稀土未來(lái)“煤”里來(lái)？

??? 進(jìn)入3月以來(lái)，美國(guó)肯塔基大學(xué)教授James Hower尤為忙碌——美國(guó)能源部（DOE）資助的10個(gè)從煤炭及其副產(chǎn)品中提取稀土元素的項(xiàng)目正式啟動(dòng)，Hower參與了其中3個(gè)。

??? “這3個(gè)項(xiàng)目都是第一階段的小試，明年春天將會(huì)提出中試方案。”Hower告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。

??? 從煤灰里提取稀有金屬并不新鮮，如我國(guó)已工業(yè)化提取鍺幾十年，未來(lái)幾年還可能工業(yè)化提取鋁和鎵。但是提取極具戰(zhàn)略意義的稀土元素，美國(guó)恐將成為“第一個(gè)吃螃蟹的人”。

??? “過(guò)去中國(guó)稀土資源豐富，不需要這樣‘吃糠咽菜’。”一位業(yè)內(nèi)人士這樣解釋該路徑何以未受廣泛關(guān)注。

??? “973”項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）教授代世峰則認(rèn)為，煤是稀土未來(lái)最有希望的來(lái)源。“美國(guó)這步走得又快又急，一下到我們前面去了。”

??? 得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)

??? 從煤中提取稀土元素猶如“吃糠咽菜”？代世峰顯然不認(rèn)同這種提法。

??? 俄羅斯科學(xué)家2012年的數(shù)據(jù)顯示，在富含稀土的煤礦中，稀土含量為0.03%~0.15%，在煤灰中含量為0.1%~1.5%。

??? “可見(jiàn)如果從煤灰中提取，和傳統(tǒng)稀土礦床的含量相當(dāng)。有些富集程度較好的煤甚至超過(guò)稀土礦床，例如蒙古有一處煤礦的煤中稀土含量達(dá)到1%，完全可以大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。”代世峰告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，煤的燃燒產(chǎn)物中量最大的就是飛灰，而稀有金屬主要富集在飛灰中。

??? 據(jù)悉，全球每年產(chǎn)生的飛灰量可能高達(dá)15億噸，從中提取貴金屬已經(jīng)成為一大趨勢(shì)。為了保障供應(yīng)安全，美國(guó)正在研究高稀土含量（>1000 ppm）的煤層。

??? 我國(guó)很多煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜、瓦斯含量高、開(kāi)采難度大，但也“因禍得福”，火山活動(dòng)和熱液流體提供了煤中稀土元素的來(lái)源。尤其在西南地區(qū)，大地質(zhì)事件的發(fā)生使得煤中稀土元素富集。

??? 那么，中國(guó)到底有多少可開(kāi)發(fā)利用的資源量？“我們積累了大量數(shù)據(jù)可以初步證明西南地區(qū)擁有超大型礦床，但要摸清家底還須進(jìn)一步研究。”代世峰指出，中國(guó)煤炭資源豐富，如果能從中提取稀土，其戰(zhàn)略意義不言而喻。

??? 稀土是電子、能源、軍工等現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的金屬。美國(guó)得克薩斯大學(xué)教授Robert Finkelman在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)強(qiáng)調(diào)：“任何一個(gè)現(xiàn)代國(guó)家都必須擁有穩(wěn)定可靠的稀土來(lái)源，完全依賴(lài)另一個(gè)國(guó)家提供資源，不管是中國(guó)、俄羅斯還是其他國(guó)家，都是不明智的策略。”

??? 從領(lǐng)先到被超越

??? 2014年，一位來(lái)自匹茲堡的記者想采訪(fǎng)煤炭提取稀土元素的話(huà)題，所有人都讓她去找James Hower，Hower還向記者推薦了中國(guó)的代世峰。

??? 2012年，代世峰和俄羅斯科學(xué)家Vladimir Seredin合作，在國(guó)際著名期刊《國(guó)際煤地質(zhì)學(xué)雜志》發(fā)表論文，提出煤中稀土的分類(lèi)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，后被廣泛引用，稱(chēng)為“Seredin-Dai分類(lèi)”和“Seredin-Dai標(biāo)準(zhǔn)”。

??? Hower在同《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者談到上述2012年文章時(shí)評(píng)價(jià)稱(chēng)這是“該領(lǐng)域最重要的文章之一”。

??? 代世峰告訴記者，中國(guó)優(yōu)質(zhì)的資源條件是吸引Seredin主動(dòng)尋求合作的重要原因之一。而上述文章還提出一個(gè)重要觀(guān)點(diǎn)：隨著傳統(tǒng)稀土礦床逐漸枯竭，煤和含煤巖系是將來(lái)最有希望的稀有金屬來(lái)源。

??? “DOE此次高調(diào)支持該技術(shù)，說(shuō)明美國(guó)科學(xué)界基本形成了一致意見(jiàn)。”代世峰認(rèn)為。

??? 2014年美國(guó)國(guó)會(huì)要求能源部進(jìn)行“煤炭中經(jīng)濟(jì)回收稀土元素”的可行性研究，僅僅一年多以后，美國(guó)能源部就征集了來(lái)自大學(xué)、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)的10個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行資助，預(yù)計(jì)到2025年開(kāi)展大規(guī)模部署。

??? 據(jù)Hower介紹，肯塔基大學(xué)在2014年夏天就得到DOE的資助開(kāi)始在肯塔基州和美國(guó)東南地區(qū)收集煤炭和煤灰樣本，還進(jìn)行了一些分離稀土元素的中試。

??? Hower提醒記者注意，DOE從2013年初就資助了一些早期研究，其他的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)也有類(lèi)似項(xiàng)目，使得美國(guó)科學(xué)家得以相互合作，展開(kāi)起步研究，所有這些工作都為這次的10個(gè)項(xiàng)目打下了基礎(chǔ)。

??? DOE這次的支持力度也令代世峰頗為吃驚：“步子邁得太大了，我們還停留在科研水平，這下在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性方面肯定要超越我們了。”

??? 經(jīng)濟(jì)可行性待驗(yàn)證

??? 今年1月發(fā)表在國(guó)際期刊《冶金與材料交易》上的一篇文章指出，在美國(guó)賓夕法尼亞州，部分燃煤產(chǎn)物提取稀土元素不僅技術(shù)可行，并且成本較低。Finkelman也表示，美國(guó)本土的稀土資源開(kāi)采成本較高，反而從煤灰提取更為經(jīng)濟(jì)——不需要開(kāi)采，又能處理飛灰，一舉兩得。

??? 從資源量看，我國(guó)每年的煤炭燃燒產(chǎn)物差不多是美國(guó)的4倍。但Finkelman提醒《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者注意：中國(guó)的稀土資源豐富，相比而言，從煤灰中提取稀土是否成本更低？

??? 中科院院士、北京大學(xué)稀土材料化學(xué)及應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任嚴(yán)純?nèi)A在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)認(rèn)為，美國(guó)一旦找到新的稀土來(lái)源，無(wú)疑為其貿(mào)易談判增加了砝碼。而對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，在可預(yù)計(jì)的5~10年之內(nèi)，稀土自然資源沒(méi)有消耗殆盡的情況下，從煤灰中提取稀土不具有經(jīng)濟(jì)可行性。

??? “我相信這是美國(guó)面向未來(lái)在研究上的布局。”嚴(yán)純?nèi)A提出，我國(guó)科學(xué)家也應(yīng)該著眼于未來(lái)尋找稀土新的來(lái)源，作為技術(shù)儲(chǔ)備。他指出，除了煤炭，海洋中的稀土資源也尚未探索。

??? “下一步我們的工作就是開(kāi)發(fā)提取技術(shù)，進(jìn)行工業(yè)開(kāi)發(fā)。”代世峰表示，目前的問(wèn)題包括：第一，資源量、空間分布和賦存狀況沒(méi)有摸清；第二，中國(guó)的成煤條件復(fù)雜，是否有適用于所有礦床的通用技術(shù)？

??? 對(duì)于煤灰中提取稀土的工業(yè)化前景，Hower較為謹(jǐn)慎：“這項(xiàng)工作很有前景，使得廢棄的煤灰變廢為寶。但我們才剛剛開(kāi)始研究，能否作為資源開(kāi)發(fā)還取決于研究進(jìn)展。”