隨著美國和中國之間貿易緊張局勢升級，稀土礦產再次成為政治焦點。如今，中國的礦山和加工廠提供了世界大部分的稀土供應，中國領導人習近平暗示，可能將此作為與美國總統唐納德·特朗普政府進行貿易談判的政治籌碼。但從長遠來看，許多專家表示，即使中國完全停止出口稀土，全球稀土市場也可能倖存下來。
17種稀土元素在元素週期表中位於底部附近，在多個行業中發揮著至關重要的作用：消費電子產品，包括 Apple AirPods 和 iPhones；綠色技術，例如通用電氣風力渦輪機和特斯拉電動汽車；醫療工具，包括飛利浦醫療掃描器；以及軍事硬體，例如 F-35 噴氣式戰鬥機。美國政府將它們列為對國家經濟和國家安全至關重要的被認為至關重要的 礦產，特朗普政府尤其將稀土元素排除 在其對價值 3000 億美元的中國商品徵收的關稅清單之外。在貿易衝突的另一邊，習近平最近對中國主要的稀土礦產開採和加工設施進行了具有政治象徵意義的訪問，中國也對美國加利福尼亞州的一家稀土礦徵收了關稅。然而，雙方的這種政治姿態可能過分強調了世界對中國稀土供應的依賴。
“政治家們對市場政治操縱的想法過於驚慌或過於投入，”聖母大學政治學副教授尤金·戈爾茨說。“個別公司賺錢或虧錢與在這個特定市場中獲得大規模政治影響的能力之間存在很大差異。”
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這組元素名稱中的“稀土”實際上有些誤導；美國地質調查局 將它們描述為“在地殼中相對豐富”。但提取過程很複雜，因為在地下，這些元素與許多其他礦物質以不同的濃度混雜在一起。原礦經過第一輪加工以生產精礦，然後運往另一個設施，在那裡分離出高純度稀土元素。這些設施執行復雜的化學過程，最常見的程式稱為溶劑萃取，其中溶解的材料透過數百個含液腔室，這些腔室分離出單個元素或化合物——這些步驟可能會重複數百甚至數千次。一旦提純，它們就可以加工成氧化物、熒光粉、金屬、合金和磁體，從而利用這些元素獨特的磁性、發光或電化學特性。稀土磁體、金屬和合金的強度高且重量輕的特性使其在高科技產品中尤其有價值。
最初為 2011 年 10 月號的大眾科學 製作。 鳴謝：Jen Christiansen。 來源：《2011 年礦產商品概要》，美國內政部 和 USGS
中國目前擁有世界大部分的分離設施——但如果中國停止出口提純後的材料，仍然存在其他選擇。戈爾茨說，在短期內，依賴這些礦產的美國公司可能會有庫儲存備，以應對短暫的供應短缺。戈爾茨曾在 2010 年至 2012 年擔任五角大樓負責製造業和工業基礎政策的國防部副助理部長的資深顧問。為了延長這些庫存的使用時間，整體市場可以優先考慮稀土元素在軍事和醫療技術等關鍵應用中的使用，同時迫使耳機或高爾夫球包製造商支付更高的價格。“我不認為會存在明顯的供應缺口或漏洞，導致有人無法獲得普銳斯或特斯拉或他們正在關注的任何東西，”戈爾茨說。
戈爾茨解釋說，如果中國的供應長期中斷，位於加利福尼亞州芒廷帕斯 (Mountain Pass) 的美國稀土礦可能會成為第一個提高產量的地方。該礦的前任所有者 Molycorp 花費了大約 15 億美元建造了一個新的分離設施，用於生產稀土精礦。然而，由於中國的競爭，該公司在 2015 年破產之前，並沒有完成生產提純稀土材料所需的下游加工。該礦的新所有者 MP Materials 計劃重新啟用並完成 該已停產的設施，於 2020 年開始重新運營。
另一種選擇是澳大利亞公司 Lynas Corp.，它是中國境外世界唯一重要的稀土生產商。該公司目前在澳大利亞的韋爾德山 (Mount Weld) 經營一座礦山，並將礦石運往馬來西亞的一家分離工廠，該工廠可以提純稀土材料——但複雜之處在於，某些礦石含有放射性釷。最近，人們對分離工廠產生的低水平放射性廢物 的環境擔憂導致 Lynas 宣佈將將一些“上游”加工（涉及放射性）移回澳大利亞，同時將“下游”加工保留在馬來西亞。該公司還宣佈將與總部位於德克薩斯州的 Blue Line Corp. 合作，在美國建造一個新的分離設施，最早將於 2022 年開始運營。
除了現有礦山之外，開採其他資源的公司可能會開始從不同材料的礦床中提取稀土元素。例如，美國將來可以從發電廠的煤灰和煤礦開採廢料中獲得這些元素。與礦石混合在一起的放射性物質最終可能會產生積極作用：如果基於釷的核電站被證明是可行的，那麼擴大的釷開採 也將產生可用的稀土礦物。研究人員甚至已經開始研究日本附近海底沉積物中大量濃度的稀土元素。
少即是多
一些依賴稀土元素的行業正在跳出框框思考，尋找完全繞過採礦的方法。畢竟，中國和其他地方的此類業務具有重大的環境影響，在缺乏嚴格監管的情況下，可能會威脅人類健康。某些礦石中存在放射性釷就是一個例子。此外，一些採礦和分離過程涉及產生有毒廢水的 化學物質。所有這些危險的副產品都需要仔細的儲存和處置。
由於中國威脅要將 其在稀土元素方面的優勢武器化，因此更多公司可能會投資於創新，從而可以用其他東西替代這些材料。戈爾茨指出 2010 年發生的一起事件，當時中國暫時切斷了日本的稀土元素供應。此後，豐田和本田等日本汽車製造商開始開發混合動力汽車電機，這些電機大大減少 甚至 消除了 電動機中使用的強磁體中的稀土元素，例如鋱和鏑。
在 2010 年的供應恐慌期間，其他使用稀土元素的大型行業也發現，它們可以不用其中的一些元素。當價格上漲時，煉油廠運營商暫時停止使用稀土元素鑭，鑭可以提高煉油效率。玻璃製造行業基本上放棄使用稀土元素鈰進行拋光。儘管與國家安全相關的行業無法完全放棄稀土礦物，但戈爾茨認為，美國軍方的需求可以“很容易地透過非中國生產來滿足”，因為這種需求僅佔市場總量的不到 5%。
減少、再利用、再迴圈
無論如何，各種行業將繼續嚴重依賴稀土礦物。賓夕法尼亞大學化學教授埃裡克·謝爾特說，為了在不依賴中國或美國礦山的情況下獲得這些礦物，他們可以回收已在產品中使用的元素。謝爾特的研究專案包括開發新的化學工藝，用於從礦石中分離稀土元素。“這裡的吸引力在於，為了從礦石材料中提純稀土元素，已經投入了大量的能源和產生了大量的廢物，”他說。“考慮到在技術裝置中，與礦石相比，它們通常相對純淨，因此簡單地將它們扔掉是浪費的。”
他指出了學術界和政府實驗室的許多研究專案：後者包括美國能源部在艾姆斯實驗室和橡樹嶺國家實驗室的關鍵材料研究所。例如，稀土元素，如釹和鏑，經常在永磁體中組合使用。為了分離它們，謝爾特的實驗室開發了化學工藝，可以選擇性地溶解一種稀土元素，而另一種稀土元素保持固體狀態。他說，這是一種“快速高效的金屬分離方法”，但目前的成本與採礦相比沒有競爭力。不過，他認為這種情況可能會改變，因為稀土元素的市場價格目前被“人為地壓低”——它沒有考慮到採礦和分離過程中的廢物處理成本。如果這些材料的回收版本被宣傳為比開採的稀土元素更清潔的替代品，那麼可能會鼓勵尋求更環保形象的公司為它們支付更高的價格。
“消費者認識到公平貿易咖啡的重要性以及血鑽的後果，”謝爾特說。“有理由認為，符合道德規範的鈷以及清潔或回收的稀土元素可以為這個行業貢獻更可持續的圖景。”