王登紅，劉麗君，，劉新星，趙　芝，何晗晗（.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京　00037；.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京　00083）

我國能源金屬礦產(chǎn)的主要類型及發(fā)展趨勢探討

王登紅1，劉麗君1，2，劉新星2，趙芝1，何晗晗1
（1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京100037；2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083）

我國是世界上最大的能源消費國之一，化石能源的快速消費不但需要大量進口石油、天然氣等能源礦產(chǎn)，而且?guī)砹藝乐氐沫h(huán)境污染問題。為了從根本上解決能源問題，鋰作為“21世紀的能源金屬”越來越受到重視。本文初步將能源金屬分為5類：除了鈾釷等直接提供能源支撐的金屬之外，還包括銣等間接或者通過化學(xué)反應(yīng)等方式產(chǎn)生能源的金屬，鋯鉿等在能源領(lǐng)域不可缺少的輔助金屬，用于制造各種電池的儲藏能源的金屬，以及稀土等可以顯著節(jié)約能源的金屬。我國擁有比較豐富的鋰、稀土等能源金屬礦產(chǎn)，近年來又在四川甲基卡等地取得了鋰輝石找礦的重大突破，但總體利用水平還不高，研發(fā)基礎(chǔ)比較薄弱，高純金屬的生產(chǎn)水平比較落后。因此，加強能源金屬的研究，通過尋找高品質(zhì)的鋰礦資源，開發(fā)低成本、高質(zhì)量、無污染金屬鋰生產(chǎn)技術(shù)，引領(lǐng)其他能源金屬的地質(zhì)找礦、開發(fā)利用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展已是當務(wù)之急。我國能源金屬的成礦條件較好，通過總結(jié)成礦規(guī)律，根據(jù)成礦系列理論綜合評價、綜合找礦與綜合利用，尤其是對老礦區(qū)開展重新評價和深部找礦，可以摸清資源家底并通過試點示范來帶動能源金屬的找礦突破。

能源金屬礦產(chǎn)；礦產(chǎn)資源類型；鋰；核聚變原料；找礦方向；進展綜述

能源不僅是保障一個國家經(jīng)濟安全和持續(xù)繁榮、社會文明進步的重要基礎(chǔ)，也是每個自然人維持基本生命存在所不可缺少的物質(zhì)支撐。能源消費結(jié)構(gòu)的變化是跟人類社會發(fā)展的歷史階段相一致的，當前人類利用的主要是石油、天然氣和煤炭，非化石能源國外占 11.8%，我國只占7%［1］。大量消費化石能源的后果眾所共知，黨的十八大確立了2020年在轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式方面要取得重大進展，特別強調(diào)要推動能源生產(chǎn)和消費革命，控制能源消費總量，加強節(jié)能降耗，支持節(jié)能低碳產(chǎn)業(yè)和新能源、可再生能源發(fā)展，確保國家能源安全。那么，非化石能源尤其是鈾釷之外的金屬礦產(chǎn)資源能不能為此作出貢獻呢？本文通過對我國能源金屬礦產(chǎn)調(diào)查研究現(xiàn)狀的綜述，分析了當前開發(fā)利用中存在的一些問題，結(jié)合社會經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展的趨勢，強調(diào)今后一定時期內(nèi)尋找能源金屬礦產(chǎn)的必要性和迫切性，并指出下一步找礦的重點方向。

1　能源金屬礦產(chǎn)的含義

“能源金屬”在地質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域中尚未成為習用的專業(yè)術(shù)語，而更多地出現(xiàn)在“股市行情”領(lǐng)域，被股民常用，因而在正規(guī)的地球科學(xué)詞典（如由國土資源部組織編寫、地質(zhì)出版社2005-2006年出版的《地球科學(xué)大辭典》）中也沒有收入這一詞語；在“百度”、“搜狗”、“騰訊”等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中也沒有給出“能源金屬”的明確解釋；在我國的礦產(chǎn)資源分類體系中（如《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》），一般將礦產(chǎn)資源分為能源礦產(chǎn)、金屬礦產(chǎn)、非金屬礦產(chǎn)、寶玉石礦產(chǎn)和水氣礦產(chǎn)，能源礦產(chǎn)和金屬礦產(chǎn)是并列的，并沒有單獨的“能源金屬礦產(chǎn)”或者“金屬能源礦產(chǎn)”。那么，什么是“能源金屬礦產(chǎn)”？為什么要專門強調(diào)這一類別礦產(chǎn)資源的重要性呢？

本文所謂的“能源金屬礦產(chǎn)”，指的是可在能源領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的金屬礦產(chǎn)資源，包括鈾、釷等眾所周知的金屬礦產(chǎn)，但不包括煤、油氣、地熱等常規(guī)、非金屬能源礦產(chǎn)。顯然，這一概念是按照礦產(chǎn)資源的最終用途來界定的，也就是說，能源金屬礦產(chǎn)應(yīng)該具備以下兩個基本條件：①屬于金屬礦產(chǎn)；②在能源領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。具體來說，除了像鈾礦和釷礦這樣的主要用于核能領(lǐng)域的金屬礦產(chǎn)之外，其他只要是可在能源領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的金屬礦產(chǎn)也都可以涵蓋進來。與此對應(yīng)的概念則是“能源非金屬礦產(chǎn)”。從這樣的概念出發(fā)，鋰、鉭、鎵等稀有、稀散金屬及稀土金屬也都可以歸屬于能源金屬礦產(chǎn)，因為這些金屬礦產(chǎn)在能源領(lǐng)域的重要性越來越大，而在傳統(tǒng)的其他領(lǐng)域 （如冶金、化工、軍事）中的占比趨于下降。需要指出的是，把某一金屬歸屬于“能源金屬”，并不排斥其在非能源領(lǐng)域的應(yīng)用或者其非能源屬性。這也是社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然趨勢，就好像石墨本身屬于非金屬，但其“金屬”特征將在未來社會中的重要性越來越明顯一樣，像鋰這樣的金屬礦產(chǎn)也必將在能源領(lǐng)域中占據(jù)一席之地。鋰已經(jīng)被廣泛認可為“21世紀的能源金屬”［2-7］。當然，對于“在能源領(lǐng)域發(fā)揮重要作用”的理解是可以有變化的，重要和非重要本來就是相對的，而且是隨著經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展而變化的。因此，對于“能源金屬”的認識也是會變化的。

2　我國能源金屬礦產(chǎn)的主要類型

如果將能夠產(chǎn)生能源的金屬歸為能源金屬，則相應(yīng)的礦產(chǎn)即為能源金屬礦產(chǎn)。由金屬產(chǎn)生的能源也就可以稱為“金屬能源”。金屬能源顯然不屬于化石能源，在能源總量中也只占不大的比例。要對各種各樣的金屬根據(jù)其在能源領(lǐng)域中的應(yīng)用進行分類，不是一件容易的事，不只是因為對“能源金屬”的概念尚未達成共識，更是因為隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，哪些金屬能在能源領(lǐng)域發(fā)揮作用、發(fā)揮什么樣的作用、如何發(fā)揮作用、何時發(fā)揮作用，都存在不確定性。為此，本文也只是嘗試性地提出一個能源金屬的分類方案，具體為：①直接提供能源支撐的金屬；②間接或者通過化學(xué)反應(yīng)等方式產(chǎn)生能源的金屬；③能源領(lǐng)域不可缺少的輔助金屬；④儲藏能源的金屬；⑤可以顯著節(jié)約能源的金屬。不妨用“供、生、助、藏、節(jié)”五字概括。

2.1直接提供能源支撐的金屬

最典型的能源金屬就是鈾。鈾和釷都是典型的能源金屬，核能也就是典型的金屬能源。實際上，直接用于核能領(lǐng)域的不只是鈾和釷，在核聚變反應(yīng)堆中鋰是主角之一。核聚變反應(yīng)是氘 （D）和氚 （T）的反應(yīng)，氘在天然海水中含量豐富且易于提取，但氚在自然界幾乎不存在。那么，如何獲得氚呢？這就需要靠中子來轟擊6Li。也就是說，6LiD（氘化鋰6）是核聚變反應(yīng)堆的主要原料。1 g氘聚變相當于100 m3汽油的能量，每升海水中有0.003 g氘，聚變后能量相當于300 L汽油的能量，因此，一旦核聚變電站工業(yè)化，鋰將作為典型的能源金屬回歸能源領(lǐng)域，在核聚變、鋰電池及貯能裝置等方面發(fā)揮重要作用，鋰工業(yè)發(fā)展的前景無疑是光明的。國際核聚變反應(yīng)堆將于2019年開始實驗，預(yù)計將在2040年前建成2 000 MW 至4 000 MW的示范性核聚變電站［8］。中國于1967 年6月17日成功爆炸的第一顆氫彈，利用的就是氘化鋰。據(jù)估計，1 g鋰放出的有效能量最高可達8 500～72 000 kW·h，比235U裂變所產(chǎn)生的能量大8倍，相當于3.7 t標準煤［9］。生產(chǎn)100億 kW ·h電量的鋰反應(yīng)堆，只需要10 t金屬鋰［10］。

鋁也被稱為“能源新秀”［7］，科學(xué)家利用鋁易氧化的特性，設(shè)計出了鋁-空氣電池，原理同鋅-鉛電池相同。電池中用純凈的鋁 （99.99%）作陽極，空氣作陰極，使鋁在電解質(zhì)鹽中溶解就能發(fā)出電能［9］?；阡X-空氣電池制成的吃“餅干”汽車具有獨特的優(yōu)勢，燃料“餅干”既安全效能又高，“燃燒”時又無污染物產(chǎn)生，在電池中產(chǎn)生的能量相當于同體積汽油在內(nèi)燃機中所產(chǎn)生能量的4倍，電池及發(fā)動機的體積與一般內(nèi)燃機及其油箱的體積幾乎相等，因此，新車設(shè)計或舊車改裝，只需局部改動，便于常規(guī)汽車工業(yè)的升級換代。

2.2間接或者通過化學(xué)反應(yīng)等方式可產(chǎn)生能源的金屬

堿金屬和堿土金屬具有遇水反應(yīng)的特點，鉀、鈉、鈣、鎂、銣、鍶、鋇均易與水反應(yīng)，但在目前的技術(shù)經(jīng)濟條件下，無論是在提煉、保存、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)也都還不能商業(yè)化。如鉀與水劇烈反應(yīng)，甚至在冰上也能著火，生成氫氧化鉀和氫氣，反應(yīng)時放出的熱量能使金屬鉀熔化，并引起鉀和氫氣燃燒。銣遇水劇烈反應(yīng)，生成氫氣和氫氧化銣，放出大量熱，可使氫氣立即燃燒；銣也易與氧作用生成氧化物，因此，純金屬銣只能密封儲存。此類金屬在地殼中的富集程度遠遠高于鈾、釷甚至鋰，比如，銣在地殼中的豐度分別是相對于鈾、釷、鋰的33.3、9.4、4.3倍，但銣在自然界難以富集成礦。另一個類似的元素——鍶卻不但可以獨立成礦，而且可以大規(guī)模聚積形成大型礦床。鍶與水能直接反應(yīng)，與酸猛烈反應(yīng)，與鹵素、氧和硫都能迅速反應(yīng)；在空氣中會很快生成保護性氧化膜；鍶在空氣中加熱會燃燒；在一定條件下可與氮、碳、氫直接化合；鍶很活潑，也只能保存在煤油中。由于尋找鍶礦并非難事，因此，從資源保障的角度看，鍶作為能源金屬的應(yīng)用前景可能要好于銣。

2.3能源領(lǐng)域不可缺少的輔助金屬

比如鋯和鉿。鋯的熱中子捕獲截面小，有突出的核性能，是發(fā)展原子能工業(yè)不可缺少的材料，可作反應(yīng)堆芯結(jié)構(gòu)材料 （表1）。金屬鋯按用途分為兩個級別，即原子能級鋯和工業(yè)級鋯，前者是指鉿含量＜0.01%的鋯，又稱“無鉿鋯”或“反應(yīng)堆級鋯”，主要在核反應(yīng)堆中作核燃料包套材料及其堆芯結(jié)構(gòu)材料。在中國，鋯在工業(yè)上首先用于核潛艇，作動力反應(yīng)堆材料，后來在化工、冶金、輕工、石油、軍工等部門得到應(yīng)用，都取得很好效果。鉿的熱中子吸收截面很大，為（115± 5）×10-28m2，比鋯的0.18×10-28m2大得多，因此它是原子能反應(yīng)堆控制棒的最理想的材料，目前也主要用于原子能反應(yīng)堆的控制棒 （世界85%的鉿是以金屬形式用作核反應(yīng)堆的控制棒和緊急停堆棒的）。在核聚變反應(yīng)堆中，目前用作ICF的高功率激光器，首先是釹玻璃激光器［12］，因此釹也是必不可少的。2.4用于儲藏能源的金屬

表1　新能源所用的稀有金屬（或化合物）和半導(dǎo)體材料［11］Table 1　Rare metal（or compound）and semiconductor material for new energy

作為儲存能源的主要方式，各種各樣的電池中都廣泛用到了金屬材料。傳統(tǒng)的電池如鉛蓄電池、鋅錳電池，現(xiàn)代的如鋰電池和鎳氫電池，其他還如汞電池、鎂電池、釩電池等等。在太陽能電池中則廣泛地用到銦、鎘、碲等稀散金屬。鉛酸蓄電池自1859年由普蘭特發(fā)明以來，至今已有150多年的歷史，技術(shù)十分成熟，是全球使用最廣泛的化學(xué)電源。盡管近年來鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等新型電池相繼問世并得以廣泛應(yīng)用，但鉛酸蓄電池仍然憑借其大電流、放電性能強、電壓特性平穩(wěn)、溫度適用范圍廣、單體電池容量大、安全性高、原材料豐富且可再生利用、價格低廉等一系列優(yōu)勢，在絕大多數(shù)傳統(tǒng)領(lǐng)域和一些新興領(lǐng)域占據(jù)著牢固地位。也正因為如此，盡管飽受詬病，鉛礦仍然被大量開采。關(guān)鍵是要控制鉛對環(huán)境的污染。

2.5可以顯著節(jié)約能源的金屬

如鉭之運用于電容器，鋰之運用于鋁土礦的冶金，稀土之運用于節(jié)能燈等。鉭在酸性電解液中能形成穩(wěn)定的陽極氧化膜，用鉭制成的電解電容器，具有容量大、體積小和可靠性好等優(yōu)點，因此，制造電容器是鉭的最重要用途，自20世紀70年代末起鉭在電容器領(lǐng)域的用量就占到總用量的2/3以上。稀土熒光粉在節(jié)能燈中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。鋰除了大量用于制作鋰電池和用于受控熱核反應(yīng)及聚變-裂變混合堆外，在煉鋁工業(yè)中，在電解槽中加入3%的碳酸鋰可降低熔點100℃，降低電耗8%～14%，提高導(dǎo)電率23%，使生產(chǎn)率提高8%，電流效率提高3%～4%。估計生產(chǎn)1 t鋁耗3～5 kg碳酸鋰［13］?？梢?，作為能源金屬的鋰，在節(jié)能降耗方面也是功不可沒的。

2.6其他用于能源領(lǐng)域的金屬

美國生產(chǎn)鉬礦的阿邁克斯 （Amax）公司曾經(jīng)將鉬也稱為現(xiàn)代的“能源金屬”，因為在輸送石油和天然氣的大口徑管道中需要使用到鉬。鎵、鍺、銦、碲等稀散金屬在能源領(lǐng)域新材料方面的應(yīng)用是非常廣泛的，比如，幾乎所有的LED（Light E-mitting Diode，半導(dǎo)體照明光源）都離不開Ga［14］。

需要指出的是，幾乎每一種金屬都在能源領(lǐng)域里發(fā)揮其各自的作用 （比如，銅是制造傳輸電能的電纜的主要成分，即使是最常見的鐵也是制造發(fā)動機所不可或缺的）。上述對能源金屬的分類也并不排斥其在能源領(lǐng)域的各自用途，而側(cè)重于從新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度，目的是為了探討哪些礦產(chǎn)資源可以在能源領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，以便于有針對性地開展地質(zhì)找礦工作，并對能源金屬礦產(chǎn)資源的保護與合理開發(fā)提出建議，促進我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。另外，除了鈾、釷這樣的單質(zhì)能源金屬礦產(chǎn)之外，類似于“鎳鈦諾”這樣的神奇的金屬物質(zhì)不但具有“記憶”功能，而且也能夠產(chǎn)生能量，將被用于制造“金屬熱能發(fā)電機”（本文暫不將“合金”作為礦產(chǎn)類型，因為此類合金不屬于自然資源）。

鎳鈦諾是1958年美國海軍實驗室的William J.Buehler、Frederick Wang等發(fā)明的一組具有獨特形狀記憶效應(yīng) （也稱為機械記憶）的工程合金，即Ni-Ti形狀記憶合金，并命名為Nitinol合金。Nitinol一詞是指那些接近等原子量NiTi合金的總稱［15-16］。這種合金材料十分奇特，在室溫下，一根鎳鈦諾絲像鋼絲一樣堅硬，可是一旦把它浸入冷水中，它就會立即變軟，可以毫不費力地把它彎曲成任何形狀。更有趣的是，將彎曲了的鎳鈦諾絲從冷水中取出，置于熱水中，它就像突然“蘇醒”過來一樣，迅猛地恢復(fù)到原來的形狀。自1973年美國加利福尼亞大學(xué)的一個實驗室誕生了一臺能發(fā)7 W功率的形狀記憶合金鎳鈦諾熱能發(fā)電機以后，科學(xué)家們正在進一步研制大功率金屬熱能發(fā)電機。可預(yù)測，一旦大功率金屬熱能發(fā)電機研制成功并付諸實用，與石油、天然氣和核能發(fā)電相比，其成本要低得多。如果把鎳鈦諾機用到太陽能發(fā)電上，成本只是光電池的6%［7，17-19］。因此，鎳、鈦雖然不適宜于作為能源金屬加以分類，但強調(diào)其今后在能源領(lǐng)域中將發(fā)揮重要的“潛能”，也無可厚非。類似地，為了提高鋰電池的穩(wěn)定性，鈷的應(yīng)用也是必要的，鈷資源也是戰(zhàn)略資源。

3　我國能源金屬礦產(chǎn)開發(fā)利用中存在的問題

我國已成為世界上消耗煤、石油、天然氣等化石能源的第一大國，所產(chǎn)生的環(huán)境污染問題及其他綜合問題，已經(jīng)到了亟待解決的關(guān)鍵時刻。增加可再生能源和其他潔凈能源的消費比例，是解決環(huán)境問題的重要途徑。但在我國，將金屬礦產(chǎn)作為能源來開發(fā)利用，還比較局限，除了核工業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一個獨立自主的較為先進的工業(yè)體系之外，將其他金屬作為“能源”來開發(fā)利用（即便是作為21世紀能源金屬的鋰）的研究程度很低。以“能源金屬”和“金屬能源”為主題詞在中國知網(wǎng)CNKI上搜索，在總計達43 700 453篇的科技文獻中只有14篇 （截止到2015年10月13日），幾乎可以忽略不計?；ヂ?lián)網(wǎng)上的信息似乎表明，在中國，網(wǎng)民對于“能源金屬”股票的興趣，要遠遠大于對科學(xué)技術(shù)的興趣；國外則相反，與能源金屬相關(guān)的科學(xué)技術(shù)的研發(fā)突飛猛進。比如，國家地理雜志網(wǎng)2011年2月24日報道，美國Bloom Energy成功研發(fā)出的新型固體燃料電池“Bloombox”正式發(fā)布。Bloom Energy實現(xiàn)了美國能源領(lǐng)域的重大突破，一家新的能源企業(yè)也得以誕生。而Bloom Energy的突破正是使用了中國湖南某金屬材料研究院提供的高純氧化鈧。由于該燃料電池的模塊為易耗品，高純氧化鈧每5～10年就要更換一次，它對氧化鈧的需求將達到27 t。但是Bloombox并不賣給中國。同樣也是該網(wǎng)報道：全球80%的節(jié)能燈都是中國制造，而80%以上的品牌燈都是歐司朗、飛利浦等國外品牌，中國品牌歐普則主要是利用銷售渠道做貼牌，并不是真正產(chǎn)品品牌的生產(chǎn)商，“貼上別人的牌子，就可以賣20多元錢，自己的牌子，可能就只能賣5元錢”（杭州大明熒光材料有限公司總經(jīng)理語）。隨著節(jié)能燈、新型固體燃料電池Bloombox在全球的持續(xù)推廣，鈧的需求將會增加。目前中國鈧資源的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展參差不齊，缺乏高端技術(shù)的自主研發(fā)?？梢?，中國當前在能源金屬領(lǐng)域缺的不是礦產(chǎn)資源，而是與時俱進的現(xiàn)代化的管理理念和國民意識。發(fā)達國家正在利用中國的資源為其謀福謀利，中國人如果還渾然不覺的話，差距會進一步加大。因此，當務(wù)之急應(yīng)加快我國能源金屬高端產(chǎn)品的研發(fā)和優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源的保護，切勿等到技術(shù)成熟而資源卻又被外國人掌控了。

當前，國家對于能源金屬的合理開發(fā)利用、發(fā)揮“四兩撥千斤”的作用高度重視。2010年，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》；2011年，國務(wù)院下發(fā)了《關(guān)于促進稀土行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的若干意見》；2012年7月9日，國務(wù)院發(fā)布了《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》；2012年12月31日，財政部、國家發(fā)展改革委又發(fā)布了《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金管理暫行辦法》，鼓勵三稀礦產(chǎn)資源的地質(zhì)找礦、開發(fā)利用與節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備制造、新能源、新材料和新能源汽車七大新興產(chǎn)業(yè)的有機結(jié)合。

4　能源金屬礦產(chǎn)的發(fā)展趨勢

如前所述，能源金屬涉及面很廣，不但包括鈾、釷等能源礦產(chǎn)，也包括錳、鈦、釩這樣的黑色金屬及鉛、鋁、鋅、鎳、鈷這樣的有色金屬，還包括鋰、鋯、銣、鍶這樣的稀有、稀土和稀散金屬，今后可能還包括石墨這樣的非金屬（當利用的是石墨的金屬特性時）。相對來說，能源金屬方面，鈾礦的地質(zhì)找礦投入是最大的，不但有大量的項目和資金投入，而且有專門的地勘部門地質(zhì)隊伍，成果的轉(zhuǎn)化也最為直接。釩、鈦、鎳、鈷、鋁、鉛鋅等黑色、有色金屬，在我國資源豐富，但往往共伴生產(chǎn)出，只要注意綜合評價、綜合利用，資源本身不算急缺，需要加強的是高端產(chǎn)品的研發(fā)。對于稀有、稀土和稀散金屬，在我國目前正處于通過開展全面的地質(zhì)調(diào)查，摸清資源家底，為地質(zhì)找礦突破作好準備的階段［20-21］。盡管我國在20世紀50年代起就重視稀有、稀土金屬方面的勘查，也開發(fā)了白云鄂博這樣的世界級稀土礦床，發(fā)現(xiàn)了獨特的離子吸附型稀土礦床，但由于找礦難度大、專門人才奇缺，目前仍然面臨著資源緊缺的不利局面，特別是稀有金屬礦床找礦進展不大，鋰、鉭、鋯這樣的能源金屬都需要進口，不利于新興金屬能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。即便是在“危機礦山接替資源找礦專項”這樣的國家專項中，各類項目多達326項，涉及到鋰這樣的能源金屬的只有新疆可可托海一個，其勘查結(jié)果也只新增了鋰2 664 t［22］，遠不如其他礦種。

另一方面，為了從根本上解決能源問題，國際核聚變反應(yīng)堆技術(shù)正在日益“民用化”和“商業(yè)化”，國際上對于“核聚變電站”計劃 （ITER，俗稱“人造太陽”，是國際上僅次于“國際空間站”的第二大項目）的研究正在加快步伐。金屬鋰在受控熱核聚變中的應(yīng)用是不可替代的，鋰既是生產(chǎn)氚的原料又是理想的冷凝劑。除參加聚變反應(yīng)之外，把鋰兼作冷凝材料的液體增殖區(qū)的核聚變電站需要鋰量是很大的，對于一個1 000 MW的核聚變電站，年用鋰量為500～1 000 t之多。美國能源與發(fā)展署 （ERDA）對2030年核聚變用鋰量進行了預(yù)測 （表2），預(yù)計美國到2030年，核聚變用鋰量，最少為1.6萬t，最多可達7萬t。我國雖然有豐富的鋰資源，但金屬鋰的產(chǎn)量只有美國的1%［3］?？梢?，尋找高品質(zhì)的鋰礦資源，與研究出低成本、高質(zhì)量、無污染的生產(chǎn)鋰的方法一樣迫在眉睫。

5　能源金屬礦產(chǎn)的找礦方向

中國地質(zhì)調(diào)查局成立以來，對全國三稀礦產(chǎn)資源進行了不同程度的調(diào)查評價，尤其是“全國重要礦產(chǎn)資源潛力評價”項目，但僅針對稀土和鋰兩個礦種，其他礦種涉及很少。為此，地調(diào)局在2011年設(shè)立“我國三稀金屬資源戰(zhàn)略調(diào)查”工作項目并在2012年升格為計劃項目，對全國11個省區(qū)進行了重點調(diào)查，評價出一批新的靶區(qū)，并發(fā)現(xiàn)了一些新的礦產(chǎn)地，如在四川甲基卡新發(fā)現(xiàn)了達超大型規(guī)模的鋰輝石礦［23］。為更快更好地發(fā)現(xiàn)大礦、好礦，建議如下：

（1）根據(jù)共伴生規(guī)律，加強綜合評價。與國外稀有金屬礦床相比，我國的稀有金屬往往與鎢、錫等有色金屬共伴生，如廣西栗木一帶的稀有金屬伴生在石英脈型的鎢錫礦中，湖南柿竹園的鈹?shù)V伴生在矽卡巖-云英巖復(fù)合型的鎢錫鉬鉍礦床中，內(nèi)蒙古黃崗的數(shù)萬噸鈹伴生在矽卡巖型磁鐵礦礦石中，廣西大廠的銦、鍺、鎘等稀散金屬伴生在超大型的錫鉛鋅礦體中，廣東大寶山的鎘、碲資源伴生在鐵銅多金屬礦石中，湖南東部鄧阜仙的鉭礦與鎢礦共伴生，等等。近年來，對一些大宗有色、煤炭礦產(chǎn)資源加強了共伴生三稀金屬的研究，如在貴州大竹園鋁土礦中發(fā)現(xiàn)的鋰即可單獨圈出礦體［24］，對于重新認識大宗礦產(chǎn)中“三稀金屬”的綜合利用價值具有十分重要的現(xiàn)實意義。

（2）根據(jù)成礦系列理論，綜合找礦。我國三稀資源豐富，除了離子吸附型稀土礦床主要呈獨立礦床產(chǎn)出外，稀散金屬和稀有金屬形成獨立礦床不多見，即便是獨立成礦，也往往與鎢錫鉬鉍、銅鉛鋅、鋁土礦乃至于螢石等非金屬礦床在成因上具有密切聯(lián)系，共同構(gòu)成礦床的成礦系列。此外，稀土、稀有和稀散元素之間也可以互為找礦標志。比如，近年來廣東報道在蕉嶺等地發(fā)現(xiàn)了超大型的銣礦床。實際上，目前全球?qū)τ阢湹男枨罅坎⒉淮?，我國也并沒有獨立銣礦的工業(yè)指標，工業(yè)上銣主要從花崗偉晶巖型綜合性稀有金屬礦床中綜合回收，因此，Rb的富集反過來可以作為尋找鋰鈹鈮鉭的找礦標志。一般來說，K/Rb值與Ta含量呈反相關(guān)，即K/Rb值越小，Ta含量越高。因此，K/Rb值可作為花崗巖中鉭礦化的地球化學(xué)指示劑，是稀有金屬找礦的一個重要標志。

（3）尾砂和建設(shè)用地壓覆資源的綜合利用。2012年，中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所“三稀”項目組根據(jù)國土資源部開發(fā)司的要求，對福建、廣西、廣東等地建設(shè)用地壓覆稀土資源開展了緊急調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于高速公路、高速鐵路、農(nóng)場、工業(yè)廠房等建設(shè)用地而壓覆的三稀礦產(chǎn)資源亟待“搶救性”開發(fā)，尤其是離子吸附型稀土礦。鉛鋅礦、鋁土礦和煤礦中沒有回收的Ga、Ge、In、Tl等稀散金屬也是“巨量”的，這些金屬也都屬于能源金屬，在新材料領(lǐng)域發(fā)揮著節(jié)能降耗等“四兩撥千斤”的作用。

（4）探邊摸底和重新評價。鋰、鈹、鈮、鉭、鋯、鉿等稀有金屬尤其是高品質(zhì)的礦產(chǎn)是我國當前急缺的。著名的可可托海3號脈曾經(jīng)在1998年閉坑，現(xiàn)在又不得不重新開采。梳理一下我國現(xiàn)有的稀有金屬礦床，勘查程度都不高，勘探深度一般不超過400 m，因而仍然具有深部找礦的潛力，而眾多工作程度較低的小型礦區(qū)和礦點、礦化點也存在“漏礦”之可能。比如，四川甲基卡礦區(qū)，在20世紀50—80年代共發(fā)現(xiàn)1 000多條偉晶巖脈，登記在冊的有498條，其中工業(yè)礦體和礦化偉晶巖114條，但只重點對其中5條礦脈進行了勘探。2013—2015年間新發(fā)現(xiàn)9條礦脈，但經(jīng)過鉆探查證的也只有1條，且因為是公益性項目而不能深入勘探，礦體的深部并未被圈閉［25］。因此，除了對四川西部地區(qū)甲基卡、容須卡、長征、可爾因等礦田重新進行評價之外，對阿爾泰成礦省、南嶺成礦省、揚子成礦省等地的偉晶巖型鋰礦開展深部找礦也是必要的，且有助于形成產(chǎn)業(yè)集群，符合工業(yè)現(xiàn)代化的大趨勢。

表2　美國核聚變反應(yīng)堆用天然鋰的累計需量預(yù)測［3］Table 2　Prediction of need for natural lithium in the usage of nuclear fusion for USA

6　結(jié)束語

作為世界上最大的能源消耗國之一，我國已經(jīng)面臨著由于大量化石能源的消耗而帶來的一系列問題，包括環(huán)境污染問題、能源安全問題和國家安全問題。鋰是我國的優(yōu)勢資源之一，作為21世紀的能源金屬越來越受到重視。除了鋰之外，我國的能源金屬還包括鈾釷等直接提供能源支撐的金屬，包括稀土等可以顯著節(jié)約能源的金屬，但對于包括銣等間接或者通過化學(xué)反應(yīng)等方式產(chǎn)生能源的金屬以及鋯鉿等在能源領(lǐng)域不可缺少的輔助金屬研究得很不夠，資源家底不清，總體利用水平還不高，研發(fā)基礎(chǔ)比較薄弱，高純金屬的生產(chǎn)水平比較落后。盡管近年來在四川甲基卡等地取得了鋰輝石找礦的新突破，但深入加強能源金屬的研究，尋找高品質(zhì)的鋰礦資源尤其是國內(nèi)普遍缺乏的高品位鋯、鉿、鉭等能源金屬，同時加快研發(fā)低成本、高質(zhì)量、無污染金屬鋰及其他能源金屬的生產(chǎn)技術(shù)，引領(lǐng)能源金屬的地質(zhì)找礦、開發(fā)利用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展已是當務(wù)之急。盡管我國能源金屬的成礦條件較好，但工作程度低，以往的勘探深度不大，因此，通過總結(jié)成礦規(guī)律，根據(jù)成礦系列理論綜合評價、綜合找礦與綜合利用，尤其是對老礦區(qū)開展探邊摸底和重點區(qū)帶的綜合評價，是有可能盡快取得找礦突破的。

致謝：審稿專家和編輯部提出了建設(shè)性的意見，在此一并致謝。

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Main types and research trends of energy metallic resources in China

WANG Deng-hong1，LIU Li-jun1，2，LIU Xin-xing2，ZHAO Zhi1，HE Han-han1（1.MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Resource Assessment，Institute of Mineral Resources，Chinese Acodemy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；2.School of the Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences（Beijing），Beijing 100083，China）

China is one of the largest energy consumer countries in the world.A lot of fossil energy consumption not only needs importing large quantities of oil，natural gas and other energy minerals，but also has brought serious environmental pollution.As the 21st century energy metal，the lithium and other metals used in the field of energy have been paid more and more attention.Uranium and thorium，the typical energy familiar to people，play important roles for supporting energy，which can generate energy by chemical reaction such as rubidium，such as those indispensable aid metals，zirconium and hafnium，in the energy sector.Those metals can be used to manufacture various kinds battery for energy storage，and can be used for savings energy.China has rich lithium，rare earth and other energy metal minerals.In recent years，the discovery of new spodumene ore deposits and other places in Sichuan Jiajika ore field has made a breakthrough for prospecting energy metal minerals.However，the overall level of utilization is not satisfied，while the productive technology of high-purity metals for energy is relatively backward.Therefore，the strengthening of energy metals research by searching high-quality lithium ore resources and by developing low-cost，non-polluting lithium production technology is imperative in guiding the geological prospecting，and industrial development for energy metals.With better mineralization conditions for energy metals in China，it is very possible to promote prospecting and make a new breakthrough for energy metal resource by summarizing metallogenic regularity，comprehensive prospecting and utilization，and by delineating and re-evaluating the real situation of resources of former ore-field and newly-discovered ore-belt according to the comprehensive evaluation of metallogenic series theory.

energy metallic mineral resources；mineral resource types；lithium；fusion materials；prospecting direction；review

P618.7

A

1674-9057（2016）01-0021-08

10.3969/j.issn.1674-9057.2016.01.004

2015-10-15

中國地質(zhì)大調(diào)查項目 （1212011220804；1212011220369）

王登紅 （1967—），男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事礦產(chǎn)資源研究，wangdenghong@sina.com。

引文格式：王登紅，劉麗君，劉新星，等.我國能源金屬礦產(chǎn)的主要類型及發(fā)展趨勢探討［J］.桂林理工大學(xué)學(xué)報，2016，36（1）：21-28.