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一个稀土大国的崛起—白云鄂博稀土矿发现与采炼实录

2013-06-07 12:11:00 来源:矿秘书网采编 评论(0)
一个稀土大国的崛起—白云鄂博稀土矿发现与采炼实录

稀土简介

稀土矿石稀土矿石

稀土不是土,而是储最较少的一类金属的统称。稀土的英文是Rare Earth,意即"稀少的土"。由于受到当时科学技术水平的局限,人们只能制得一些不纯净的像土一样的氧化物,故给这组元素留下了"稀土"这么一个别致的名字。

从1794年发现元素钇,到1945年在铀的裂变物质中获得钷,前后经过151年的时间,人们才将元素周期表中第三副族的钪,钇,镧,铈,镨,钕,钷,钐,铕,钆,铽,镝,钬,铒,铥,镱,镥17个性质相近的元素全部找到,把它们列为一个家族,取名稀土元素。其中,从镧到镥的15个元素又称为镧系元素。其实,这些元素并不那么稀少。例如,铈在地壳中的含量与锡近乎相等,而钇钕镧都比铅更丰富。其余的稀土元素,除钷外都不少于银,而比金丰富得多。迄今发现的稀土矿物约有250种,但具有工业价值的稀土矿物只有五六十种,目前具有开采价值的只有十种左右,现在用于工业提取稀土元素的矿物主要有四种—氟碳铈矿、独居石矿、磷钇矿和风化壳淋积型矿,前三种矿占西方稀土产量的95%以上。独居石和氟碳铈矿中,轻稀土含量较高。磷钇矿中,重稀土和钇含量较高,但矿源比独居石少。

稀土的用途

稀土的用途十分广泛。只要在一些传统产品中加入适量的稀土,就会产生许多神奇的效果。发挥着现代工业"维生素"的作用,产生出巨大的辐射经济效益。目前,稀土已广泛应用于冶金、石油、化工、轻纺、医药、农业等数十个行业。稀土钢能显著提高钢的耐磨性、耐磨蚀性和韧性;稀土铝盘条在缩小铝线细度的同时可提高强度和导电率;将稀土农药喷洒在果树上,即能消灭病虫害,又能提高挂果率;稀土复合肥即能改善土壤结构,又能提高农产品产量;稀土元素还能抑制癌细胞的扩散。稀土在各种高技术工业中都有重要的用途,比如高性能电池、硬盘驱动器、核磁共振成像仪、固体激光器、磁悬浮列车等,其制造过程中都必须使用稀土材料。而在军事上,稀土拥有的战略价值甚至更大,因为瞄准镜、夜视仪、坦克炮弹和飞机发动机也依赖于稀土材料。随着越来越多的稀土材料被开发出来,从20世纪70年代开始,稀土的消耗量不断增长,曾经连续几十年保持15%以上的增长率。今天,它已经像石油一样,成为一种不可替代的战略资源。尤其是对于一个依赖高技术制造业的国家来说,一旦稀土的产量不足,受到影响的将是整个工业体系。

 一O五地质队,评价出世界最大的稀土矿床                

稀土元素表 Rare Earth Elements稀土元素表Rare Earth Elements

新中国成立之初,百废待兴,百业待举。1949年12月16-25日,中央人民政府重工业部在北京召开全国钢铁工业会议,确定对白云鄂博进行资源调查,并把包头列为"关内未来钢铁中心"的目标之一。也正是在这次会议上,白云鄂博矿区被列为国家首批地质评价工作的重点。

1950年,中央人民政府地质工作计划指导委员会,组建了以矿床地质学家严坤元担任队长和总工程师的50人"中央人民政府白云鄂博地质调查队"(后来改称为"地质部华北地质局二四一地质勘探大队")。同年5月初,该队从北京出发,经过十天的旅程,抵达白云鄂博矿区,开始了他?艰苦创业的历程。 此希望

偶然的发现——从白云鄂博铁白云鄂博矿到稀土矿

此前,国务院已经决定对白云鄂博铁矿实行露天开采,并以此为基础建设包钢,因此希望地质部在1954底把白云鄂博的地质勘探报告拿出来。1950-1952年是普查阶段,接下来就需要进一步作详细勘探。任务重,时间紧。5月23日,勘探工作正式开始。地质部几乎调动了全国的地质勘探力量,白云鄂博很快就集中了三十多台钻机和两千多名工人。

二四一队的地质队员永远不会忘记这一天—1954年12月28日。这天黎明曙光初绽的时刻,《内蒙古白云鄂博铁矿地质勘探报告》全部完成。此前的三四个月里,负责编写报告的地质科技人员们,几乎是白天黑夜连轴转。这份凝聚了二四一地质队地质工作者大量心血和智慧的报告,是新中国成立后的第一份大型地质勘探报告,它连同"白云鄂博"的名字一起,载人了中国地质事业的史册。二四一地质队从1950年组建到1956年撤销,共为白云鄂博矿区探明铁矿石储量8.26亿吨。1957年,依据白云鄂博丰富的铁矿资源,包钢在万众瞩目中开始建设。1959年正式投人生产,5月出焦,8月通水,9月出铁。1959年10月15日,包钢一号高炉投产,周恩来总理亲临祝贺,并为包钢一号高炉出铁剪彩。他对工人们说:"这是世界上一流的大高炉,第一次在我们国家出现,你们要好好管理啊!"

白云鄂博稀土矿床白云鄂博稀土矿床

1963年4月,在国家科委召集冶金部、地质部、化工部等部门参加的一次科学会议上,一个有关包钢的问题被正式提了出来:由于对白云鄂博的矿物成分没有搞清楚,影响了炼钢质量。会议决定,由地质部负责尽快把矿石的成分搞清楚。两个月后,地质部新组建派出的科技人员再次来到白云鄂博,这就是地质部一O五地质队。

稀有放射性元素的系统研究和综合评价,是全国124个重点项目之一,现在决定由你这位稀有元素矿产勘探专家去完成。以地质部为主,冶金、化工部密切配合,怎么样?"面对地质部领导的询问,面对国家的需要,一O五队总工程师兼副队长任湘二话不说,接受任务后,日夜兼程地赶往白云鄂博。

发现世界罕见的特大型铌—稀土矿床

这是一支年轻的地质技术队伍,会集了全国的稀有元素分析鉴定、普查勘探技术骨干,还吸收了一批大学毕业生。原内蒙古二O五地质队将其全部基地让给了他们,由内蒙古地质局副局长兼任队长。那时,绝大多数队员对稀土的认识还只停留在教科书里的介绍上,许多工作都需要摸着石头过河。

当队员们找到了白云鄂博矿物中稀土的赋存状态和分离方法后,一O五地质队在白云鄂博的勘探工作就全面展开了,各个工种加班加点协同作战。曾经参与一O五队白云鄂博矿石成分研究的矿床专家白鸽回忆说:"我们队二百多人,光工程师就十个。要知道,那时工程师并不多,一个地质队能有两三个就不少了。我是从矿床所调去的,天天就在长长的槽子里收集矿物标本,然后在室内进行矿物鉴定和统计。"就这样,一O五地质队充分利用二四一队铁矿勘探的2.7万米岩心、4.4万米槽井探和1.2万件化学分析副样,攻克了稀土、铌、钼简项分析,27种稀土元素矿物、15种铌矿物及几种放射性矿物的分析鉴定,以及稀土铌在矿石中含量,在各单矿物中含量及其所占储量比例的评价,稀土、铌选矿试验等技术难关,对全部矿体结合开采现状重新圈定编图,并计算了储量。

1966年,经过三年的会战,一O五地质队终于圆满完成了白云鄂博稀有元素的勘探工作,提交了一份高质量的《内蒙古白云鄂博铁矿稀土稀有元素综合评价报告》,为国家评价出了一座世界罕见的特大型铌—稀土矿床。

 地质学界长达二十多年的矿床成因之争                

"你从矿场随意拾取三两块标本回来,说不定就可以鉴定出一种新矿物。"这并不完全是开玩笑。在白云鄂博开发后的数十年间,在此不断发现并且被国际矿物协会和矿物名称委员会批准的新矿物越来越多,其中有十几种不但是世界上的首次发现,而且还是白云鄂博所独有的。

中国白云鄂博稀土中国白云鄂博稀土

至今人类将元素的发现只推进到109号,发掘出的矿物也仅有3800多种,可是在白云鄂博矿区面积约48平方公里的有限范围内,就含有71种元素、矿物172种。而且,其中的稀土储量世界第一,铌储量仅次于巴西,为世界第二。这不能不说是个奇迹。

"白云鄂博矿床是一个独特的超大型稀土矿床,它具有与众不同的成矿条件和成岩成矿环境,研究并查明它的成因和成矿机理,对今后这类矿床的找矿和理论研究都有普遍意义。"中国地质科学院矿产资源研究所研究员袁忠信如是说。这句话的背景,是地质界围绕白云鄂博矿床成因一个长达数十年的学术争论.

"起初,相关的地质学家认为白云鄂博矿床为’特种气成高温热液交代矿床’,即矿物与花岗岩分出的热液有关。而另一种观点,就是我们提出的’海相火山喷溢沉积碳酸岩矿床’,认为真正的’关键人物’是碱性岩和碳酸岩。’袁忠信与白鸽同为原矿床地质研究所的资深专家,1965年他们都在一O五地质队研究铌和稀土。"关注矿床情况是我们的’职业病’。就在天天挖槽子的过程中,我们发现铌和稀土与花岗岩关系不密切,由此产生了疑问。"白鸽说。

一O五队是1967年解散的。离开一O五队回到北京后,袁忠信与白鸽继续对白云鄂博矿床的成因进行研究,类比后怀疑是火山沉积形成的。1975年,他们借着一次会议的机会,再次跑回白云鄂博采样,1977年,他们发表了自己的研究成果,描述了白云鄂博的诞生:含矿岩体是在地槽环境下以火山沉积方式形成的,矿石沉积后又经受了区域变质作用和热液交代作用等不断的改造变化,最终造就了矿床今日这般极为复杂的面貌。

如今,关于白云鄂博矿床成因的学术争论已尘埃落定。由于白云鄂博矿床的成因十分复杂,形成过程曲折坎坷,迄今在世界范围内还没有发现类似矿床的报道,所以白云鄂博稀土资源"世界第一"的神话仍在继续。

   世界稀土在中国,中国稀土在包头               

白云鄂博稀土资源独占鳌头

一项统计资料显示,白云鄂博稀土已探明储量达7900万余吨,占全国总储最的85%以上,占世界总储量的40%。而包头稀土高新区对外公开的资料显示,中国稀土已探明资源为全球的66.7%,包头占全球的54.2%.另有一份资料显示,白云鄂博稀土矿的工业储量3600万吨,占全世界的36%,占全国的90%以上。世界罕见的稀土矿的巨量蕴藏,为白云鄂博插上了腾飞的翅膀。因白云鄂博而生的包头,也早已由当年的一个小小"敖包",成长为一座现代化的工业城市。从20世纪90年代开始,中国已经成为世界上最大的稀土矿的开采国和出口国。

中国稀土转型刻不容缓

几十年过去了,毋庸讳言,高速发展带来的生态环境的破坏,稀土资源无序开采带来的棍乱,如何保证中国在国际稀土市场上的价格话语权等,也成为摆在我们面前一道必须破解的难题。

稀土稀土

为缓解不合理开采方式对环境的污染,避免钍和稀土等宝贵资源进一步大量丢弃,中国科学院院士徐光宪建议改变白云鄂博目前不合理的开采方式,国家有关部门应限制白云鄂博主矿和东矿的开采量。中国的稀土问题已经引起中央最高决策层的高度重视。1999年,江泽民到包钢视察时指出:"搞好稀土开发应用,把资源优势转化为经济优势。"2006年,温家宝总理到内蒙古考察时,又明确指出:稀土产业的发展,要做好两件事,一要控制,二要综合利用。

在白云鄂博所在的内蒙古,一场稀土资源保卫战已经拉开序幕。1999年,包钢协助内蒙古自治政府组建了内蒙古稀土集团,打破隶属关系和所有制界限,实行统一管理。通过有效控制稀土精矿的生产,对整个稀土产业的治散治乱起到了重要作用。为争取政策倾斜,以"战略储备"的名义,包钢稀土开始向相关决策层"要支持"。 2010年2月9日,内蒙古自治区人民政府同意了包钢稀土"关于实施包头稀土原材料产品战略储备的方案",包钢稀土在北方承担起了国家战略储备的职能。

内蒙古自治区将着力把稀土产业作为高科技产业发展的重点,推动稀土的产业升级和产业延伸,把包头打造成为中国最大的稀土产业基地。

 

——《中国矿藏大发现》刘桂枝 付伟/文

   ★知识链接·稀土分类                

稀土分类物化性质

根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质,以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征,十七种稀土元素通常分为二组:

轻稀土包括:镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。

重稀土包括:铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪。[3]

矿物特点

铈组(轻稀土)—镧、铈、镨、钕、钷、钐和铕;

钇组(重稀土)—钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钪。[4]

硫酸溶解度

铈组(硫酸复盐难溶)—镧、铈、镨、钕和钷;

铽组(硫酸复盐微溶)—钐、铕、钆、铽、镝和钬;

钇组(硫酸复盐易溶)—铕、铒、铥、镱、镥和钪。

萃取分离

轻稀土(P204弱酸度萃取)—镧、铈、镨、钕和钷;

中稀土(P204低酸度萃取)—钐、铕、钆、铽和镝;

重稀土(P204中酸度萃取)—钬、铕、铒、铥、镱、镥和钪。

 

责任编辑:[金筱维]

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