日本对南鸟礁周边海域海洋稀土资源潜力的评价

王淑玲，吴西顺，孙张涛，王铭晗

(1.中国地质图书馆，北京 100083；2.中国地质调查局地学文献中心，北京 100083)

日本对南鸟礁周边海域海洋稀土资源潜力的评价

王淑玲1，2，吴西顺1，2，孙张涛1，2，王铭晗1，2

(1.中国地质图书馆，北京100083；2.中国地质调查局地学文献中心，北京100083)

稀土是日本可再生能源等尖端领域不可缺少的元素。日本是世界第三大的稀土消费国，其稀土进口量的82%来自中国，占中国出口总量40%，用日本的话说是“一直以来高度依赖于中国的廉价稀土”,从2000年开始一直在探讨确保稀土稳定供应的对策。特别是2010年中国加强限制出口措施以来，日本政商各界对其稀土资源供应以及高科技发展的可持续性产生了极大的担忧。近年来，日本利用其海洋资源勘查开发技术的优势，加强了对海洋稀土资源勘查开发研究和相关模拟实验，旨在为日本提供稳定的稀土供应源，保持日本制造业的国际竞争力，以及开发新用途和新产业领域等方面的优势。本文介绍了日本海洋稀土的发现，以及日本石油天然气金属矿物资源机构(JOGMEC)历时3年时间，对日本南鸟礁周边海域海底稀土沉积物的资源调查及评价，开展的海洋稀土沉积物采泥、扬泥以及冶炼等技术领域的调查和研究，相关的经济性评价情况，对了解日本海洋稀土的发现及勘查开发进展具一定的参考价值。

日本；南鸟礁；海洋稀土资源；潜力评价；采泥扬泥；冶炼分离

0 引 言

稀土，尤其重稀土，是高科技领域不可或缺的(表1)重要新兴战略资源，具有优异的电、磁、光、超导、催化等物理特性，能与其他材料组成性能各异、多品种的新型高科技材料，因此素有 “新材料之母”的美誉[1-2]。稀土在航天航空、军事、高科技领域以及新材料合成方面无可比拟。在军事领域，稀土最显著的特性就是能够大幅提高制造坦克、飞机、导弹和卫星的钢材及合金的强度和性能。据称在当今世界里，每出现4种新技术，就必有1种与稀土有关[1]，因此美国、日本、欧洲等发达国家都将它作为战略矿产，不惜重金，进口储存。

表1 稀土元素：主要最终用途

资料来源：Marc Humphries，Rare Earth Elements:The Global Supply Chain，2013。

美国国会在《关于2030年的全球趋势——不一样的世界》一文中指出，未来全球问题的解决都与资源问题，特别是新兴资源问题密切相关。未来的国际竞争，将从大宗支柱性金属(铁、铜、铝)向“三稀”金属转变，特别是通过“三稀”产业链的延伸提升新兴产业，“三稀”金属资源是未来经济结构调整、产业结构升级的关键[3-4]。

日本是陆地稀土资源极度匮乏的国家，但在稀土深加工产品的生产上却居于世界领先地位，是世界上稀土研究开发水平最高的国家之一。日本稀土的主要用途包括抛光(20%)、金属合金(18%)、永磁体(14%)和催化剂(12%)等，集中应用于永磁体、荧光粉、镍氢电池、抛光粉和防紫外线辐射玻璃等高新技术产业[5-6]。2014年稀土消费量约为1.4万t，位居世界第三位[7]。

日本的稀土消费高度依赖中国，用日本的话说“一直以来高度依赖于中国的廉价稀土”，其稀土进口量的82%来自中国，占中国出口总量40%[6],从2000年开始一直在探讨确保稀土稳定供应的对策。特别是2010年中国加强限制出口措施以来，供应中断风险加大，使日本政商各界对其稀土资源供应以及高科技发展的可持续性产生了极大的担忧。为此，日本政府高度重视稀土资源的全球战略，重点采取了五方面的行动。首先，联合欧美利用WTO向中国施压。日本已于2012年3月13日联合欧美多国通过WTO争端解决机制对中国的出口限制政策提起上诉，以期通过WTO框架迫使中国放弃稀土出口配额制度[8]，从而继续从中国进口大量优质廉价的稀土矿产品。2014年3月，WTO裁定，中国实行的稀土出口管理措施不符合相关世贸规则和中国加入WTO时的承诺[8]；二是建立稀土储备。日本于1983年建立了稀有金属储备制度，在2006 年发布的《国家能源资源战略新规划》中，正式将稀土列入稀有金属储备体系中；三是积极拓展资源外交，寻求中国以外的稀土进口来源，以及合作勘探与开发稀土项目(表2)[9]。如，日本住友公司与哈萨克斯坦国家原子能公司设立合资公司，开展镝的生产和出口业务。丰田通商和双日有限公司与越南的Dong Pao项目合作生产轻稀土。JOGMEC与印度合作开发稀土资源，并试图建立一个加工设施。JOGMEC还决定争取向澳大利亚的莱纳斯公司进行投资[9]；四是通过鼓励再生回收、减少使用量，开展替代材料研发来降低对稀土资源的进口依赖；五是积极开展海洋稀土资源的勘查开发。近年来，日本利用其海洋资源勘查开发技术的优势，加强了对海洋稀土资源勘查开发研究和相关模拟实验。从JOGMEC于2016年7月6日历时3年完成的《稀土沉积物的资源潜力评价报告》中可见一斑。该报告对于我们了解日本、乃至世界海洋稀土勘探开发现状及世界的稀土资源形势具重要参考价值。

表2 2012～2015年日本与其他国家稀土合作项目简况

资料来源：《日本经济新闻》(2012)、魏龙等(2014)、中国商务部(2012、2014、2015)等。

1 关于日本海洋稀土沉积物的资源潜力评价

稀土是日本的可再生能源等尖端领域不可缺少的元素。面对中国加强出口限制措施引起的日益加大的供应中断风险，日本正在努力寻求包括确保新的供应源在内的应对措施。

1.1 深海稀土的发现

1.1.1 太平洋发现稀土沉积物

2011年6月，以日本东京大学加藤泰浩教授为中心的研究小组，对过去在太平洋海域实施的国际“深海钻探计划”的78个站位2 000多个沉积物岩芯样品进行分析，发现广泛存在富含稀土元素的沉积物，主要分布在南太平洋东部和北太平洋的中部(图1)[9-10]，并将研究成果发表在英国科学杂志《Nature Geoscience》电子版上，引起了业界广泛反响[11]。

1.1.2 日本南鸟礁周边海域发现高品位稀土沉积物

2012年6月，对从日本的南鸟礁周边海域采集到的2个岩芯样品进行分析，也得到了同样的结果，这表明在日本的南鸟礁周边海域内也存在着含稀土的沉积物[9]。

根据这一发现，日本政府在2013年4月举行的内阁会议上决定，在即将付诸实施的海洋基本计划中提出，为了研究深海稀土资源潜力，开展基础性的科学调查和研究，在2013财政年度以后的3年左右的时间里，开展海底稀土远景资源量和赋存状况的调查。针对其高黏度和巨大水深等特性，实施以将来的开发和开采为目标的广泛技术领域的调查和研究。

在此背景下，经济产业省委托JOGMEC牵头进行上述任务的实施。

JOGMEC从2013年2月到6月期间，共召开了4次“关于南鸟礁海域稀土泥的研讨会”，讨论了有关紧急调查研究的对策方针，与同年11月通过的研究报告一起，汇总提出了调查研究计划方案。

2013年12月，经济产业省发布了修订后的《海洋能源和矿物资源开发计划》，明确了关于稀土沉积物在未来3年间的3项工作任务：①在远景资源量和赋存状况的调查方面，对南鸟礁周边海域进行沉积物采样，圈定有稀土富集前景的海域。对圈定的海域进行资源量评价，估算远景资源量；②在技术领域调查研究方面，以采集到的沉积物样品的物理性质数据等为基础，将基础研究、模拟试验和陆地实验等结合起来，研究一套开采系统。同时，对海域环境进行基础性调查，探讨环境保护对策；③在资源潜力综合评价方面，根据上述调查研究情况，在2015财政年度开展稀土资源潜力综合评价的同时，聚焦研讨商业化的关键因素、技术开发以及法律制度等方面的问题。

图1 太平洋稀土资源分布图(据Kato Y等，2011修改)

另外，从2014财政年度开始，由内阁推进的《战略性创新创造计划(SIP)的“下一代海洋资源调查技术”(日本的海洋计划)》中，也一直在积极组织开展稀土沉积物成因的研究工作，继续和JOGMEC携手合作。

1.2 南鸟礁周边海域稀土的资源评价

JOGMEC从2013～2015财政年度，前后利用3年的时间，根据研讨会上制定的调查研究计划方案及《日本海洋能源矿产资源开发计划》，进行了稀土远景资源量和赋存状况调查，以及技术领域的调查和研究，并制定了详细的计划和工程表(图2)[12]。

1.2.1 调查概况

JOGMEC在南鸟礁的周边海域，从2013～2015财年的3年时间里，使用海洋资源调查船“白岭”号进行了海洋调查。调查海域是位于距离东京东南方向约1 900 km、日本最东端的南鸟礁为中心海域内，海域面积为43万km2。利用活塞取样器共采集了70个样品。在南鸟礁拓洋第5海山的东部海域，发现了含稀土海底沉积物(稀土沉积物)的高品位分布区。其稀土品位(50 cm区间的平均品位)最高可达5 366 ppm，平均品位1 221 ppm。根据样品分析及声学数据解释结果，按现阶段估算的稀土远景资源量约为77万t(稀土氧化物总量，湿态)。

1.2.2 样品采集

2013财年的调查，主要是在间距100 km的网格点(纬度、经度各1度)，水深约5 700 m的海底的26个地点，利用活塞取样器采集了沉积物样品。从样品的化学分析结果看，稀土富集区域存在于拓洋第5海山周边的可能性很大。

在2014财年的调查中，从稀土富集期待区拓洋第5海山的南部到东部，把主调查网格间距缩小到25 km，在28个地点进行了采样作业。从样品的化学分析结果看，发现稀土平均品位超过500 ppm的分布地点，几乎都集中在这个海域里，因而把这个海域确定为“稀土富集区”。

2015财年，在100 km间距的网格中尚未调查的地点以及在拓洋第5海山以东稀土高浓度区间隔12.5 km的未调查地点，共15个地点进行了采样。其结果是发现拓洋第5海山的东部存在着多处稀土品位超过2 000 ppm的地点，因而把这个海域定为“高品位分布区”。

在利用活塞取样器采样的同时，还开展了海底浅层剖面仪(SBP)的声波调查，掌握了表层海底沉积物的分布状况。2013财年，在从拓洋第5海山的南部到东部的区域实施横跨式调查，而在2014财年和2015财年，选择通过稀土富集区域样品采集地点的测线进行SBP调查，掌握了海底沉积物的分布格局。

图2 稀土沉积物的资源潜力综合评价工程表

1.2.3 稀土品位分析结果

为了把握稀土品位在深度上的分布情况，从长约10 m的活塞岩芯样品中每隔一定区间(50 cm)采样进行化学分析；为了掌握品位的空间分布情况，求出每个调查地点的岩芯样品总稀土平均品位，并与周围的地点进行比较。

对南鸟礁周边海域的每隔约100 km的网格点的化学分析结果表明，稀土平均品位在500 ppm以上的地点几乎都分布在拓洋第5海山的南部到东部的区域里。因此将这个区域认定为稀土富集区域，缩小网格之后进行了采样调查。

在稀土富集区，对网距为25 km和12.5 km的样品进行了化学分析。分析结果表明，这个海域中广泛分布着稀土品位在500 ppm以上的异常点。尤其是在拓洋第5海山的东部，还发现了多处平均品位达2 000 ppm以上的高品位分布区。

通过分析得到的稀土品位(柱状样50 cm取样间距的平均品位)的最高值为5 366 ppm，一个地点的总平均品位达到了2 560 ppm。这些数值是从互不相同的2个地点得到的数据，但都是从拓洋第5海山东部的高品位分布区采集到的样品中得出的数据。

在稀土富集区，含量在1 000 ppm以上的连续相邻分布的地点共有13处。这13个地点整体的稀土平均品位是1 858 ppm，从海底表面到活塞岩芯底面的平均厚度为8.87 m(表3)。另外，稀土中的重稀土类元素的含量为45.8%，而在重稀土类中Y(钇)所占的百分比为65.2%。也就是说，稀土沉积物的特征是重稀土类的含量高，其中特别是Y比较高。

1.2.4 稀土的远景资源量评价

位于拓洋第5海山东部的高品位分布区域，是南鸟礁EEZ范围内稀土品位最高的区域。以该海域内的13个地点(包括平均品位超过2 000 ppm的7个地点)为对象，对稀土的远景资源量进行了估算。储量是用稀土15种元素的氧化物品位(ΣREYO)计算的。另外，稀土氧化物品位大约是稀土品位的120%。

与其他海域相比，高品位分布区域的 采样密度虽然比较大，但是对资源量计算来说，取样密度尚显不足。所以在现阶段只是在可能的范围内进行了初步的计算。

表3 稀土平均品位(稀土富集区)表

注：*镧系元素中，去掉了自然界中不存在的pm(钷)，加上了Y(钇)，15种元素的合计品位作为ΣREY。

以各点的海底表面到钻井底部的深度信息，以及SBP解析得到的层位信息为基础，进行平滑处理后，把所形成的面区域作为矿体区域。对矿体区域按照多边形法进行计算的结果表明，高品位分布区的平均品位达到了1 221 ppm。另外，现阶段计算所得的可能的稀土氧化物量(ΣREYO)在湿态和平均品位2 652 ppm的情况下为77万t。

1.3 开采及冶炼技术领域的调查研究

1.3.1 通过基础性实验确定采泥、扬泥方法的应用前景

JOGMEC通过模拟泥进行采泥试验研究，以此选定了最理想的采泥刀头。采用陆上气举(Airlift)试验，确定了扬泥作业的可行性，得到了采泥、扬泥的相关基础性技术数据，并对应用前景进行了评估[9]。

1.3.2 稀土高效分离方法的研究成果

在选矿技术研究上，使用粒度分选和浮选等方法进行了选择性回收稀土精矿的海底选矿基础实验。结果表明，稀土元素富集于20 μm以上的粗粒磷灰石中，实验取得了非常好的浮选分离效果[9]。

在冶炼方法研究上，实验结果表明：在选矿完成后，从提取液中回收稀土的最佳沉淀剂是碳酸钠。还发现使用选择性吸附重稀土的吸附剂，能够高效回收稀土元素[9]。

1.3.3 稀土沉积物分布的深海底环境基础数据的获取

在海底设置了海底停锚系统及沉降颗粒捕集器，并进行了海底沉积物样品生物含量分析。分析结果表明，该区域现阶段属正常海域。

2 开采系统的研究及经济性评价

根据开采技术的基础性研究结果，提出了扬泥量为3 500 t/d的开采系统及相关作业流程方案(图3)，并进行了开采系统成本估算[12]。为确保经济效益，选择在高品位海域进行采泥和扬泥，并在提高稀土高品位方面进行了相应的技术研发，结果表明：如果稀土价格能在历史最高价位——2011年稀土价格水平持续保持20年的话，开采才能有经济效益(表4、表5)。

3 JOGMEC对下一步工作的建议

3.1 加强资源评价调查

在资源量评价上，为了更加准确地掌握稀土资源量，应在高品位区域进一步缩小取样间距。为了进一步查明稀土沉积物富集层以及发现新的稀土富集区，JOGMEC期待通过战略创新创造计划(SIP)以及民间的共同努力，在成因分析等自然科学领域取得新成果[12]。

3.2 开展进一步的大规模实验

通过3年扬泥试验等技术方面的调查与研究，虽然在技术上方面取得了一定的成果，但是，要想在水深超过5 000 m以上的实际海域中应用，还需进行大规模扬泥试验和构建最佳模拟方法，进一步厘清技术前景。

3.3 等待最佳资源评价时机

JOGMEC建议日本政府，要把握好海洋稀土资源评价的最佳时机[12]。最现实的做法是：在准确把握上述研究成果和国内外技术开发的动向的基础上，且明确圈定了稀土富集区、稀土价格上升和开采成本下降等前景均明朗了的时候，再开展稀土资源量评价和经济效益评估，并进一步开展商业性开采系统研究和法律制度及环境影响评价工作。

图3 稀土沉积物开发系统

表4 采用2015年年均价、过去10年的平均价；过去3年及过去10年的年均价的最高值计算的年销售额/亿日元

表5 以2015年年均价、过去10年的平均价；过去3年及过去10年的年均价的最高值为基础的DCF法测算

4 结论与认识

日本稀土消费量巨大，其稀土消费高度依赖于中国，这也是日本最大的担忧。日本政府从2000年开始一直致力于确保稀土稳定供应的对策。尤其是2010年中国加强稀土出口限制措施后，日本对供应中断风险担心加大。日本采取政府和民间共同参与中国以外的稀土项目开发、增加稀土再生利用和减少用量等举措，大幅度地降低了稀土供应中断的风险。

近年来，日本不断加强海洋稀土研究，期待在海洋稀土找矿上有所突破，以摆脱对中国稀土资源高度依赖。但深海稀土的开发成本高，开采技术难度大，经济上是否可行，目前还存在诸多难题。从JOGMEC目前的研究成果看，即使能够利用现行技术开采南鸟礁的稀土矿，在高品位区、采矿、扬矿、冶炼、价格等诸多假设条件均成立的条件下，商界仍处于利润边界附近，几近无利可图，如果市场价格稍有波动，开采企业就可能面临巨大的经济损失。本报告虽然肯定了深海稀土的商业意义，但是字里行间还是透露出来重重的忧虑。因此，日本对发现深海稀土所进行的宣传，实际上带有一定的资源政治色彩。

1) 从资源评价上看，首先是采样间距密度不够，采集样品的最小距离为12.5 km，且海底表面的起伏性较大，因此含矿层的连续性尚有许多不确定性。所以，JOGMEC评估的77万t远景资源量(在湿态下)，尚有许多疑问。

2) 从采泥和扬泥实验看，进行的是陆上气举模拟实验，这与位于5 000～6 000 m深海底的高粘度性稀土泥的实际情况尚有巨大的差距，实验的规模小，与实际复杂的海底情况差距甚大，尚存在许多不确定性。

3) 陆上的冶炼分离系统，仅仅是提出了一个建设性的方案，尚未进入研究及开发日程。

4) 从海洋稀土的开发的经济性上看，首先需要有高品位海域稀土资源作为保障，其次是稀土价格要在历史最高价位——2011年的稀土价格水平保持20年才能经济可行。然而，稀土价格自2011年以来一直呈下跌趋势，未来还面临陆上稀土新资源的发现、替代品等因素影响，保持20年的2011年稀土最高价的理想价位希望渺茫。

因此，从目前的海洋稀土资源评价和技术调查水平、经济性、采泥、扬泥以及冶炼分离技术等综合考虑，作者认为，此次JOGMEC对其海洋稀土资源潜力评价所得的结论具有很大的不确定性。

致谢成文过程中得到中国地质图书馆刘延明馆长、中国地质调查局青岛海洋地质研究所何起祥研究员、国土资源部信息中心项仁杰研究员等专家的指导，在此一并表示感谢。

[1] 王淑玲.日本深海稀土开发，路尚遥远！[N].中国矿业报，2016-11-22.

[2] 稀土在各领域中的应用[EB/OL].http://wenku.baidu.com/

[3] 张福良，何贤杰，杜轶伦等.关于我国战略性新兴矿产几个重要问题的思考[J].中国矿业，2013,22(10)：7-11.

[4] 黄文斌,吴西顺,李莉,等.全球新兴战略性矿产资源形势与供求——稀土篇[C]//北京:中国地质图书馆,2016.

[5] Marc Humphries.Rare Earth Elements:The Global Supply Chain[R].Congressional Research Service，2013：1-27.

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[7] 崔荣国.稀土金属.世界矿产资源年评[M].北京:地质出版社，2014：245-249.

[8] 倪思洁.我国实施16年的稀土出口配额管理制度走向终结[EB/OL].[2015-01-13].http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2015/1/311511.shtm

[9] 魏龙，潘安.日本稀土政策演变及其对我国的启示[J].现代日本经济，2014(2):40-47.

[10] 加藤泰浩.太平洋で発見されたレアアース泥の特長と開発可能性[J].建設の施工企画，2012，752，59-64

[11] 王芬莲,何高文.深海沉积物中稀土资源研究现状及问题[C]//北京:中国地质图书馆,海洋地质信息,2015.

[12] 経済産業省資源エネルギー庁 独立行政法人石油天然ガス.金属鉱物資源機構.レアアース堆積物の資源ポテンシャル評価報告書[R].平成28年7月6日：1-57.

PotentialassessmentonoceanrareearthresourcesaroundMinamitorishimaisland

WANG Shuling1,2，WU Xishun1,2，SUN Zhangtao1,2，WANG Minghan1,2

(1.National Geological Library of China,Beijing100083，China；2.Geoscience Documentation Center,China Geological Survey，Beijing100083，China)

Rare earth is an indispensable element in Japan’s cutting-edge fields such as renewable energy.Japan is the world’s third largest rare earth consumer,with its imports share82% from China,accounting for40% of China’s total rare earth exports.Japan itslef said,“Japan has been highly dependent on China’s cheap rare earth.” Since2000,Japan has been seeking for countermeasures to ensure the stable supply of rare earth.In particular,after2010,China has stepped up restrictions on export measures,leading Japanese governments and sectors to worry about its rare earth supply and the sustainability of hi-tech development.In recent years,Japan has utilized the advantages of its marine exploration and development technology to study marine rare earth resources for exploration,development as well as related modeling experiments.It aims to provide Japan with a stable supply of rare earth,maintaining international competitiveness of manufacturing industry,advantages on developing new uses,industries and other aspects.This paper introduces the discovery of Japanese marine rare earth,the investigation and evaluation of the rare earth sediments around Minamitorishima Island,which lasted three years by Japan Oil,Gas and Metals National Corporation(JOGMEC).The research and evaluation of the rare earth sediments,the investigation and study on technical aspects such as mud collecting,raising-up and smelting procedures.The related economic evaluation can be somewhat valuable for understanding Japan’s discovery,exploration and development of ocean rare earth.

Japan;Minamitorishima island;ocean rare earth resources;potential assessment;mud collecting and raising-up;sludge and smelting

F407.1

A

1004-4051(2017)12-0028-08

2017-09-20责任编辑宋菲

中国地质调查项目“地学情报综合研究与产品研发”资助(编号：DD20160354)

王淑玲(1964-)，女，二级研究员，主要从事矿产资源形势分析、非常规能源及海洋地质调查等地学情报研究工作，E-mailwangshuling@cgl.org.cn。