非稀非土的稀土
- 刘家明
- 2月4日
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自从美国开始与全世界开打关税战，稀土这东西再次高调浮出水面。目前多数国际经济和政治评论家，都一致认为稀土出口，将是中国与美国关税谈判的筹码。我们就从科普的角度，一起来谈谈这在地球上根本不稀缺，也不是泥土的稀土，看看它神奇的魅力。
《元素周期表》
让我们先从《元素周期表》开始。在150多年前的1869年，苏联化学家门捷列夫（Dmitri Mendeleev）根据当时已被发现的大约63种元素的原子（重）量顺序，再依据元素的化学和物理性质系统地分类分组列表，称之为《元素周期表》。各种元素的基本性质和化学反应的活跃性，从表中一目了然。周期表的另一大贡献是，能预测还没被发现的元素和它们的性质。周期表在后来改用原子序数（原子里质子的数目）来排列，更改了一些排列位置，一直沿用到现在已填满了118个元素了。
如图例所示：周期表里每一个格子列明元素的名字，化学符号，原子序数，原子量，还可看出元素在常温下的状态如固体、液体、气体，以及其金属性、放射性等。周期表里横向的称周期，表示了元素原子结构里电子层的数目。纵向的称族，如碱族、铜族、碳族、氧族、卤素族、氦族等共18族，每一族表示类似的化学和物理反应性质。
稀土元素
周期表的第三族是稀土族，它的第六和第七周期分别称为镧系元素和锕系元素（组），由于其中相似性质的元素太多，也为了图表的观感，所以被抽出来另列于表下。其中镧系元素的国际命名Lantanoid源自希腊文，有“隐藏”的意思，寓意这些元素都深藏在土里。如果把镧系元素展开来共有：镧、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥等 15个元素，加上同族（第四和第五周期）的钪和钇，统称为稀土元素（Rare Earth Element，REE），简称稀土。
这些镧系元素在地壳中的含量不算稀少，它们广泛分散在矿石土里，只是开采不易。稀土元素和一般常被称为“稀有金属”的元素不一样，稀有金属是指在地壳中含量较少的金属，如锂、钛、锗、铌、钼、铯、镓、镭之类等。再者，这些元素都是金属而不是土，只不过它们的化学性活跃极易被氧化，所以一般的存在形态都像矿土。
稀土矿石分布全球但并不均匀，中国是稀土储量大国。其次是美国、澳洲和苏联，其他如加拿大、印度、南非、缅甸甚至格陵兰和东南亚国家都可以找到稀土矿。稀土元素（金属）以不同的氧化物或其他形式，混藏在不同的矿石里。提炼和采取稀土金属的工艺复杂度各异，中国是目前稀土的最大生产和输出国，2022年的出口量占全球总出口量约85%。
稀土的“稀”（rare）也可以用来形容它的稀有特性。稀土有良好的导电性和通磁性，且在高温下仍能保持其良好性能。由于它易形成稳定的氧化物和配合物，故可以被广泛地作为添加金属。稀土金属多数具有顺磁性或铁磁性，是特强磁铁。在光学、激光、荧光方面表现优异，是目前工业和军工业不能缺少的添加原料。
稀土的工业用途
现代工业产品都讲求精、轻、巧和高性能，于是稀土找到了它的特有地位。它主要应用在合金、导光和莹光、添加催化以及强磁领域，涵盖了几乎所有高性能电子和环保绿能产品。没有了稀土，手机没有磁振和导行，电子汽车的电磁效率减少过半；电脑、手机、电视屏幕和LED节能灯将昏昏暗暗亮不起来，什么5G、6G、激光等作用都要打折。
稀土的军事用途
稀土在军事上的用途更是重要，它能令材料轻和坚，是制造现代战机、战车和潜艇的理想材料。稀土的高强磁性是武器制导、飞行控制、潜艇声纳和雷达等的必需成分。红外线探测器、激光武器、潜艇推进系统等等也不能没有稀土元素的参与。根据美国军事研究报告估计，一架F-35战机就要用上420公斤的稀土。所以稀土的地位已经晋升到能影响国家安全的地步了。
稀土的开采和提炼根据产地和矿场类型，稀土可以通过露天或地下采矿技术提取。稀土的开采和提炼是一个高度复杂和技术密集的过程，包括了矿石采集、选矿、冶炼分解、提纯分离以及金属还原等步骤。由于稀土元素在矿石中通常与其他矿物以共生状态存在，且它们的化学性质极为相似，因此分离和提纯难度极大，对技术和环保要求也极高。
由于提取过程中需要用到各类高酸、高碱溶剂和有害气体如氯气等的挥化剂，那会产生大量高度破坏环境的重金属与酸性废水，甚至有伴生的铀、钍等放射性元素，如果处理不当，空气、土壤和地下水源都会被殃及。所以很多国家虽然也发现了稀土矿，但基于科技、成本和环保处理等挑战，都没能有效开发和提取。
稀土引发的国际纠纷
“中东有石油，中国有稀土”，据说这是中国改革开放之际，邓小平在1992年说过的话。从那时开始，中国便积极研发和开采稀土。稀土的产量和出口不断增加，逐渐成为全球主要的稀土生产和出口国。90年代末中国开始对稀土出口实行配额制度，并在2009年全球经济危机后开始减少稀土出口配额。
中国和日本在2010年发生了钓鱼岛主权纷争，当时日本逮捕了中国拖网渔船船长，据悉中国因此限制稀土出口到日本。日本当时的汽车、电池燃料、LED、激光、显示屏等所需的稀土有90%来自中国，结果经济受重创。美国、欧盟和日本在2012年联合向世界贸易组织（WTO）起诉中国限制稀土出口。中国败诉，从2015年起取消稀土出口配额制度，但保留环保与税收监管。2025年由于美国总统向全世界发起关税战，对中国征收特高的关税，以及限制芯片和高科技产品输出到中国，于是中国的稀土出口再次变成了谈判的主要筹码。
结语
不要用中国出口的稀土可以吗？随着新能源、人工智能、国防科技的发展，对稀土的需求将持续增长，故各国都在努力寻求稀土供应链多元化，或开发产品回收和再循环科技，甚至探讨海底开采稀土，研发新材料为取代品。日本自从被中国稀土卡脖子后经过了10多年的努力，也只减少了约30%的稀土入口需求。目前各项努力都只在初步阶段，距离与中国出口稀土完全脱钩，不论在科研成本还是在科技研发，还有经济效益方面，都还有非常大的一段距离。
作者为特约撰稿人
图由作者提供
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