戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源：現(xiàn)狀與問(wèn)題

翟明國(guó)^１＊，吳福元^１，胡瑞忠^２，蔣少涌^３，李文昌^４，王汝成^５，王登紅^６，齊濤^７，秦克章^１，溫漢捷^２,８

1 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，巖石圈演化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2 中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所，礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，緊缺戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源協(xié)同創(chuàng)新中心，地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和資源學(xué)院

4 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局，成都地質(zhì)調(diào)查中心

5 南京大學(xué)，內(nèi)生金屬成礦機(jī)制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和地球科學(xué)與工程學(xué)院

6 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所

7 中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所

8 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)

 

導(dǎo)讀：關(guān)鍵金屬或關(guān)鍵礦產(chǎn)是重要戰(zhàn)略資源，對(duì)國(guó)家安全和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義！未來(lái)幾十年，世界主要國(guó)家將會(huì)為這些資源的持續(xù)安全供給進(jìn)行不懈努力。
現(xiàn)階段我國(guó)有很多種關(guān)鍵礦產(chǎn)資源國(guó)內(nèi)供應(yīng)不足，嚴(yán)重依賴國(guó)外進(jìn)口。為此，翟明國(guó)院士、吳福元院士、胡瑞忠院士等在分析總結(jié)戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源“稀”、“伴”、“細(xì)”基本特征基礎(chǔ)上，提出了我國(guó)關(guān)鍵金屬礦床有五種最重要類型，建議開(kāi)展“關(guān)鍵金屬元素多圈層循環(huán)與超常富集機(jī)理”和“關(guān)鍵金屬元素賦存狀態(tài)與高效清潔利用”重大科學(xué)問(wèn)題研究，這是關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)找礦戰(zhàn)略選區(qū)和勘查評(píng)價(jià)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，為我國(guó)提升關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源保障程度指明了研究方向！目前，國(guó)家正在按建議要求逐步實(shí)施有關(guān)研究項(xiàng)目計(jì)劃。
關(guān)鍵金屬元素含量低，需要經(jīng)歷超常富集才能成礦，很難發(fā)現(xiàn)獨(dú)立礦床，開(kāi)展“關(guān)鍵金屬元素多圈層循環(huán)與超常富集機(jī)理”，研究成果將為成礦預(yù)測(cè)和礦產(chǎn)勘查戰(zhàn)略選區(qū)提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源多以伴生為主，開(kāi)展“關(guān)鍵金屬元素賦存狀態(tài)與高效清潔利用”研究，研究成果將為伴生有關(guān)鍵金屬的礦床勘查提供理論指導(dǎo)，并為現(xiàn)有礦山高效清潔利用提供技術(shù)支撐。
本文研究成果也提示礦山企業(yè)和礦產(chǎn)勘查一線技術(shù)人員，在進(jìn)行礦床勘查評(píng)價(jià)時(shí)需要高度重視（或全面開(kāi)展）微量元素組合樣品分析和關(guān)鍵金屬元素賦存狀態(tài)研究工作，努力發(fā)現(xiàn)并積極評(píng)價(jià)礦床中伴生關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源；必要時(shí)應(yīng)該對(duì)部分已結(jié)束勘查提交了資源/儲(chǔ)量報(bào)告的礦床重新評(píng)價(jià)，可能還有新的發(fā)現(xiàn)。

 

內(nèi)容提綱

 

0  概念
1  關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)的主要特征
2  關(guān)鍵金屬礦床主要類型
3  關(guān)鍵礦產(chǎn)資源研究的主要科學(xué)問(wèn)題

 

 

0  概念

關(guān)鍵金屬（Critical Metals）和關(guān)鍵礦產(chǎn)資源（Crtical Minerals）是國(guó)際上近年提出的新概念，是指對(duì)新材料、新能源、信息技術(shù)、航空航天、國(guó)防軍工等新興產(chǎn)業(yè)具有不可替代重大用途的一類金屬元素及其礦床的總稱。關(guān)鍵金屬之所以在新興產(chǎn)業(yè)具有廣泛用途，在于其獨(dú)特的材料性能。據(jù)預(yù)測(cè)，隨著科技和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，未來(lái)幾十年全球?qū)﹃P(guān)鍵金屬的需求將迅猛增長(zhǎng)，供需矛盾日益突出。但是，這些金屬在自然界的儲(chǔ)量相對(duì)較少且分布高度不均，存在較高供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。因此，關(guān)鍵金屬或關(guān)鍵礦產(chǎn)是重要戰(zhàn)略資源�；�于關(guān)鍵礦產(chǎn)資源對(duì)國(guó)家安全和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大意義，歐美等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體，近年先后制定了各自的關(guān)鍵礦產(chǎn)發(fā)展戰(zhàn)略。美國(guó)更是于2017年由特朗普總統(tǒng)簽發(fā)了《確保關(guān)鍵礦產(chǎn)安全和可靠供應(yīng)的聯(lián)邦戰(zhàn)略》的第13817號(hào)行政令，強(qiáng)調(diào)要查明關(guān)鍵礦產(chǎn)的新來(lái)源，減少因關(guān)鍵礦產(chǎn)供應(yīng)鏈中斷帶來(lái)的國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展隱患，保障美國(guó)對(duì)關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的穩(wěn)定供給。因此，對(duì)關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的研究已上升到發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的國(guó)家戰(zhàn)略層面。歐盟2018年發(fā)布的《關(guān)鍵原材料和循環(huán)經(jīng)濟(jì)》報(bào)告中所列的關(guān)鍵金屬為27種（類）；美國(guó)2017年發(fā)布的《美國(guó)的關(guān)鍵礦產(chǎn)資源—經(jīng)濟(jì)和環(huán)境地質(zhì)及未來(lái)供應(yīng)展望》報(bào)告中所列的關(guān)鍵金屬為43種。雖各國(guó)列出的關(guān)鍵金屬種類和數(shù)量有所不同，但這些元素絕大部分都屬于稀有金屬（如Li、Be、Rb、Cs、Nb、Ta、Zr、Hf、W等）、稀土金屬（La、Cs、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、 Lu、Sc、Y）、稀散金屬（Ga、Ge、Se、Cd、In、Te、Re、Tl）和其他稀少稀貴金屬（PEG、Cr、Co等），可簡(jiǎn)稱為“四稀”元素。這些關(guān)鍵礦產(chǎn)中，我國(guó)緊缺的主要有Li、Be、Nb、Ta、Zr、Hf、Re、PEG、Cr、Co等，優(yōu)勢(shì)的主要包括W、REE、In、Ge、Ga、Se、Tl、Te等。本文將由上述“四稀”元素形成的礦床定義為我國(guó)的戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)。盡管我國(guó)對(duì)這些礦產(chǎn)已開(kāi)展相關(guān)研究并取得重要進(jìn)展，但即使是對(duì)我國(guó)的上述優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)，也仍存在基礎(chǔ)研究薄弱、資源家底不清，戰(zhàn)略統(tǒng)籌不足等嚴(yán)重問(wèn)題。需要地質(zhì)、礦產(chǎn)、冶金等多學(xué)科的交叉合作，加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵金屬元素圈層循環(huán)與成礦機(jī)理和成礦規(guī)律、關(guān)鍵金屬元素賦存狀態(tài)和高效清潔利用等問(wèn)題的基礎(chǔ)研究，為摸清我國(guó)關(guān)鍵礦產(chǎn)資源家底、提高關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略統(tǒng)籌能力提供重要科學(xué)依據(jù)。2018年12月8-9日，由國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)地球科學(xué)部、化學(xué)科學(xué)部、工程與材料科學(xué)部與政策局共同主辦的第217期“雙清論壇”“戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源”在四川成都召開(kāi)。來(lái)自國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域20多所高校與科研院所的70余位專家學(xué)者參會(huì)。論壇期間，與會(huì)專家圍繞“戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源”主題，討論了戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析和初步凝煉了戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源領(lǐng)域的重大科學(xué)問(wèn)題和資助部署建議，供基金委在制定戰(zhàn)略規(guī)劃或資助建議時(shí)參考。

1  關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)的主要特征

關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)以“稀”、“伴”和“細(xì)”為主要特征。這些特征決定了認(rèn)識(shí)關(guān)鍵金屬礦床成礦機(jī)理、提高關(guān)鍵金屬元素高效清潔利用水平，在客觀上具有較大難度。
1.1  “稀”：關(guān)鍵金屬元素地殼豐度極低
關(guān)鍵金屬元素以“稀”為主要特征。它們的地殼豐度很低（一般為pmm級(jí)以下），成礦需要元素?cái)?shù)百—上萬(wàn)倍的超常富集，成礦條件苛刻。在什么條件下元素才能超常富集形成關(guān)鍵金屬礦床，顯然是正確認(rèn)識(shí)關(guān)鍵金屬成礦機(jī)制的首要問(wèn)題。關(guān)鍵金屬礦床在全球分布極度不均。例如，全球已探明鈹資源量超過(guò)８萬(wàn)噸，65％分布在美國(guó)；全球已探明鈮資源量超過(guò)430萬(wàn)噸，95％分布在巴西；全球已探明鉭資源主要分布在澳大利亞（62％）和巴西（36％）；中國(guó)探明了全球銦、鍺、鎵、碲等稀散金屬、鎢等稀有金屬和稀土金屬的大部分資源量。因此，要摸清資源家底，查明關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)的分布規(guī)律十分重要。
1.2  “伴”：關(guān)鍵金屬獨(dú)立成礦少、多以元素伴生成礦
許多關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)多為共、伴生礦產(chǎn)，元素組合復(fù)雜。目前這些礦產(chǎn)在我國(guó)還存在找礦效率不高，以及資源回收率低和環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題。厘定元素的共、伴生規(guī)律，開(kāi)發(fā)多組分共伴生礦產(chǎn)綜合回收技術(shù)，是有效預(yù)測(cè)關(guān)鍵礦產(chǎn)資源靶區(qū)和提高其清潔高效利用水平的重要環(huán)節(jié)。
1.3  “細(xì)”：關(guān)鍵金屬元素的載體通常非常細(xì)小
除少數(shù)礦床外，大部分關(guān)鍵金屬元素在礦床中的賦存均以“細(xì)”為特征。通常呈吸附（如離子吸附型稀土礦床）、類質(zhì)同象和固溶體（如閃鋅礦中的鎘、方鉛礦中的銦、云母中的銣和銫等）、極細(xì)小礦物（如許多鈮鉭鐵礦物、稀土礦物等）形式存在，具有與人為善（被吸附）、精誠(chéng)合作（類質(zhì)同像）、挺身而出（固溶體）、居功不傲（小礦物）等典型特征，需要慧眼識(shí)英雄。因此，利用先進(jìn)觀測(cè)技術(shù)，正確厘定其微觀尺度尤其是基于原子、分子尺度的賦存狀態(tài)，是提高關(guān)鍵金屬元素高效清潔利用水平的重要基礎(chǔ)。

2  關(guān)鍵金屬礦床主要類型

關(guān)鍵金屬礦床類型復(fù)雜，不同學(xué)者有多種不同劃分方案。本文認(rèn)為以下五種類型在我國(guó)最為重要。
2.1  花崗巖－偉晶巖相關(guān)礦床
花崗巖型和偉晶巖型礦床在稀有金屬礦床中占有十分重要的地位，是鋰、鈹、銣、銫、鈮、鉭、鋯、鉿和鎢等金屬的主要成礦類型。
花崗巖型稀有金屬礦床包括高分異花崗巖型和堿性花崗巖型。前者在我國(guó)主要產(chǎn)于喜馬拉雅、昆侖山、興蒙地區(qū)和華南，典型實(shí)例如江西宜春414超大型鈮鉭鋰礦床；后者的典型實(shí)例如內(nèi)蒙古巴爾哲超大型鈮鉭鋯稀土礦床。近年來(lái)，我國(guó)在藏南新發(fā)現(xiàn)與高分異花崗巖有關(guān)的錯(cuò)那洞鈹多金屬成礦帶，顯示巨大資源潛力。我國(guó)的鎢礦床主要與花崗巖漿熱液成礦有關(guān)，已探明的超大型礦床７處。華南許多與花崗巖有關(guān)的鎢錫礦床均共伴生產(chǎn)出鈮、鉭、鋰、鈹?shù)认∮薪饘俚V床。
偉晶巖型稀有金屬礦床可分為L(zhǎng)CT型和NYF型。LCT型以準(zhǔn)鋁至過(guò)鋁質(zhì)Ｓ型花崗質(zhì)成分為主，主要產(chǎn)于造山晚期及造山后，元素組合特征為L(zhǎng)i、Rb、Cs、Be、Sn、Ta＞Nb，并富含B、P、F。和NYF型以亞鋁至準(zhǔn)鋁質(zhì)A型花崗質(zhì)成分為主，主要產(chǎn)于非造山期，元素組合特征為Nb＞Ta、Ti、Y、REE、Zr、U、Th，并富含F(xiàn)，相對(duì)虧損B、P。
我國(guó)最著名的偉晶巖型稀有金屬礦床為新彊可可托海三號(hào)偉晶巖脈。此外還有福建南平偉晶巖。近年來(lái)，我國(guó)在偉晶巖型稀有金屬找礦方面取得重大突破，相繼發(fā)現(xiàn)了四川甲基卡－可爾因超大型鋰礦帶、湖南仁里超大型鈮、鉭礦，新疆和田大紅柳灘超大型鋰、鈹、鈮、鉭礦等。
2.2  堿性巖－碳酸巖相關(guān)礦床
從全球角度看，很多超大型稀土礦與堿性巖和碳酸巖相關(guān)。集中分布在中國(guó)、美國(guó)、巴西和澳大利亞等少數(shù)國(guó)家。我國(guó)白云鄂博是世界上最大的稀土礦床（3500萬(wàn)噸REO），以產(chǎn)出輕稀土為特色，并與鈮和鐵共生。川西的冕寧德昌地區(qū)和南秦嶺的竹山地區(qū)產(chǎn)有我國(guó)第二和第三的碳酸巖型稀土礦床。它們均以輕稀土為主。
重稀土礦床也產(chǎn)于個(gè)別碳酸巖中，如納米比亞Lofdal碳酸巖型稀土礦床。我國(guó)陜西小秦嶺碳酸巖，呈脈狀延長(zhǎng)幾十公里，全巖具有異常高的重稀土，新疆巴楚碳酸巖也富含重稀土礦物，磷釔礦與獨(dú)居石共生。它們應(yīng)是我國(guó)潛在的重稀土礦床。
2.3  鎂鐵質(zhì)－超鎂鐵質(zhì)巖相關(guān)礦床
與鎂鐵－超鎂鐵質(zhì)巖相關(guān)的關(guān)鍵金屬元素礦床主要有巖漿銅鎳硫化物型鉑族元素礦床、鈷礦床和層狀巖體及蛇綠巖中的鉻鐵礦礦床等。
全球90％以的鉑族元素（PEG）礦產(chǎn)資源主要賦存在Bushvel以及GreatDyke和Noril'sk等幾個(gè)超大型巖漿銅鎳硫化物礦床中。全球重要Cu-Ni-PGE硫化物礦床絕大多數(shù)形成在板內(nèi)拉張環(huán)境，與地幔柱和裂谷巖漿作用有關(guān)，但PGE為主的礦床相對(duì)較少。近年來(lái)在匯聚板塊邊緣不斷發(fā)現(xiàn)這些硫化物礦床，但礦石中的PGE含量較低。
與鎂鐵質(zhì)－超鎂鐵質(zhì)巖有關(guān)的巖漿銅鎳硫化物礦床也是世界鈷礦資源的重要來(lái)源。鈷多以伴生金屬產(chǎn)出，很少形成獨(dú)立的或以鈷為主的工業(yè)礦床。我國(guó)巖漿銅鎳硫化物型礦床中鈷資源僅占全球資源的1.1％。
鉻鐵礦是唯一具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鉻的礦石礦物，賦存于大型層狀鎂鐵－超鎂鐵質(zhì)巖體中，礦石呈層狀產(chǎn)出，可延伸上百公里，也可賦存在蛇綠巖的地幔橄欖巖部分，礦石呈透鏡狀、脈狀、瘤狀、層狀產(chǎn)出。典型實(shí)例為南非布什維爾德鉻鐵礦礦床。我國(guó)鉻鐵礦主要分布在西藏羅布莎和新疆薩爾托海、內(nèi)蒙古錫林郭勒盟赫格敖拉和甘肅的大道爾基。
2.4  熱液賤金屬硫化物礦床
稀散金屬元素如鍺、銦、硒、鎘、碲、鉈等在自然界中很難形成獨(dú)立礦床，它們多產(chǎn)于熱液賤金屬硫化物礦床中。其中，銅礦中主要伴生硒、碲，錫石硫化物礦中主要伴生銦（如廣西大廠和云南都龍大型－超大型錫多金屬礦床），鉛鋅礦中主要伴生鍺、銦、鎘（如云南會(huì)澤和毛坪超大型鉛鋅礦床）。此外，值得一提的是四川大水溝碲礦床是世界首例獨(dú)立碲礦床。而貴州濫木廠和安徽香泉鉈礦床是全球少見(jiàn)的獨(dú)立鉈礦床，鉈主要賦存在紅砷鉈汞礦和黃鐵礦中。
2.5  風(fēng)化－沉積作用相關(guān)礦床
與風(fēng)化－沉積作用相關(guān)的關(guān)鍵金屬元素礦床主要有鹽湖型（鹵水型）鋰礦、花崗巖風(fēng)化淋積離子吸附型稀土礦、遠(yuǎn)洋軟泥中的吸附型稀土礦、大洋錳結(jié)核和錳結(jié)殼中鈷和稀土元素等。
鹽湖型（鹵水型）鋰礦是鋰資源的一種重要類型。主要分布在玻利維亞、智利和阿根廷。其成因機(jī)制主要是在封閉盆地，特別是干旱沙漠地區(qū)的封閉盆地中，鋰在鹵水中發(fā)生富集并形成有開(kāi)采價(jià)值的鋰礦床。中國(guó)鹵水型鋰礦主要分布在青藏高原。
我國(guó)華南的花崗巖風(fēng)化淋積離子吸附型稀土礦是目前全球最重要的重稀土產(chǎn)地（～1000萬(wàn)噸REO）。稀土元素以離子的形式吸附在風(fēng)化殼中的高嶺石、埃洛石以及其他粘土礦物或者白云母、黑云母以及磁鐵礦中。從現(xiàn)有資料推斷，東南亞可能存在大量離子吸附型稀土礦。
近年來(lái)，日本和我國(guó)科學(xué)家相繼在太平洋和印度洋水深3500—6000米的遠(yuǎn)洋軟泥中發(fā)現(xiàn)大量吸附型稀土。據(jù)估計(jì)，海底稀土資源量是陸地的800倍，品位高達(dá)400—2200ppm，低于陸地稀土礦的品位，但是容易提取且重稀土含量高，可能是未來(lái)的稀土資源。
大洋錳結(jié)核和錳結(jié)殼中含有70多種元素，其中鈷的平均含量為0.22％，僅太平洋海底就含約30億噸鈷資源量，相當(dāng)于陸地礦山中儲(chǔ)有鈷的3000倍。錳結(jié)核和錳結(jié)殼中稀土元素含量也較高，如太平洋麥哲倫海山富鈷結(jié)殼中的∑REE為1093-3266ppm，平均為2087ppm。

3  關(guān)鍵礦產(chǎn)資源研究的主要科學(xué)問(wèn)題

3.1  關(guān)鍵金屬元素多圈層循環(huán)與超常富集機(jī)理
（1）關(guān)鍵金屬元素地球化學(xué)性質(zhì)
以往關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源研究多集中于成礦機(jī)制，忽略了成礦元素本質(zhì)地球化學(xué)性質(zhì)這一基本問(wèn)題。金屬元素成礦的核心是元素在成礦過(guò)程中基于其性質(zhì)的活化－遷移－富集過(guò)程，急需加強(qiáng)該方面的研究。
（2）重大地質(zhì)事件、層圈物質(zhì)循環(huán)與成礦物質(zhì)基礎(chǔ)
“巧婦難為無(wú)米之炊”，物質(zhì)基礎(chǔ)是成礦的重要前提。例如，超富稀土的碳酸巖需富稀土的地幔源區(qū)，洋殼俯沖（富REE洋底沉積物加入）可能是形成富稀土地幔源區(qū)的重要機(jī)制。對(duì)與巖漿活動(dòng)（花崗巖－偉晶巖、堿性巖－碳酸巖、鎂鐵－超鎂鐵巖）有關(guān)礦床而言，有三個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)成礦物質(zhì)基礎(chǔ)起控制作用：一是源區(qū)物質(zhì)成礦元素的含量，二是成礦元素從源區(qū)轉(zhuǎn)入熔體的效率（含同化混染作用），三是受巖漿結(jié)晶分異控制的成礦元素行為。值得重視的主要科學(xué)問(wèn)題包括：重大地質(zhì)事件驅(qū)動(dòng)成礦的機(jī)制、殼幔物質(zhì)和能量循環(huán)與關(guān)鍵元素富集機(jī)理、表生環(huán)境圈層作用與關(guān)鍵元素富集機(jī)理。
（3）關(guān)鍵金屬元素超常富集的苛刻條件
是什么因素促使關(guān)鍵金屬元素遷移和超常富集的？元素的富集成礦，從宏觀上與板塊俯沖、大陸聚合和裂解、巖漿源區(qū)特征、巖漿結(jié)晶分異和表生作用等過(guò)程有關(guān)，微觀上又受揮發(fā)份、溫度、壓力、氧逸度、酸堿度、古氣候、古環(huán)境等物理的和化學(xué)的因素控制。但是，對(duì)一個(gè)具體的關(guān)鍵金屬元素而言，其遷移－超常富集的苛刻條件目前遠(yuǎn)未得到清晰揭示。一個(gè)重要事實(shí)是，大多數(shù)關(guān)鍵金屬元素常與主成礦元素相伴產(chǎn)出，具有共同遷移、沉淀的特征。例如，有研究表明關(guān)鍵金屬元素In主要產(chǎn)于錫石硫化物礦床和富錫Pb-Zn礦床，In通常以類質(zhì)同像形式進(jìn)入閃鋅礦晶格，且只有Cd含量為0.4％左右的閃鋅礦才富集In（銦窗效應(yīng)）。但是，為什么錫石硫化物礦床、富錫鉛鋅礦床才富銦？銦窗效應(yīng)的本質(zhì)是什么？哪些錫石硫化物礦床、富錫鉛鋅礦床才富銦？目前的認(rèn)識(shí)非常模糊。值得重視的主要科學(xué)問(wèn)題包括：巖漿—流體出溶過(guò)程和巖—水相互作用過(guò)程元素分配機(jī)制，關(guān)鍵金屬元素與載體礦物的生成關(guān)系、控制因素和超常富集機(jī)制，關(guān)鍵金屬元素成礦過(guò)程核心問(wèn)題模擬實(shí)驗(yàn)。
（4）關(guān)鍵金屬礦床成礦規(guī)律
關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源在地球上的分布，具有高度不均一的特點(diǎn)。對(duì)地球不同演化階段和不同構(gòu)造背景下關(guān)鍵礦產(chǎn)資源分布規(guī)律、關(guān)鍵金屬元素礦床的成礦專屬性、元素共生分異規(guī)律等核心問(wèn)題，目前尚未形成清晰認(rèn)識(shí)。今后需要進(jìn)一步開(kāi)展兩個(gè)方面的深入研究。一是由構(gòu)造背景和物質(zhì)基礎(chǔ)等因素控制的時(shí)空分布規(guī)律，二是由元素性質(zhì)和物理化學(xué)條件等因素控制的礦化特征（元素組合、礦物類型、賦存狀態(tài)、礦床類型、定位空間、成礦專屬性等）。
我國(guó)關(guān)鍵礦產(chǎn)資源潛力巨大，一些新類型關(guān)鍵金屬礦床值得重視。砂巖型鋰礦床、硬巖型重稀土礦床、碳酸鹽粘土型Li-Ga-REE礦床、玄武巖風(fēng)化殼型Nb-Ga-REE礦床、黑色巖系型Re礦床、磷塊巖型稀土礦床等非傳統(tǒng)礦床類型的資源前景，已初見(jiàn)端倪，可能是下一批關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)的重要來(lái)源。
3.2  關(guān)鍵金屬元素賦存狀態(tài)與高效清潔利用
（1）關(guān)鍵金屬元素賦存狀態(tài)
關(guān)鍵金屬元素的賦存狀態(tài)是決定礦床可利用性的重要因素之一，同時(shí)也是高效清潔利用關(guān)鍵金屬和制備關(guān)鍵金屬高值材料的理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵金屬元素礦物在礦床中大多呈分散狀分布，關(guān)鍵金屬賦存狀態(tài)研究的主要問(wèn)題包括：①金屬成鍵類型對(duì)于關(guān)鍵金屬氧化物、硅酸鹽或磷酸鹽結(jié)晶的控制機(jī)制；②關(guān)鍵金屬在礦物／熔體間的分配行為對(duì)其在礦物中置換能力的影響；③關(guān)鍵金屬元素配位多面體性質(zhì)（四面體、八面體、或結(jié)構(gòu)層間等）對(duì)礦物物理化學(xué)性質(zhì)（密度、解理、表面反應(yīng)性等）的影響，以及關(guān)鍵金屬礦物次生變化對(duì)元素賦存狀態(tài)的制約。
我國(guó)稀土資源豐富，離子吸附型稀土礦是我國(guó)最有特色和控制力的資源，最新研究表明納米重稀土礦物與鐵錳氧化物的共沉淀機(jī)制是具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。深海軟泥中存在富稀土沉積物，稀土的來(lái)源和賦存狀態(tài)值得研究。白云鄂博礦床中稀土元素賦存形式仍未徹底弄清楚，制約了微米級(jí)稀土礦選礦。同樣，我國(guó)西南地區(qū)前寒武紀(jì)磷塊巖也非常富集稀土，但稀土元素的賦存形式限制了其有效利用。
（2）關(guān)鍵金屬元素高效清潔利用
我國(guó)目前開(kāi)采的關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源多屬于低品位、共伴生、難分離的復(fù)雜礦產(chǎn)資源。已有傳統(tǒng)技術(shù)的資源利用率低、資源浪費(fèi)和環(huán)境污染嚴(yán)重，清潔高效利用技術(shù)的研發(fā)已成為關(guān)鍵金屬工業(yè)的重大需求，特別需要開(kāi)展復(fù)雜共伴生金屬原生及二次資源高效轉(zhuǎn)化、清潔分離新原理、新過(guò)程和新技術(shù)的研究。主要包括：①介質(zhì)高效轉(zhuǎn)化的強(qiáng)化和調(diào)控原理、多相復(fù)雜體系界面特性、相間傳遞及調(diào)控和產(chǎn)品構(gòu)效關(guān)系與定向調(diào)控；②金屬元素選擇性轉(zhuǎn)化與分配規(guī)律、多組元物相結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制；③多元多相分離提純－材料合成一體化的新理論新方法、分離過(guò)程各元素微觀行為精細(xì)調(diào)控。
要加強(qiáng)關(guān)鍵金屬新材料基礎(chǔ)研究，從源頭發(fā)掘材料的新功能新用途。稀土新材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是國(guó)際上最關(guān)注也是競(jìng)爭(zhēng)最激烈的領(lǐng)域之一。稀土元素在多個(gè)重要材料領(lǐng)域中的基本功能還沒(méi)有得到充分開(kāi)發(fā)利用。需要聚焦于稀土電子結(jié)構(gòu)—物性的關(guān)聯(lián)、4ｆ電子特性機(jī)理等關(guān)鍵問(wèn)題的深度研究。
4  結(jié)語(yǔ)
在當(dāng)前深刻變革和復(fù)雜調(diào)整的國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，西方國(guó)家十分關(guān)注戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源，先后制定了各自的關(guān)鍵礦產(chǎn)資源發(fā)展戰(zhàn)略，未來(lái)世界各國(guó)將會(huì)為這些礦產(chǎn)資源的持續(xù)安全供給進(jìn)行不懈努力。比較而言，我國(guó)對(duì)關(guān)鍵礦產(chǎn)資源還存在基礎(chǔ)研究薄弱、資源家底不清、戰(zhàn)略統(tǒng)籌不足等嚴(yán)重問(wèn)題。為此，建議我國(guó)盡快從國(guó)家層面制定相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略和研究計(jì)劃，通過(guò)地質(zhì)、礦產(chǎn)、冶金等多學(xué)科的交叉合作，加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵金屬元素多圈層循環(huán)與成礦機(jī)理和成礦規(guī)律、關(guān)鍵金屬元素賦存狀態(tài)和高效清潔利用等問(wèn)題的基礎(chǔ)研究，為摸清我國(guó)關(guān)鍵礦產(chǎn)資源家底、提高關(guān)鍵礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略統(tǒng)籌能力提供重要科學(xué)依據(jù)。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)基金  2019年3月.  

DOI：10.16262/j.cnki.1000-8217.2019.02.002

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