中國錸資源特征及其勘查開發利用現狀

黃 凡，趙云彪，王 巖，陳子瞻，李德先

（1. 自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037；2. 自然資源部深地科學與探測技術實驗室，北京 100094；3. 長安大學地球科學與資源學院 西安市關鍵金屬成礦與高效利用重點實驗室，陜西 西安 710054）

0 引言

錸（Re）的原子序數為75，位于元素周期表第6周期第ⅦB族，由德國的NODDACK Walter和BERG Otto于1925年利用X光譜從來自烏拉爾的鉑礦石中發現并命名，是人類發現的最后一個自然元素[1]。盡管存在爭論，NODDACK Walter和BERG Otto始終被認為是發現錸的第一人。由于錸的分散特性，導致其在地球上絕大多數巖石中豐度小于1×10-9，其中，虧損型橄欖巖錸的豐度最低，可至0.003×10-9；黑色頁巖在所有巖石中錸含量最高，通常為n×10×10-9～n×100×10-9不等[2]。因此，錸在地球化學演化過程中，更趨于分散而不形成或很少形成獨立礦物[3]，更難形成獨立錸礦床，對錸礦的成礦機制研究尚屬起步階段[2,4-6]。涂光熾等[2]總結出錸一次成礦必須滿足以下4個基本條件：①體系中錸的初始豐度和量必須足夠高；②不同相間錸分配系數大于1000；③要有足夠的時間、穩定的條件進行錸富集；④有適當的載體或空間存儲錸?？梢?，自然界中錸的富集成礦作用條件極為苛刻。輝鉬礦是迄今發現的最重要的錸的載體礦物[2-3,7]。世界上約99%的錸與輝鉬礦或硫化銅礦物共生，因此，錸主要分布在盛產銅和鉬的國家[8-9]。

錸作為我國戰略性新興產業礦產的關鍵金屬之一，廣泛應用于國防和航空航天、石油化工、電子工業和高溫發射極、醫療器械和醫學、電發光材料等領域，素有“戰略金屬”“航空金屬”“超級金屬”之稱[7]。本文對中國已發現錸資源及其勘查開發利用現狀進行了初步總結，并分析了未來錸產業的發展趨勢，以期為中國錸資源勘查評價和開發利用提供參考。

1 中國錸礦的資源特征

中國錸礦資源幾乎全部伴生于鉬礦或銅（鉬）礦中。黃凡等[7]統計了中國約300個銅（鉬）或鉬礦床數據，遴選出有精確的輝鉬礦Re-Os同位素測試數據的147個礦床，對其共伴生錸資源特征做了初步總結，并根據輝鉬礦中錸含量和已知鉬儲量及品位，估算出中國錸的資源量約為4000 t。楊志明等[5]統計了中國70余個斑巖銅礦床數據，認為這些礦床中錸的品位主要介于0.03×10-6～0.5×10-6之間，資源量變化介于3～313 t之間，主要形成于侏羅紀和第三紀。其中，有10個礦床的錸資源量超過50 t，3個礦床（西藏玉龍銅礦、甲瑪銅多金屬礦、驅龍銅礦）錸資源量超過200 t。另據自然資源部資料，中國目前共探明伴生錸礦區18處，查明錸資源儲量669.12 t，主要分布于西藏、河南、黑龍江、湖南、陜西、內蒙古、遼寧、福建、江蘇和湖北等?。▍^）（表1）。近年來，中國錸礦勘查工作有所突破，與2010年相比，查明資源儲量增長39.5%[7]。

表1 中國已發現錸礦區一覽Table 1 Distribution of rhenium deposit in China

2 中國錸礦的勘查成果

中國至今尚未系統開展過錸礦的資源評價和找礦勘查工作，僅在勘查鉬、銅鉬或其他礦種礦床的過程中獲得了部分錸資源量，如貴州省地質局黔中隊1958年完成的《貴州省開陽縣白馬洞礦田詳細勘探報告》提交伴生錸資源儲量20 t；湖北省地礦局第1地質大隊1979年完成的《湖北省大冶縣銅山口礦區銅礦深部詳細普查地質報告》提交伴生錸資源儲量5.9 t；河南省地質局第1地調隊1980年完成的《河南省欒川縣三道莊礦區鉬鎢礦詳細勘探地質報告》提交伴生錸資源儲量22 t。僅有少量專門針對錸的資源評價項目，如陜西省地質局于1959年提交的《陜西省渭南縣金堆城鉬、硫礦床中分散元素（錸、硒）的評價和研究報告》中在金堆城鉬礦中伴生錸儲量118.70 t，規模為大型，黃龍鋪鉬礦中伴生錸儲量153.82 t，規模為中型。據不完全統計，截至2021年底，共獲得錸查明資源儲量787.41 t（表2）。

表2 中國錸礦勘查成果一覽Table 2 List of exploration results of rhenium deposits in China

近年來，隨著對戰略性新興產業礦產的關注度不斷提高，時有新發現錸礦的報道，如在四川沐川發現有沉積砂巖型獨立錸礦，可圈定15個礦體，其中，最大礦體長約40 m，厚1.26～3.58 m，錸品位達到3.36×10-6～65.80×10-6，預測錸資源量50 t[13]；蔣紹平等[14]估算云南瀾滄老廠深部斑巖鉬礦體中伴生錸資源量49.2～136.0 t；羅麗萍等[15]初步估計四川拉拉銅礦伴生錸資源量超過25 t。檢索國家地質資料數據中心全國館數字地質資料館網站數據顯示，安徽省地質礦產勘查局327地質隊于2017年完成的《安徽省涇縣湛嶺鉬礦床勘探地質報告》提交伴生錸查明資源量（333）29.42 t，平均品位0.145×10-6；湖南省地質調查院于2013年完成的《湖南省瀏陽市龍王排礦區石龍坡礦段鉬鎢礦詳查地質報告》提交333伴生錸礦石量1244.9萬t，錸金屬量78.3 t；核工業216地質大隊于2009年完成的《新疆察布查爾縣郎卡地區錸礦預查報告》提交錸資源量（3341）21.7 t；福建省地質調查研究院于2009年完成的《福建省武夷山市坪地礦區鉬礦資源儲量調查報告》提交伴生錸資源量（122b+332）約8.7 t；廣東省地質局七一九地質大隊于2013年完成的《廣東省恩平市七根-陽春市春灣礦區鉬礦勘探報告》提交333伴生錸礦石量26475.43萬t，錸金屬量35.31 t，低品位錸礦石量8203.11萬t，金屬量4.94 t；新疆地礦局第六地質大隊2004年完成的《新疆哈密市鏡爾泉白山鉬礦普查地質報告》提交伴生錸資源儲量29.15 t；中國冶金地質總局第2地質勘查院于2010年完成的《西藏自治區桑日縣明則礦區銅多金屬礦普查報告》提交伴生錸資源儲量16.64 t；河南省地質礦產勘查開發局第一地質調查隊于2010年完成的《河南省欒川縣上房溝鉬礦核查區資源儲量核查報告》提交伴生錸資源儲量81.258 t，平均品位0.0058%。盡管這些數據或者儲量級別較低，或者錸含量檢測不準而導致可信度較低，但可以明確的是，中國具有較大的錸成礦潛力和找礦空間（圖1）。

圖1 中國錸礦勘查成果分布簡圖Fig. 1 Distribution of exploration results of rhenium deposits in China

3 中國錸礦的開發利用現狀

3.1 錸的工業要求

雖然錸在各類礦物或巖石中均有分布，但目前可被綜合利用的主要是各類鉬礦或銅鉬礦中伴生的錸，以及產于超基性巖中與鉑族元素礦床伴生的錸[7-8]。常見的銅鉬礦石及其精礦中錸的工業指標見表3。在含錸銅礦的選礦過程中，銅礦中錸的60%～90%均轉入銅精礦或銅鉛精礦，在進行含錸的銅鉬礦選礦中，錸在鉬精礦中成百倍（甚至上千倍）富集（表4和表5）。

表3 錸的一般工業指標Table 3 Industrial indicators of rhenium 單位：%

表4 錸在銅礦的選礦中的分布數據Table 4 Distribution data of rhenium in mineral processing of copper ore單位：%

表5 錸在銅鉬礦選礦中的分布數據Table 5 Distribution data of rhenium in copper and molybdenum ore dressing 單位：%

3.2 錸的開發利用史

從世界上看，錸的規模生產開始于1930年，當時產量僅為0.06～0.08 t，煙道灰和銅冶煉廠是當時最主要的錸來源，并持續到第二次世界大戰期間。隨著德國作為錸源國家的衰落，美國田納西大學（University of Tennessee）MELAVEN A D 和BACON J D與學生一起開始從邁阿密銅業公司（Miami Copper Company）輝鉬礦焙燒爐中獲取的煙道灰中生產錸（在焙燒輝鉬礦精礦時，鉬轉變為MoO3，而揮發性的Re2O7則進入煙塵和煙道氣中），并于1947年獲得了第一份錸提取流程的專利。之后，錸的生產中心便轉移到美國，特別是Kennecott銅業公司（Kennecott Copper Mine、Bingham Canyon Copper Mine、新墨西哥Chino Copper Mine、內華達的McGill）輝鉬礦成為了提取錸的主要含錸原料。工業化進程中，由于在石油催化劑中的應用，錸的需求增加導致其價格上漲，德國STARCK H C和歐洲其他輝鉬礦焙燒爐開始回收錸。蘇聯在1930年也開始了金屬錸的生產，也有報道稱蘇聯1948年在哈薩克斯坦的Balkash Metallurgical Combine開始生產金屬錸。

1980年之前，世界錸的年產量一直未超過10 t（表6），且產量逐年遞增較緩。20世紀70年代Pt-Re催化劑在世界工業化進程中的面世，隨著能源經濟的最大化和清潔排放標準的提高，錸開始顯露貴金屬性，特別是20世紀80年代，由于錸-鉑重整催化劑開始廣泛應用于石油工業，生產無鉛、高辛烷值汽油導致錸的需求增加。同時，由于飛機發動機渦輪葉片上含有3%錸的軸承合金、鎳基合金研制成功，自1984年開始，錸合金開始大量應用。這一用量也是錸的主要用途，超過催化劑用量的2～4倍，到了2005年之后，錸保持了一個較平穩的世界年產量（圖2）。

圖2 1930—2020年世界錸年產量變化趨勢Fig. 2 Annual production trend of rhenium in the world over the years from 1930 to 2020

表6 歷年來世界錸年產量統計Table 6 Annual production statistics of rhenium in the world over the years 單位：t

3.3 錸的生產能力

目前，世界上從事錸生產的國家可分為3類：①只生產含錸精礦，如加拿大及部分南北美國家；②既生產含錸精礦，又從中提取金屬錸的國家，如美國、智利等；③從進口含錸精礦或礦渣中提取或回收錸的國家，如日本、美國、德國、瑞典、芬蘭等。美國和德國是從二次資源中回收錸的主要國家，目前每年從二次資源中回收的錸可達25 t。根據美國地質調查局（USGS）的統計，主要產錸國家包括美國、亞美尼亞、加拿大、智利、哈薩克斯坦、韓國、秘魯、波蘭、俄羅斯和烏茲別克斯坦等，智利、美國、波蘭、哈薩克斯坦一直是主要的產錸國家（表7），特別是智利，供應了全世界一半以上的錸產量。

表7 2012—2020年世界主要國家錸生產能力Table 7 Rhenium production capacity of major countries in the world from 2012 to 2020 單位：kg/a

自2015年以來，USGS開始統計中國錸產量。由表7可知，中國錸生產能力2020年之前集中在2.5 t/a左右。因統計口徑不一致，2021年和2022年，中國年生產能力突升至13.99 t/a和19 t/a，已經成為僅次于智利的全球第二大生產國，是世界上主要的產錸國之一。值得注意的是，中國伴生錸的品位普遍較低，開發利用的經濟技術可行性較差。中國對伴生錸的綜合利用技術水平與國際相比還有較大差距，加之國內企業對錸資源的回收重視程度不夠，以及錸的綜合利用率低等問題，導致部分錸礦資源無法得到回收利用而造成浪費。目前，中國錸產業并沒有形成規模，已經開采的礦山尚未形成規?；拈_發利用。此外，錸的勘查開發利用受到寄主礦床礦產品市場的影響十分明顯。因此，對錸資源的開發，實際上就是對富錸寄主礦山的開發。當前，在礦業市場不穩定的大環境下，很難有投資者穩定地進行大規模的勘查開發投入，這直接導致了錸礦的調查評價工作停滯不前。

4 中國錸產業現狀及其在世界上的地位

中國錸產業仍處于初級階段，錸產品以初級加工產品為主，在深加工和高新技術材料方面仍有待進一步取得重大突破。根據中國海關總署2023年數據，中國進口0.66 t未鍛軋錸、錸廢料及碎料和錸粉末，0.717 t鍛軋錸及錸制品；出口0.497 t未鍛軋錸、錸廢料及碎料和錸粉末，0.007 t鍛軋錸及錸制品。由表7可知，2022年錸金屬全球產量73.46 t，中國產量為19 t。根據北京安泰科信息股份有限公司數據，2017年至2022年全球錸消費量由61.3 t 增加至70.6 t，中國消耗量由2.4 t 增加至7.3 t。中國錸的年消耗量持續增加，即使中國錸產能有了大幅度飛躍，但隨著錸在新材料領域應用技術的突破，這種供需關系在不久的將來會被打破。

全球約20%的錸資源來自二次資源中的回收錸[18]。目前，國內二次錸資源回收利用產業尚不成熟。近年來，江西銅業集團有限公司、遼中遼河化工廠等積極探索從銅冶煉廢酸中回收錸的方法，形成了2 t/a的錸酸銨的生產能力[19]；徐州浩通新材料科技股份有限公司每年從失效石油催化劑中回收錸酸銨產品2 t。中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所研究的新型冷卻結晶工藝，通過控制原料濃度、pH值和氧化還原電位實現高純錸酸銨產品的穩定生產。該工藝于2020年在金堆城鉬業股份有限公司礦冶分公司進行了工業試驗，并實現了工業化應用。

隨著“一帶一路”倡議的實施，從中國對“一帶一路”沿線國家投資的產業分布和資金規模上來看，能源和礦業行業以50%的資金比重成為引領“一帶一路”倡議發展的重中之重。因此，根據國家對國外戰略性礦產戰略布局研究和前期基礎調查，引導企業“走出去”以獲得礦業權，尤其是“一帶一路”沿線錸資源集中度高的國家，如哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、俄羅斯等，應作為未來錸資源投資和勘探的重點，以逐步提升中國的海外錸資源獲取能力，促進本土產業的發展。

5 錸在新興產業發展中的應用及趨勢

歷史向我們展示，從20世紀中期以來，錸的應用從添加劑到催化劑到航空發動機再到量子計算，每一次技術革新都帶來錸需求的增長和產業發展。

在材料領域，錸及其合金得到了越來越廣泛的應用。如鎢錸和鉬錸合金因具有良好的高溫強度和塑性，用途最廣。鎢錸合金含錸10%～26%，W-Re-ThO2合金可用作高溫加熱工件；鉬錸合金中含錸量為11%～50%，此外還有W-33.3Mo-33.3Re、Mo-Re-Hf-Zr、Mo-Re-Hf-V合金，后兩種合金具有較高的強度。在軍工領域，錸的主要用途為高溫渦輪發動機部件所用的耐高溫合金，其加入錸后會提高鎳基耐高溫合金的高溫（1000 ℃）強度性能。鎳基錸合金一般含有3%～6%的錸，如第三代單晶體合金的含錸量則為6%，曾用在F-22戰斗機和F-35戰斗機引擎中。目前，國內承溫最高、綜合性能最好的是20世紀90年代研制的DD6第二代單晶高溫合金含錸2%，第四代單晶高溫合金DD22含錸量增加到4.5%～6.0%，第五代含錸高溫合金材料及單晶渦輪葉片正在研制中?？傊?，近年來國內渦輪單晶高溫葉片技術進步顯著，其中，中國航空發動機集團有限公司已經實現渦輪葉片的穩定供應，葉片性能和壽命不斷提升，成為國內最主要的渦輪葉片供應商。目前，國內軍品列裝加速，民航需求較大，渦輪葉片需求量大，將進一步刺激國內對錸的需求。中國擁有全球第二大航空運輸市場，一旦掌握了成熟的先進航空發動機制造技術，中國錸的消費量將會有大幅增長，會進一步促進錸產業的發展。

錸-鉑合金是催化重整過程中的一種催化劑，在石油加工過程能夠提高石腦油的辛烷值。用于石油重整生產高辛烷碳氫化合物，從而生產無鉛汽油。而用于催化重整的催化劑當中，30%含有錸。新興的天然氣液化（GTL）技術也將進一步促進錸的消耗，可以彌補錸在高溫合金和催化劑等方面受新技術新材料發展帶來的沖擊。進入21世紀，隨著量子計算機技術和材料的進一步發展，錸可能成為量子計算中的一種不可或缺的重要材料。HARTER等[20]基于錸元素的金屬化合物（Cd2Re2O7）發現了首個三維量子液晶，可被用于未來的超快量子計算機。

據不完全統計數據預測[21]，在民用航空方面，中國未來20 a錸累計需求量約318 t；在軍用飛機方面，到2030年錸需求量達30 t；在工業領域，每年全球約有15 t的錸用以重整催化劑，根據現有交通運輸行業對汽油的需求量估算，中國未來10 a在催化劑方面的錸需求量約42 t。綜上所述，中國對錸的需求量在未來10～20 a將達到高峰期，僅航空航天領域和石油工業領域需求量估算就達390 t，而目前中國查明錸資源儲量將難以滿足快速發展需求。

6 結語

盡管中國潛在錸資源量豐富，但國內幾乎沒有礦產資源部門進行專門的錸礦產資源評價，大多數企業在錸的生產方面尚未實現產業化，導致很多錸資源無法利用甚至白白浪費。目前，國內錸尚能實現自給自足，并實現含錸廢碎料和初級產品的小部分出口，但隨著中國航空航天技術的快速發展，這種平衡將很快被打破，錸資源供應缺口將會繼續擴大。

總體上看，國內的錸資源保障程度低，亟待提升錸資源的供應安全保障能力。因此，建議開展全國錸礦資源潛力評價，以查明錸的可用資源量和潛力，優選可以開發利用的礦山；重視發展和提高錸礦的綜合利用技術水平，鼓勵企業綜合利用已有礦山資源；對部分優勢冶煉加工企業做重點發展，或在相關產業政策上予以幫扶，提升我國含錸合金的產業競爭力，同時加強錸的二次回收利用，形成錸資源綜合利用和回收產業化?？紤]錸資源在戰略性新興產業的不可替代性，以及錸在國防和航空航天等方面的重要作用，有必要建立錸的戰略儲備機制。