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「技术」前沿综述丨稀土永磁体及其在未来经济中的地位


本文选自中国工程院院刊《Engineering》2020年第2期
作者：Allan Trench ， John P
来源：Sykes.Rare Earth Permanent Magnets and Their Place in the Future Economy[J].Engineering,2020,6(2):115-117.
● 稀土永磁材料专题●
《Engineering》2020年第2期“稀土永磁材料”专题发表了8篇关于稀土永磁材料研究方面的论文 。
「技术」前沿综述丨稀土永磁体及其在未来经济中的地位
本文插图

永磁体作为一种将化石燃料向可再生能源转变的使能技术 ， 其经济重要性日益提高 ， 并在电子设备小型化中得到广泛应用 ， 因此永磁体是现代世界技术发展的重要前沿之一 。 钕铁硼（Nd-Fe-B）和钐钴（Sm-Co）永磁体及其他稀土磁体合金和无稀土/贫稀土永磁体 ， 都是环保技术发展的前沿 。
稀土永磁体是全球采用风力涡轮机技术和电动汽车的基础 。 我们正处在一个新的全球能源范式的风口浪尖 ， 在这个范式中 ， 选定的稀土元素而非碳氢化合物将有助于为我们未来的能源和运输需求“加油” 。
在能源转换技术中使用稀土永磁体显然有利于环境 。 但是 ， 人们对上游稀土提取方法存在担忧 ， 这些方法可能具有负的环境外部性 ， 特别是在稀土开采、加工和分离产生的废物管理方面 。 尽管如此 ， 虽然新一代永磁技术的最终社会影响尚不清楚 ， 但加速采用稀土和其他永磁技术的研究仍在迅速推进 ， 这也是本期稀土永磁材料专题的重点 。
一、稀土供应的最新变化
以合理的成本提供充足的稀土供应已经成为社会关注的焦点 ， 大多数稀土都存在于世界和区域组织发布的众多稀有矿物或稀有金属清单中 。 稀有金属是具有重要经济用途的金属 ， 但由于地缘政治或可持续发展的原因 ， 也面临供应风险 。 例如 ， 对于许多非中国政府或产业终端客户而言 ， 中国稀土矿的集中生产被视为地缘政治供应风险因素 。 而有关马来西亚Lynas公司设施辐射暴露的担忧是与可持续发展（如社会和环境）相关供应风险因素的一个例子 。 面对这样的市场约束 ， 稀土回收、节制或替代的未来潜力正成为需求侧的明确研究重点 ， 而供应侧的研究则旨在通过消除一个或多个价值链约束以实现更大、更环保、更“清洁”的稀土采购 。
周期表中原子序数为21、39以及57~71的稀土元素在自然界中并不罕见 ， 并且在所有大陆的许多岩石中都少量存在 。 事实上 ， 它们在地壳中的含量与广泛开采的普通金属一样丰富 。 已知的全球稀土资源和储量相对较大 ， 例如 ， 美国地质调查局援引的数据显示 ， 已知储量为1.2亿吨 ， 这远远高于目前每年17万吨的矿山产量 。 已知储量与这一产量的比例为706:1 ， 与其他重要工业金属（如铜）相比 ， 后者的已知储量为8.3亿吨 ， 年产量为2100万吨 ， 这一比例为40:1 。 这样的计算也排除了进一步大量发现矿床的可能性 ， 这在历史上一直是如此 。 从马尔萨斯的意义上讲 ， 世界不会很快“用完”稀土 ， 因此 ， 如果地缘政治和可持续供应问题得到解决 ， 稀土有可能为建立新的“绿色”经济奠定相对可靠的基础 。
综上所述 ， 稀土行业的供应面仍然很复杂 。 尽管稀土资源丰富 ， 但大量稀土的经济积累 ， 即稀土矿物的物理和化学形态及其绝对浓度 ， 都足以使可通过经济环保方式进行开采加工的原材料变得稀有 。 令人高兴的是 ， 我们对稀土矿床的地质和所需的矿物加工技术的理解有了快速的进步 ， 并做出了重大的进一步勘探尝试 。 我们还看到了西澳大利亚州一家大型新稀土矿Mt Weld相对成功的开发 ， 该矿在马来西亚拥有相关的分离设施 ， 这些设施均归Lynas公司所有 。 此外 ， 加利福尼亚州Mountain Pass矿曾一度重启 ， 但以失败告终 。 最后 ， 在从勘探到可行性研究的不同发展阶段 ， 世界各地仍有一条相对稳健的稀土矿项目管道 ， 重点是轻稀土和重稀土 。


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