中国铼资源特征及其勘查开发利用现状

黄 凡，赵云彪，王 岩，陈子瞻，李德先

（1. 自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2. 自然资源部深地科学与探测技术实验室，北京 100094；3. 长安大学地球科学与资源学院 西安市关键金属成矿与高效利用重点实验室，陕西 西安 710054）

0 引言

铼（Re）的原子序数为75，位于元素周期表第6周期第ⅦB族，由德国的NODDACK Walter和BERG Otto于1925年利用X光谱从来自乌拉尔的铂矿石中发现并命名，是人类发现的最后一个自然元素[1]。尽管存在争论，NODDACK Walter和BERG Otto始终被认为是发现铼的第一人。由于铼的分散特性，导致其在地球上绝大多数岩石中丰度小于1×10-9，其中，亏损型橄榄岩铼的丰度最低，可至0.003×10-9；黑色页岩在所有岩石中铼含量最高，通常为n×10×10-9～n×100×10-9不等[2]。因此，铼在地球化学演化过程中，更趋于分散而不形成或很少形成独立矿物[3]，更难形成独立铼矿床，对铼矿的成矿机制研究尚属起步阶段[2,4-6]。涂光炽等[2]总结出铼一次成矿必须满足以下4个基本条件：①体系中铼的初始丰度和量必须足够高；②不同相间铼分配系数大于1000；③要有足够的时间、稳定的条件进行铼富集；④有适当的载体或空间存储铼。可见，自然界中铼的富集成矿作用条件极为苛刻。辉钼矿是迄今发现的最重要的铼的载体矿物[2-3,7]。世界上约99%的铼与辉钼矿或硫化铜矿物共生，因此，铼主要分布在盛产铜和钼的国家[8-9]。

铼作为我国战略性新兴产业矿产的关键金属之一，广泛应用于国防和航空航天、石油化工、电子工业和高温发射极、医疗器械和医学、电发光材料等领域，素有“战略金属”“航空金属”“超级金属”之称[7]。本文对中国已发现铼资源及其勘查开发利用现状进行了初步总结，并分析了未来铼产业的发展趋势，以期为中国铼资源勘查评价和开发利用提供参考。

1 中国铼矿的资源特征

中国铼矿资源几乎全部伴生于钼矿或铜（钼）矿中。黄凡等[7]统计了中国约300个铜（钼）或钼矿床数据，遴选出有精确的辉钼矿Re-Os同位素测试数据的147个矿床，对其共伴生铼资源特征做了初步总结，并根据辉钼矿中铼含量和已知钼储量及品位，估算出中国铼的资源量约为4000 t。杨志明等[5]统计了中国70余个斑岩铜矿床数据，认为这些矿床中铼的品位主要介于0.03×10-6～0.5×10-6之间，资源量变化介于3～313 t之间，主要形成于侏罗纪和第三纪。其中，有10个矿床的铼资源量超过50 t，3个矿床（西藏玉龙铜矿、甲玛铜多金属矿、驱龙铜矿）铼资源量超过200 t。另据自然资源部资料，中国目前共探明伴生铼矿区18处，查明铼资源储量669.12 t，主要分布于西藏、河南、黑龙江、湖南、陕西、内蒙古、辽宁、福建、江苏和湖北等省（区）（表1）。近年来，中国铼矿勘查工作有所突破，与2010年相比，查明资源储量增长39.5%[7]。

表1 中国已发现铼矿区一览Table 1 Distribution of rhenium deposit in China

2 中国铼矿的勘查成果

中国至今尚未系统开展过铼矿的资源评价和找矿勘查工作，仅在勘查钼、铜钼或其他矿种矿床的过程中获得了部分铼资源量，如贵州省地质局黔中队1958年完成的《贵州省开阳县白马洞矿田详细勘探报告》提交伴生铼资源储量20 t；湖北省地矿局第1地质大队1979年完成的《湖北省大冶县铜山口矿区铜矿深部详细普查地质报告》提交伴生铼资源储量5.9 t；河南省地质局第1地调队1980年完成的《河南省栾川县三道庄矿区钼钨矿详细勘探地质报告》提交伴生铼资源储量22 t。仅有少量专门针对铼的资源评价项目，如陕西省地质局于1959年提交的《陕西省渭南县金堆城钼、硫矿床中分散元素（铼、硒）的评价和研究报告》中在金堆城钼矿中伴生铼储量118.70 t，规模为大型，黄龙铺钼矿中伴生铼储量153.82 t，规模为中型。据不完全统计，截至2021年底，共获得铼查明资源储量787.41 t（表2）。

表2 中国铼矿勘查成果一览Table 2 List of exploration results of rhenium deposits in China

近年来，随着对战略性新兴产业矿产的关注度不断提高，时有新发现铼矿的报道，如在四川沐川发现有沉积砂岩型独立铼矿，可圈定15个矿体，其中，最大矿体长约40 m，厚1.26～3.58 m，铼品位达到3.36×10-6～65.80×10-6，预测铼资源量50 t[13]；蒋绍平等[14]估算云南澜沧老厂深部斑岩钼矿体中伴生铼资源量49.2～136.0 t；罗丽萍等[15]初步估计四川拉拉铜矿伴生铼资源量超过25 t。检索国家地质资料数据中心全国馆数字地质资料馆网站数据显示，安徽省地质矿产勘查局327地质队于2017年完成的《安徽省泾县湛岭钼矿床勘探地质报告》提交伴生铼查明资源量（333）29.42 t，平均品位0.145×10-6；湖南省地质调查院于2013年完成的《湖南省浏阳市龙王排矿区石龙坡矿段钼钨矿详查地质报告》提交333伴生铼矿石量1244.9万t，铼金属量78.3 t；核工业216地质大队于2009年完成的《新疆察布查尔县郎卡地区铼矿预查报告》提交铼资源量（3341）21.7 t；福建省地质调查研究院于2009年完成的《福建省武夷山市坪地矿区钼矿资源储量调查报告》提交伴生铼资源量（122b+332）约8.7 t；广东省地质局七一九地质大队于2013年完成的《广东省恩平市七根-阳春市春湾矿区钼矿勘探报告》提交333伴生铼矿石量26475.43万t，铼金属量35.31 t，低品位铼矿石量8203.11万t，金属量4.94 t；新疆地矿局第六地质大队2004年完成的《新疆哈密市镜尔泉白山钼矿普查地质报告》提交伴生铼资源储量29.15 t；中国冶金地质总局第2地质勘查院于2010年完成的《西藏自治区桑日县明则矿区铜多金属矿普查报告》提交伴生铼资源储量16.64 t；河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队于2010年完成的《河南省栾川县上房沟钼矿核查区资源储量核查报告》提交伴生铼资源储量81.258 t，平均品位0.0058%。尽管这些数据或者储量级别较低，或者铼含量检测不准而导致可信度较低，但可以明确的是，中国具有较大的铼成矿潜力和找矿空间（图1）。

图1 中国铼矿勘查成果分布简图Fig. 1 Distribution of exploration results of rhenium deposits in China

3 中国铼矿的开发利用现状

3.1 铼的工业要求

虽然铼在各类矿物或岩石中均有分布，但目前可被综合利用的主要是各类钼矿或铜钼矿中伴生的铼，以及产于超基性岩中与铂族元素矿床伴生的铼[7-8]。常见的铜钼矿石及其精矿中铼的工业指标见表3。在含铼铜矿的选矿过程中，铜矿中铼的60%～90%均转入铜精矿或铜铅精矿，在进行含铼的铜钼矿选矿中，铼在钼精矿中成百倍（甚至上千倍）富集（表4和表5）。

表3 铼的一般工业指标Table 3 Industrial indicators of rhenium 单位：%

表4 铼在铜矿的选矿中的分布数据Table 4 Distribution data of rhenium in mineral processing of copper ore单位：%

表5 铼在铜钼矿选矿中的分布数据Table 5 Distribution data of rhenium in copper and molybdenum ore dressing 单位：%

3.2 铼的开发利用史

从世界上看，铼的规模生产开始于1930年，当时产量仅为0.06～0.08 t，烟道灰和铜冶炼厂是当时最主要的铼来源，并持续到第二次世界大战期间。随着德国作为铼源国家的衰落，美国田纳西大学（University of Tennessee）MELAVEN A D 和BACON J D与学生一起开始从迈阿密铜业公司（Miami Copper Company）辉钼矿焙烧炉中获取的烟道灰中生产铼（在焙烧辉钼矿精矿时，钼转变为MoO3，而挥发性的Re2O7则进入烟尘和烟道气中），并于1947年获得了第一份铼提取流程的专利。之后，铼的生产中心便转移到美国，特别是Kennecott铜业公司（Kennecott Copper Mine、Bingham Canyon Copper Mine、新墨西哥Chino Copper Mine、内华达的McGill）辉钼矿成为了提取铼的主要含铼原料。工业化进程中，由于在石油催化剂中的应用，铼的需求增加导致其价格上涨，德国STARCK H C和欧洲其他辉钼矿焙烧炉开始回收铼。苏联在1930年也开始了金属铼的生产，也有报道称苏联1948年在哈萨克斯坦的Balkash Metallurgical Combine开始生产金属铼。

1980年之前，世界铼的年产量一直未超过10 t（表6），且产量逐年递增较缓。20世纪70年代Pt-Re催化剂在世界工业化进程中的面世，随着能源经济的最大化和清洁排放标准的提高，铼开始显露贵金属性，特别是20世纪80年代，由于铼-铂重整催化剂开始广泛应用于石油工业，生产无铅、高辛烷值汽油导致铼的需求增加。同时，由于飞机发动机涡轮叶片上含有3%铼的轴承合金、镍基合金研制成功，自1984年开始，铼合金开始大量应用。这一用量也是铼的主要用途，超过催化剂用量的2～4倍，到了2005年之后，铼保持了一个较平稳的世界年产量（图2）。

图2 1930—2020年世界铼年产量变化趋势Fig. 2 Annual production trend of rhenium in the world over the years from 1930 to 2020

表6 历年来世界铼年产量统计Table 6 Annual production statistics of rhenium in the world over the years 单位：t

3.3 铼的生产能力

目前，世界上从事铼生产的国家可分为3类：①只生产含铼精矿，如加拿大及部分南北美国家；②既生产含铼精矿，又从中提取金属铼的国家，如美国、智利等；③从进口含铼精矿或矿渣中提取或回收铼的国家，如日本、美国、德国、瑞典、芬兰等。美国和德国是从二次资源中回收铼的主要国家，目前每年从二次资源中回收的铼可达25 t。根据美国地质调查局（USGS）的统计，主要产铼国家包括美国、亚美尼亚、加拿大、智利、哈萨克斯坦、韩国、秘鲁、波兰、俄罗斯和乌兹别克斯坦等，智利、美国、波兰、哈萨克斯坦一直是主要的产铼国家（表7），特别是智利，供应了全世界一半以上的铼产量。

表7 2012—2020年世界主要国家铼生产能力Table 7 Rhenium production capacity of major countries in the world from 2012 to 2020 单位：kg/a

自2015年以来，USGS开始统计中国铼产量。由表7可知，中国铼生产能力2020年之前集中在2.5 t/a左右。因统计口径不一致，2021年和2022年，中国年生产能力突升至13.99 t/a和19 t/a，已经成为仅次于智利的全球第二大生产国，是世界上主要的产铼国之一。值得注意的是，中国伴生铼的品位普遍较低，开发利用的经济技术可行性较差。中国对伴生铼的综合利用技术水平与国际相比还有较大差距，加之国内企业对铼资源的回收重视程度不够，以及铼的综合利用率低等问题，导致部分铼矿资源无法得到回收利用而造成浪费。目前，中国铼产业并没有形成规模，已经开采的矿山尚未形成规模化的开发利用。此外，铼的勘查开发利用受到寄主矿床矿产品市场的影响十分明显。因此，对铼资源的开发，实际上就是对富铼寄主矿山的开发。当前，在矿业市场不稳定的大环境下，很难有投资者稳定地进行大规模的勘查开发投入，这直接导致了铼矿的调查评价工作停滞不前。

4 中国铼产业现状及其在世界上的地位

中国铼产业仍处于初级阶段，铼产品以初级加工产品为主，在深加工和高新技术材料方面仍有待进一步取得重大突破。根据中国海关总署2023年数据，中国进口0.66 t未锻轧铼、铼废料及碎料和铼粉末，0.717 t锻轧铼及铼制品；出口0.497 t未锻轧铼、铼废料及碎料和铼粉末，0.007 t锻轧铼及铼制品。由表7可知，2022年铼金属全球产量73.46 t，中国产量为19 t。根据北京安泰科信息股份有限公司数据，2017年至2022年全球铼消费量由61.3 t 增加至70.6 t，中国消耗量由2.4 t 增加至7.3 t。中国铼的年消耗量持续增加，即使中国铼产能有了大幅度飞跃，但随着铼在新材料领域应用技术的突破，这种供需关系在不久的将来会被打破。

全球约20%的铼资源来自二次资源中的回收铼[18]。目前，国内二次铼资源回收利用产业尚不成熟。近年来，江西铜业集团有限公司、辽中辽河化工厂等积极探索从铜冶炼废酸中回收铼的方法，形成了2 t/a的铼酸铵的生产能力[19]；徐州浩通新材料科技股份有限公司每年从失效石油催化剂中回收铼酸铵产品2 t。中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所研究的新型冷却结晶工艺，通过控制原料浓度、pH值和氧化还原电位实现高纯铼酸铵产品的稳定生产。该工艺于2020年在金堆城钼业股份有限公司矿冶分公司进行了工业试验，并实现了工业化应用。

随着“一带一路”倡议的实施，从中国对“一带一路”沿线国家投资的产业分布和资金规模上来看，能源和矿业行业以50%的资金比重成为引领“一带一路”倡议发展的重中之重。因此，根据国家对国外战略性矿产战略布局研究和前期基础调查，引导企业“走出去”以获得矿业权，尤其是“一带一路”沿线铼资源集中度高的国家，如哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、俄罗斯等，应作为未来铼资源投资和勘探的重点，以逐步提升中国的海外铼资源获取能力，促进本土产业的发展。

5 铼在新兴产业发展中的应用及趋势

历史向我们展示，从20世纪中期以来，铼的应用从添加剂到催化剂到航空发动机再到量子计算，每一次技术革新都带来铼需求的增长和产业发展。

在材料领域，铼及其合金得到了越来越广泛的应用。如钨铼和钼铼合金因具有良好的高温强度和塑性，用途最广。钨铼合金含铼10%～26%，W-Re-ThO2合金可用作高温加热工件；钼铼合金中含铼量为11%～50%，此外还有W-33.3Mo-33.3Re、Mo-Re-Hf-Zr、Mo-Re-Hf-V合金，后两种合金具有较高的强度。在军工领域，铼的主要用途为高温涡轮发动机部件所用的耐高温合金，其加入铼后会提高镍基耐高温合金的高温（1000 ℃）强度性能。镍基铼合金一般含有3%～6%的铼，如第三代单晶体合金的含铼量则为6%，曾用在F-22战斗机和F-35战斗机引擎中。目前，国内承温最高、综合性能最好的是20世纪90年代研制的DD6第二代单晶高温合金含铼2%，第四代单晶高温合金DD22含铼量增加到4.5%～6.0%，第五代含铼高温合金材料及单晶涡轮叶片正在研制中。总之，近年来国内涡轮单晶高温叶片技术进步显著，其中，中国航空发动机集团有限公司已经实现涡轮叶片的稳定供应，叶片性能和寿命不断提升，成为国内最主要的涡轮叶片供应商。目前，国内军品列装加速，民航需求较大，涡轮叶片需求量大，将进一步刺激国内对铼的需求。中国拥有全球第二大航空运输市场，一旦掌握了成熟的先进航空发动机制造技术，中国铼的消费量将会有大幅增长，会进一步促进铼产业的发展。

铼-铂合金是催化重整过程中的一种催化剂，在石油加工过程能够提高石脑油的辛烷值。用于石油重整生产高辛烷碳氢化合物，从而生产无铅汽油。而用于催化重整的催化剂当中，30%含有铼。新兴的天然气液化（GTL）技术也将进一步促进铼的消耗，可以弥补铼在高温合金和催化剂等方面受新技术新材料发展带来的冲击。进入21世纪，随着量子计算机技术和材料的进一步发展，铼可能成为量子计算中的一种不可或缺的重要材料。HARTER等[20]基于铼元素的金属化合物（Cd2Re2O7）发现了首个三维量子液晶，可被用于未来的超快量子计算机。

据不完全统计数据预测[21]，在民用航空方面，中国未来20 a铼累计需求量约318 t；在军用飞机方面，到2030年铼需求量达30 t；在工业领域，每年全球约有15 t的铼用以重整催化剂，根据现有交通运输行业对汽油的需求量估算，中国未来10 a在催化剂方面的铼需求量约42 t。综上所述，中国对铼的需求量在未来10～20 a将达到高峰期，仅航空航天领域和石油工业领域需求量估算就达390 t，而目前中国查明铼资源储量将难以满足快速发展需求。

6 结语

尽管中国潜在铼资源量丰富，但国内几乎没有矿产资源部门进行专门的铼矿产资源评价，大多数企业在铼的生产方面尚未实现产业化，导致很多铼资源无法利用甚至白白浪费。目前，国内铼尚能实现自给自足，并实现含铼废碎料和初级产品的小部分出口，但随着中国航空航天技术的快速发展，这种平衡将很快被打破，铼资源供应缺口将会继续扩大。

总体上看，国内的铼资源保障程度低，亟待提升铼资源的供应安全保障能力。因此，建议开展全国铼矿资源潜力评价，以查明铼的可用资源量和潜力，优选可以开发利用的矿山；重视发展和提高铼矿的综合利用技术水平，鼓励企业综合利用已有矿山资源；对部分优势冶炼加工企业做重点发展，或在相关产业政策上予以帮扶，提升我国含铼合金的产业竞争力，同时加强铼的二次回收利用，形成铼资源综合利用和回收产业化。考虑铼资源在战略性新兴产业的不可替代性，以及铼在国防和航空航天等方面的重要作用，有必要建立铼的战略储备机制。