稀土未来“煤”里来？

进入3月以来，美国肯塔基大学教授James Hower尤为忙碌——美国能源部（DOE）资助的10个从煤炭及其副产品中提取稀土元素的项目正式启动，Hower参与了其中3个。

“这3个项目都是第一阶段的小试，明年春天将会提出中试方案。”Hower告诉《中国科学报》记者。

从煤灰里提取稀有金属并不新鲜，如我国已工业化提取锗几十年，未来几年还可能工业化提取铝和镓。但是提取极具战略意义的稀土元素，美国恐将成为“第一个吃螃蟹的人”。

“过去中国稀土资源丰富，不需要这样‘吃糠咽菜’。”一位业内人士这样解释该路径何以未受广泛关注。

“973”项目首席科学家、中国矿业大学（北京）教授代世峰则认为，煤是稀土未来最有希望的来源。“美国这步走得又快又急，一下到我们前面去了。”

得天独厚的资源优势

从煤中提取稀土元素犹如“吃糠咽菜”？代世峰显然不认同这种提法。

俄罗斯科学家2012年的数据显示，在富含稀土的煤矿中，稀土含量为0.03%~0.15%，在煤灰中含量为0.1%~1.5%。

“可见如果从煤灰中提取，和传统稀土矿床的含量相当。有些富集程度较好的煤甚至超过稀土矿床，例如蒙古有一处煤矿的煤中稀土含量达到1%，完全可以大规模开发利用。”代世峰告诉《中国科学报》记者，煤的燃烧产物中量最大的就是飞灰，而稀有金属主要富集在飞灰中。

据悉，全球每年产生的飞灰量可能高达15亿吨，从中提取贵金属已经成为一大趋势。为了保障供应安全，美国正在研究高稀土含量（>1000 ppm）的煤层。

我国很多煤矿地质条件复杂、瓦斯含量高、开采难度大，但也“因祸得福”，火山活动和热液流体提供了煤中稀土元素的来源。尤其在西南地区，大地质事件的发生使得煤中稀土元素富集。

那么，中国到底有多少可开发利用的资源量？“我们积累了大量数据可以初步证明西南地区拥有超大型矿床，但要摸清家底还须进一步研究。”代世峰指出，中国煤炭资源丰富，如果能从中提取稀土，其战略意义不言而喻。

稀土是电子、能源、军工等现代工业中必不可少的金属。美国得克萨斯大学教授Robert Finkelman在接受《中国科学报》记者采访时强调：“任何一个现代国家都必须拥有稳定可靠的稀土来源，完全依赖另一个国家提供资源，不管是中国、俄罗斯还是其他国家，都是不明智的策略。”

从领先到被超越

2014年，一位来自匹兹堡的记者想采访煤炭提取稀土元素的话题，所有人都让她去找James Hower，Hower还向记者推荐了中国的代世峰。

2012年，代世峰和俄罗斯科学家Vladimir Seredin合作，在国际著名期刊《国际煤地质学杂志》发表论文，提出煤中稀土的分类和评价标准，后被广泛引用，称为“Seredin-Dai分类”和“Seredin-Dai标准”。

Hower在同《中国科学报》记者谈到上述2012年文章时评价称这是“该领域最重要的文章之一”。

代世峰告诉记者，中国优质的资源条件是吸引Seredin主动寻求合作的重要原因之一。而上述文章还提出一个重要观点：随着传统稀土矿床逐渐枯竭，煤和含煤岩系是将来最有希望的稀有金属来源。

“DOE此次高调支持该技术，说明美国科学界基本形成了一致意见。”代世峰认为。

2014年美国国会要求能源部进行“煤炭中经济回收稀土元素”的可行性研究，仅仅一年多以后，美国能源部就征集了来自大学、国家实验室和企业的10个项目进行资助，预计到2025年开展大规模部署。

据Hower介绍，肯塔基大学在2014年夏天就得到DOE的资助开始在肯塔基州和美国东南地区收集煤炭和煤灰样本，还进行了一些分离稀土元素的中试。

Hower提醒记者注意，DOE从2013年初就资助了一些早期研究，其他的联邦机构也有类似项目，使得美国科学家得以相互合作，展开起步研究，所有这些工作都为这次的10个项目打下了基础。

DOE这次的支持力度也令代世峰颇为吃惊：“步子迈得太大了，我们还停留在科研水平，这下在技术和经济可行性方面肯定要超越我们了。”

经济可行性待验证

今年1月发表在国际期刊《冶金与材料交易》上的一篇文章指出，在美国宾夕法尼亚州，部分燃煤产物提取稀土元素不仅技术可行，并且成本较低。Finkelman也表示，美国本土的稀土资源开采成本较高，反而从煤灰提取更为经济——不需要开采，又能处理飞灰，一举两得。

从资源量看，我国每年的煤炭燃烧产物差不多是美国的4倍。但Finkelman提醒《中国科学报》记者注意：中国的稀土资源丰富，相比而言，从煤灰中提取稀土是否成本更低？

中科院院士、北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室主任严纯华在接受《中国科学报》记者采访时认为，美国一旦找到新的稀土来源，无疑为其贸易谈判增加了砝码。而对我国来说，在可预计的5~10年之内，稀土自然资源没有消耗殆尽的情况下，从煤灰中提取稀土不具有经济可行性。

“我相信这是美国面向未来在研究上的布局。”严纯华提出，我国科学家也应该着眼于未来寻找稀土新的来源，作为技术储备。他指出，除了煤炭，海洋中的稀土资源也尚未探索。

“下一步我们的工作就是开发提取技术，进行工业开发。”代世峰表示，目前的问题包括：第一，资源量、空间分布和赋存状况没有摸清；第二，中国的成煤条件复杂，是否有适用于所有矿床的通用技术？

对于煤灰中提取稀土的工业化前景，Hower较为谨慎：“这项工作很有前景，使得废弃的煤灰变废为宝。但我们才刚刚开始研究，能否作为资源开发还取决于研究进展。”