中国稀散金属矿资源概况

2024-04-24李德先刘家军王成辉郭春丽

中国矿业 2024年4期

李德先，刘家军，黄凡，王成辉，赵汀，于扬，郭春丽，王岩

（1. 自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2. 中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083；3. 中国地质大学（北京）地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083）

0 引言

稀散元素又叫分散元素，包括锗（Ge）、镓（Ga）、铟（In）、铊（Tl）、铼（Re）、镉（Cd）、硒（Se）、碲（Te）8个元素，最早由苏联矿物学家弗拉基米尔·伊万诺维奇·维尔纳茨基提出，并于1919年引入地球化学领域[1]。1987年由全国矿产储量委员会办公室主编的《矿产工业要求参考手册》，明确将这8个矿种划定为稀散元素矿产；2010年出版的《矿产资源工业要求手册》中将其归入金属矿产大类，因此，稀散元素通常也称作稀散金属。

稀散金属用途十分广泛，不但在冶金、石油化工、玻璃陶瓷、电气、农业、医药、轻纺等传统领域具有重要的用途，而且在信息技术、节能环保、新能源、新材料、航空航天、电子信息、高端装备等战略性新兴产业领域更有着不可替代的作用[2]。特别是近十年来，随着镓、锗、铟等稀散金属在电子科技、国防军事等领域的广泛应用，稀散金属已得到了全球极大的关注。

中国稀散金属矿的勘查工作主要集中在中华人民共和国成立之后。20世纪80—90年代，国内集中发现了四川大水沟碲矿、湖北鱼塘坝硒矿、贵州滥木厂汞铊矿、云南龙潭砷铊矿等一批稀散金属独立矿床，稀散金属矿的研究曾一度成为热点。进入21世纪以来，国内对稀散金属矿的勘查工作更加深入，对大多数伴生稀散金属矿进行了资源评价，并开展了全国资源储量核查等工作。本次工作依托中国地质调查局地质调查项目《中国矿产地质志》，以2008—2011年全国资源储量核查的数据为基础，同时收集了各阶段全国地质调查的成果数据，对中国542处矿产地（未包括香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾省）的稀散金属资源进行了梳理，对其保障程度进行了客观评价，为中国稀散资源的合理应用提供了基础数据支撑。

1 中国稀散金属资源的全球地位

根据目前已公布的数据，全球稀散金属资源储量镓23 万t、锗8 600 t、铟11 000 t、铊65 万t、铼11 000 t、镉66 万t、硒99 000 t、碲31 000 t[3-7]，中国稀散金属资源储量分别为镓约19 万t、锗3 500 t、铟8 000 t、铼585 t、镉9.2 万t、硒26 000 t、碲6 600 t。可以看出，中国镓、锗、铟资源储量在全球占有重要优势，分别占全球资源储量的80%～85%、40.7%和72.73%。根据美国地质调查局（USGS）数据[8]，2020年，全球镓产量327 t，中国镓产量317 t，占全球产量的96.94%；全球锗产量140 t，中国锗产量95 t，占全球产量的67.86%；全球铟产量960 t，中国铟产量540 t，占全球产量的56.25%。中国也是美国原生镓、锗、铟的主要进口国，2015—2020 年，美国50%以上的原生镓和原生铟、30%以上的原生锗均来自中国。

镓、锗、铟等稀散金属在战略新兴领域中的作用日益突显，如镓和锗是全球芯片制造业至关重要的战略原材料，尤其是半导体制作的两大核心原材料，因此，对镓、锗、铟等稀散金属资源的保护和利用已成为大国战略博弈的新焦点。美国、欧盟、澳大利亚、俄罗斯、加拿大、日本等国家和地区已相继将镓、锗、铟等稀散金属列入其关键矿产清单。

中国于2016 年11 月公布了《全国矿产资源规划（2016—2020 年）》，将包括8 个稀散金属在内的35 个矿种全部列入重点矿种。近年来，随着新一代技术革命的兴起，全球对芯片的需求大幅增长，促使半导体芯片产业发展迅猛，对镓和锗的需求呈现出明显增长的趋势。中国稀散金属资源的战略地位日益明显，引起了一些发达国家的不安。2022年10月起，美国宣布实施芯片出口管制措施；2023年6月，荷兰宣布进一步收紧光刻机出口政策，高端DUV光刻机自9月1日起限制向中国出口。2023年7月3日，中国商务部、海关总署发布《关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告》，对镓、锗相关物项实施出口管制，该政策已于2023年8月1日起正式实施。中国对镓、锗相关物项的出口管制被视为对外部围堵打压实施的反制，对维护全球供应链稳定具有正面作用。

2 中国稀散金属矿资源特征

本次工作共收集中国稀散金属矿产地542处，对各矿床（点）的地理位置、矿床类型、成矿时代、稀散金属资源量、规模、品位等信息进行了系统梳理，全面客观地揭示了中国稀散金属矿的主要特征。

2.1 分布广泛，但相对集中

中国稀散金属资源分布广泛（图1），在全国29个省（区、市）均有分布。本次工作收集的资料显示，中国稀散金属已查明资源储量共计102.82万t，其中，镓矿44.65万t，锗矿1.39万t，铟矿2.52万t，铊矿2.96万t，镉矿47.12万t，硒矿2.56万t，碲矿1.53万t，铼矿893.00 t。中南地区、西南地区和华北地区是稀散金属资源分布的主要地区，3个地区的稀散金属资源量占中国稀散金属资源总量的85%。其中，中南地区稀散金属35.61万t，占全国总量的34.62%，以镓矿、镉矿为主（图2），其次是铟矿和铊矿；西南地区稀散金属34.27万t，占全国总量的33.33%，以镉矿、镓矿为主，其次是铊矿和铟矿；华北地区稀散金属17.59万t，占全国总量的17.10%，以镓矿为主，其次是镉矿。西北地区、华东地区和东北地区稀散金属资源量相对较少，西北地区以镉、硒、碲为主，华东地区以镉、碲为主，东北地区则以镉、硒、锗为主。

图2 中国不同地区稀散金属资源量占比Fig. 2 Proportion of different dispersed metals resources of different regions in China

云南稀散金属资源储量居全国之首，占全国总量的23.32%；其次是河南和广西，分别占全国总量的13.18%和12.24%；稀散资源储量超过万吨的省（区）还有内蒙古、山西、贵州、广东、甘肃、湖南、四川、青海，这些省（区）的稀散金属资源总和占全国稀散金属资源总量90%左右。

单矿种的分布也相对集中（图3），镓矿集中分布在河南、广西、山西、贵州、内蒙古等铝土矿和煤矿较多的省（区），上述5省（区）镓资源量总和占全国镓矿资源总量的91.64%；锗矿主要分布在内蒙古、广东、贵州、云南、吉林、山西、山东等省（区），7省（区）锗资源量总和占全国锗矿资源总量的87.16%；铟矿主要分布在广西、云南、内蒙古、湖南、青海、广东等省（区），6省（区）铟资源量总和占全国铟矿资源总量的91.59%；铊矿集中分布在云南、广东、湖南、贵州等省（区），4省（区）铊资源量总和占全国铊矿资源总量的83%；铼矿主要分布在山西、河南、内蒙古、黑龙江、湖南、新疆、四川，这些省（区）的铼资源量总和占全国铼资源总量的84.42%；镉矿在各省（区）均有分布，超过万吨的省（区）有云南、广西、广东、四川、甘肃、内蒙古、湖南、青海、浙江、贵州，这些省（区）的镉资源量总和占全国镉矿资源总量的88.17%；硒矿资源量超过千吨的省（区）有甘肃、新疆、湖南、青海、黑龙江、湖北、广东、贵州，8省（区）硒资源量总和占全国硒矿资源总量的84.21%；碲矿超百吨的省（区）有广东、江西、甘肃、陕西、四川、湖北，6省（区）碲矿资源量总和占全国碲矿资源总量的98.14%。

图3 中国不同省份稀散金属资源量占比Fig. 3 Proportion of different dispersed metals resources of different provinces in China

2.2 独立矿床极少，但资源量可观

稀散金属在地壳中含量低，且以分散状态存在，因此很少形成独立矿物，更难形成独立矿床。目前全球稀散金属独立矿床屈指可数，比较著名的有美国犹他州西南部的埃佩克斯（Apex）镓锗矿床[9]、非洲西南部的楚梅布（Tsumeb）锗矿床[10]、玻利维亚帕卡哈卡（Pacajake）硒矿床等[11]。中国稀散金属独立矿床极少（表1），云南南华龙潭砷铊矿床是发现较早的独立铊矿床，20世纪60年代提交铊资源储量138.5 t[12]；20世纪80—90年代相继发现了贵州滥木厂汞铊矿床[13]、湖北恩施鱼塘坝硒矿床[14]、内蒙古乌兰图嘎锗矿床[15]、四川大水沟碲矿床[16-17]、云南临沧大寨锗矿床[18]等独立稀散金属矿床；21世纪初又发现了安徽和县香泉铊矿床[19]和内蒙古黑岱沟镓矿床[20]两个独立稀散金属矿床。

表1 中国独立稀散金属矿床信息一览Table 1 List of information on independent dispersed metal deposits in China

独立矿床数量虽然在中国稀散金属矿床中的占比极少，但资源量可观，8个独立稀散金属矿床资源量总和占全国稀散金属资源总量的6.64%。矿床规模以中型居多，也有超大型矿床和大型矿床。成矿时代以燕山期和华力西期为主，矿床类型仅浅层中-低温热液型和生物化学沉积型两种。中国西南低温热液改造成矿域是稀散金属独立矿床形成的重要区域[21]。

2.3 矿床规模以中、小型居多，但大型矿床资源量占比较大

本次工作收集到的542处（包括矿床/点759个）稀散金属矿产地中，超大型矿床21个，大型矿床90个，中型矿床234个，小型矿床290个，矿点124个，中型矿床和小型矿床数占到稀散金属矿床总数的近70%，资源量总和占稀散金属资源总量的不足20%；大型矿床和超大型矿床数占稀散金属矿床总数的14.63%，但资源量总和超过稀散金属资源总量的80%。甘肃白家咀子，广东大宝山、凡口、大降坪，广西新圩、大厂，贵州猫场、小山坝，河南夹沟，江西城门山，内蒙古五牧场、黑岱沟、乌兰图嘎，山西罗疃，四川大梁子，云南金顶、都龙等21个超大型矿床的稀散金属资源量总和占全国总量的53.17%（表2）。

表2 中国大型、超大型伴生稀散金属矿产地一览Table 2 List of large and ultra large associated dispersed metal production areas in China

2.4 伴生稀散金属矿与主矿种关系密切

稀散金属矿绝大多数为伴生矿床，多作为伴生组分富集在一定类型的矿床中，如镓主要伴生在铝土矿和煤矿中，一水铝石是镓的主要载体矿物；铊主要伴生在铅锌多金属硫化物矿床中，以黄铁矿为主的硫化物矿物是铊的主要载体矿物；铟主要伴生在锡石硫化物矿床中，闪锌矿、黄锡矿、黄铜矿、锗石等为铟的主要载体矿物；铼主要伴生在铜钼矿床中，辉钼矿是铼最主要的载体矿物。

本次工作的数据分析显示，中国稀散金属高度富集在铅锌多金属矿床（38.07%）、铝土矿（30.44%）、煤矿中（10.87%），其次是钨-锡多金属矿（6.95%）、铜多金属矿（4.77%）、硫铁矿（3.09%）等矿床中（图4）。主矿种不同富集的稀散金属种类也不同（图5），如铅锌多金属矿中富集多种稀散金属，但以镉、铊居多；铝土矿主要富集镓；煤中主要富集镓、锗；铜镍多金属硫化物矿床中主要富集硒、碲；钨锡多金属矿中相对富集镉、铟等。

图4 中国不同主矿种中稀散金属资源量占比Fig. 4 Proportion of dispersed metals resources of different deposit types in China

图5 稀散金属在中国不同主矿种中的资源量占比Fig. 5 Proportion of dispersed metals resources of different deposit types in China

2.5 综合利用率低

稀散金属综合利用率普遍较低，如全球铝土矿中的镓资源量超过100万t，锌资源中也含有相当数量的镓，而铝土矿和锌资源中只有不到10%的镓具有潜在的可采性[4]。中国稀散金属的综合利用也相对较低，其原因一方面是提取技术难以突破，稀散金属往往以类质同象的形式存在于特定矿物的晶格中，很难从中提取出来，因此对提取技术的要求比较高；另一方面是由稀散金属在选矿过程中的分配行为决定的[22]，如在铅锌矿的选矿过程中，镉、铟绝大部分能在浮选过程中富集于锌精矿，回收率较高，但镓、锗在低温成因的铅锌矿中主要分布在闪锌矿中，大部分可以伴随主要目标矿物被回收，但在高温成因的铅锌矿中，则往往在选矿过程中进入硫精矿或尾矿，损失率比较高；Se、Te、Tl通常在硫精矿和尾矿中的分配率非常高，因此回收率较低。此外，回收成本也是决定稀散金属资源回收率高低的一个重要因素，稀散金属作为伴生组分如果回收成本过高，矿山一般不会有积极性。

锡铁山、凡口等大型铅锌矿山10多年前就开始了伴生稀散金属的回收工作[23-24]，但目前仍有一些矿山未进行稀散金属矿产资源的回收，有的矿山可能还未对伴生的稀散金属矿产资源进行评价。相信随着中国稀散金属在全球战略地位的提升，国内稀散金属矿产资源的综合利用率也会不断提高。

3 中国稀散金属的资源保障

根据自然资源部发布的全国矿产资源储量统计数据，2020—2022年，全国稀散金属总保有储量分别为5.42万t、7.02万t和8.26万t，呈逐年上升趋势，但分矿种情况不尽相同。

全球镓资源储量约23万t，中国镓金属储量占世界总储量的80%～85%[5]。中国原生镓产量居全球第一，2022年估算全球原生镓年产量550 t，中国占到98%[4]。中国铝土矿中伴生的镓资源潜力巨大，加之氧化铝企业对镓回收的高度重视，中国镓资源储备充足。根据自然资源部发布的全国矿产资源储量统计数据，2020—2022年，中国镓资源保有储量分别为2.07万t、2.48万t和2.89万t，呈逐年上升的趋势。2023年8月1日，中国开始正式对镓、锗相关物项实施出口管制，中国镓资源保有储量也将继续保持增长态势。

全球锗资源储量约8600 t，中国锗金属储量约占世界总储量的41%[5]。中国是全球最大的锗产品生产国，2020年全球锗总产量140 t，中国占到68%，产量达95 t[8]。中国锗主要来源于丰富的煤炭和铅锌矿，由于开采条件便利，国内市场需求量也比较稳定，在全球锗产业中具有巨大的成本优势和市场优势。根据自然资源部发布的全国矿产资源储量统计数据，2020—2022年，中国锗资源保有储量分别为1728.6 t、2162.9 t和2333.5 t，呈逐年上升的趋势。目前中国对锗相关物项实施了出口管制，中国锗资源能够保障国内需求。

全球铟资源储量11000 t，中国铟资源储量约占世界总储量的73%[6]。中国铟生产居全球第一位，2022年全球铟产量约900 t，中国铟产量530 t[4]，占全球总产量的58.9%。根据自然资源部发布的全国矿产资源储量统计数据，2020—2022年，中国铟资源保有储量分别为1793 t、1999 t和1926 t。中国铟矿虽然具有较大的潜力资源，但主要集中在广西和内蒙古，目前整个广西富铟资源开采利用程度较高，同时国内铟的回收利用程度不高，铟资源的供给能力会逐渐减弱。此外，中国铟矿的出口也较高，2018—2021年，美国铟进口量的18%来自中国[4]，这在一定程度上也加剧了国内铟资源危机。

全球铊储量目前没有最新数据，2011年全球铊储量约38 t[25]，中国铊资源非常丰富，储量位居世界前列。中国铊资源储量主要集中在广东和云南两省，两省铊资源储量占全国铊资源储量的86%左右。铊虽然用途较多，但用量非常少；在大多数医学成像中，锝被用作铊的替代品，也使得铊的用量减少；此外，由于金属铊及其化合物是剧毒物质，铊的用量也受到限制。2005年以来，全球铊产量基本没超过10 t。根据自然资源部发布的全国矿产资源储量统计数据，2020—2022年，中国铊资源保有储量分别为342.5 t、803.6 t和1582.4 t，呈逐年上升的趋势，能够满足国内需求。

全球已查明铼资源量约为11000 t，探明铼储量约为2400 t[26]。根据自然资源部资料，2022年铼的保有储量仅19.2 t。2022年全球铼产量58 t，中国铼产量2.5 t[4]。虽然近年来，铼的查明资源量逐年增加，显示中国具有较大的铼成矿潜力和找矿空间，但随着航空航天业和现代工业发展，铼的需求量也会大幅增加，中国铼资源的保障程度亟待提升。

全球镉资源量估算约66万t，中国镉储量9.2万t[6]。2022年，全球镉产量2.4万t，中国镉产量1.0万t[4]。根据自然资源部发布的全国矿产资源储量统计数据，2020—2022年，中国镉保有储量分别为1.85万t、3.42万t和3.77万t，呈逐年上升趋势。中国镉资源丰富，高度富集在铅锌矿中，铅锌矿中的镉资源量占到全国镉资源总量76%，云南金顶铅锌矿提供了全国近45%的镉资源。金顶铅锌矿目前已采损至少三分之一[6]，且该矿山对伴生镉并没有进行充分回收，这会很大程度地影响了镉的保有储量，应引起高度重视。

全球硒资源储量9.9万t，中国2.6万t[3]。2022年，全球硒产量3200 t，中国硒产量1300 t，居全球第一位。根据自然资源部发布的全国矿产资源储量统计数据，2020—2022年，中国硒资源保有储量分别为6052 t、3362 t和5015 t，呈波动变化。硒主要富集在铜多金属矿床中，随着主矿种的持续开采，如果伴生硒没有充分回收利用，势必造成硒资源保有储量的显著下降。中国是硒资源消费大国，占全球硒资源消费总量的50%以上。自产硒远不能满足国内需求，每年需进口大量的产品硒和原料硒，对外依存度较高，需加强硒资源保护。

全球碲资源储量31000 t，中国6600 t[3]，2022年，全球碲产量640 t，中国340 t。根据自然资源部发布的全国矿产资源储量统计数据，2020—2022年，中国碲资源保有储量分别为3024.5 t、807.2 t和3109.5 t，呈波动变化。中国碲资源丰富，与硒相同，主要伴生在铜多金属矿床和铜镍硫化物矿床中，随着铜矿的持续开采，有可能造成碲保有储量降低。中国是全球最大的碲资源国、消费国和生产国，近年来，碲产业发展较快。碲作为新能源、新材料领域重要的原材料，特别是随着太阳能产业的持续发展，碲在国内和全球的需求量持续增长，中国碲资源有可能出现供不应求的局面。

可以看出，稀散金属镓、锗、铊资源保障程度较高，能够满足国内需求；铟、镉、硒、碲、铼资源保障程度较低，需加强资源保护。