稀土元素（Rare Earth Elements，REE）從18世紀(jì)末葉開(kāi)始陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，共有17種，包括化學(xué)元素周期表中的15種鑭系元素——鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、镥（Lu），以及與鑭系元素密切相關(guān)的兩個(gè)元素鈧（Sc）和釔（Y）。
稀土元素緣何性感？
如果你在手心粘上一小塊釹磁鐵碎片，手掌向下伸開(kāi)，置于桌上。掌骨是人體磁性最強(qiáng)的部位，手掌骨被磁化后將在你的手背上形成一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)。這時(shí)你膽敢在手掌和手背上各放上一塊稍大的釹磁鐵，強(qiáng)力的磁場(chǎng)可能生生把你的骨頭弄裂！
這就是稀土元素的磁性特征。
稀土元素被廣泛應(yīng)用于電子、石油化工、冶金、機(jī)械、能源、輕工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。應(yīng)用稀土可生產(chǎn)熒光材料、稀土金屬氫化物電池材料、電光源材料、永磁材料、儲(chǔ)氫材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超導(dǎo)材料、磁致伸縮材料、磁致冷材料、磁光存儲(chǔ)材料、光導(dǎo)纖維材料等。
大多數(shù)稀土元素呈現(xiàn)順磁性，比如釓在0℃時(shí)比鐵具更強(qiáng)的鐵磁性。某些稀土元素的磁性特征使其在電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、風(fēng)力發(fā)電，甚至國(guó)防工業(yè)等方面大顯身手。用過(guò)蘋果 iPad 2 的原裝保護(hù)套就會(huì)到磁性是如此重要。而稀土金屬所產(chǎn)生的永久性強(qiáng)磁則可以用“性感萬(wàn)分”來(lái)修飾。
稀土危機(jī)從何而來(lái)？
美國(guó)最近啟動(dòng)了本國(guó)稀土元素的開(kāi)發(fā)，最著名的是位于加州莫哈韋沙漠東部的芒廷帕司稀土礦山（Mountain Pass，見(jiàn)上圖），主要開(kāi)采鈰、釹等金屬。該礦山曾經(jīng)是世界上最大的稀土礦山之一，具有50多年的開(kāi)發(fā)歷史，超過(guò)50英畝（約合20萬(wàn)m²）的大型露天采坑。2002年由于環(huán)保問(wèn)題，以及中國(guó)廉價(jià)出口的影響被迫關(guān)停，默默沉寂了10多年（圖中的積水正是由于長(zhǎng)期停工造成的）。
中國(guó)曾滿足世界上95%的稀土金屬需求。去年9月，中國(guó)政府暫停稀土對(duì)日本的出口兩個(gè)月，世界倍感恐慌，紛紛加大對(duì)本國(guó)資源的安全控制。由于全球?qū)ο⊥两饘俚膹?qiáng)烈需求，美國(guó)稀土生產(chǎn)商和技術(shù)公司 Molycorp Minerals 去年12月重新啟動(dòng)了開(kāi)采作業(yè)。該公司目前是西半球唯一的稀土金屬生產(chǎn)商，也是中國(guó)之外屈指可數(shù)的稀土開(kāi)發(fā)礦商之一。
但即使中國(guó)不采取限制性政策，美國(guó)加州芒廷帕司礦山全力恢復(fù)生產(chǎn)，全球性的稀土供不應(yīng)求局面也很快會(huì)到來(lái)。特別是釹和鏑，它們廣泛用于產(chǎn)生強(qiáng)磁，是電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備必不可少的組件。美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，由于電動(dòng)汽車和風(fēng)力電廠的快速擴(kuò)張，2015年將出現(xiàn)這些稀土金屬的緊缺。
澳大利亞的一些礦山也在開(kāi)發(fā)作業(yè)，跟美國(guó)的芒廷帕司稀土礦加在一起能夠在某種程度上提高全球性供給，但還遠(yuǎn)不足以解決未來(lái)幾年的稀土危機(jī)。
品質(zhì)稀有替代難求
一臺(tái)電動(dòng)汽車可能需要使用的稀土金屬
最要命的是，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)或者發(fā)明出用于產(chǎn)生永久性強(qiáng)磁的替代品。許多人也許還不知道，連家庭的電冰箱都需要這些強(qiáng)磁組件。同重量的釹鐵合金能產(chǎn)生比其它任何物質(zhì)強(qiáng)達(dá)4-5倍的永久性磁體。每臺(tái)豐田普銳斯的發(fā)動(dòng)機(jī)需要使用大約1kg的稀土金屬，而每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組則需要上百千克的稀土金屬。尋找替代品的努力一直沒(méi)有停止，但僅有的突破到工業(yè)化生產(chǎn)也需假以時(shí)日。美國(guó)現(xiàn)在面臨的另一個(gè)棘手問(wèn)題是人才荒，在當(dāng)年關(guān)閉這些礦山后，強(qiáng)磁生產(chǎn)商和專家都轉(zhuǎn)移到亞洲，以尋求更加毗鄰礦山且降低勞工成本。如此一來(lái)，研究機(jī)構(gòu)和公司在磁產(chǎn)品生產(chǎn)和研發(fā)上興趣陡降，雖然現(xiàn)在科研資金充盈，但缺乏人才、工業(yè)和礦山以付諸實(shí)踐。
稀土金屬的選冶工藝復(fù)雜，而且?guī)?lái)種種環(huán)境問(wèn)題。美國(guó)的芒廷帕司稀土礦山幾經(jīng)周折，吸引投資并上市后，開(kāi)啟了美國(guó)稀土生產(chǎn)的新紀(jì)元。但該礦山更多的是富集輕稀土，而能在高溫條件下工作的強(qiáng)磁組件則必須使用大量重的稀土元素。
另一個(gè)棘手的問(wèn)題是，美國(guó)當(dāng)年關(guān)閉稀土礦山后，絕大部分的下游工廠也相繼倒閉、關(guān)停。美國(guó)礦山現(xiàn)在只能生產(chǎn)出稀土礦石，而將礦石提純加工成磁體的企業(yè)和設(shè)施幾乎僅僅分布在中國(guó)，雖然馬來(lái)西亞正在試圖建設(shè)一個(gè)新廠。另外，磁工業(yè)又聚集在中國(guó)和日本，日立金屬公司掌握了制造稀土合金和強(qiáng)磁體的專利。雖然日立金屬公司和 Molycorp 公司簽訂了合作協(xié)議，但在美國(guó)生產(chǎn)這些產(chǎn)品還需進(jìn)口大量的重稀土金屬。
科研嘗試應(yīng)對(duì)危機(jī)
美國(guó)的芒廷帕司稀土礦山山口處的氟碳鈰礦原石
科學(xué)家正在努力研究改變鋁、鎳、鐵和鈷合金的結(jié)構(gòu)，使用納米級(jí)別鐵-鈷針狀物和鋁的合金來(lái)研發(fā)可能的替代品。但需要多久才能取得實(shí)質(zhì)性成果，如何將理論研究推向工業(yè)材料學(xué)實(shí)踐等等問(wèn)題還在云霧之中。研究的終極目標(biāo)是生產(chǎn)不含稀土金屬的強(qiáng)磁體。令人沮喪的是，貌似沒(méi)有任何物質(zhì)能夠替代稀土磁體，因?yàn)樽?983年以來(lái)，尚且沒(méi)有任何產(chǎn)品可以，哪怕是接近稀土磁鐵的超級(jí)性能。
更為實(shí)際的是，科學(xué)家正在探索生產(chǎn)更高效的稀土磁鐵產(chǎn)品。目前的工藝是加熱壓縮磁性物質(zhì)，生產(chǎn)大型塊體，爾后切割成預(yù)先設(shè)計(jì)的形狀。這種加工工藝和流程，產(chǎn)生了大量的金屬氧化物廢渣，其中嵌有大量切割刀片的碎末；而這些廢渣無(wú)法用來(lái)重新生產(chǎn)磁體。研究如何利用這些廢渣，或者開(kāi)發(fā)更好的工藝來(lái)直接成型產(chǎn)品而不產(chǎn)生廢渣，將會(huì)為該行業(yè)帶來(lái)福祉。
清潔能源前景堪憂
稀土礦原石經(jīng)粉碎、篩檢后得到稀土氧化物，稀土氧化物再經(jīng)復(fù)雜的處理過(guò)程才能得到超強(qiáng)磁力的釹金屬
如果未來(lái)幾年稀土金屬供不應(yīng)求，而且還沒(méi)有尋找到合適的替代品，我們將不得不使用衰減性而不是永久性磁鐵來(lái)生產(chǎn)電動(dòng)車和混合動(dòng)力車。這將使得清潔能源產(chǎn)品的性能和壽命大受影響。僅有少數(shù)專家對(duì)未來(lái)持樂(lè)觀態(tài)度，他們認(rèn)為稀土資源儲(chǔ)量足以滿足大規(guī)模清潔能源科技（如電動(dòng)車、混合動(dòng)力車、風(fēng)力發(fā)電廠等）的發(fā)展。一家著名研究所的所長(zhǎng)泰勒（Patrick Taylor）則深感擔(dān)憂：“人類想大力發(fā)展新能源經(jīng)濟(jì)，但我們面對(duì)的是有限的資源和持續(xù)升溫的需求。”當(dāng)被問(wèn)及中國(guó)何以能夠牽制全球時(shí)，他感慨道：“20多年前，當(dāng)大量的技術(shù)和專家涌入中國(guó)的時(shí)候，世界上其它國(guó)家竟然沒(méi)有任何人表示關(guān)注。”
中國(guó)未曾主動(dòng)牽制他國(guó)，而他國(guó)過(guò)去的種種所為造成了捉襟見(jiàn)肘的現(xiàn)狀。西方國(guó)家在保護(hù)本國(guó)資源安全的同時(shí)，亦大量廉價(jià)購(gòu)買并囤積了中國(guó)出口的稀土金屬。他們現(xiàn)在面臨資源的緊缺、人才技術(shù)的匱乏也許只是短期的表象。美國(guó)等國(guó)家地下蘊(yùn)藏的大量稀土資源、其經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力、科技水平，以及礦業(yè)和資本市場(chǎng)的豐富運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)；必將在不遠(yuǎn)的將來(lái)形成對(duì)中國(guó)的制衡。
但從全球稀土資源總儲(chǔ)量上來(lái)講，清潔能源產(chǎn)業(yè)無(wú)論是虛為其名，還是切實(shí)保護(hù)環(huán)境的目的驅(qū)動(dòng)下的蓬勃發(fā)展，必將造成未來(lái)稀土資源的真正危機(jī)。而中國(guó)的出路又在何方？
