中国碲资源特征及勘查开发利用现状

2024-04-24王成辉赵晨辉李德先陈炳翰刘金宇张能鑫

中国矿业 2024年4期

王成辉，赵晨辉，李德先，陈炳翰，李阳，刘金宇，张能鑫，方勇

（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. 自然资源部深地科学与探测技术实验室，北京 100094；3. 成都理工大学地球与行星科学学院，四川成都 610059）

0 引言

碲是目前地学界公认的八种分散元素之一，由奥地利人缪勒（Müller F J）于1782年在萨拉特纳发现，1798年德国著名的矿物学家克拉普罗特（Klaproth M H）将其命名为tellurium（来自于拉丁文tellus，即“地球”之意），元素符号定为Te。碲的克拉克值仅0.01×10-6或更低[1]，在地壳中绝大部分都分散到硫化物矿物的晶格中，只有在硫浓度明显降低的场合，才有可能形成独立的碲矿物。由于碲是亲地幔地核、高挥发分、水溶性差、易富集于硫化物的元素，碲含量高是岩体源岩中含有幔源组分的标志[2]，与碲相关的矿床其成因也与深部岩浆活动或地幔密切相关。

碲的用途广泛，除了应用于冶金、石油、电子、玻璃、陶瓷、医药、化工等传统领域，在光伏电池、电脑芯片、红外探测等新能源、新材料等新兴产业中也有广泛的应用，全球对碲资源的需求量越来越大。中国碲资源丰富，作为全球主要的碲生产国，碲资源的开发利用及保护对中国乃至全球都有着重要的意义。

本文在《中国矿产地质志·稀散金属矿卷》研编的基础上，对中国碲矿资源特征和勘查开发利用情况进行了系统梳理和总结，并对未来碲产业的发展趋势进行了初步分析，以期对中国碲资源的合理利用提供基础数据支撑。

1 中国碲矿的资源特征

中国碲矿资源居世界前列，拥有全球仅有的独立碲矿床-四川省石棉县大水沟碲矿。目前，中国已查明碲矿产地63处，其中，独立碲矿1处（图1）。中国伴生碲矿资源较为丰富，分布在广东、江西、甘肃、陕西等16个省（区），资源储量主要集中于广东、江西和甘肃3省（表1），分别占全国碲矿资源储量的37.95%、32.76%和22.37%，3省资源储量之和占中国资源储量的93.08%。矿床类型以热液型多金属矿床、矽卡岩型铜矿床和岩浆铜镍硫化物型矿床为主，分别占中国伴生碲储量的44.77%、43.89%和11.34%[3]。据统计，广东曲江大宝山铜多金属矿（占全国伴生碲储量的37.95%）、江西九江城门山铜矿（占比32.76%）、甘肃白家咀子（占比9.97%）和金川铜镍矿（占比12.35%）为中国4个大型、超大型伴生碲矿床，这4个矿床碲资源储量之和为中国伴生碲资源储量的93.08%。

图1 中国碲矿产地分布图Fig. 1 Distribution map of tellurium production areas in China

表1 中国碲矿产地一览Table 1 List of tellurium production areas in China

续表1

根据自然资源部全国矿产资源储量统计数据，2020年中国碲矿资源储量3024.50 t，集中分布在江西和甘肃两省，两省碲资源储量分别占到全年总储量的61.17%（1850.00 t）和36.68%（1109.51 t）。

2 中国碲矿的开发利用现状

2.1 碲的工业要求

虽然碲在热液型多金属矿床、矽卡岩型铜矿床和铜镍硫化物矿床中多有分布，但是碲无独立的工业指标。常见的铜镍矿石和其他矿石中伴生碲的工业指标见表2。

表2 碲的一般工业要求Table 2 Industrial indicators of tellurium 单位：Te/%

2.2 碲的开发利用现状

中国的碲矿产业链目前尚不完整且规模相对较小。大多数企业停留在原料级产品和低附加值产品的加工阶段，如制备安全塞、保险丝、焊锡、铅字等。然而，中国有望通过进一步的研究和发展，完善这一产业链。2013年3月1日，国家发展和改革委员会批准建设攀西国家战略资源创新开发试验区，旨在重点开发攀西地区的钒钛磁铁矿、稀土和碲铋资源。这一举措为中国碲产业的发展提供了新的契机。依托攀西地区丰富的碲铋资源储量，中国有望研究碲铋新材料技术，并向高尖端、高附加值的碲铋功能材料方向转型。这些材料可以广泛应用于军事武器装备、感光器、野外用电池、激光制导、绿色制冷等领域。具体来说，四川省石棉县的大水沟独立碲铋矿床的碲平均品位约为0.1%[8]，远景储量超过2000 t[9]。虽然矿山资源储量在1000 t左右，但目前还不具备大规模开采的条件。根据估算，中国未计入储量的碲矿资源约为10000 t，具有巨大的潜力。

在各个领域中，碲都有着广泛的应用。在冶金工业中，碲的用量占应用总量78%[10]，碲可以增强钢的机械加工性能，提高不锈钢、低碳钢的加工成品率。在石油和化学工业中，碲的用量占应用总量12%，碲可用作石油裂解催化剂的添加剂以及制取乙二醇的催化剂。在电子和电化工业中，碲的用量占应用总量8%，主要用于感光器。碲和一些碲化物是半导体材料，超纯碲单晶是新型的红外材料。在玻璃工业中，氧化碲可作为玻璃的着色剂。此外，碲的有机化合物具有抗肿瘤和抑制白血病细胞增殖等医药应用。碲化镉薄膜太阳能电池相比传统的单晶硅太阳能电池具有成本低、弱光性更好等优势。通过进一步的技术研究和开发，中国有望将碲矿资源转化为更多高附加值的产品，推动碲矿产业链的发展。

3 中国碲产业现状及其在世界上的地位

中国是全球最大的碲资源国、消费国和生产国，国内碲产业发展较快。根据统计，截至2019年底，全球碲产量为470 t[11]，其中，中国碲产量为290 t，占全球总产量的61.70%；日本、俄罗斯、瑞典、加拿大、保加利亚、南非等国家碲产量占38.3%。

碲的价格每年都有波动，2012以来，碲（99.95%）的价格呈下降趋势。2012—2013年，太阳能光伏系统出现并网延迟现象，一些2010年安装的设备到2011年、2012年也未能并网，并且太阳能发电上网电价补贴政策项目的大量减少，光伏市场在高速发展后出现回落，导致光伏电池产能严重过剩，多家太阳能电池制造商申请破产或减产，碲价格下跌。

近年来，铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池行业增长迅速，这进一步挤压了碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池的市场空间。这种趋势对碲化镉以及碲的价格都产生了影响。由于CIGS薄膜太阳能电池具有高效率和轻薄灵活等优点，因此在市场上受到了广泛认可并迅速发展。与此同时，碲作为碲化镉薄膜太阳能电池的主要成分之一，其需求受到了影响，价格也相应受到了压制。市场竞争的激烈使得碲化镉薄膜太阳能电池制造商不得不努力降低成本以维持竞争力，这导致了对碲的需求减少，进而影响了碲的市场价格。虽然如此，碲化镉薄膜太阳能电池在一些特定应用场景中仍然保持一定市场份额，但其市场受到了更大程度的挑战。

中国是精制碲的主要生产国，主要从铜阳极泥和铅、镍、贵金属和锌冶炼过程中产生的残渣中回收碲。2019年底，云南省政府宣布拍卖170 t从废弃的泛亚金属交易所出产的碲，起拍价为43美元/kg，总成交价为734万美元，并于2019年12月成交。2020年，由于对太阳能生产项目的投资增加，中国对太阳能电池板的CdTe需求有所增加。一家中国公司的碲产量从2019年的每月1 t增加到每月6 t。2020年前6个月，中国的CdTe出口也增长了6%，达到300 t以上。

2020年全球阳极泥中的碲含量与2019年基本保持不变。一家美国阳极泥生产商至少将其阳极泥的一部分运往墨西哥进行处理和精炼。2020年8月之前，美国碲的月均价格普遍下降，从1月份的65美元/kg左右降至8月份的55美元/kg左右，此后价格在9月份回升至60美元/kg左右。

4 碲在新兴产业发展中的应用及趋势

战略性新兴产业一般指那些在经济和社会长期发展中具有重要引领和带动作用的产业。这些产业具有知识技术密集、资源利用高效、成长潜力巨大、综合效益显著等特征。在中国，战略性新兴产业被视为产业升级的核心，也被认为是未来产业发展的主要增长引擎。党中央、国务院高度重视培育和发展战略性新兴产业，2010年10月，国务院印发《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（国发〔2010〕32号），提出了中国战略性新兴产业概念，确定了培育和发展重点方向，标志着中国战略性新兴产业正式启动。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出：“着眼于抢占未来产业发展先机，培育先导性和支柱性产业，推动战略性新兴产业融合化、集群化、生态化发展，战略性新兴产业增加值占GDP比重超过17%”。

4.1 碲在产业发展中的应用转变

根据国家统计局发布的《战略性新兴产业分类（2018）》，战略性新兴产业包括新一代信息技术、高端装备制造、新材料、生物、新能源汽车、新能源、节能环保、数字创意、相关服务业九大产业[12]。近年来，稀散金属在新兴产业发展迅速，特别是镓、锗、铟、硒、碲，在光伏电池、电脑芯片、红外探测等新能源、新材料等战略性新兴产业得到了广泛应用[13]。

自20世纪50年代开始，碲及其化合物逐渐广泛应用于多个领域，主要包括太阳能、热电制冷、电子、合金和橡胶等行业。随着科学技术的不断进步，碲的应用领域已经从传统的冶金和石油化工产业转向了半导体、薄膜太阳能、红外探测等新兴产业。目前，碲在新兴产业的消费占比已经达到了约80%。碲具有优异的性能，在太阳能电池领域，特别是碲化镉用于太阳能电池中，能够大幅提高光能转化效率。因此，碲作为一种具有重大战略意义的新能源材料，正受到越来越多的关注和应用。2023年，全球碲消费量占比为：光伏行业40%，热电生产工业30%，冶金工业15%，化工橡胶业5%，其他10%[14]。根据《“十四五”可再生能源发展规划》，到2030年中国风电和太阳能发电总装机容量达到12亿kW，该规划可能会进一步增加太阳能行业对碲化镉薄膜太阳能电池板的需求。

4.2 碲在世界主要国家中的应用

全球碲消费国主要包括中国、美国、加拿大、德国、墨西哥等国家。碲是一种稀有金属元素，作为半导体材料在光电子学和能源领域具有重要应用。作为太阳能电池的关键材料之一，碲化镉在能源转换领域发挥着重要作用。同时，碲也被应用于其他领域，如制冷、热电装置、合金制造等。中国拥有丰富的碲矿资源，应当加强其开发、利用和保护。

随着全球能源结构的调整和对清洁能源的需求增加，太阳能等可再生能源的重要性日益凸显。碲化镉薄膜太阳能电池因其高效率、稳定性和低成本而备受关注，是未来太阳能电池技术的重要发展方向之一。但需注意的是，碲的生产与环境保护需求密切相关，应采取科学合理的生产方式，减少对环境的负面影响。目前，世界上生产太阳能电池的公司主要有美国First Solar LLC和德国的Antec Solar Enargy AG。Antec Solar计划扩大太阳能电池产量至25 MW/a，First Solar计划扩大太阳能电池产量至100 MW/a。

中国近80%的碲消费主要用于新兴产业，如薄膜太阳能、半导体和红外探测等领域。中国太阳能行业发展迅速，碲化镉薄膜太阳能电池因其成本低廉、光电转换效率高和稳定性好等特点而备受关注。尽管碲化镉的制备存在环境问题，但其研究和应用仍是当前光伏领域的焦点之一。值得注意的是，制约太阳能电池CdTe基材发展的关键因素之一是碲的生产。据估算，到2030年，制造太阳能电池的碲需求量将超过目前全球的碲产量，达到400～500 t。因此，制造太阳能电池的CdTe材料对碲的需求将继续增强，成为未来碲需求的主要拉动力。

中国是全球碲资源消费和生产的主要国家之一。随着新能源和新材料领域的快速发展，中国的碲产业也在不断壮大。作为重要的原材料，碲在国内外的需求量预计将持续增加。总体而言，未来中国对碲资源的需求量将呈现稳步增长的趋势。