图1)，从20世纪80年代起，我国就具有一定规模的钪产量。近年来，氧化钪产量迅猛增长，从2009年的近200 kg到2014年已超过700 kg，是世界钪产品第一生产大国。2009年以前，我国的钪产品主要以出口为主，出口量占产量的70%～80%；2010年以后，钪产量显著提高，而且国内需求量飙升，从2013年起，国内需求量已超过出口量[24]。

表3 工业生产钪资源的主要途径Table 3 The main method of recycling scandium resources in industry

图1 1980～2014年我国氧化钪产量及出口情况Fig.1 China’s strontium oxide production and exports from 1980 to 2014(资料来源：文献[25])

2.2 钪产品的消费

据Lipmann Walton&Co.公司2016年报，目前全球钪的消费量主要体现在两方面，其中，全球钪产量的90%(9～13.5 t/a)被用到固体氧化物燃料电池(SOFC)方面，而另外近10%(1～1.5 t/a)被用到Al-Sc合金方面[26-27]。

林河成指出，我国钪的销费结构与国外存在较大不同：国外钪在固体氧化物燃料电池(SOFC)方面的应用占50%，而我国仅为18%；国外在激光应用方面占20%，而我国为9%；国外在Al-Sc合金应用方面占10%，而我国为58%；国外在其他方面应用占20%，我国为4%[12]。

2.3 国际钪产品贸易

从钪的生产历史看，世界上生产钪及其化合物的国家有中国、俄罗斯、日本、美国、挪威、法国和乌克兰等。纯金属钪非常稀缺，较难获取，且价格昂贵，因此，钪一般以氧化钪形式进行生产和销售。全球钪产品主要进口国是美国、日本、法国、德国、韩国等。

根据Lipmann Walton&Co.公司2016年报，全球平均每年钪产品贸易量在10～15 t之间，主要生产国是中国(66%)和俄罗斯(26%)，两国钪产品产量占全球总产量的90%以上，此外，乌克兰的产量约占7%，哈萨克斯坦约占1%[26-27]；而SECOR报告则认为，全球实际每年开采的钪不足1 t，且主要来源于中国的内蒙古白云鄂博矿区，其他供应则来自苏联国家的大量储备；EMC Metals Corp通过与潜在客户、贸易商等讨论研究认为，2014年全球钪的贸易量为15 t左右(不包括俄罗斯出口的钪铝合金产品)[28]，主要生产国是中国和俄罗斯。

钪产品的价格高，被称为世界上最昂贵的金属之一，其氧化物4 000～5 000美元/kg，卤化物和金属120～250美元/g[29]，价格比黄金都贵数倍。图2是2000～2017年全球主要钪产品价格走势图。从图2可以看出，近年来钪产品的价格有一定波动，但始终在较高的价格区间运行，且有稳步向上的趋势[29]。

图2 2000～2017年全球主要钪产品价格走势图Fig.2 Price list of global major products of scandium from 2000 to 2017(资料来源：文献[29]。注：Sc2O3用右侧坐标，单位：美元/kg；其他产品用左侧坐标，单位：美元/g；2017年产品数据均为估计值)

3 全球钪产品供需预测

3.1 钪产品需求预测

钪的特殊性能决定了其应用的广泛性，国际阿达玛斯情报研究中心将钪的应用分为目前较为成熟的应用、新兴应用和未来需求三种类型，认为未来国际上对钪的需求量巨大[30](表4)。目前钪成熟应用在自行车车架、枪支、垒球棒、曲棍球杆、棒球杆、自行车零件、滑雪鞋、HID灯等方面，预计到2020年，这些领域钪需求量将达到298 t。而钪的新兴应用主要为航空航天合金材料的应用和固体氧化物燃料电池的应用，且近几年发展极为迅速，预计到2020年，这些领域钪需求量将达到430 t。未来钪在轻型汽车制造上会大量应用，预计到2020年，轻型汽车钪需求量将达到50 000 t。

表4 2020年全球钪应用及需求量预测表Table 4 Global scandium application and demand forecast in 2020

3.2 钪产品供给预测

钪的回收工艺复杂、成本高、回收率低，导致钪产品成为世界上最昂贵的金属之一，其卤化物和金属价格比黄金贵数倍，这对“成本为金”的企业来说，严重制约了钪的应用(特别是在民用领域)，而一些对钪需求量较大的领域(民航业及相关行业)又因为担心供应不足，对铝钪合金取代铝锂镁等合金持谨慎态度。

近年来，国际上对钪资源及其生产回收的研究取得了突破，钪产品生产成本不断降低，全球供给量大幅增加，在需求方面有一定保证。

1) 处理含钪的内生矿床和外生矿床主产品生产过程中的中间产品或废料(废液、废渣、渣泥等)提取回收钪的工艺不断成熟完善，如从钛白废酸提取钪大幅增加、中国部分公司从氧化锆生产中提取钪进入量产阶段、美国Niocorp公司从铌铁矿中提取伴生钪的工艺已成熟、澳大利亚Clean teQ Holdings Ltd.公司已建成从镍钴矿中提取伴生钪的试生产线[10]、澳大利亚Platina公司拟开发其拥有红土型含钪资源[10]、俄罗斯铝业公司已建成从铝土矿加工的赤泥中提取钪的试生产线[30]、中国的一些公司从氯化钛烟尘中提取钪等。

2) 随着高质量钪资源产地的发现、综合处理回收工艺的建立及利用最新科技成就和现代科技手段优化工艺流程等，使钪产品生产成本大幅下降。①我国一些生产钪的矿床，Sc2O3平均含量一般为(几十～120)×10-6，而近期在澳大利亚发现的几个钪矿种的Sc2O3平均含量达(300～650)×10-6[31-32]，这些高质量钪资源产地的发现将显著降低钪生产成本。②钪多以伴生组分赋存在一些内生矿床和外生矿床中，在进行主产品生产过程中，通过综合处理手段回收钪，提高产品附加值，降低钪生产成本。③钪提取生产工艺和技术方案不合理，造成工艺冗长、低效和回收率低，是钪生产成本居高不下的重要原因，近年来利用最新科技成就和现代科技手段不断优化工艺流程，研究适宜的萃取剂或离子交换剂等[33]，提高生产效率和钪回收率，显著降低了钪生产成本。

3) 近年来，新开含钪矿山增加、新矿产地发现和新投资项目的运营，使钪产能显著增长，供给量大幅增长。①中国钪年产能已超过55.5 t，目前已建成的钪矿山年产能近百吨；②澳大利亚Metallica公司位于新昆士兰州的SCONI项目是含钪的红土型Co-Ni矿床[31-32]，拥有钪资源量5.7×106t，Sc2O3平均含量299×10-6，设计年生产Sc2O3约51 t，预计2019年投产；③Platina Resources Ltd.公司在澳大利亚新南威尔士州的Owendale项目是含钪的红土型矿床，拥有钪资源量23.6×106t，Sc2O3平均含量589×10-6，设计年生产Sc2O3约30 t[31-32]，预计2019年投产；④Clean TeQ Holdings Ltd.公司在澳大利亚新南威尔士州的Syerston项目也是含钪的红土型矿床，估算钪资源量25.4×106t，Sc2O3平均含量635×10-6，设计年生产Sc2O3约48 t[31-32]，预计2020年投产；⑤Galileo Resources Plc公司在南非的Glenover项目是含有钪资源10×106t，Sc2O3平均含量180×10-6，设计年生产Sc2O3约54 t[31-32]，预计2020年投产；⑥2013年日本住友金属矿山公司(SMM)子公司Coral Bay Nickel Corporation在菲律宾巴拉望岛建厂，试点从红土型Ni-Co矿床中提取Sc2O3，试产量达到10 kg/月，公司设计年产Sc2O37.5 t[31-32]，预计2019年投产。

4 建 议

1) 重视境内外钪资源的勘查开发，制定钪产品质量标准。随着钪在国防、军事及民用领域的广泛应用，很多国家和企业对钪资源的勘查和开发的重视程度不断提高。我国钪资源丰富，是目前国际钪产品主要供应国，为保持优势地位，应高度重视境内外钪资源的勘查开发，制定钪产品质量标准，加强钪产品应用研究，密切关注国内外钪产品市场及其发展趋势，指导我国钪资源勘查开发及应用沿着持续健康的方向快速发展。

2) 整合市场，促进集约化经营，采用类似稀土国际贸易框架提升整体竞争力。目前我国从事钪生产和销售的厂家数量多、规模小且极为分散，营销能力薄弱，无序竞争严重。因此，应整合国内市场，促进集约化经营，提升整体竞争力。

3) 开展规模化生产，创新上游生产技术，努力降耗增产增效。目前我国钪生产的设备规模小、产量低、成本高，不利于钪产品的生产和广泛应用，必须扩大设备规模，实现机械化、自动化作业，提高产品产量，降低生产成本。只有产量增加，成本降低，才有利于增加产品市场竞争力。

4) 强化钪产品在高科技领域的应用研究，努力开发新产品，积极寻找钪资源。