摘要：科学前沿观天下 笃学明理洞寰宇电动汽车发动机、iphone手机、军用航天喷气发动机、电池、卫星……，这些看似互不相关的东西，却有一个共同点:都高度依赖于稀土元素才能正常制造。那么问题来了：什么是稀土？全球主要稀土产地什么是稀土稀土元素是化学...
科学前沿观天下 笃学明理洞寰宇
电动汽车发动机、iphone手机、军用航天喷气发动机、电池、卫星……，这些看似互不相关的东西，却有一个共同点:都高度依赖于稀土元素才能正常制造。那么问题来了：什么是稀土？
全球主要稀土产地
稀土元素是化学元素周期表中17种特殊元素的统称，包括元素周期表倒数第二排的15种镧系元素，以及钪（Sc）和钇（Y）。其形成于地表之下，顾名思义，具有很高的开采和提纯难度，目前仅有中国掌握类目完备的稀土开采技术。稀土是发展现代工业至关重要的战略资源，而我国稀土储量丰富，开采技术领先，在全球稀土市场处于绝对的优势地位。
元素周期表
稀土元素可能由火山活动被岩浆带上地表，它们的诞生甚至要早于地球。在宇宙形成之初的超新星爆炸中，大量稀土元素就已经产生了，而当地球形成时逐渐被吸收到地幔的最深处。随着构造活动造成地幔移动，稀土矿物开始随着岩浆等上升到地表，最终散布到整个地球表面。
稀土亦被称为“工业黄金”，其具有其它元素所没有的磁性、耐热性和磷光特性，与其它元素相互作用形成性质独特的材料，被广泛应用于军事、新材料、航空航天等各个领域。据英国路透社报道，美国政府问责局（GAO）2016年的一份报告显示，美国国防部对稀土的需求仅占全美1%。小至智能手机，大至火箭、导弹，稀土都是其制造过程中无可替代的材料。
美国SpaceX猎鹰9号火箭
在国防军工行业，几乎所有高科技现代武器都需要稀土。美国雷神公司（Raytheon Company）和洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin Space Systems Company）等大型国防合约商都高度依赖于稀土元素。某些稀土元素对高精尖军事装备的制造必不可少，如喷气发动机、反导防御系统、卫星等。此外，夜视镜、精确制导武器、通信设备、电池和其他国防电子产品也离不开稀土元素。
稀土元素
稀土还有“新材料之母”的美誉，其具有优良的光电磁物理特性，可以与其它材料组成性能各异、品种繁多的新材料，大幅度提升和改善传统材料的性能。比如钕元素与铁、硼掺杂时，可以形成世界上最强的一类磁铁，广泛应用于iphone和硬盘驱动器中。
虽然稀土元素在地壳中的丰度远高于黄金，但目前地球上已经探明的可开采、提炼的稀土矿却少之又少，且开采成本高昂。怀俄明矿业协会宣称，建造一座稀土矿的成本可能高达5亿美元，而应用于电脑显示器和电视屏幕的稀土铕，每吨的价格约为71.2万美元。是什么导致稀土价格如此昂贵？
稀土矿
根据美国地质调查局（USGS）的数据，稀土元素在地壳中含量相对丰富，比如铥和镥，虽然是最不常见的两种稀土元素，但在地壳中的平均丰度是黄金的近200倍。然而，稀土元素在地球上的分布十分分散，很难找到具有丰富储量的稀土矿。
而找到具有一定储量的稀土矿只是其生产过程的第一步。稀土的提取和分离才是最困难的步骤，因为稀土很可能与周围的泥土、岩石和矿物沉积物发生化学反应。稀土专家Eugene Gholz称，稀土矿物开采出来后，面临的最大挑战就是将稀土元素从矿石中分离出来。
稀土矿
分离过程需要耗费大量的人力和金钱，化学工艺十分复杂和困难。一是因为稀土元素之间性质极其相似，分离提纯非常困难。二是因为开采得到的稀土矿中还有很多杂质，提纯过程往往需要重复数百次才能得到满足工业需求的稀土产品。
中国稀土资源十分丰富，USGS的数据显示，全球地下稀土储量总计超过1.4亿吨，其中中国约有6100万吨，占据43.5%，储量全球排名第一。而且我国的稀土提取分离技术一直处于世界领先地位。过去十年里，我国稀土产量占据全球稀土供应量的90%以上，而且是唯一能够提供全部17种稀土元素的国家，已经成为世界上名副其实的稀土独家供应国。
1960年至今各国稀土产量及占比
2014至2017年，美国进口的稀土元素有80%来自中国。目前，整个美国只有一个可开采的稀土矿，每年开采约5.5万吨稀土精矿，但其产业链并不完备，需要将其运往中国才能继续进行深度加工。在中美贸易战的大背景下，5月29日美国国防部向白宫和国会提交了一份报告，要求获得更多的联邦资金以支持美国国内稀土产业的发展。
不过，日前外媒评论称“中国对稀土市场的控制不可能永远持续下去”，原因是全球多地发现了新的稀土矿藏，这会撼动我国在稀土行业的地位吗？
稀土矿
根据发表在《Scientific Reports》的一项研究显示，日本南壁岛附近海域探测到大型稀土矿床，总储量在1600万吨左右，分析人士称可供全球使用数百年。据《日本经济新闻》报道，日本可能将于今年开展海底地质调查，2022年开始进行开采，以实现稀土金属的自给自足，摆脱对中国市场的依赖，甚至希望能够打破中国对稀土市场的霸主地位。
日本南壁岛附近海域示意图
但事实有这么简单吗？美国金属技术研究公司的创始人称，日本可能改变全球稀土市场的格局，促使稀土金属的开采处于有序的市场竞争当中。但是，日本海底稀土分布面积较为广阔，其平均丰度较低，加之海底开采难度大，耗费成本高，而且日本在稀土开采设备和经验上几乎为零，深海采矿船远落后于中国，因此谈撼动中国在稀土市场的地位尚为时过早。
作者/朱张航宇
信息源：USGS、Business Insider、Reuters
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