稀土是我國為數(shù)不多的優(yōu)勢戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源

稀土元素是元素周期表中鑭系元素、鈧和釔等17種元素的統(tǒng)稱，因其具有特殊的光、電、磁等屬性，被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)、高科技、新材料和新能源等領(lǐng)域，被稱為工業(yè)“維生素”，被美國、歐洲、澳大利亞、日本等發(fā)達(dá)國家列入“關(guān)鍵礦產(chǎn)清單”，是我國為數(shù)不多的具有反制能力的優(yōu)勢戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源。

稀土資源歷來受到黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視。鄧小平曾指出，“中東有石油，中國有稀土”。習(xí)近平總書記在江西、內(nèi)蒙古、湖南等地考察時多次強(qiáng)調(diào)，“稀土是重要的戰(zhàn)略資源”，“要加大科技創(chuàng)新工作力度，不斷提高開發(fā)利用的技術(shù)水平，延伸產(chǎn)業(yè)鏈”。

我國是世界上*大的陸地稀土資源擁有國、生產(chǎn)國、消耗國和出口國，但稀土資源分布非常不均勻，具有明顯的“南重北輕”“輕多重少”特點，表現(xiàn)為輕稀土資源豐富，中重稀土資源儲備不足。一方面，隨著世界科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的不斷進(jìn)步，全球稀土資源消耗，特別是中重稀土資源的消耗量與日俱增。近年來，全球稀土資源消耗量從2019年21萬噸迅猛增長至2023年35萬噸，增長幅度達(dá)66.7%。2021年5月國際能源署發(fā)布報告指出，為實現(xiàn)《巴黎氣候協(xié)定》全球升溫控制在2℃以內(nèi)的目標(biāo)，2040年全球清潔能源礦產(chǎn)需求量至少翻番，其中稀土資源需求量將增長7倍以上。據(jù)此估算，預(yù)計到2040年全球稀土年需求量有望達(dá)到200萬噸。另一方面，我國稀土資源全球儲量占比、供給占比均大幅下降，尤其是中重稀土可能面臨供應(yīng)短缺的危機(jī)。因此，尋找新型中重稀土資源成為國家重大戰(zhàn)略需求。

深海稀土是近年來新發(fā)現(xiàn)的潛在戰(zhàn)略資源

深海稀土是在深海中發(fā)現(xiàn)的一種新型稀土礦產(chǎn)資源，主要發(fā)育于4000-6000米深海盆地內(nèi)，其主要特征是富含中重稀土元素，是繼多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物之后發(fā)現(xiàn)的第四種深海金屬礦產(chǎn)。據(jù)估算，全球深海沉積物中稀土資源潛力是陸地稀土儲量的3000多倍，尤其是中重稀土資源非常豐富。研究顯示，西太平洋海盆沉積物中稀土含量*高可達(dá)8000

μg/g，其中的鏑、鋱和銪等元素含量分別是我國華南離子吸附型稀土礦床的20倍、16倍和35倍，具有巨大的資源潛力，是陸地稀土的戰(zhàn)略接替資源。

深海稀土資源的發(fā)現(xiàn)對我國陸地資源大國地位提出了挑戰(zhàn)，但同時也為我國進(jìn)軍深海、實現(xiàn)稀土產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型提供了機(jī)遇，是我國由“陸地稀土資源大國”邁向“海洋稀土資源大國”進(jìn)而成為“稀土資源強(qiáng)國”的重要契機(jī)，對維護(hù)我國稀土資源大國地位具有重要意義。

深海稀土勘探開發(fā)、成礦理論研究進(jìn)展與現(xiàn)狀

深海稀土作為一種新型礦產(chǎn)資源，自2011年被發(fā)現(xiàn)以來，得到世界各國政府和科學(xué)家的廣泛關(guān)注。一方面，巨量的中重稀土資源一旦開發(fā)，勢必對現(xiàn)有稀土資源供應(yīng)格局造成巨大沖擊，因此亟需掌握全球稀土資源分布，提前布局深海稀土勘探開發(fā)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，以維護(hù)我國稀土資源大國地位。另一方面，與已知陸地稀土成礦機(jī)制不同，深海稀土既是深海多圈層相互作用的產(chǎn)物，也記錄了地球系統(tǒng)的演化信息，是科學(xué)界研究的熱點和國際前沿。

——持續(xù)推進(jìn)深海稀土資源勘查，奠定我國深海稀土資源勘查*梯度的優(yōu)勢地位

我國和日本是國際上*早開展深海稀土資源勘查的兩個國家，總體處于世界*梯隊。日本作為資源極度匱乏的稀土消費大國，是國際上*發(fā)現(xiàn)深海稀土資源并積極推動勘查與開發(fā)的國家。日本對深海稀土的研究，一開始就是以開發(fā)利用為目的，資源調(diào)查工作主要聚焦在其南鳥礁“專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)”內(nèi)。2013年4月，日本內(nèi)閣會議修訂《海洋基本計劃》，明確提出“要加強(qiáng)對含稀土的深海沉積物進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)勘查和研究，探討其作為未來稀土資源的潛力”。2016年初步完成了南鳥礁周邊海域深海稀土資源的初步勘查和潛力評價，并開展了深海稀土的采集、揚礦和冶煉等技術(shù)領(lǐng)域的研究。2021年，日本對其圈劃的“高品位分布區(qū)”進(jìn)行了高精度的加密調(diào)查，為下一步開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

除日本外，英國、美國、克羅地亞、挪威等國都非常關(guān)注深海稀土資源。2012年，英國科學(xué)家對東南太平洋海域深海沉積物中富稀土(簡稱REY)分布特征進(jìn)行初步總結(jié)；2016年，又對橫跨大西洋的24°N剖面附近深海沉積物中稀土資源潛力進(jìn)行初步評估。美國以庫克群島為重點，持續(xù)開展深海稀土資源勘探與開發(fā)相關(guān)研究工作。

我國是國際上第二個開展深海稀土資源調(diào)查研究并取得重大發(fā)現(xiàn)的國家。在日本2011年開展深海稀土調(diào)查研究的同一年，中國大洋協(xié)會立即組織開展深海稀土調(diào)查研究，先后在印度洋、太平洋等海域組織實施十多個航次的調(diào)查研究工作，率先發(fā)現(xiàn)多個深海稀土大面積富集區(qū)。與日本主要關(guān)注于其專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的深海稀土不同，我國由于專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)不發(fā)育深海稀土資源，主要關(guān)注國際海底區(qū)域。

2012年，我國科學(xué)家成功預(yù)測中印度洋海盆富稀土沉積的存在，于2013年12月在該海域成功獲取富稀土沉積樣品，2015年率先在中印度洋海盆發(fā)現(xiàn)30萬平方公里的大面積富稀土沉積區(qū)。2018年，我國在東南太平洋*發(fā)現(xiàn)超過150萬平方公里的大面積富稀土沉積區(qū)；2013-2020年，我國在西太平洋海域持續(xù)發(fā)現(xiàn)大面積富稀土沉積區(qū)。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，初步在太平洋-印度洋海底劃分了4個深海稀土成礦帶，具體包括西太平洋成礦帶、中-東太平洋成礦帶、東南太平洋成礦帶和中印度洋成礦帶，以及若干“遠(yuǎn)景區(qū)”。

基于十多個航次的深海稀土勘查實踐，我國于2023年編制發(fā)布了國際上首部深海稀土勘查標(biāo)準(zhǔn)——《深海富稀土沉積物資源勘查指南》（T/CAOE

61–2023），提出深海稀土勘查目標(biāo)區(qū)選劃5項指標(biāo)，即“品位高、厚度大、連續(xù)性好、雜質(zhì)低、埋藏淺”，并研發(fā)首套適用于深海稀土測試的國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，具有定值元素種類多、稀土元素含量高、變化梯度明顯等特點，填補了國內(nèi)外深海富稀土沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的*，融合構(gòu)建了“大水深高質(zhì)量沉積物取樣-實驗室精準(zhǔn)測試-綜合利用價值探索-資源潛力評價”于一體的深海稀土資源勘查評價技術(shù)體系。

——強(qiáng)化深海稀土成礦規(guī)律研究，*深海成礦理論發(fā)展

深海稀土與已知陸地稀土成礦機(jī)制不同，是深海多圈層相互作用的產(chǎn)物。在深海稀土成礦理論研究方面，我國在深海稀土分布規(guī)律、富集過程、成礦機(jī)制、資源評價等領(lǐng)域，取得一系列重要成果，*深海稀土成礦理論發(fā)展。

研究發(fā)現(xiàn)，深海稀土在三大洋的分布極不均勻，主要發(fā)育于太平洋和印度洋，而大西洋不發(fā)育大面積富稀土沉積。從沉積特征看，深海稀土發(fā)育于遠(yuǎn)離陸地、碳酸鹽補償深度（簡稱CCD面）之下、構(gòu)造穩(wěn)定的遠(yuǎn)洋盆地內(nèi)，主要富集于沸石粘土和遠(yuǎn)洋粘土等沉積物中。從賦存礦物看，生物磷灰石是深海稀土*主要的賦存礦物，其次是鐵錳微結(jié)核，前者可貢獻(xiàn)沉積物全巖稀土總量的70%。從地球化學(xué)特征看，深海稀土的配分模式表現(xiàn)出明顯的Ce負(fù)異常及弱Y正異常，以輕稀土相對虧損、中重稀土相對富集為特征，且中重稀土元素占比（ΣM-HREY/ΣREY）隨稀土總量增加而增大，ΣM-HREY/ΣREY和ΣHREY/ΣREY比值遠(yuǎn)高于白云鄂博稀土礦床和華南離子吸附型輕稀土礦床。從成礦時代來看，淺層深海稀土主要形成于漸新世（34-23

Ma）以來。其中，西太平洋的深海稀土富集層主要形成于漸新世-上新世（34-2

Ma），存在多期富集現(xiàn)象；東南太平洋的深海稀土富集層主要形成于中新世以來（10

Ma以來）；中-東太平洋的深海稀土富集層主要形成于漸新世-中新世（34-5

Ma）；中印度洋的深海稀土富集層主要形成于上新世以來（2

Ma以來）。

在對全球三大洋深海稀土富集規(guī)律、成礦過程、富集機(jī)制等研究的基礎(chǔ)上，提出并證實“底流驅(qū)動-吸附富集”的深海稀土成礦假說，揭示強(qiáng)底流活動、大水深、低沉積速率是控制深海稀土大面積富集的關(guān)鍵要素，建立深海稀土成礦理論模式，*深海稀土成礦理論研究。

——研發(fā)深海稀土開發(fā)技術(shù)體系，是進(jìn)行深海稀土資源開發(fā)的關(guān)鍵

打通從精準(zhǔn)勘探到綠色開發(fā)的鏈條、前瞻性布局深海稀土資源的開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，是應(yīng)對深海稀土開發(fā)沖擊、實現(xiàn)深海稀土資源的高效開發(fā)利用、維護(hù)我國稀土大國地位的重要舉措。

在深海稀土開發(fā)利用技術(shù)方面，日本、英國、美國等國都進(jìn)行了富有成效的探索研究。2013年至2015年，日本提出與多金屬結(jié)核采礦模式相類似的深海稀土資源開發(fā)理念，并初步設(shè)計3500噸/日的海上浮式生產(chǎn)存儲卸載系統(tǒng)及作業(yè)流程方案。該技術(shù)方案主要包括海底采泥與選礦、海底揚泥、泥漿現(xiàn)場脫水、泥樣海上運輸、選冶與分離、尾礦綜合利用等部分。2020年，日本發(fā)布“戰(zhàn)略性創(chuàng)新創(chuàng)造計劃(SIP)”，其中關(guān)于深海資源開發(fā)技術(shù)研發(fā)計劃中明確提出，在2022年底前建立世界上首套連續(xù)采集和提升深海底稀土泥技術(shù)，并在實際海域中進(jìn)行驗證試驗，確定泥漿分解、泥漿收集和提升泥漿等每一個操作所需設(shè)備的規(guī)格與效率之間關(guān)系，構(gòu)建有效回收稀土泥漿方法等。2022年8月至9月，日本利用“地球號”完成深海稀土開發(fā)設(shè)備在2479米水深海底70噸/日的小規(guī)模開采試驗，并計劃于近年在選劃的“高品位分布區(qū)”內(nèi)進(jìn)行6000米水深的350噸/日試驗性開采，以保障在2028年前確立有效生產(chǎn)方式，形成適合民間企業(yè)進(jìn)入的環(huán)境。

此外，英國在2012年提出在海底原位封閉反應(yīng)罐中實現(xiàn)開發(fā)與選冶的概念設(shè)計。其采集裝置采用絞吸式履帶挖掘采礦車，模擬并初步估算掘進(jìn)速率、絞吸頭轉(zhuǎn)速、絞吸刀片尺寸、設(shè)備功率等。在海底封閉環(huán)境完成開發(fā)與初選后，利用絞車系統(tǒng)將選冶產(chǎn)品提升至海面平臺。

我國在深海稀土開發(fā)技術(shù)體系方面的研究與國外相比存在一定差距，只是針對深海稀土的開發(fā)、綜合利用等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了一系列探索。研究認(rèn)為，鹽酸作為較理想的浸出劑，可從深海沉積物中提取出稀土氧化物，并初步提出以浮選為主的選冶條件溫和、能耗低、效率高、環(huán)境友好的稀酸浸出流程。

深海稀土資源開發(fā)前景廣闊

作為一種新型深海礦產(chǎn)資源，深海稀土的成礦理論、勘查與評價、開發(fā)利用技術(shù)研究等都剛剛起步，但發(fā)展極為迅速。相比多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物等深海礦產(chǎn)，深海稀土具有顯著的資源優(yōu)勢、開發(fā)優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：一是深海稀土富含巨量的中重稀土元素，資源潛力巨大；二是深海稀土多呈層狀分布，產(chǎn)狀相對簡單，其開發(fā)不需要硬巖剝離；三是由于深海稀土與多金屬結(jié)核的發(fā)育環(huán)境相近，多金屬結(jié)核勘查與監(jiān)測中很多較為成熟的技術(shù)可予以借鑒；四是深海稀土具有品位高、厚度大等特點，開發(fā)所需的面積要遠(yuǎn)小于多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼等資源，對深海環(huán)境的影響范圍有限；五是深海稀土主要發(fā)育于號稱“海底荒漠”的寡營養(yǎng)鹽區(qū)域，生物量較少；六是深海富稀土沉積物中鈾和釷元素等放射性有害組份含量較低。深海稀土有望與多金屬結(jié)核一起，成為首批開發(fā)的深海礦產(chǎn)資源之一。

積極把握深海稀土資源開發(fā)機(jī)遇，加強(qiáng)理論研究和高新技術(shù)應(yīng)用

我國在深海稀土資源勘查領(lǐng)域工作開展得比較早，目前總體與日本處于“并跑”階段的*梯隊，處于國際*地位。應(yīng)抓住機(jī)遇，積極應(yīng)對挑戰(zhàn)，在加大深海稀土勘查力度的同時，加快勘探開發(fā)技術(shù)的研發(fā)，進(jìn)一步加強(qiáng)深海稀土分布規(guī)律和成礦作用研究。

一是進(jìn)一步加強(qiáng)深海稀土勘查與基礎(chǔ)研究工作。研究深海稀土迄今為止只有十三年歷史，應(yīng)該從基礎(chǔ)入手，在廣泛調(diào)查、深入研究成礦地質(zhì)背景、深海稀土地球化學(xué)特征、礦化異常、成礦時代、稀土賦存狀態(tài)、成礦物質(zhì)來源和遷移的基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)方法，闡明深海稀土的成礦規(guī)律和分布規(guī)律，揭示深海稀土超常富集的成礦背景和條件，完善深海稀土成礦理論，實現(xiàn)海底成礦理論創(chuàng)新和找礦突破。

二是加強(qiáng)高新技術(shù)在深海稀土資源勘查和研究中的應(yīng)用。高新技術(shù)在傳統(tǒng)陸地礦床和其他深海礦床研究中已顯示出獨特的優(yōu)勢，在今后研究中應(yīng)該借鑒相關(guān)研究經(jīng)驗，充分利用高新技術(shù)解決深海稀土勘查和成礦作用中的難點。在資源勘查方面，可以嘗試應(yīng)用AUV、ROV等無人深潛設(shè)備，特別是能夠同時控制和定位多臺AUV/ROV的集成系統(tǒng)，因其靠近海底且可長時間連續(xù)觀測，可以顯著提高深海稀土勘查工作的效率和精度。在室內(nèi)研究方面，高分辨率透射電鏡技術(shù)(HRTEM)、原位顯微XRD技術(shù)和同步輻射X射線光譜分析技術(shù)(XAFS)可以用于*確定深海富稀土沉積物中稀土元素的賦存礦物和賦存狀態(tài)。

三是建立深海稀土資源“探-采-選-冶”高效勘探與利用理論和資源評價技術(shù)體系。隨著深海稀土資源勘查的深入以及試采腳步的加快，應(yīng)重視深海稀土資源綠色開發(fā)、綜合利用技術(shù)研發(fā)，尤其是開發(fā)利用中核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)，包括深海稀土的海底采礦與集礦、選礦與分離、揚礦與傳輸、冶煉與分離、廢渣廢液的無害化處理、回收與再利用以及高附加值的功能性新材料、新工藝、新方法等綜合利用技術(shù)。可以結(jié)合多金屬結(jié)核的開發(fā)利用體系，探索建立深海稀土資源的“探-采-選-冶”高效勘探與利用理論和資源評價技術(shù)體系，為實現(xiàn)深海稀土的綠色、高效、綜合開發(fā)利用提供技術(shù)儲備，迎接深海稀土資源開發(fā)時代的到來。