随着美国和中国之间贸易紧张局势升级，稀土矿产再次成为政治焦点。如今，中国的矿山和加工厂提供了世界大部分的稀土供应，中国领导人习近平暗示，可能将此作为与美国总统唐纳德·特朗普政府进行贸易谈判的政治筹码。但从长远来看，许多专家表示，即使中国完全停止出口稀土，全球稀土市场也可能幸存下来。
17种稀土元素在元素周期表中位于底部附近，在多个行业中发挥着至关重要的作用：消费电子产品，包括 Apple AirPods 和 iPhones；绿色技术，例如通用电气风力涡轮机和特斯拉电动汽车；医疗工具，包括飞利浦医疗扫描仪；以及军事硬件，例如 F-35 喷气式战斗机。美国政府将它们列为对国家经济和国家安全至关重要的被认为至关重要的 矿产，特朗普政府尤其将稀土元素排除 在其对价值 3000 亿美元的中国商品征收的关税清单之外。在贸易冲突的另一边，习近平最近对中国主要的稀土矿产开采和加工设施进行了具有政治象征意义的访问，中国也对美国加利福尼亚州的一家稀土矿征收了关税。然而，双方的这种政治姿态可能过分强调了世界对中国稀土供应的依赖。
“政治家们对市场政治操纵的想法过于惊慌或过于投入，”圣母大学政治学副教授尤金·戈尔茨说。“个别公司赚钱或亏钱与在这个特定市场中获得大规模政治影响的能力之间存在很大差异。”
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这组元素名称中的“稀土”实际上有些误导；美国地质调查局 将它们描述为“在地壳中相对丰富”。但提取过程很复杂，因为在地下，这些元素与许多其他矿物质以不同的浓度混杂在一起。原矿经过第一轮加工以生产精矿，然后运往另一个设施，在那里分离出高纯度稀土元素。这些设施执行复杂的化学过程，最常见的程序称为溶剂萃取，其中溶解的材料通过数百个含液腔室，这些腔室分离出单个元素或化合物——这些步骤可能会重复数百甚至数千次。一旦提纯，它们就可以加工成氧化物、荧光粉、金属、合金和磁体，从而利用这些元素独特的磁性、发光或电化学特性。稀土磁体、金属和合金的强度高且重量轻的特性使其在高科技产品中尤其有价值。
最初为 2011 年 10 月号的大众科学 制作。 鸣谢：Jen Christiansen。 来源：《2011 年矿产商品概要》，美国内政部 和 USGS
中国目前拥有世界大部分的分离设施——但如果中国停止出口提纯后的材料，仍然存在其他选择。戈尔茨说，在短期内，依赖这些矿产的美国公司可能会有库存储备，以应对短暂的供应短缺。戈尔茨曾在 2010 年至 2012 年担任五角大楼负责制造业和工业基础政策的国防部副助理部长的资深顾问。为了延长这些库存的使用时间，整体市场可以优先考虑稀土元素在军事和医疗技术等关键应用中的使用，同时迫使耳机或高尔夫球包制造商支付更高的价格。“我不认为会存在明显的供应缺口或漏洞，导致有人无法获得普锐斯或特斯拉或他们正在关注的任何东西，”戈尔茨说。
戈尔茨解释说，如果中国的供应长期中断，位于加利福尼亚州芒廷帕斯 (Mountain Pass) 的美国稀土矿可能会成为第一个提高产量的地方。该矿的前任所有者 Molycorp 花费了大约 15 亿美元建造了一个新的分离设施，用于生产稀土精矿。然而，由于中国的竞争，该公司在 2015 年破产之前，并没有完成生产提纯稀土材料所需的下游加工。该矿的新所有者 MP Materials 计划重新激活并完成 该已停产的设施，于 2020 年开始重新运营。
另一种选择是澳大利亚公司 Lynas Corp.，它是中国境外世界唯一重要的稀土生产商。该公司目前在澳大利亚的韦尔德山 (Mount Weld) 经营一座矿山，并将矿石运往马来西亚的一家分离工厂，该工厂可以提纯稀土材料——但复杂之处在于，某些矿石含有放射性钍。最近，人们对分离工厂产生的低水平放射性废物 的环境担忧导致 Lynas 宣布将将一些“上游”加工（涉及放射性）移回澳大利亚，同时将“下游”加工保留在马来西亚。该公司还宣布将与总部位于德克萨斯州的 Blue Line Corp. 合作，在美国建造一个新的分离设施，最早将于 2022 年开始运营。
除了现有矿山之外，开采其他资源的公司可能会开始从不同材料的矿床中提取稀土元素。例如，美国将来可以从发电厂的煤灰和煤矿开采废料中获得这些元素。与矿石混合在一起的放射性物质最终可能会产生积极作用：如果基于钍的核电站被证明是可行的，那么扩大的钍开采 也将产生可用的稀土矿物。研究人员甚至已经开始研究日本附近海底沉积物中大量浓度的稀土元素。
少即是多
一些依赖稀土元素的行业正在跳出框框思考，寻找完全绕过采矿的方法。毕竟，中国和其他地方的此类业务具有重大的环境影响，在缺乏严格监管的情况下，可能会威胁人类健康。某些矿石中存在放射性钍就是一个例子。此外，一些采矿和分离过程涉及产生有毒废水的 化学物质。所有这些危险的副产品都需要仔细的储存和处置。
由于中国威胁要将 其在稀土元素方面的优势武器化，因此更多公司可能会投资于创新，从而可以用其他东西替代这些材料。戈尔茨指出 2010 年发生的一起事件，当时中国暂时切断了日本的稀土元素供应。此后，丰田和本田等日本汽车制造商开始开发混合动力汽车电机，这些电机大大减少 甚至 消除了 电动机中使用的强磁体中的稀土元素，例如铽和镝。
在 2010 年的供应恐慌期间，其他使用稀土元素的大型行业也发现，它们可以不用其中的一些元素。当价格上涨时，炼油厂运营商暂时停止使用稀土元素镧，镧可以提高炼油效率。玻璃制造行业基本上放弃使用稀土元素铈进行抛光。尽管与国家安全相关的行业无法完全放弃稀土矿物，但戈尔茨认为，美国军方的需求可以“很容易地通过非中国生产来满足”，因为这种需求仅占市场总量的不到 5%。
减少、再利用、再循环
无论如何，各种行业将继续严重依赖稀土矿物。宾夕法尼亚大学化学教授埃里克·谢尔特说，为了在不依赖中国或美国矿山的情况下获得这些矿物，他们可以回收已在产品中使用的元素。谢尔特的研究项目包括开发新的化学工艺，用于从矿石中分离稀土元素。“这里的吸引力在于，为了从矿石材料中提纯稀土元素，已经投入了大量的能源和产生了大量的废物，”他说。“考虑到在技术设备中，与矿石相比，它们通常相对纯净，因此简单地将它们扔掉是浪费的。”
他指出了学术界和政府实验室的许多研究项目：后者包括美国能源部在艾姆斯实验室和橡树岭国家实验室的关键材料研究所。例如，稀土元素，如钕和镝，经常在永磁体中组合使用。为了分离它们，谢尔特的实验室开发了化学工艺，可以选择性地溶解一种稀土元素，而另一种稀土元素保持固体状态。他说，这是一种“快速高效的金属分离方法”，但目前的成本与采矿相比没有竞争力。不过，他认为这种情况可能会改变，因为稀土元素的市场价格目前被“人为地压低”——它没有考虑到采矿和分离过程中的废物处理成本。如果这些材料的回收版本被宣传为比开采的稀土元素更清洁的替代品，那么可能会鼓励寻求更环保形象的公司为它们支付更高的价格。
“消费者认识到公平贸易咖啡的重要性以及血钻的后果，”谢尔特说。“有理由认为，符合道德规范的钴以及清洁或回收的稀土元素可以为这个行业贡献更可持续的图景。”