龔大興：煤系伴生三稀資源綜合利用研究進展及展望

2023年11月16日，2023無煙煤產業大會暨無煙煤產銜接會在山西晉城舉行。中國地質科學院礦產綜合利用研究所礦產綜合調查評價室龔大興進行《煤系伴生三稀資源綜合利用研究進展及展望》主題演講。

龔大興表示，隨著戰略性礦產的需求量的持續增高，包括大國的競爭背景下對礦產資源的競爭和爭奪，以後煤系三稀資源包括戰略性礦產元素的利用必將是全球的熱門的研究對象。

以為下演講全文：

龔大興：尊敬的各位領導、各位嘉賓，非常榮幸來到晉城，也非常感謝邀請，來做一個煤系伴生三稀資源綜合利用研究進展和展望，我們研究所是自然資源部下面的一個正廳級的單位，今年也建所70年了，主要研究內容就是礦產的綜合利用。今天這個題目現在在國內外研究都是非常前沿，也是處在一個起步的階段，咱們每一個進程中有大量的三稀元素，隨著戰略性礦產的需求量的持續增高，包括大國的競爭背景下對礦產資源的競爭和爭奪，以後煤系三稀資源包括戰略性礦產元素的利用必將是全球的熱門的研究對象，所以我今天來做這樣一個報告。

大概從以下三個方面來講，首先是煤系中戰略性關鍵元素資源現狀，第二個綜合利用的現狀，到底煤中的元素能不能被分離出來？第三個山西省煤系伴生元素的狀況和展望。

煤是自然界中最複雜的物質，目前已經有200多種礦物在煤當中被發現，隨著大國競爭的博弈，包括美國、俄羅斯在內的歐美國家把礦產綜合性利用提高，開展了大量的研究工作，我們煤中富集的戰略元素有鉀、鍺、鋁、鋰等等，煤系的金屬礦產包括了镓、鍺、鋁、釩、鋰、稀土等等，咱們煤系非金屬礦產。煤系當中關鍵元素的關鍵元素遷移富集規律，這個鋰在燃燒過程中損失率一般小於5%，鋰在飛灰當中富集。鉀大約90%煤中鉀在燃燒保留在飛灰之中。稀土元素在煤灰中的含量比原煤增加幾倍，飛回當中均為明顯富集，也不產生採礦的成本，所以在煤礦當中這個元素不會像金屬礦產當中要求這麼高，世界上的煤的和咱們中國的其他的對比。

山西省整個煤礦的情況，普遍都有煤的元素，特別是煤礦的底板，可以看到山西礦區裡面的太原組也好，山西組也好都是比較富集的，三氧化二鋁都是富集的，我們山西的平朔、挖金灣等等含量都是比較高的。

鋰在山西的分佈還不是特別的均勻，平朔、山西、霍州、晉城多個礦區富集。平均含量達到166，達到伴生資源工業利用品味，晉城15號煤中最高0.23%，平朔礦區裡面4、9號煤層中鋰的平均含量分別為128.27和152。

稀土是我們國家最重要的戰略資源，也是卡歐美脖子的關鍵的礦產元素，咱們煤礦裡面的稀土含量還是比較高，我們今年也在寶欣煤礦中達到1120，含量非常高的。

還有一些稀散元素的情況，包括镓、鍺、鉈、鉻、硒、銦、鈧。其他品味不是特別高的就刪除掉的，可以在寶欣煤礦當中稀土、镓都能夠利用，同寶煤礦也是含量比較高的，能夠達到綜合利用的，包括咱們蘭花的一些煤灰裡面也進行了取樣的分析，但是鍋爐原料煤的來源比較廣，可追溯性也比較差，但是稀土的含量是比較高的。

第二部分介紹一下綜合利用的現狀，核心的咱們怎麼樣把有意的元素怎麼從煤的煤灰裡面提取裡面，這都是要做的工作。

我們看這個煤灰裡面綜合利用提取美國也走到前面了美國能源部和下面的能源技術中心已經形成了一個項目，目前有5個國家重點實驗室和20多家高效在合作，建立一個數據庫，針對這個煤灰裡面建立一個提取的中試工廠，這個現在已經建好了，初步預估要建立提取純化的路線，遠期目標到2027年可能就要進行煤灰裡面稀土的工業生產，擺脫我們國家控製的手段和措施，這是美國做的工作。

他們主要的技術路線包括國外的主流技術路線是用粉煤灰裡面的酸性，不能達到50%，現在通過培燒之後情況都很好，這是鋁和稀土的情況，主要加氫氧化鈉和碳酸鈉，形成礦物的轉變，把粉煤灰的轉變，再用水，就能夠把裡面的大量的灰取出來，和稀土分離提取出來。

在我們國內也開展了研究，包括我們同行單位和我們自己也開展了研究，從煤灰當中提取鋰和鋁，沉澱之後再進行除雜和分離，進一步精煉提純就能夠製備出工業的碳酸鋁的產品。粉煤灰當中的提取，然後再反萃。稀土的話目前兩種工藝，一種直接培燒，一種是直接酸性，培燒可以進行定向的轉化，不培燒的話可能酸的濃度和耗量比較大，但是我們國家的核心技術和我們國家稀土領域領先全球的一個技術就是咱們稀土的冶煉分離，這個在我們國內來說這個分離提取和萃取都不是太大的難點。

最後是咱們開發利用建議和展望，我們看黨中央包括國務院對咱們的能源資源安全，特別是戰略性礦產的安全提到了非常高的高度，提到了咱們國家安全的高度，多次強調要全面提高資源的利用效率，國務院也要求我們要建立健全發展的體系，從煤裡面提取戰略性礦產，我們今年山西省委省政府也非常重視，今年3月份專門出台了關於礦產資源綜合開發建議的這麼一個辦法，它是鼓勵新建的煤礦對煤炭以及共伴生的資源進行統一的規劃、合理的開發，防止浪費，提出積極推進綜合利用的這麼一個意見，這個意見在今年3月份已經出台了，我們中國自然資源部也對山西元素非常重視，已經在分批部署咱們國家的項目當中分佈分批的部署煤系裡面戰略性元素的綜合利用工作了。

山西省煤礦我們認為下一步還有很多的工作要做，這是非常前沿的事情，咱們在國內沒有形成特定的產業鏈，目前研究的比較多的就是咱們前端調查評價上，也是非常高校和地礦系統在做，後續比較薄弱，真正的重點礦區到底有多少？經濟利用的元素也不是特別清楚。首先我們覺得要針對煤系中共伴生資源潛力調查，比如說同寶煤礦、寶欣煤礦，貴州六盤水的煤礦我們要開展整個面積的調查和重點礦區的調查，咱們首先找一個非常獨特的礦區，含量比較高的礦區，進行一個系統的調查評價，首先把這個資源摸清楚，這是非常重要的。前天在山西省的地礦集團公司也做了一個交流，他們已經開展過兩輪的面上調查工作了，基本上掌握了山西省整個山西煤礦包括鋁土礦伴生元素的情況，但是還是停留在面上的調查，我們還是要採用集中的辦法。

第二個就是綜合利用的提取工作，這個跟蘭花公司也進行了溝通，可能首先要從實驗室實驗把技術流程打通，每個礦區伴生元素的含量和儲量包括分佈規律也不太一樣的，有些可能在頂板，有些可能在底板，這個變化還是蠻大的。首先要從實驗室階段打通實驗流程，開展一些應用，針對煤礦伴生元素的性質進行針對性的實驗，建立我們實驗模型，技術工藝和制度，第二開展連續擴大的實驗和最後到工業試驗，建立煤系底層裡面工業利用的流程。核心是要計算一下經濟價值，現在我們大量應用在建築材料裡面，我們從煤灰裡面把元素提取出來到底能不能賣錢？生產工藝和產品的價值之間進行權衡和比較，如果咱們工藝流程的消耗成本過高，但是產品的價值又不高的情況肯定沒有利用的必要，現在可能大量的進入建材的行業。但是我們瞭解的情況來看，打通提質降本是問題不大的，大國競爭的背景下，特別是碳酸苯的上面現在還停留在比較高的位置，稀土的經濟價值也是非常大的。

最重要的就是要進行一個技術經濟評價和標準建設，可採行、開採性，怎麼樣統籌的開發山西省的煤礦以及煤礦底板的情況，經濟評價。

最後我們有一個遠景的預期，揭示山西煤系三稀資源多尺度富村機制和分佈富集規律，資源潛力。第二高效協同利用，預富集選擇性強分離關鍵核心。第三符合國家標準的冶金級氧化鋁，鋰镓稀土等三稀元素綜合回收利用率50%。第四建立煤系關鍵元素協同利用的國家標準，在山西落地示範，引領全國煤系關鍵元素綜合利用。

這就是我今天想分享的內容。我介紹一下我們單位，我們單位是在成都，峨嵋中試基地，一直堅持做金屬礦產的綜合利用的工作，現在我們特別是在山西以稀土為核心，以山西礦產為重點，這是我們研究的重點的工作，也掌握了很多的核心的技術，我們也希望跟山西省的同仁多分享，歡迎大家到我們單位來指導工作，謝謝大家！