最新!USGS《2021年矿产品摘要》发布:深入解读稀土及相关元素内容!

时间2021-02-05

一、2021矿产报告总体概述


从1996年起,美国地质调查局在每年一季度均会发布《年度矿产品摘要》。该摘要由国家矿产信息中心编撰,用于对上一年度非燃料矿产工业的数据统计和估算,其数据涵盖美国国内工业结构、政府计划、关税状况和超过90种独立矿产品相关信息的5年统计数据。前沿材料针对报告中涉及稀土、以及和稀土相关的钪和钍等战略性矿产品部分进行了解析,并对照《2020年矿产品摘要》的内容指明2021年度报告的变化之处,供业内人士参考。


2020年,USGS及其合作伙伴发布了一种新方法,该方法评估了2007年至2016年全球52种矿物商品的供求情况。在2018年对经济和国家安全至关重要的35种矿物中,新方法确定了23种矿物商品,包括钴、铌、钨和某些其他被归类为“稀土元素”的商品,对美国制造业构成最大的供应风险。


美国完全依赖进口的矿产品有17种,其中14种被确定为关键矿产。另有14种关键矿产品的净进口依赖大于表观消费的50%。由于COVID-19导致工业消费减少,因此许多商品的净进口依赖量低于往年。净进口依赖度超过50%的非燃料矿物商品中,中国供应给美国的数量最多。


2020年美国非燃料矿产品估值约823亿美元,比2019年减少约15亿美元;2020年,美国工业矿物生产的估计价值为546亿美元,比2019年减少约4%;2020年,美国金属矿产量估计为277亿美元,比2019年增长3%。




二、美国主要矿产品进口依赖度


2020年美国对稀土的净进口依赖度为100%,主要进口国是中国、爱沙尼亚、日本和马来西亚(与2019年进口国一致)。



对钇的净进口依赖度为100%,主要进口国是中国、爱沙尼亚、日本和朝鲜(与2019年进口国一致)。



对钪的净进口依赖度为100%,主要进口国是欧洲、中国、日本和俄罗斯。


此外净进口依赖度大于95%的矿产品还有砷、石棉、铯、萤石、镓、石墨(天然)、铟、锰、霞石正长岩、云母(天然)、铌、铷、锶、钽、碲、钒、宝石、铋。(2019年净进口依赖度大于95%的产品不包括钒,包括铋)。



2020年美国部分矿产品净进口依赖度

(>90%)




三、美国稀土矿物全年运行情况


稀土元素因其独特的物理、化学性质,是当今世界各国发展高新技术和尖端武器不可缺少的战略物资。美国作为稀土应用大国,稀土矿物及其制品也早就被列为“关键战略性材料”。


2020年美国在其本土进行了稀土矿物的生产,加州芒廷帕斯矿开采了氟碳铈矿,该矿在2015年四季度后便进入维护状态,2018年一季度重启后开始复产。该矿的主要产品为氟碳铈矿,副产品独居石也被作为稀土矿产品进行生产。


2020年美国进口的稀土化合物和金属的总量估值是1.1亿美元(2019年为1.6亿美元)。终端领域消费及占比主要有:催化剂,75%(2019年为75%);陶瓷和玻璃,6%(2019年为5%);冶金应用及合金,4%(2019年为5%);抛光,5%(2019年为5%);其他,10%(2019年为10%)。


表-美国稀土矿物进出口统计数据

注:红字部分为去年报告中的预测值


除了进口稀土矿物外,美国对于稀土资源的回收技术也进行了研究。主要的回收对象包括:从电池、永磁体和荧光灯中部分回收。替代技术方面,虽然在许多应用中均有替代产品,但是效果仍旧不能达到理想应用状态。



美国稀土化合物和金属主要进口来源及份额为:中国80%,爱沙尼亚5%,日本和马来西亚各4%,其他7%(2019年爱沙尼亚6%,日本和马来西亚各3%)。从爱沙尼亚、日本和马来西亚进口的稀土化合物和金属,其原料来自于中国、澳大利亚或其他地区。


据估计,2020年全球稀土矿山产量已增加到24万吨(折合氧化物)。根据中国工业和信息化部的数据,2020年的矿山产量为14万吨,其中120850吨分配给轻稀土,19150吨分配给离子型稀土矿(以中重稀土为主)。


图-美国稀土化合物和金属主要进口来源及占比


《2021年矿产品摘要》还统计了全球稀土矿产品的储备状况以及美国针对稀土矿产品的政府储备情况。


全球总储量没有调整,保持了1.2亿吨的规模。此外,报告在全球自然资源的统计中更加注重了北美地区的储量,在美国和加拿大探明和推测的稀土资源储量分别有270万吨和1500万吨。


图-全球主要国家稀土矿产品储备占比


美国政府储备除了以下列出的材料外,2021财年的潜在收购包括钕,600吨;镨,70吨;钐钴合金,50吨。

表-近两年美国稀土矿产品的政府储备情况



四、其他特殊矿物全年运行状况


(一)美国其他特殊矿物全年运行状况——钇


钇是稀土元素之一,2020年加州芒廷帕斯矿进行了生产,芒廷帕斯原矿中,钇占稀土元素总量的0.12%。


钇主要应用在陶瓷、冶金和荧光粉等领域。在陶瓷领域,钇的化合物可用作磨料、连续铸造浇口的高温耐火材料、引擎涂层、发动机氧传感器和耐磨耐蚀切割工具;在冶金领域,钇主要作为晶粒细化剂和脱氧剂,钇可被用于制造加热元件合金、高温超导和超合金;在电子领域,钇铁石榴石组件能够控制微波雷达中的高频信号,钇铝石榴石激光晶体可被应用在牙科和医学外科手术、数字通讯、距离和温度探测、工业切割和焊接、非线性光学、光化学、光致发光等领域。钇用于荧光粉,可在平板显示和各种照明中应用。


表-美国金属钇及其制品的进出口统计数据

注:红字部分为去年报告中的预测值



表-近两年美国氧化钇的政府储备情况


钇在某些应用领域可以被替代,但是效果并不明显。在绝大部分领域,特别是电子、激光和荧光粉,钇很难被直接替代。氧化钇作为氧化锆陶瓷的稳定剂,可以用氧化钙或氧化镁代替,但这些替代品的韧性一般较低。美国国内的钇极少量被回收。


2020年,美国的钇化合物主要来源有中国94%,朝鲜2%,日本1%,其他3%。但是几乎所有生产钇金属和化合物的精矿均来自于中国,而且统计进口来源中并未包括含有钇的产品和半成品。


全球大部分钇产品由中国和缅甸生产,中国占据了绝大多数。矿源主要来自福建、广东和江西的离子型稀土矿,还有一小部分来自广西和湖南。在缅甸,钇也从类似的离子型矿床中生产出来。


金属钇和氧化钇的平均价格与2019年相比几乎没有变化。中国工业和信息化部提高了稀土开采和分离配额,分别达到14万吨和13.5万吨(折合为氧化物),创历史新高。生产配额中钇的含量没有规定。到2020年,中国的钇化合物和金属出口预计为2300吨(折合为氧化物),主要出口目的地依次为日本、美国、意大利和韩国。

图-2019年与2020年美国钇化合物主要来源对比


(二)美国其他特殊矿物全年运行状况——钪


2020年美国没有开采含钪的矿物,也没有从尾矿中回收钪。此前,美国主要从钪钇硅酸盐钍铁矿和铀分离浸出液的副产品中提取钪。在阿莫斯、托尔森和厄巴钠的工厂还可以有限地制备蒸馏金属钪和铸锭。2020年美国钪的主要应用是铝钪合金和固体氧化物燃料电池,其他应用包括陶瓷、电子、激光、照明和放射性同位素。


美国对于钪的回收替代:钛铝高强度合金、碳纤维材料可以替代高性能钪铝合金;一些工业和民用领域,LED可以替代汞灯;但对于依赖于钪独特性质的应用目前无法替代。美国也未对钪进行有效的回收,同时也没有政府储备。


虽然没有确切的数据列出美国钪的进口来源,但是从2015起美国对于钪的净进口依赖度一直是100%,而且可以确定的是主要的进口来源有欧洲、中国、日本和俄罗斯。据估计,全球氧化钪的供应和消费约为每年15~25吨,中国、菲律宾和俄罗斯是主要的生产国。美国氧化钪报价较2019年略有下降,中国氧化钪的出厂价格明显低于美国的报价,部分原因是产能利用率低。尽管全球勘探和开发项目仍在继续,但COVID-19大流行减缓了新项目的开发。


随着美国内布拉斯加州麋鹿溪多金属项目可行性研究已经完成,其探明的各类金属储量为3600万吨,其中钪总计约2400吨,这个项目的产品涵盖了镍铁、氧化钛和氧化钪。美国钪回收的其他项目还包括阿拉斯加的博坎项目和德克萨斯的朗德托普项目。此外,美国的联邦和州政府还支持从煤和煤的副产品中分离钪的研究。


一家全球采矿和多金属生产商宣布,它已经开发出一种方法,从加拿大魁北克省Sorel Tracy钛渣厂的副产品中回收钪,这家公司还在试产铝钪合金;在澳大利亚,若干多金属项目正在发展中,并寻求许可、融资和承购协议。项目包括新南威尔士州的Owendale和Sunrise项目以及昆士兰的钪钴镍项目;菲律宾利用高压酸浸镍工艺生产氧化钪的工厂进入了第二年的运营。据报道,2020年上半年,草酸钪的产量约为5.7吨;从乌拉山铝精炼副产品中回收氧化钪的可行性研究正在进行,试验厂的产品纯度已经达到99%以上。基于实验结果,计划建设一个年产3吨氧化钪的工厂;在库尔干地区的达鲁尔地区,从铀的副产品中回收钪的项目在继续开展,其副产品包括年产570公斤的氧化钪和年产24.5吨的铝钪合金;欧盟正在研发从铝和钛的原矿和副产品中回收钪的技术;在土耳其,一个试验工厂使用镍和钴业务的副产品生产钪,但该厂生产的(NH4)3ScF6还不到一公斤。


(三)美国其他特殊矿物全年运行状况——钍


世界上主要的钍资源来自于稀土和磷酸钍矿物独居石。美国工业消耗的所有钍化合物和合金都来自进口。美国具体从事商业应用的钍产品开发和生产的公司数量不详。由于其天然放射性,钍的应用也受到了限制。2020年美国用于工业消费的钍化合物进口量估值在5.5万美元,而2019年则是21.3万美元。


表-美国钍元素矿物及化合物进出口统计数据

注:1:基于出口的估计;2:基于出口的估计;3:基于出口的估计;4:2016年钍化合物的表观消耗计算结果为负值。


美国国内消费的所有钍化合物和合金均来自于进口,主要的来源是印度82%、法国17%和英国1%。相较于去年,从印度进口的比例有所下降(2019年为89%)。而含钍的独居石则全部从加拿大进口。


图-2019年与2020年美国钍化合物和合金主要来源对比


相对于其他矿产品,钍的全球消费规模都十分小。而且其一种来源——独居石主要用于提炼稀土产品,仅有很小的一部分将钍作为副产品进行分离用于消费。


全世界查明的钍资源总数为640万吨,世界各地都存在钍,特别是在印度、巴西、澳大利亚和美国。印度的储量最大,为85万吨;巴西排第二位,拥有63万吨的钍资源;澳大利亚和美国排在第三位,分别拥有60万吨的钍资源。因此,美国在钍资源上并未有政府储备。


在国际贸易方面,中国是目前最大的独居石进口国,巴西、马达加斯加、越南和泰国是中国最大的进口来源。


钍元素还可以作为新一代核反应堆的燃料,曾经和正在开展钍基核电技术研究的国家有:澳大利亚、比利时、巴西、加拿大、中国、捷克、丹麦、芬兰、法国、德国、印度、以色列、意大利、日本、荷兰、挪威、韩国、俄罗斯、英国和美国。


图-钍基核能适用的两种熔盐堆:液态燃料熔盐堆(MSR-LF)和固态燃料熔盐堆(MSR-SF)