引言
鋯屬于稀有金屬，但鋯在地球中的豐度值大于銅、鎳、鉛和鋅等[1]，之所以被稱之為稀有金屬，是由于鋯獨立礦床較少。已知鋯的獨立礦物有38種，可分為3類:以鋯的硅酸鹽形式存在的鋯石，以氧化物形式存在的斜鋯石，以含鈦、鈮、鉭和其他元素的鋯硅酸鹽形式存在的異性石、鈉鋯石及鋯鉭礦等。
這些礦物中ZrO2含量變化很大，從4％到99％。金屬鋯具有高熔點(1852℃)、高沸點(4370℃)、無毒環(huán)保、耐腐蝕等一系列優(yōu)異的性能[2]，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代陶瓷、特種玻璃、原子能工業(yè)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，以及化工、精密鑄造和醫(yī)療等各個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域(表1)。鋯與鋯產(chǎn)品作為新興產(chǎn)業(yè)中的一員，被冠以“二十一世紀最具潛力的產(chǎn)品”及“原子能時代第一號金屬”的美稱[5]。美國在20世紀末便將鋯列為國防戰(zhàn)略儲備物資，而中國也在21世紀初將鋯列為國家產(chǎn)業(yè)政策中鼓勵重點發(fā)展的高性能新材料之一[6]。中國是目前世界上最大的鋯資源消費國，但國內(nèi)資源供給嚴重不足，大量依賴進口[7-8]，使中國鋯資源供應(yīng)安全面臨著巨大的挑戰(zhàn)。如何保障中國鋯礦資源的可持續(xù)供應(yīng)，已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。本文將對全球鋯資源分布特征、供需格局和賦存狀況以及未來鋯資源消費趨勢等進行分析，并在此基礎(chǔ)上提出如何保障中國鋯礦資源可持續(xù)供應(yīng)及鋯礦行業(yè)更好發(fā)展的措施和建議。
1、全球鋯資源分布特征
1.1資源儲量分布
世界各大洲均發(fā)現(xiàn)有鋯資源，主要分布在大洋洲和非洲(圖1)，美洲、亞洲、歐洲也有發(fā)現(xiàn)。鋯礦床按其成因可分為脈礦和砂礦兩種類型，但由于脈礦結(jié)構(gòu)形態(tài)復(fù)雜，分離共生礦物成本高及開采難度較大等原因，導(dǎo)致目前全球工業(yè)開采多以砂礦型為主(全球90％的鋯礦來源于砂礦)。砂礦主要包括濱海砂礦、沖積砂礦以及殘積砂礦，其中濱海砂礦最具工業(yè)開采價值，規(guī)模和產(chǎn)量遠大于沖積砂礦及殘積砂礦。歷經(jīng)100多年勘查和開采，全球鋯礦儲量不斷增加，但經(jīng)歷了本世紀初的爆炸式增長之后，目前已進入相對穩(wěn)定的狀態(tài)[9-10]，2012—2018年基本維持在7500萬ｔ(ZrO2下同)左右(表2)[11]。澳大利亞、南非、肯尼亞及莫桑比克4個國家鋯礦儲量合計6140萬ｔ，占全球84.11％，礦床類型多以濱海砂礦為主(圖1)；印度、馬達加斯加、巴西、中國、美國、烏克蘭、印度尼西亞及俄羅斯等其他國家鋯礦儲量1160萬ｔ，占全球15.89％。中國的鋯儲量和美國基本一致，約有50萬ｔ，占全球0.68％，相比其他國家中國鋯資源較為缺乏。
1.2主要鋯資源國
1.2.1澳大利亞
澳大利亞是全球鋯礦資源最為豐富的國家，也是產(chǎn)量及出口量最大的國家。鋯礦類型均為濱海砂礦型，礦床規(guī)模巨大，沿東海岸至西南海岸連片分布，主要集中在默瑞(MｕRRａｙ)、帕斯(ＰｅRｔｈ)和尤卡拉(Ｅｕｃｌａ)三大盆地。
默瑞盆地東南地區(qū)分布有唐納德(Ｄｏｎａｌｄ)、明達里(MｉｎｄａRｉｅ)、維姆(ＷＩM150)、庫溫(Ｋｕｌｗｉｎ)、沃乃克(ＷｏｏRｎａｃｋ)和皮若(ＰｉRRｏ)等礦床，其中唐納德礦床重礦物資源量1.94億ｔ，平均品位4.8％，但其砂泥及放射性元素含量超標，不易分選及開采(王瑞江等，2015)；維姆礦床重礦物平均品位3.9％，ZrO2資源量850萬ｔ；明達里礦床ZrO2資源量77萬ｔ[12-13]。帕斯盆地內(nèi)主要有麥考斯(MｃＣａｌｌｓ)、圖納普(Ｔｕｔｕｎｕｐ)礦床和艾尼貝巴(Ｅｎｅａｂｂａ)礦床，麥考斯礦床重礦物推
測資源量44億ｔ，平均品位1.2％[12-13]。尤卡拉盆地主要有嘉森斯(Ｊａｃｉｎｔｈ)和阿姆博薩(ＡMｂRｏｓｉａ)礦床，重礦物推測資源量20億ｔ。此外，康寧盆地達姆皮爾(ＤａMｐｉｅR)礦床重礦物推測資源量13.74億ｔ，重礦物平均品位6.1％[12-13]。
1.2.2南非共和國
南非是全球第二大鋯資源生產(chǎn)及出口國。南非鈦鋯砂礦床主要分布在夸祖魯-納塔爾省、東開普省、西開普省和北開普省。在夸祖魯-納塔爾省，頓阿爾(Ｄｕｎａｌ)砂礦床含鋯重礦物儲量0.77億ｔ，品位最高可達10％；祖提(Ｚｕｌｔｉ)礦床ZrO2儲量達370萬ｔ；晴風(fēng)(ＦａｉRｂRｅｅｚｅ)礦床ZrO2儲量60萬ｔ[14]。東開普省歐羅比尼(Ｘｏｌｏｂｅｎｉ)砂礦床ZrO2儲量1100萬ｔ，平均品位5.14％。西開普省納馬夸(ＮａMａｋｗａ)砂礦床ZrO2儲量220萬ｔ，托民(ＴｏRMｉｎ)砂礦床ZrO2儲量6萬ｔ[13-14]。
1.2.3莫桑比克
非洲東南部的莫桑比克鋯礦資源潛力巨大，主要分布在其海岸帶附近，礦床類型均為沖積型砂礦床。主要包括:奇布羅(ＣｈｉｂｕRｏ)礦床，重礦物資源量達6億ｔ；摩貝斯(Mｏｅｂａｓｅ)礦床重礦物資源量276萬ｔ，平均品位3.55％，ZrO2資源量5萬ｔ。圖皮托(Ｔｕｐｕｉｔｏ)礦床，ZrO2資源量7000ｔ；倫古(Ｌｄｕｇｏ)礦床，ZrO2資源量達6萬ｔ，重礦物資源量160萬ｔ[13-14]。
2、全球鋯資源供需情況
2.1主要生產(chǎn)與出口國
自2011年來，除2013年全球鋯產(chǎn)量較低(120萬ｔ)外，其他全年總產(chǎn)量基本保持在120~180萬ｔ[15](圖2)，其中澳大利亞與南非是全球最主要的鋯礦石生產(chǎn)及出口國，二者合計產(chǎn)量占全球60％以上[11](圖3)，印度尼西亞、莫桑比克以及印度等也是目前全球上主要的鋯礦石生產(chǎn)國(表3)。中國雖然鋯礦資源匱乏，但大量進口原礦用于生產(chǎn)鋯初級產(chǎn)品，是全球上最大的氧化鋯制品出口國，95％以上的氧化鋯產(chǎn)于中國，其中出口比例為30％~50％。
2.2主要礦業(yè)企業(yè)
澳大利亞艾璐卡(Ｉｌｕｋａ)、美國特諾(ＴRｏｎｏｘ)和總部位于英國的力拓(RｉｏＴｉｎｔｏ)是全球前三大鋯礦供應(yīng)商。根據(jù)公司年報顯示，2017年艾璐卡擁有鋯英砂儲量496.4萬ｔ，資源量1983.8萬ｔ；特諾擁有鋯英砂儲量656萬ｔ；力拓擁有鋯英砂儲量657.3萬ｔ，資源量410.1萬ｔ。2017年三家公司產(chǎn)量分別為31.23萬ｔ、18.1萬ｔ和16萬ｔ，合計占全球總產(chǎn)量的41％[12，13](表4)。
2.3主要消費與進口國
20世紀90年代以前，歐洲、日本和美國是全球鋯資源主要的消費與進口國，90年代以后中國鋯資源消費逐步進入快速增長階段，而歐美日地區(qū)則逐年下降，2011年之后中國成為全球鋯資源進口第一大國，而且未來仍將保持快速增長。
2.3.1中國
中國對鋯的需求占全球總消費量的53％[10，12](圖4)，是全球最大的鋯資源消費國，但目前消費領(lǐng)域多為中低端產(chǎn)品。隨著中國核電事業(yè)進一步發(fā)展，未來對鋯資源的需求還會增加，但中國鋯資源有限，對外依存度過高，2015年中國進口鋯資源量占全球總進口量的63％[16](圖5)。
2.3.2歐洲
歐洲是全球鋯資源第二大消費地區(qū)。德國、法國、西班牙和意大利是歐洲鋯主要消費國家，特別是意大利和西班牙，是全球高檔陶瓷生產(chǎn)國，對鋯資源的需求較大，2001—2014年兩國鋯資源消費量都占歐洲鋯資源年消費總量的50％以上[10]。歐洲也是全球重要核電站運營地區(qū)，特別是法國，是全球重要的核級鋯生產(chǎn)和加工國家。
2.3.3美國
美國是全球鋯工業(yè)發(fā)展最早、最完善的國家，其對鋯的研究極大地促進了全球鋯工業(yè)的發(fā)展。美國目前鋯資源主要依賴進口，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示[15]，南非與澳大利亞為其主要進口來源國，二者合計占美國進口量70％左右。美國鋯資源消費領(lǐng)域為原子能及航天工業(yè)，如使用于原子能工業(yè)的核級金屬鋯、航空航天工業(yè)及兵器工業(yè)等高端產(chǎn)業(yè)工業(yè)級金屬鋯等。核動力艦艇是美國鋯資源重要的消費客戶，據(jù)統(tǒng)計[10]，僅美國現(xiàn)役主要核動力艦艇每年需更換1590ｔ核級鋯材，此外美國已裝機核電站每年需更換1190ｔ核級鋯材。
2.3.4日本
日本也是全球重要的鋯工業(yè)國家，主要應(yīng)用于高級耐火材料、催化劑及現(xiàn)代陶瓷行業(yè)等，其生產(chǎn)的高端鋯產(chǎn)品出口到海外，產(chǎn)品附加值高。核電站是日本鋯資源的重要消費客戶，已裝機核電站每年需更換516ｔ核級鋯材[10，12]。
3、中國鋯資源分布特征與消費現(xiàn)狀
3.1資源分布特征
中國鋯資源儲量50萬ｔ，僅占全球的0.68％，主要分布在內(nèi)蒙古、海南、遼寧、山東、江蘇、安徽、江西、福建、廣東、重慶、貴州、湖南、湖北和云南14個省區(qū)，鋯礦資源探明儲量在10萬ｔ以上的省區(qū)有5個，依次是內(nèi)蒙古、海南、廣東、云南和廣西，全國查明鋯礦產(chǎn)地85個，其中大中型礦產(chǎn)地有17個[17]。
內(nèi)蒙古鋯礦儲量占全國鋯礦儲量的70％左右(圖6)，海南鋯礦儲量占全國鋯礦儲量的19％，但由于海南主要為砂礦，可利用性佳，因此海南省是目前中國最重要的鋯礦產(chǎn)地(以砂礦為主)，占國內(nèi)鋯礦產(chǎn)量的94％[17]。內(nèi)蒙古自治區(qū)鋯礦儲量雖大，但由于主要是脈礦，開采難度大，未進行大規(guī)模開發(fā)。
3.2消費現(xiàn)狀
3.2.1主要進口來源
進入21世紀以來，中國對鋯礦石及其精礦的需求不斷增長，但中國自身鋯資源儲量及產(chǎn)量有限，90％以上的鋯資源依賴進口[18-20](圖7)，中國逐漸成為全球鋯資源消費中心。據(jù)ＵＮＣＯMＴRＡＤＥ數(shù)據(jù)顯示，澳大利亞是中國進口鋯資源的第一大來源國，占比達50％以上。為保障鋯資源的戰(zhàn)略安全，近年來中國不斷嘗試拓展鋯資源進口來源[21]，包括南非、印度尼西亞、莫桑比克、巴基斯坦以及印度等多國鋯資源已進入中國市場[22](圖8)，而澳大利亞和南非進口占比仍然維持在60％以上，存在較高的供應(yīng)風(fēng)險。
3.2.2主要消費領(lǐng)域
近年來，中國鋯資源消費結(jié)構(gòu)及各產(chǎn)業(yè)中的消費占比變化不大，主要用于陶瓷、化學(xué)鋯、電熔鋯、精密鑄造及耐火材料等[23-25](圖9)。目前，中國約45％的鋯資源消費在陶瓷，其中以釉面材料、陶瓷原料、遮光劑等消費為主；約19％消費在化學(xué)鋯，主要用于制造氧氯化鋯、氧化鋯、碳酸鋯及硅酸鋯等；約14％消費在耐火材料；精密鑄造及電熔鋯共消費約22％的鋯資源。此外，鋯資源在航空航天、核反應(yīng)及原子能領(lǐng)域的消費占比逐漸升高(圖10)，這與中國國民經(jīng)濟的調(diào)控政策及核產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展密切相關(guān)。
4、中國鋯資源消費趨勢
中國是全球鋯資源消費需求最大的國家，近年來中國已在鋯資源領(lǐng)域保持了多個第一[25]，主要包括:鋯英砂年進口量，鋯英砂年消費量，硅酸鋯年產(chǎn)量，硅酸鋯消費量，氧氯化鋯年產(chǎn)能，氧氯化鋯年產(chǎn)量，氧氯化鋯年消費量，氧氯化鋯年出口量，核級海綿鋯年產(chǎn)能和產(chǎn)量，核級海綿鋯產(chǎn)量。但中國鋯產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后且資源儲量不足，尤其是易開采的砂礦型礦床嚴重短缺。隨著國內(nèi)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，尤其是核電事業(yè)的不斷壯大，國內(nèi)對鋯礦資源的需求將進一步增加[9]，巨大的供需缺口導(dǎo)致鋯資源對外依存度極高(90％以上)，對保障中國鋯礦資源的可持續(xù)供應(yīng)和鋯礦行業(yè)的更好發(fā)展十分不利。
中國未來對鋯資源的需求仍將保持快速增長[9，26-27]，但與前期不同的是鋯英砂將在高新技術(shù)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，使用于傳統(tǒng)陶瓷工業(yè)的鋯資源需求量將呈下降趨勢，使用于高技術(shù)行業(yè)中的鋯制品如高純化學(xué)鋯、電容鋯以及精密鑄造等需求量將快速增長(圖10)。隨著中國核電事業(yè)進入快速發(fā)展階段，將催生核級鋯新需求，未來將是鋯資源需求的主要增長點。此外，近幾年中國氧氯化鋯出口量占了全球的90％以上，同時還出口化學(xué)氧化鋯、電熔鋯、碳酸鋯以及硫酸鋯等產(chǎn)品，伴隨全球經(jīng)濟復(fù)蘇，各國競相發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，對在新興產(chǎn)業(yè)中有著重要地位的鋯系列產(chǎn)品需求量增大，必然促進中國鋯系列產(chǎn)品的出口，從而為中國鋯資源需求提供更大的增長點。
綜上所述，盡管傳統(tǒng)領(lǐng)域?qū)︿嗁Y源需求有所下降，但隨著高精尖領(lǐng)域?qū)︿嗁Y源需求的不斷增長，未來中國對鋯資源的需求仍將保持較快增長。
5、結(jié)論與思考
5.1結(jié)論
全球鋯資源分布有以下特點:(1)資源分布不均，澳大利亞和南非保有全球70％以上的資源儲量；(2)供應(yīng)高度集中，澳大利亞和南非二者產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量60％以上，艾璐卡、特諾和力拓三大鋯礦供應(yīng)商產(chǎn)量占全球55％以上，最大的艾璐卡則占30％以上；(3)供需分離，中國和歐盟消費需求占全球總需求的70％以上，但產(chǎn)量及儲量均不及10％。
中國鋯應(yīng)用領(lǐng)域開始出現(xiàn)新的變化:(1)陶瓷工業(yè)使用占比已經(jīng)呈現(xiàn)下降趨勢，而中國鋯化學(xué)制品對鋯資源需求將逐漸增大并取代陶瓷行業(yè)成為鋯資源的主要消費領(lǐng)域；(2)精密鑄造對鋯資源的需求也將逐漸增加，鋯英砂及鋯英粉作為精密制造業(yè)的面層材料具有重要地位，截至目前還未找到合適替代品，伴隨中國制造2025計劃的實施，精密鑄造業(yè)將快速發(fā)展，成為第二大消費領(lǐng)域；(3)核級海綿鋯產(chǎn)業(yè)從無到有，雖然占比較小，但具有重要的戰(zhàn)略意義。核級鋯是核反應(yīng)堆的重要材料，廣泛使用于軍用及民用反應(yīng)堆。根據(jù)中國《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014—2020年)》[28]，未來中國核電將快速發(fā)展，到2025年裝機容量可能達到8000萬ｋＷ以上。
而隨著中國核電走向國際市場，要同時滿足國內(nèi)與國外兩個市場的需求。因此，未來中國對鋯的需求將快速上升。
中國鋯礦消費結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變:(1)硅酸鋯的需求將不斷減小；(2)化學(xué)鋯的需求將不斷增加，未來將取代硅酸鋯成為第一大需求方向；(3)電熔鋯尤其是工業(yè)級、核級海綿鋯需求將越來越大。綜合來看，未來在中國鋯消費結(jié)構(gòu)中，高技術(shù)行業(yè)占比越來越重，勞動密集型和低技術(shù)型行業(yè)占比逐漸減少，這也彰顯了中國鋯產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向。
5.2思考與建議
中國鋯資源嚴重短缺且對外依存度高，而全球鋯資源比較豐富(全球鋯礦儲量靜態(tài)保障年限長達90年)，為保障中國鋯資源可持續(xù)供應(yīng)及鋯礦行業(yè)更好發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住“走出去”和“一帶一路”倡議所帶來的歷史機遇，有效合理地利用好國內(nèi)外“兩個資源，兩個市場”，同時加強監(jiān)督管理機制，完善鋯資源法律法規(guī)，形成一個穩(wěn)定、安全、多元、健康的資源利用與保障體系。具體建議如下:
(1)立足國內(nèi)，加強國內(nèi)鋯礦資源勘查力度，提高國內(nèi)資源保障程度。中國砂礦型資源短缺，但巖礦型鋯資源較為豐富，應(yīng)加大對巖礦型鋯資源的選冶以及伴生鋯資源綜合回收方面的研究，切實提高國內(nèi)資源的保障力度，降低中國鋯資源供應(yīng)的對外依存度。
(2)布局海外，關(guān)注重要的資源國及其潛力區(qū)，在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)鋯資源合理配置。全球優(yōu)質(zhì)的大型鋯礦項目多被國際礦業(yè)巨頭控制，中國企業(yè)在這一領(lǐng)域的影響力和話語權(quán)較弱，國內(nèi)鋯相關(guān)企業(yè)應(yīng)走出國門，通過資源勘查、購買股權(quán)以及工程換資源等多種合作方式，積極參與資源國鋯資源的開發(fā)項目，與目標國建立長期有效的合作機制，最大力度保障中國鋯資源供應(yīng)安全。但需注意，非洲和東南亞產(chǎn)的鋯英砂存在放射性元素鈾和釷含量嚴重超標問題，建議鋯英砂進口企業(yè)不再進口鈾、釷超標的鋯英砂，避免對中國生態(tài)環(huán)境造成不必要的影響。
(3)積極推進鋯工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，延伸鋯產(chǎn)業(yè)鏈，進一步增加鋯產(chǎn)品附加值。中國鋯初級產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得益于發(fā)達國家嚴格限制鋯初級產(chǎn)品的生產(chǎn)而以進口初級產(chǎn)品生產(chǎn)高端產(chǎn)品的發(fā)展路線。隨著中國工業(yè)化建設(shè)的發(fā)展，高污染型、勞動密集型以及低技術(shù)型產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不符合國內(nèi)發(fā)展的方向。因此，加快技術(shù)產(chǎn)業(yè)升級，延伸產(chǎn)業(yè)鏈長度，增加產(chǎn)品附加值，打造具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高端鋯產(chǎn)品將是未來中國鋯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向。
(4)目前國際市場鋯產(chǎn)品供應(yīng)商及定價權(quán)主要掌握在國外幾大鋯產(chǎn)品巨頭手中，為應(yīng)對國際形勢巨變可能造成的供應(yīng)風(fēng)險，中國應(yīng)盡快建立并完善鋯礦資源戰(zhàn)略儲備，在保證供應(yīng)安全的同時，還能調(diào)節(jié)市場價格，降低市場波動對整個鋯產(chǎn)業(yè)帶來的不利影響。
致謝
感謝審稿專家張萬益教授級高工、趙元藝研究員、吳建設(shè)研究員以及匿名審稿老師給予的寶貴建議，感謝中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所張華副研究員在成文過程中給予的指導(dǎo)與幫助!
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