作者：Giancarlo Elia Valori
包括铈和钇在内的 17 种稀土元素（Rare-Earths Elements）鲜为人知，但它们的磁性和光学特性使其成为现代科技不可或缺的矿物质—-其广泛应用于风力涡轮机、医疗设备、无人机、电动汽车、电子显示器等领域。这些化学元素包括铈、镝、铒、铕、钆、镱、钇、镧、镥、钕、钬、镨、钷、钐、钪、铽和铥。
“我们正处于拥有变革性技术的 21 世纪，但关键性金属对实现这些技术至关重要。我们经常听到锂在锂离子电池中的重要性，但实际上稀土也属于同一类，”加拿大一家专门从事关键金属开采和技术公司 Ucore Rare Metals Inc 的首席执行官 Patrick Rya表达了自己的见解。
虽然稀土被称为 “稀土”，但问题并不在于其稀有性。与锡、铅、铜和其他金属一样，稀土也存在于地壳中，并且在世界各地都有天然矿藏（有用矿物的集中地）。然而，稀土分布不均，开采困难，使其成为一个环境和地缘政治问题。随着对这些元素需求的增加，预计这些问题将进一步恶化。
试想一下，如果无法获得这些基本金属，如果失去工作，如果无法实现气候变化目标—在目前的情况下，稀土氧化物的需求预计将增加五倍，这可能导致未来的供应短缺。
第一个挑战在于提取过程。稀土往往与其他矿物一起存在于矿床中。Bastnas是稀土的主要商业来源，由多种稀土的氧化物组成，必须经过加工才能提取单个元素。瑞典化学家 Wilhelm Hisinger（1766-1852 年）于 1838 年首次描述了这种矿物。它以瑞典 Riddarhyttan 附近的 Bastnäs 矿命名。在巴基斯坦的山脉也发现了类似的优质标本。其存在于碱性花岗岩及相关的正长岩和伟晶岩中。它还存在于碳酸盐岩及相关的辉绿岩和其他变质岩中。
这些开采过程有时会引起健康和安全方面的担忧，例如，有害或放射性物质会释放到地下水中。稀土本身并没有特别的毒性，除非它们与其他有毒物质（如重金属和放射性物质）结合在一起。
开采一吨稀土可产生多达 2000 吨的危险废物。这种情况很少发生，但在稀土开采活跃的地方，开采都会导致土壤和水污染。稀土具有自相矛盾的特性，虽然稀土对低碳技术至关重要，但从地下开采稀土的过程却进一步破坏了环境。
第二个挑战是，矿藏和开采稀土的矿山都集中在某些国家。中国的矿业占全球采矿业的 60%，而炼油业则为 90%占据率，但在境外只有四家炼油厂。这就带来了严重的地缘经济风险，中国巨头正努力降低其数值—–我将在著作中对此详尽分析。事实上，如果生产国之间不采取更安全、更平等的措施，该行业将面临挑战。考虑到制造业需求的预期增长以及目前稀土开采和提炼的能力，供应短缺是肯定的。
其中一种可能性是减少对稀土的依赖。丰田就是一个例子，每辆车使用约 11 公斤稀土，但由于日本和中国之间的地缘政治冲突以及采矿对环境的负面影响，该公司目前正转向开发对稀土依赖性较低的混合动力汽车发动机。
另一种选择是最大限度地利用已经开采和提炼的稀土。从电子垃圾、煤灰和铝矾土残渣中提取稀土元素的方法已经开发成功，而且不会影响其重要的电子和磁性能。这是一种非常简单的方法：只需将废料夹在两个电极之间，并在不到一秒钟的时间内通入高电压和电流。它不需要溶剂或水，可以大规模地进行。此外，还在努力通过用非常稀的酸溶液不断冲洗该区域来限制剧毒醒二次废物的产生。
从废料中提取稀土是一种增值方法，可以重新利用废料中有用的部分，而不是将其回收利用。在经济上，它比采矿更有利可图。不需要在地下挖大坑，不需要长途运输，也不会产生剧毒的二次废物。
即使是最普通的蔬菜，如土豆，也能派上用场。美国一处实验室的研究小组开发出一种创新方法，利用细菌从工业和高科技设备中回收稀土元素。研究小组采用了一种名为生物浸出的技术，利用微生物来转化稀土元素。通过细菌实验，产生了一种特定的酸，并能够利用这种酸的特性从周围的材料中去除稀土元素-‐—可将萃取成本降低 17%。
与此同时，研究人员正在探索是否可以利用新技术来解决稀土生产难题。例如，Ucore 公司开发了一种分离稀土元素的专有方法，其效率至少是传统方法的三倍，从而将生产设施对环境的影响减少了三分之二。此外， EIT RawMaterials 正在开发 “稀土可持续性评估循环系统”（CSyARES），旨在利用区块链跟踪电动汽车中使用的稀土的整个生命周期，确保其不会造成有害污染。
区块链技术是一种先进的数据库机制，能够在特定网络内透明地共享信息。区块链数据库将数据存储在链中相互连接的区块中。数据在时间上是一致的，因为未经网络同意，不能删除或修改链上的数据。
除 CSyARES 外，美国一处实验室和大学的一个联合项目正在利用人工智能和机器学习发现和预测稀土化合物的特性，其效率和准确性超出了人类自身所能达到的水平。
世界各国政府也在努力加强国内生产和供应链。自 2018 年以来，白宫已与澳大利亚和加拿大签署协议，以确保稀土供应。美国政府还宣布了几项资助计划，其中包括向 MP Materials 公司提供 3500 万美元的资助，用于分离和提炼重稀土，以努力打造一个完全国产化的永久磁铁供应链。
同时，由能源部牵头的另一项计划已出资 1.4 亿澳元，用于从煤灰和矿区附近的其他废物中回收稀土的项目，从而减少新的采矿需求。
澳大利亚政府对那些寻求融入本国相关产业链和海外产业链的国内公司进行投资。Lynas Rare Earths早在 2021 年就获得了 1,480 万澳元的赠款，用于支付在西澳大利亚新建稀土提炼厂的一半成本。政府还成立了一个新的政府机构–关键矿物办公室，以支持国内产业，并在预算中宣布了一系列支持措施，包括 2 亿澳元的关键矿物加速补助金和 5000 万澳元的研发支持基金。
在加拿大，省政府已拨款 9000 万加元，用于与关键和战略矿产有关的 “新经济 ”计划。同时，欧盟委员会发布了未来关键矿产资源预测，鼓励成员国采取积极措施，确保可再生能源和机器人等 21 世纪产业发展所需的矿产。目前，除中国外，其他国家如澳大利亚、加拿大和美国正在开展约 20 个项目。
乌科瑞稀有金属公司表示，政府的这些举措对私营公司和学术机构起到了催化剂的作用，推动他们寻找既经济又环保的新方法来实现这一目标。这对于确保为当前和未来的技术创新提供安全和可持续的资源至关重要。
作者：Giancarlo Elia Valori ——法兰西学院院士、北京大学名誉教授。
本文观点仅代表作者，不代表World Geostrategic Insights 。