《稀有金属的提炼》课件

稀有金属的提炼欢迎参加《稀有金属的提炼》专题讲座，本次分享基于国家自然科学基金重点项目研究成果稀有金属作为现代工业的重要战略资源，其开发和利用对国家科技发展和经济安全具有重要意义全球稀有金属市场规模正在快速增长，年已达到亿美元在这个20241860战略性领域，中国拥有丰富的资源禀赋和日益完善的技术体系，已成为全球稀有金属产业的重要参与者和引领者本次讲座将系统介绍稀有金属的基本概念、资源分布、提炼工艺、环境影响以及应用前景，希望能对您了解这一关键领域有所帮助课程概述稀有金属的基本概念与分类了解稀有金属的定义、特性及其在元素周期表中的位置，掌握不同类型稀有金属的基本特征和分类方法全球稀有金属资源分布分析全球稀有金属资源的地理分布特点，重点关注中国及主要资源国的储量和生产情况主要提炼方法与工艺流程详细介绍各类稀有金属的选矿、冶炼、分离和纯化工艺，包括传统工艺和新兴技术的对比分析环境影响与可持续发展探讨稀有金属提炼过程中的环境挑战，介绍绿色提炼技术和可持续发展策略应用领域与未来发展趋势分析稀有金属在电子、新能源、航空航天等领域的应用，展望未来技术发展方向和产业前景稀有金属的定义地壳含量低稀有金属在地壳中的含量通常低于，有些甚至低至百万分之几，这导致其开采难度

0.1%大、成本高地壳中的低含量是稀有金属稀有的主要特征，也是其价值高的重要原因产量有限全球年产量不超过万吨，供应量有限性导致市场敏感度高产量的限制使得稀有金属10市场容易受到供需关系变化的影响，价格波动较大特殊性质具有独特的物理化学性质，如高温稳定性、特殊磁性、导电性、催化性等，使其在高科技领域不可替代这些特性使稀有金属成为现代工业和高新技术领域的关键材料战略价值既具有重要经济价值，又具有不可忽视的国家战略安全意义稀有金属的获取和控制已成为国际地缘政治和经济竞争的重要方面，对国家工业发展和科技创新具有支撑作用稀有金属的分类稀土金属贵金属包括镧系元素以及钪、钇共种元素化学性质稳定，经济价值高17轻稀土镧、铈、镨、钕等金、银••中稀土钐、铕、钆等铂族金属铂、钯、铑、钌、铱、••锇重稀土铽、镝、钬、铒等•放射性金属分散元素具有放射性，提炼需特殊安全措施常分散于其他矿物中，需复杂工艺提取铀、钍锂、铍、镓、铟、铌、钽••镭、锕系元素钨、钼、锗、硒、碲等••全球稀有金属资源分布中国稀土资源大国稀土储量占全球，主要分布在内蒙古包头、四川凉山、江西赣州等地区

36.7%中国不仅资源丰富，在提炼技术上也具有相当的优势，形成了完整的产业链巴西铌资源垄断铌储量占全球，铌是航空航天和核工业的关键材料巴西的公司控制94%CBMM了全球大部分铌资源，对该元素的供应链有决定性影响智利锂三角核心锂储量占全球，主要位于安第斯山脉的盐湖中智利与阿根廷、玻利维亚一51%起构成了全球著名的锂三角地区，供应了全球大部分锂资源南非铂族金属宝库铂族金属储量占全球，主要分布在布什维尔德杂岩体南非的铂族金属资源88%对全球催化剂、燃料电池和电子工业至关重要中国稀有金属资源概况万吨12稀土年产量占全球产量的，主要来自内蒙古和江西

70.6%60%钨储量占比主要分布在江西、湖南、福建等省份40%锑储量占比湖南锡矿山是世界著名的锑矿产区85%稀土分离产能掌握国际领先的复杂稀土分离技术中国不仅拥有丰富的稀有金属资源家底，还通过多年的技术研发和产业积累，形成了从采矿、选矿到冶炼、分离和下游应用的完整产业链近年来，中国正加强稀有金属资源的战略管理，通过整合产业、提高技术水平和加强环境保护，促进稀有金属产业的可持续发展稀有金属开采的挑战品位下降趋势过去年平均品位降低5043%开采深度增加平均深度增加米300能源消耗增长每吨矿石能耗增加35%环境压力加大面临更严格的环保要求随着浅层高品位矿产资源的逐渐耗竭，稀有金属开采正面临越来越大的技术挑战和经济压力矿石品位的持续下降导致处理更多的废石和尾矿，增加了单位金属的生产成本同时，开采深度的增加不仅提高了开采难度，还带来了通风、排水和安全等问题能源消耗的增加和环境影响的加剧也使得稀有金属开采面临可持续性挑战未来稀有金属开采需要更加智能化、低碳化的技术路线，以应对这些日益严峻的挑战提炼工艺概述电化学方法电解、电沉积，用于最终纯化阶段火法冶金焙烧、熔炼、精炼，高温反应提纯化学处理浸出、沉淀、溶剂萃取，分离提纯核心技术物理选矿重力选矿、磁选、浮选，初步富集阶段稀有金属的提炼工艺是一个复杂的系统工程，需要多种技术的协同应用通常从物理选矿开始，通过机械方法分离目标矿物，提高矿石品位；随后进入化学处理阶段，通过各种湿法冶金手段分离和富集目标金属；然后采用火法冶金进行进一步提纯；最后通过电化学方法获得高纯度的金属产品每种稀有金属由于其化学性质和赋存状态的不同，具有独特的提炼工艺路线提炼工艺的选择需要综合考虑技术可行性、经济效益和环境影响，寻找最优平衡点选矿基本原理产品质量控制物理分选过程通过富集率和回收率两个关键指标评价选矿矿石破碎与磨矿基于矿物间的物理性质差异（如密度、磁性、效果富集率表示提高原矿品位的倍数，一将开采的原矿石破碎并磨细至适当粒度（通导电性、表面性质等）进行分离根据不同般可达倍；回收率表示进入精矿的有10-30常控制在），使有用矿物与脉矿石的特性，选择重力选矿、磁选、浮选等用组分占原矿中有用组分的百分比，通常要

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0.5mm石矿物充分解离这一阶段通常采用颚式破不同的选矿方法，将有用矿物与废石分离，求达到70-95%碎机、圆锥破碎机和球磨机等设备，能耗占实现初步富集选矿总能耗的60-70%重力选矿密度差分离原理摇床工艺螺旋选矿机离心选矿技术重力选矿利用矿物间的密通过摇动的倾斜平台，利利用螺旋槽中的离心力、通过高速旋转产生强大离度差在重力场或离心力场用水流和摇动力的综合作重力和水流作用，使不同心力，提高对细粒重矿物中产生分层或分带现象，用将不同密度的矿物分离密度的矿物分层并沿不同的分选效果离心选矿机从而实现分离适用于处摇床的结构简单、分选效路径运动处理能力可达可以提高细粒矿物回收率理密度差大（通常要求大果直观，回收率可达，吨小时，适合，特别适合处理92%50-150/15-25%于）的矿特别适合处理细粒矿物，大规模初步分选，操作成粒度小于的细

1.0-

1.5g/cm³

0.074mm物，如钨、锡、钽铌等稀是钨、锡、钽铌等稀有金本低，广泛应用于钛、锆粒矿物，是传统重力选矿有金属矿石属选矿的重要设备等海滨砂矿的预选的重要补充磁选技术强磁场分离技术超导磁选机当磁场强度超过特斯拉时，可以有效分离弱磁性矿物这种利用超导体在极低温度下（接近°）电阻为零的特性，

1.2-269C技术采用特殊设计的电磁体或超导磁体，能够处理传统磁选无法产生极强磁场，可达特斯拉超导磁选机能耗低，磁场强5-7分离的弱磁性稀有金属矿物度高，能分离极弱磁性矿物磁感应强度特斯拉工作温度°（液氦冷却）•

1.2-

3.0•-269C磁场梯度高斯厘米磁场强度特斯拉•10⁵/•5-7分离效率可提高处理能力吨小时•30-50%•5-20/稀土永磁体的应用显著提高了磁选设备的分离效率，通常可提高左右这些永磁体不需要外部电源，降低了能耗，提高了设备可30%靠性在稀有金属选矿中，干式磁选和湿式磁选各有优势干式磁选适用于粗粒矿物分选，设备简单，但容易产生粉尘；湿式磁选适用于细粒矿物，分选效果好，但需要后续脱水处理浮选工艺矿物表面改性气泡形成添加调整剂改变矿物表面性质，使目标矿物亲通入空气并加入起泡剂形成稳定气泡油疏水浮选分离矿物气泡粘附-含矿气泡上浮形成矿化泡沫，实现分离疏水性矿物选择性地粘附到气泡表面浮选工艺是基于矿物表面性质差异的分选方法，广泛应用于稀有金属矿的选矿过程浮选药剂体系设计是浮选成功的关键，通常包括三类药剂捕收剂（使目标矿物疏水）、起泡剂（形成稳定气泡）和调整剂（调节浆液值和矿物表面性质）pH目前，柱式浮选机和机械搅拌式浮选机是两种主要设备类型柱式浮选机具有结构简单、分选区高、清选效果好的特点；机械搅拌式浮选机则具有适应性强、操作灵活的优势浮选工艺优化需要精确控制矿浆浓度、药剂用量、搅拌强度和气泡大小等多个参数，以实现最佳分离效果浸出工艺酸浸出采用无机酸（硫酸、盐酸、硝酸）将目标金属从矿物中溶解出来硫酸成本低，广泛用于铀、钒、铜等金属浸出；盐酸对某些难溶矿物有较好效果；硝酸具有强氧化性，适用于贵金属浸出酸浸出通常在常温至°条件下进行，浸出率可达90C85-95%碱浸出使用碱性溶液（氢氧化钠、碳酸钠）溶解某些两性金属碱浸出在处理铝、锌、铍、钨等金属时具有优势，环境影响较酸浸出小，但成本较高，浸出速度较慢对于某些稀有金属如铌、钽，高温高压碱浸是常用工艺氧化剂辅助浸出添加氧化剂（₂₂、₄等）促进难溶金属的溶解在处理铀、钒等多价态金属时，通过氧化剂H OKMnO将低价态氧化为高价态，显著提高浸出效率常用氧化剂还包括氯气、次氯酸盐等，可提高浸出速率20-40%生物浸出利用微生物活动促进金属溶解的新型技术通过嗜酸硫杆菌、嗜热硫杆菌等微生物的代谢活动产生酸和氧化剂，促进金属溶解生物浸出能耗低、环境友好，可提高回收率，尤其适用于低品位矿和尾15-20%矿处理溶剂萃取技术萃取剂选择设备设计根据目标金属特性选择合适的有机萃取剂，如磷酸酯类、胺类、羧酸类等选择原则包括分离系数高、化学稳定性好、溶解度混合沉降器、脉冲塔、离心萃取机等设备实现连续萃取操作-适宜、价格合理等目前、、等是设备设计需考虑混合效率、相分离速度、设备耐腐蚀性等因素，P507P204Cyanex272稀有金属分离常用萃取剂以提高处理能力和分离效率多级逆流萃取萃取剂回收通过多个萃取级和反萃取级的串联，提高分离因子倍工萃取剂回收率通常可达以上，降低成本并减少环境影响2-598%业上通常采用级萃取，使分离效果显著提升，尤其适有机相循环使用过程中会出现降解、乳化等问题，需要通过碱10-20用于性质相近元素的分离，如稀土元素之间的分离洗、酸洗、活性炭吸附等方法进行处理再生离子交换技术离子交换树脂选择固定床流动床技术vs根据目标金属离子特性选择合适的离子固定床技术操作简单，但效率较低；流交换树脂强酸性阳离子交换树脂（如动床技术处理能力大，但设备复杂工、×）适用于稀土、铀等金业上常采用多柱串联的固定床系统，如D720017属分离；弱碱性阴离子交换树脂（如个吸附柱和个洗脱柱串联，实3-51-

2、）适用于形成阴离子络现连续操作流动床技术适用于大规模D201D301合物的金属（如铀、钼、钨等）分离生产，可提高树脂利用率30-50%树脂的交换容量、选择性和物理化学稳定性是选择的关键指标选择性分离的优化通过调整值、温度、溶液浓度和洗脱剂种类，提高分离系数例如，在稀土分离中，pH通过控制值（通常在范围内精确控制）和使用柠檬酸铵、等络合剂作pH

2.0-

6.0EDTA为洗脱剂，可显著提高相邻稀土元素的分离系数，从提高到

1.

52.5-

3.5离子交换技术在稀有金属提取领域有广泛应用，特别是在处理低浓度溶液时具有优势在铀的生产中，离子交换法是主要工艺；在稀土分离中，离子交换法是溶剂萃取的重要补充；在高纯金属制备中，离子交换是去除微量杂质的有效方法火法冶金工艺高温反应机理火法冶金工艺通常在°的高温条件下进行，利用热力学和动力学原理促进物相转变和化学反应在这一温度范围内，许多难熔稀有金属氧化物可以被碳、硅、1200-1800C铝等还原剂还原为金属，或通过氯化、氟化等反应转化为挥发性化合物进行提纯能源优化策略火法冶金能耗高，优化能源利用至关重要先进的热回收系统可回收排烟余热，提高能源利用率富氧燃烧技术可降低燃料消耗此外，通过优化炉型设20-30%15-25%计、改进保温材料和采用精确温控系统，可进一步降低能耗设备材料选择高温腐蚀环境对设备材料提出严峻挑战炉衬材料通常采用高铝耐火材料、碳化硅、氧化锆等特种耐火材料，具有高温稳定性和抗熔渣侵蚀能力特殊合金如铌合金、钼合金在某些极端条件下也有应用，但成本高昂，需谨慎选择电化学提取技术稀土金属提炼工艺选矿与初步处理根据矿石类型（如硬岩型或离子吸附型）选择不同工艺硬岩型矿采用浮选、重选等方法富集；离子吸附型采用浸取法直接提取初步处理后得到混合稀土精矿或浸出液分解与转化将精矿通过酸分解或碱分解转化为可溶性稀土化合物硫酸法分解温度为250-°，氯化法在°进行，碱法在°条件下进行分解率400C700-900C400-500C通常要求达到以上95%萃取分离利用级以上串级萃取系统实现稀土元素相互分离主要采用、等萃取16P204P507剂，通过多级逆流萃取，逐步分离出单一稀土元素分离难度受稀土元素化学性质相似影响，相邻元素分离系数低至

1.2-

1.5金属制备通过熔盐电解或金属热还原法制备稀土金属熔盐电解通常在°氯化物或850-950C氟化物熔盐体系中进行；金属热还原法则利用钙、镁等活泼金属还原稀土氧化物或氟化物最终产品纯度要求≥

99.9%锂资源提取技术盐湖卤水提锂工艺锂辉石提锂工艺新兴提锂技术在卤水锂资源丰富的地区（如南美锂三锂辉石（₂₂₃₂）是重传统提锂技术存在周期长、水耗大等问Li O·Al O·4SiO角、中国青海等），太阳池蒸发浓缩是要的锂矿物，主要通过硫酸焙烧工艺提题，新兴技术正在快速发展吸附法利主要工艺卤水经多级蒸发池浓缩后，取锂矿石先经高温（用特殊吸附剂选择性吸附锂离子；直接1050-通过碳酸化或氯化物沉淀法回收锂°）转型，再用硫酸浸出，通过锂提取技术（）结合膜分离、离子1100C DLE净化、碳酸化制得碳酸锂交换等方法，可大幅缩短提锂周期卤水含锂浓度•200-1500mg/L矿石品位₂吸附剂类型锰基、钛基材料蒸发时间个月•

1.0-

3.0%Li O••12-18转型温度°提取周期数天至数周锂回收率约•1050-1100C••85%浸出温度°水耗减少产品形式碳酸锂或氯化锂•90-95C•60-70%•锂回收率环境影响显著降低•80-88%•钴、镍提炼技术原料预处理高压酸浸铜钴硫化矿或镍钴氧化矿进行破碎、磨矿和工艺，在°和HPAL220-270C3-5MPa选矿条件下浸出金属金属还原净化与分离电解或化学还原制备高纯金属或化合物去除杂质后，采用溶剂萃取分离钴、镍钴、镍提炼技术在锂电池材料生产中尤为重要铜钴混合矿处理工艺通常采用浮选富集后进行湿法冶金处理，最终得到电解钴高压酸浸技术（）是处理镍钴氧化矿的先进工艺，可有效提高镍钴浸出率，但设备投资和运行成本较高HPAL随着新能源汽车产业发展，锂电池回收提钴技术受到广泛关注通过预处理、浸出、溶剂萃取和电沉积等工艺，可从废旧锂电池中回收钴，回收率可达以上这不仅减轻了对原生资源的依赖，也降低了环境风险90%钨资源提炼工艺钨矿物类型差异钨主要以白钨矿（₄）和黑钨矿（₄）形式存在白钨矿密度较低（），通常采用浮选为主的选矿方法；黑钨矿密度较高（CaWO Fe,MnWO

5.9-

6.1g/cm³

7.1-），多采用重选为主、浮选为辅的联合流程不同矿物在后续化学处理中的溶解性也有显著差异

7.5g/cm³压力碱浸技术采用高温高压条件下的碳酸钠溶液浸出钨，可显著提高回收率典型工艺条件为温度°，压力，碳酸钠浓度与传统常压碱浸相比，200-220C

2.0-

2.5MPa150-200g/L压力碱浸可将浸出时间从小时缩短至小时，回收率提高左右8-102-315%高纯钨制备钨精矿经碱浸后制备偏钨酸铵，再通过煅烧转化为三氧化钨₃，最后氢气还原制备钨粉高纯钨要求纯度，杂质元素如、、、等严格控制在APT WO≥

99.95%Fe MoP C级高纯钨粉是制备钨材料和钨合金的基础原料，广泛应用于电子、航空、核工业等领域ppm钒提取与纯化钒钛磁铁矿预处理钒主要赋存在钒钛磁铁矿中，含量为通过磁选富集得到含钒铁精矿，或通过直

0.1-

1.8%接熔炼得到含钒渣中国攀西地区是全球重要的钒钛磁铁矿产区，矿石中钒、钛、铁共生，需采用特殊工艺进行综合利用钢渣提钒技术冶炼含钒钢铁时，约的钒富集于炼钢渣中钢渣提钒是资源综合利用的重要途径，80%通常采用钠化焙烧水浸化学沉淀流程焙烧温度控制在°，加入适量钠--850-950C盐（如₂₃）促进钒的氧化和转化为可溶性钒酸盐Na CO溶剂萃取分离钒钒浸出液中常含有多种杂质元素，需通过溶剂萃取进行分离纯化常用萃取剂包括、等通过调控值（范围内精确控制）和氧化还原电位，D2EHPA N235pH

2.0-

4.0实现钒与磷、铝、铁等杂质的有效分离，萃取回收率可达以上98%高纯五氧化二钒制备五氧化二钒₂₅是钒化工产品和钒合金的关键中间体通过化学沉淀、煅烧V O等工艺制备，纯度要求可达高纯₂₅在钒电池、催化剂、特种98-

99.5%V O钢材料等领域有重要应用煅烧温度通常控制在°，以获得最佳的550-650C物相结构和纯度铌钽分离技术铌钽矿物理选矿酸溶萃取分离-铌钽矿主要包括铌铁矿、钽铁矿和铌钽铁矿等，密度在铌钽精矿经氢氟酸溶解后，采用甲基异丁基酮或辛醇等有机萃

5.2-MIBK选矿通常采用重选和浮选结合的方法，得到铌钽混合精矿取剂进行分离通过控制溶液酸度（₂₄浓度范围内），

8.2g/cm³H SO4-8M由于铌钽元素化学性质极为相似，物理分选难以将其完全分离，常作实现钽优先萃取，铌留在水相中多级逆流萃取可获得高纯度的单一为混合精矿进入后续化学处理阶段元素产品，是目前应用最广泛的铌钽分离方法铌钽比对分离的影响高纯铌钽金属制备原料中铌钽比例显著影响分离效率当比例在至范围电子级铌钽金属要求纯度达到以上通过氯化物或氟化物熔Nb:Ta5:120:

199.99%内时，常规萃取工艺效率最高；当铌钽比严重失衡时，需调整萃取体盐电解，或钠还原、铝热还原等方法制备金属铌钽电子束熔炼和区系参数甚至改变工艺路线低铌高钽矿采用萃取效果较好；高铌域熔融是进一步提纯的有效方法，可将杂质元素控制在级别高MIBK ppm低钽矿则可采用萃取体系，分离系数可达纯铌钽在超导材料、电容器和特种合金领域有重要应用TBP25-30铟、镓、锗提炼贵金属提炼工艺氰化浸出活性炭工艺电解精炼氰化法是提取金、银的传统工艺，活性炭吸附解吸技术是回收浸出电解是贵金属最终纯化的重要手段，-通过溶液与氧气作用，将金液中贵金属的主要方法，包括可获得以上纯度的产品NaCN CIP

99.99%转化为可溶性氰络合物但由于氰（炭浆法）和（炭浸法）两种金电解采用氯金酸体系，银电解采CIL化物的高毒性，硫脲法、碘法和氯工艺活性炭负载能力通常为用硝酸银体系，电流密度通常控制2-化法等绿色替代技术正在发展，这金吨，通过热碱溶液解吸后，在电解精炼不10kg/200-600A/m²些新技术可减少以上的环境风金可浓缩倍，大幅降低仅提高产品纯度，还能回收贵金属90%100-150险，但成本通常高出后续处理成本中的其他贵重组分20-50%铂族金属分离铂族金属（、、、、、Pt PdRh RuIr）具有相似的化学性质，分离Os难度大工业上采用王水溶解选-择性沉淀离子交换溶剂萃取流-/程进行分离现代铂族金属分离技术可实现以上的高纯度和

99.95%的高回收率85-95%放射性金属提炼铀矿浸出技术铀的纯化与转化铀矿浸出是铀提炼的首要步骤，根据矿石性质选择酸浸法或碱浸法浸出液经固液分离后，通过溶剂萃取或离子交换进行纯化，然后转化为铀的中间产品酸浸法硫酸浓度，温度°，适用于低碳溶剂萃取使用或胺类萃取剂，分离系数•

1.5-5g/L30-60C•TBP10⁴酸盐矿石离子交换强碱性阴离子交换树脂选择性吸附铀酰络合物•碱浸法碳酸钠浓度，温度°，适用于•20-50g/L80-100C黄饼制备沉淀、干燥制备八氧化三铀₃₈•U O高碳酸盐矿石铀浓缩气体扩散法或离心法提高同位素比例•U-235原地浸出法直接在矿床内注入浸出剂，减少废石处理，但回•收率较低放射性金属提炼过程中的安全防护至关重要需采取严格的辐射监测、防护隔离和废物处理措施，确保工作人员和环境安全通常设置三级防护系统源项控制、工程屏障和个人防护，辐射剂量控制在国际标准规定范围内（工作人员年剂量）20mSv放射性金属提炼受到严格的国际监管国际原子能机构对铀等核材料的提炼、转化和使用实施全面保障监督，各国需遵守《不扩散IAEA核武器条约》等国际公约，定期接受核查和申报中国严格执行国际核不扩散义务，建立了完善的核材料管控体系新型提炼技术超临界流体萃取技术利用超临界状态下流体（温度°，压力）的独特溶解性质，实现稀有金属的高效分离与传统溶剂350C22MPa相比，超临界₂具有无毒、可调节溶解能力和易回收等优点，在贵金属和稀土分离中显示出良好应用前景，可提高分离选择性CO30-50%微波辅助浸出利用微波能量直接加热矿物颗粒，促进金属溶解与传统加热相比，可降低能耗，缩短反应时间离子液体作30%50-70%为绿色溶剂，具有蒸气压低、热稳定性好等特点，可替代传统有机溶剂，减少挥发性有机物排放以上打印技术在冶金设备零部95%3D件制造中的应用，可定制复杂结构，提高设备性能和使用寿命10-30%智能化提炼工厂智能决策系统基于深度学习的工艺参数优化和生产计划制定数字孪生技术实体工厂的虚拟映射，实现全流程模拟和预测在线分析与监测实时监测工艺参数和产品质量，自动调整工艺条件自动化控制系统基础设备和生产线的自动化操作和控制智能化提炼工厂是稀有金属产业数字化转型的重要方向自动化控制系统是智能工厂的基础，通过（分布式控制系统）和（可编程逻辑控制器）实现设备联动和工DCS PLC艺参数精准控制，提高生产稳定性在线分析与实时监测技术利用光谱、色谱、射线荧光等分析手段，实现关键指标的连续监测，响应时间从小时级缩短至分钟级X人工智能技术在提炼工艺优化中发挥越来越重要的作用通过机器学习算法分析历史生产数据，建立工艺参数与产品质量的关联模型，智能系统可以自动调整工艺参数，提高产量，降低能耗数字孪生技术构建虚拟工厂模型，实现生产过程可视化，为工艺改进和问题诊断提供强大工具，缩短新工艺开发周期8-15%10-20%30-50%稀有金属提炼的能源消耗稀有金属提炼的环境影响酸性废水处理放射性物质管控稀有金属提炼过程中产生大量含重金属的酸性废水，值通常在之间某些稀有金属矿石（如稀土、锆、铌钽矿）含有天然放射性元素钍、铀，需严pH

1.5-

3.0现代处理技术采用中和沉淀过滤的基本流程，结合膜分离、离子交换等深度格管控采用物理分离、化学沉淀等方法降低放射性，确保工作场所和产品的--处理方法，使出水达到排放标准（，重金属含量）先进放射性水平低于安全限值（工作场所年）放射性废渣需专门存放和pH:6-

90.5mg/L1mSv/工厂实现废水循环利用率，显著减少新鲜水消耗和污染物排放处理，防止环境释放和人员暴露70-85%尾矿库管理环境修复技术尾矿是提炼过程中产生的最大固体废物，需科学设计和管理尾矿库现代尾矿针对历史遗留污染，开发了一系列环境修复技术土壤修复采用固化稳定化、/库采用多重防渗系统、渗滤液收集系统和在线监测系统，确保安全稳定干式植物修复、电动力学修复等技术；地下水修复采用抽出处理、原位化学氧化、-堆存技术可提高尾矿含固量（从提高到），减少占地面积渗透性反应墙等方法结合使用这些技术，可有效降低污染物迁移风险和生态25-30%60-70%和渗滤风险尾矿综合利用（如制备建材）是减少堆存量的有效途径影响，修复后土壤可达到相应用地标准40-60%绿色提炼工艺低温生物浸出清洁溶剂替代封闭循环工艺利用嗜酸细菌（如嗜酸硫杆菌）在开发环境友好型溶剂替代传统有毒设计全流程物质封闭循环系统，最常温条件下（°）催化溶剂离子液体、深共熔溶剂、水大限度回收和利用水、试剂和能源25-45C矿物氧化溶解与传统高温化学浸相双相系统等新型溶剂体系可减少通过多级反渗透、蒸发结晶等技术出相比，能耗降低，酸耗减少有毒有机溶剂使用以上这些处理废水，回收率可达；通过60%95%95%生物浸出技术已在铜、溶剂具有低挥发性、可重复使用和吸附、蒸馏等方法回收溶剂，回收40-50%铀等金属提取中实现工业应用，在高选择性等优点，大幅降低环境风率达封闭循环工艺可降低新98%稀有金属领域也有广阔前景险和工人职业健康风险鲜资源消耗，显著减少80-90%污染物排放生态友好型试剂开发源自可再生资源的绿色试剂从植物提取的皂苷、单宁等天然表面活性剂可替代传统浮选剂；柠檬酸等生物源络合剂可替代等EDTA传统络合剂这些生物可降解试剂降解周期短（天），对生态7-30系统影响小，使用后处理成本降低50-70%稀有金属循环利用废旧电子产品回收电子废弃物含有丰富的稀有金属，被称为城市矿山每吨废旧手机可回收约克金、公斤银、公斤铜和多种稀有金属回收技术路线通常包括预处3003130理（拆解、破碎、分选）、金属提取（火法、湿法或生物法）和精炼三个阶段2工业废渣资源化先进回收厂金属回收率可达以上95%冶炼废渣、化工废料等工业废弃物中常含有可观的稀有金属锂电池生产废料中钴、镍回收率可达；废催化剂中铂族金属回收率可达；钢铁冶炼废渣中96%97%经济性分析钒、铌等金属也可高效回收工业废渣资源化既解决了环境问题，又创造了经济价值回收技术经济性是循环利用的关键因素回收成本构成包括收集运输（占30-）、处理设备（占）和人工能源（占）当原生资源价40%25-35%30-40%格高、回收规模大、技术成熟时，回收经济性最好研究表明，铂族金属、钴、循环经济产业链镓等高价值稀有金属回收投资回报率可达15-30%构建生产使用回收再生产的循环经济产业链，是实现稀有金属可持续利用---的长效机制这需要完善回收体系、开发先进再生技术、建立认证标准和激励政策中国已建立多个稀有金属循环利用产业园，形成了从收集、拆解到精炼的完整产业链，年处理电子废弃物能力超过万吨200稀有金属在电子产业的应用半导体材料锗、镓、铟等稀有金属是现代半导体产业的关键材料锗是最早的半导体材料，现主要用于红外光学和特种合金；砷化镓、磷化铟等族化合物半导体广泛应用于高频器III-V件、光电子器件和在通信、光纤通信和新型显示领域，这些材料不可或缺LED5G钽电容器钽电容器具有体积小、容量大、稳定性好的特点，是高端电子设备的核心元件全球钽电容器市场规模达亿美元，广泛应用于智能手机、医疗设备和航天电子产品钽电28容器单位体积电容量比铝电解电容高倍，工作温度范围宽（°至°），使用寿命长（万小时）5-10-55C+125C10稀土磁性材料钕铁硼等稀土永磁材料是硬盘驱动器、扬声器和各类电机的核心组件钕铁硼磁体的最大磁能积可达，是铁氧体磁体的倍以上随着消费电子、电动汽车和工56MGOe10业自动化的发展，稀土磁材需求持续增长，中国生产了全球以上的稀土永磁材料80%稀有金属在新能源领域应用锂电池材料风力发电锂、钴、镍是动力电池的关键元素；磷酸铁锂、永磁直驱风机使用吨稀土磁体；提高发电效2-3三元材料主导市场率15-20%储能系统燃料电池4钒电池效率达；全钒液流电池使用寿命铂为关键催化剂；铂族金属回收利用技术降低成85%20年本锂离子电池是电动汽车和便携式电子设备的主要能量来源，锂、钴、镍、锰等稀有金属是其核心材料磷酸铁锂电池具有安全性高、循环寿命长的特点，主要用于商用车和低端乘用车；三元材料（镍钴锰镍钴铝）电池能量密度高（可达），主要用于高端乘用车和高性能电子产品/300Wh/kg永磁直驱风机使用的钕铁硼磁体大幅提高了风电机组的效率和可靠性每兆瓦风机需使用约吨稀土永磁材料，全球风电年消耗稀土永磁材料超过万吨钒电池

0.61在大规模储能系统中表现出色，单位功率成本较低，响应速度快（毫秒级），循环寿命长（次），是电网调峰调频的理想选择铂族金属是燃料电池的关键20000催化剂，随着技术进步，单位功率铂用量已从早期的降至现在的80g/kW10-15g/kW稀有金属在航空航天领域高温合金材料镍基、钴基和铌基高温合金是航空发动机和火箭推进系统的关键材料，能在°以上高温环境下保持强1000C度和抗氧化性这些合金中通常添加铼、钨、钽、铪等稀有金属以提高性能最新一代单晶高温合金使用了种稀有金属，工作温度可达°，比第一代高温合金提高了°以上6-81150C200C轻质高强度结构材料钛合金、铝锂合金和镁合金等轻质高强度材料广泛应用于航空器结构钛合金密度约为钢的，强度相当，60%耐腐蚀性好，是现代飞机结构的重要材料添加钪、锆等稀有金属的铝合金，强度可提高，已应用30-40%于先进战机和卫星结构高性能镁稀土合金具有超轻质（密度）和良好的阻燃性

1.8g/cm³特种功能材料形状记忆合金、磁致伸缩材料和热电材料等特种功能材料用于航天器的专用部件镍钛形状记忆合金可实现智能展开和驱动功能；铽铁合金磁致伸缩材料用于精密定位和振动控制；含有碲、铋、锑等元素的热电材料用于空间电源这些材料为航天器提供了轻量化、智能化的解决方案空间探索材料月球和火星探测任务需要特殊的耐极端环境材料铪、钼、铌等高熔点金属用于热防护系统；稀土掺杂的辐射防护材料保护电子设备；含锂、铍的中子屏蔽材料用于核动力系统此外，实现星球资源原位利用的ISRU技术也在研发中，如从月壤中提取铁、钛、铝等元素制造零部件稀有金属在医疗领域植入材料医疗成像与放射治疗钛及钛合金是最理想的医用植入材料之一，具有优异的生物相容钨是优良的射线屏蔽材料，密度高（），对射X

19.25g/cm³X性、机械性能和耐腐蚀性纯钛和合金广泛用于骨线衰减能力强医用射线设备中，钨合金用于准直器、滤线栅Ti-6Al-4V X科植入物、牙科植入物和心脏瓣膜支架和防护屏蔽含铌、锆的型钛合金具有更低的弹性模量（约），钆是磁共振成像造影剂的核心元素，具有个未配对电子，β40-60GPa MRI7接近人体骨骼（），可减少应力遮挡效应，促进骨顺磁性强，可显著增强图像对比度钆络合物造影剂如10-30GPa MRIGd-整合打印钛合金植入物可定制复杂结构，满足个性化医疗已成为临床标准品同位素铱、钇等用于近距3D DTPA-192-90需求离放射治疗，可精准杀死肿瘤细胞铂类抗癌药物是治疗多种恶性肿瘤的重要药物顺铂是第一个获批的铂类抗癌药，通过与交联阻止癌细胞分裂后续cisplatin DNA开发的卡铂和奥沙利铂减轻了肾毒性和神经毒性，扩大了应用范围铂类药物是治疗卵巢癌、睾丸癌、肺carboplatin oxaliplatin癌等肿瘤的一线选择，全球年销售额超过亿美元10稀有金属的经济价值亿美元1860全球市场规模年稀有金属市场总值，年增长率

20247.5%倍10-100产业链增值倍数从原矿到高端应用产品的价值提升35%价格波动幅度近五年稀有金属平均价格波动范围42%中国市场份额在全球稀有金属贸易中的占比稀有金属产业链呈现明显的微笑曲线特征，两端价值高，中间加工环节价值低以稀土为例，从矿山到磁材，再到最终的电机产品，价值可提升倍以100上；锂从原矿到电池级材料，再到动力电池，价值提升约倍这种价值分配格局推动各国争夺产业链高端环节20稀有金属价格波动受多种因素影响，包括供需平衡、政策法规、技术进步和国际形势近年来，新能源和电子产业快速发展带动锂、钴、稀土等金属价格上涨，但产能扩张后又导致价格回落稀有金属贸易格局也在变化，中国作为主要生产国和消费国，在全球稀有金属贸易中占据份额，但欧美日等国家通42%过资源多元化、战略储备和循环利用，努力降低对单一来源的依赖稀有金属的战略意义国家安全保障维护军工、能源和通信等关键领域安全产业安全基础2支撑高端制造和战略性新兴产业发展供应链韧性增强全球供应链波动中的抗风险能力国际合作筹码提升国际谈判地位和地缘政治影响力国家战略资源储备体系是保障稀有金属供应安全的重要手段主要国家和地区都建立了不同形式的战略储备，包括实物储备、商业库存和资源税收政策等中国的国家稀有金属储备规模未公开，但已形成中央储备与地方储备相结合、政府储备与企业储备协同的多层次体系核心技术产业对稀有金属的依赖度分析显示，航空航天、电子信息、先进制造等领域高度依赖稀有金属供应美国国防部认定的种关键矿产中，大部分是稀有金35属供应链安全风险评估表明，某些稀有金属面临供应高度集中、替代难度大、回收率低等风险国际贸易政策日益关注稀有金属，中美贸易摩擦、欧盟原材料法案等都反映了稀有金属在国际关系中的重要性中国稀有金属产业现状国际稀有金属产业比较中国日本欧美战略举措vs中国和日本在稀有金属产业上形成互补但又竞争的关系中国拥欧盟在年发布《关键原材料行动计划》，确定种关键202030有丰富的资源和完整的产业链，控制全球大部分稀土、钨、锑等原材料，大部分为稀有金属计划通过多元化供应、提高回收利金属的生产；日本则几乎没有资源，但在高端加工和应用技术上用率和发展替代技术三管齐下，降低对外依赖欧盟还设立了欧领先，如稀土永磁、钽电容和特种合金等领域技术先进洲原材料联盟，促进产业链协作美国《关键矿产战略》重点发展国内资源勘探开发，加强与澳大技术路线上，中国偏重大规模低成本生产，近年来环保要求提高；利亚、加拿大等盟国合作，构建友岸供应链美国地质调查局日本专注高附加值、定制化产品，强调资源效率和循环利用两持续监测关键矿产供应风险，国防部维持战略储备，能源部支持国合作与竞争并存，在资源贸易和技术交流方面保持密切联系相关技术研发稀有金属提炼人才培养跨学科教育体系稀有金属提炼涉及矿物加工、冶金工程、化学工程、材料科学等多个学科现代人才培养需构建跨学科教育体系，培养学生多学科知识融合能力中国矿业大学、中南大学、北京科技大学等高校已开设稀有金属工程专业，课程设置覆盖从资源评价到材料应用的全产业链知识产学研协同培养企业和科研院所与高校合作，共同培养实践型、创新型人才通过设立联合实验室、共建研究中心和实习基地，使学生接触最新技术和实际问题中国科学院与包钢集团联合培养的稀土技术人才，毕业后直接投入产业一线，缩短了人才培养与产业需求之间的适应期技术工人队伍建设稀有金属提炼离不开高技能操作工人通过职业院校培养和企业内训，建设高素质技术工人队伍德国双元制职业教育模式值得借鉴，将学校教育与企业实践紧密结合中国已在江西、内蒙古等地建立稀有金属专业技工院校，每年培养数千名技术工人，满足产业发展需求国际化人才培养鼓励与国际知名院校和研究机构交流合作，培养具有全球视野的高端人才通过联合培养、访问学者、国际会议等形式，促进技术和人才的国际流动中国每年选派数百名稀有金属领域研究生和青年学者赴美、欧、日等国家学习交流，既学习先进技术，也传播中国经验提炼技术研发趋势绿色低碳开发低能耗、低排放工艺，减少环境足迹高选择性提高分离精度，实现相似元素高效分离流程简化整合工艺步骤，减少中间环节，提高效率智能化应用和自动化技术，实现精准控制AI低能耗、低排放工艺研发是当前热点，包括常温浸出、生物冶金、电化学提取等技术常温浸出技术利用特殊浸出剂在室温条件下实现金属溶解，能耗仅为传统工艺的；生物冶金利用微生物催化金属溶解，环境友好且能30-40%耗低；电化学提取技术通过精确控制电位，实现选择性金属回收，减少化学试剂使用80-90%高选择性分离技术针对化学性质相近元素开发，如稀土元素之间、铌钽分离等新型功能材料如离子印迹聚合物、金属有机骨架材料等展现出优异的元素选择性，分离因子可提高倍短流程、高效率提炼路线旨在减MOFs3-10少中间环节，如一步法提锂技术可将传统个月的工艺缩短至几周智能化、自动化设备应用普及，利用在线检18测、数据分析和自适应控制技术，实时优化工艺参数，提高产品质量稳定性和资源利用效率材料基因组计划应用材料基因组计划是加速材料研发的创新方法，将计算科学、数据科学与实验科学相结合，正在稀有金属提炼领域显示出巨大潜力计算材料学在分离工艺中的应用主要包括反应机理模拟、溶剂金属相互作用预测和工艺参数优化等通过密度泛函理论计算和分子动力学模拟，可-DFT以预测不同萃取剂与金属离子的络合能力，筛选最佳萃取剂，计算精度达到实验结果的85-95%高通量实验设计与筛选技术可同时测试数十至数百种条件组合，大幅加速实验进程微流控装置和并行反应器阵列使单次实验可测试50-100个不同条件，缩短研发周期以上材料数据库建设与知识挖掘通过整合文献数据、实验结果和计算预测，构建稀有金属提炼知识库目前80%全球已建成多个专业数据库，收录数万条实验数据和计算结果辅助工艺参数优化利用机器学习算法，从历史数据中学习工艺规律，预测最AI优条件，实现提炼效率提升15-25%稀有金属替代技术稀有金属传统应用替代方向替代程度钕铁硼磁体电机、风机铁氮合金、铁基非晶部分替代性能70%铟锡氧化物触摸屏石墨烯、银纳米线可完全替代ITO钴基电池锂电池磷酸铁锂、钠离子电池大部分应用可替代铂族催化剂汽车尾气净化单原子催化、金属氧化物部分替代效率50-60%镓砷半导体高频芯片碳化硅、氮化镓特定领域可替代钕铁硼替代技术研究是重点方向之一铁氮化合物₁₆₂理论磁能积高达，超过钕铁硼，但稳定性和规模化生产仍面临挑战；铁基非晶和纳米晶磁体成本低，但性能仅达钕铁硼Fe N85MGOe的；高硅钢和铁基软磁复合材料在低性能领域可部分替代稀土磁体，降低稀土用量60-70%30-50%铟锡氧化物是目前主流透明导电材料，但铟资源稀缺石墨烯、碳纳米管、导电聚合物和银纳米线等新型透明导电材料正逐步替代关键元素用量减少策略包括纳米化、复合化和结构ITO ITO优化，如新型三元锂电池通过调整元素比例，钴含量可降低以上替代材料性能评价需综合考虑技术性能、经济成本、环境影响和供应链安全，构建多维评价体系，引导研发方向80%稀有金属提炼工程案例包头稀土分离基地赣州离子型稀土提取金川镍钴资源综合利用北方稀土集团的包头稀土分离基地是全球最大的江西赣州的离子型稀土资源是重稀土的重要来源，金川集团位于甘肃省金昌市，拥有亚洲最大的镍轻稀土分离基地，年处理能力超过万吨混合稀采用原地浸矿吸附分离工艺该工艺从过去的钴硫化矿资源采用先进的高压氧浸溶剂萃取20---土该基地采用萃取皂化洗涤联合工艺，池浸法发展为现代的原地浸矿法，大幅减少了地电解工艺，实现了镍、钴、铜等多种金属的高效P204--建立了级串级萃取系统，实现了镧、铈、镨、表破坏离子交换吸附和溶剂萃取相结合的分离回收特别是在处理低品位复杂矿石方面成效显16钕等元素的高效分离，单一稀土纯度达到工艺，实现了镝、铽、钇等重稀土的高效回收，著，金属综合回收率达以上该企业还开发95%以上废水循环利用率达，能耗较回收率从早期的提高到现在的以上该了锂电池回收技术，形成了原生资源再生资源

99.99%85%70%92%+传统工艺降低，是现代化大规模稀土分离的地区已建立严格的生态修复制度，采矿后及时恢的综合利用模式，年产高纯镍、钴产品万吨以25%15典范复植被上，是典型的资源综合利用成功案例提炼企业竞争力分析可持续发展路径社会责任与企业发展碳中和战略实施将环境保护、员工福祉和社区发展融入清洁生产评价制定双碳目标下的行业减排路径重企业发展战略，实现经济效益与社会效绿色矿山建设建立覆盖能源消耗、水资源利用、污染点从能源结构优化、工艺革新和碳捕集益的统一建立环境、社会和治理ESG实施资源高效开发、生态环境保护、节物排放和废弃物处理的清洁生产评价指三方面推进可再生能源占比提高至评价体系，定期发布社会责任报告在能减排和矿区和谐的绿色矿山建设标准标体系以稀土分离为例，领先企业单以上，使用高效电机和变频设备，矿区周边开展生态恢复、教育支持和医30%国家级绿色矿山需满足资源利用率位产品能耗降至吨以下，降低电力消耗；采用低温工艺疗援助等公益项目，改善企业形象，获10,000kWh/20-30%≥90%、水循环利用率≥85%、固体废物水耗降至50吨/吨以下，酸耗降至3吨/替代高温工艺，减少50-70%燃料消耗；得社区支持和发展空间推动责任采购，综合利用率≥75%等指标先进开采技吨以下通过先进工艺和设备升级，实开发矿区碳封存技术，利用碱性矿物和保证供应链合规性，满足下游客户对社术如精准爆破、连续采矿机、原地浸矿现节能减排与经济效益双赢设备更新尾矿固定₂，形成负碳效应先进企会责任的要求，提升国际市场竞争力CO等可减少地表破坏，降低废石和工艺优化投资通常在年内收回业已设立年实现碳达峰、40-60%2-320302050排放，是实现绿色开采的关键年实现碳中和的阶段目标30-50%手段产业政策与法规《稀有金属管理条例》解读《稀有金属管理条例》是规范稀有金属勘查、开采、生产和流通的基本法规条例将稀有金属分为战略性、限制性和一般性三类，实行差别化管理战略性稀有金属如钨、稀土、锑需要特别许可证；限制性稀有金属实行配额管理；一般性稀有金属按常规矿产管理条例还规定了资源税率、出口管制和储备制度，为产业发展提供法律保障和政策指导环保法规影响近年来日益严格的环保法规对提炼工艺产生深远影响《水污染防治法》、《固体废物污染环境防治法》等法规要求提炼企业严格控制三废排放，推动工艺升级和污染治理设施建设新建项目环评标准提高，现有企业面临限期达标压力环保税的实施将排污成本内部化，使企业更注重清洁生产大多数企业需增加的环保投10-15%入，但通过工艺优化和资源综合利用，可将这一成本转化为新的经济增长点资源税改革资源税改革是调控稀有金属开发利用的重要经济手段从传统的产量计征向价格计征转变，更好地反映资源稀缺程度和市场价值稀土资源税税率为，钨为，其他稀有金属为部分地区实施超定额累7-12%

6.5-11%2-6%进制度，抑制过度开采资源税收入的一部分用于支持矿区环境恢复和社区发展，形成良性循环未来资源税改革将进一步向绿色发展导向调整，对高效、低污染的开采方式给予税收优惠国际贸易规则全球稀有金属贸易规则正经历重大变化框架下，出口限制措施面临挑战，需要以环境保护和资源保护为WTO合法理由欧盟《冲突矿产法规》、美国《多德弗兰克法案》等要求进口矿产需提供供应链尽职调查报告，确-保没有来自冲突地区或涉及人权问题碳边境调节机制的推行将对高碳排放产品征税，影响贸易竞争力CBAM企业需密切关注国际规则变化，提前布局，优化供应链管理，提高合规水平和国际竞争力未来技术展望人工智能优化提炼工艺是未来十年的重要发展方向深度学习算法可通过分析海量历史数据，实时预测和优化工艺参数，实现自适应控制强化学习系统能在复杂多变的生产环境中不断学习和改进，提高工艺稳定性和产品质量知识图谱技术将专家经验数字化，辅助决策和故障诊断系统预计可将提炼效率提高，能源消耗降低，成为提炼工艺革新的核心驱动力AI15-25%20-30%纳米技术在分离纯化中的应用将实现分子甚至原子级别的精确控制纳米功能材料如分子筛、纳米膜和超分子结构可实现高选择性分离，分离因子提高倍原子层精确控制技术如原子层沉积和原子层刻蚀可实现超高纯度材料制备，纯度达到（）5-10ALD ALE9N

99.9999999%以上海洋稀有金属资源开发是未来资源扩展的重要方向，深海多金属结核和热液硫化物中含有丰富的铜、镍、钴、金等金属，海水中溶解的锂、铀等元素总量巨大先进的海洋采矿技术和海水提取技术将开辟稀有金属资源的新疆域总结与展望发展历程稀有金属提炼技术从早期的粗放工艺到现代精细化、智能化体系技术挑战低品位复杂资源处理、绿色提取与能源效率、高纯材料制备突破方向智能化工艺控制、精准分离技术和循环经济模式合作空间产学研协同创新、国际合作与技术共享、全产业链协同发展稀有金属提炼技术经历了从经验型到科学型的发展历程早期以机械分选和简单化学处理为主，世纪中期发展了系统的分离理论和工艺流程，进入世纪后随着自动化、信息化技术2021融入，提炼工艺向精细化、绿色化和智能化方向快速发展目前面临的主要技术挑战包括低品位复杂资源高效处理、环境友好型提取方法开发、能源效率提升以及超高纯材料制备等未来研究方向将聚焦于数字化转型和可持续发展两大核心一方面，人工智能和大数据技术将重塑传统工艺，实现全流程优化和精准控制；另一方面，循环经济理念将深度融入产业发展，从资源获取到废物处理形成闭环系统产学研协同创新机制和国际合作平台建设至关重要，跨学科、跨领域、跨国界的合作将加速技术突破和产业升级中国作为全球稀有金属大国，正从资源优势向技术优势和产业链优势转变，在保障国家战略安全的同时，为全球高技术产业发展做出更大贡献。