日本稀土回收、替代技术发展现状

日本稀土回收、替代技术发展现状稀土是重要的战略资源，以其优异的光、电、磁等性能，广泛的应用于永磁、发光、超导、汽车工业、清洁能源、医疗器械等高科技产业和国防安全领域。稀土对国家的经济发展和科技进步都起着至关重要的推动作用。1．当前国际稀土产业形势自2010年，中国政府加大环保治理力度，整顿中小型稀土企业，严格取缔乱采滥挖、盗采走私等行为并实行稀土产品出口配额后，中国稀土产业生产秩序有了很大改善，稀土价格也有了很大提高。目前，中国的稀土产业整合已取得较大进展，初步形成了北方以包钢稀土为代表，四川以江铜为代表，南方五省以中铝、中国有色、中国五矿、广晟稀土、赣州稀土集团、厦门钨业为代表的产业格局。在国外，在稀土价格暴涨的时期，有几百个矿山项目启动。此后，随着稀土价格的下跌，再加上金融危机的影响，目前这个数字已经下降到了不足50个。现在，美国钼公司及澳大利亚莱纳公司已经相继投产。最新披露的第二季度报告显示，钼公司第二季度稀土产量为3039吨，莱纳公司第二季度产量为144吨。2015年前有可能投产的稀土项目还包括越南都巴奥稀土项目，印度稀土公司的稀土项目，西部矿业公司的稀土项目，澳大利亚达博氧化锆提取稀土项目，哈萨克斯坦稀土项目等。尽管如此，由于这些稀土项目大多为轻稀土项目，今后，在磁性材料、镍氢电池等领域有着重要应用的镝、铽等重稀土资源仍会面临严重短缺的问题。2．日本稀土资源战略日本是世界上消费稀土最多的国家之一，绝大部分稀土资源都依赖进口，特别是从中国进口。早在1983年，日本政府就提出了“稀有矿产战略储备制度”，储备对象包括镍、铬、稀土等10种稀有金属。此外，1985年，13本着手建设了占地面积达3．7万平方米的国家储备仓库，同时将储备物资分批转移到国家储备仓库。后来，Et本经济产业省又发布了“确保稀有金属稳定供应战略”，确定由日本石油天然气和金属矿物资源机构(JOGMEC)和“特殊金属储备协会”在政府和民间实施稀土储备相关战略。据日本2008年“稀有金属”数据库的统计，日本已成功完成50年稀土储备。与此同时，日本多家企业也早就开始在中国以外的国家投资稀土资源，比如：在越南，丰田通商与日本双日株式会社(三和财团的综合商社)、越南煤矿工业集团共同获得了越南莱州省都巴奥稀土矿的开采权，该矿年产5000吨REO，相当于日本年需求的四分之一；日本昭和电工(富士财团)决定投资3亿日元在越南扩建稀土合金原料工厂，生产电动汽车用镝、钕铁合金原料；日本石油天然气和金属矿物资源机构与越南设立联合研究中心。在哈萨克斯坦，日本住友商事与哈国家原子能公司(Kazatomprom)合作成立合资公司，从事“镝”的生产和出口。在印度，日本丰田通商与印度国有稀土有限公司合作稀土开发和进出口，未来印度将有可能满足日本14％稀土需求。在澳大利亚，莱纳公司同日本双日株式会社签署稀土销售协议。莱纳公司每年至少向日本市场出售约8500吨稀土产品。在马来西亚，日本石油天然气和金属矿物资源机构与日本三德株式会社等共同对马来西亚的磷钇矿展开堪查，2013年2月前制定出开采计划，向日本国内供应。今年，日本《产经新闻》最新透露，日本在其最东端的南鸟岛专属经济区发现了含有稀土的海泥。检测后，这个矿床的稀土储藏量是中国的10倍以上，能够满足日本消费数百年。但同时有消息评论说，虽然该海域作为资源开发的可能性很高，但是目前要对其开采开发还存在许多问题。3．日本稀土回收、替代技术的发展面对国内可用稀土资源短缺、稀土供应紧张等问题，日本除了采取了上述方式获取稀土资源外，还在中国成立稀土合资公司。另外，日本还积极开发稀土的回收、替代技术。实际上，日本很早就开始了稀土元素提取技术的开发。1967年，日本公司开发出“溶媒萃取分离法”，就已成功的实现了十几种性质相近的稀土元素的分离并将其产业化。日本自然资源匮乏，自中国实行出口配额制，更是加剧了日本相关公司对未来的担忧，从而也加速了日本研发稀土回收、替代技术的步伐。2011年2月25日，日本经济产业省称，将向日本私营企业发放总额达331亿日元(约合人民币26．6亿元)的补贴，用于鼓励企业开发稀土回收利用和减少稀土用量技术以及拓宽稀土进口渠道等。这项补助政策将面向110个公司的160个项目。此外，日本经产省还计划追加投人90亿Et元。若加上企业自身的投资，项目总规模预计将高达1100亿日元。(1)日本各大学及科研院所的稀土回收、替代技术研发情况早在2007年，日本文部科学省和经济产业省以及经济、经贸工业部共同发起了“元素战略计划”和“稀有金属替代材料开发计划”。在“稀有金属替代材料开发计划”的政策支持下，日本东北大学承担了开发减少钕铁硼磁体中镝的用量的技术；日本产业技术综合研究所承担了开发减少荧光粉中铽和铕的用量的技术。截至2010年11月，二者都开发出了稀土用量减少20％的技术。2011年3月，据《朝日新闻》网站报道，日本东北大学宣布，已成功开发出一种无需稀土即可获得强磁力磁铁的技术。这种“无稀土磁铁”的磁力可与用于混合动力车和家电中的钕铁硼磁体的磁力相匹敌。除此之外，在“稀有金属替代材料开发计划”的支持下，日本精细陶瓷中心和立命馆大学等研究小组也正在开发替代CeO：的玻璃研磨剂。2010年10月，日本东京大学冈部彻教授的研究团队成功研发出从高性能电机用钕铁硼磁铁中回收稀土的新技术。据称，该技术成本低且不会对环境造成污染。2010年11月，松下仁丹株式会社与大阪府立大学宣布，他们已经合作开发出了利用一种小型胶囊从工业废水中高效回收稀有金属的新技术。这是一种利用微生物回收稀有金属，如钯和铟的工艺，这种工艺也可能用来回收稀土。据日本《读卖新闻》2013年5月报道，日本松下仁丹和三菱商事公司将于年内向日本工厂出售或租赁此产品。2011年9月，据《西日本新闻》报道，福冈县产学官联合着手推广从荧光管中回收稀土再生资源化技术的应用。这项工作在日本属首次尝试。此次福冈县循环利用综合研究所着眼推广的是：北九州市循环荧光管生产销售企业“J-RELIGHTS”与九州大学工学研究院共同研发的提高回收荧光粉中稀土浓度的技术，三井金属与大牟田市稀土生产企业“日本钇”研发的从荧光粉中提纯稀土技术。2013年8月，据《日本经济新闻》报道，广岛大学与爱信精机子公司爱信COSMOS研究所日前共同研发出使用生物DNA回收稀土的技术。该技术通过使大马哈鱼、鳟鱼的DNA吸附稀土类金属并注入酸性水溶液，可回收纯度高达90％以上的钕、镝等。(2)日本生产企业的稀土回收、替代技术研发情况2010年12月，日本日立制作所宣布成功研发出从计算机硬盘驱动设备及废旧空调压缩机中迅速分离含稀土磁铁，并从分离出的磁铁中回收利用钕和镝等稀土元素的新技术。据称从一个硬盘中可回收2—3克稀土，从压缩机中可回收20～30克。研究人员还称，新技术投产后最少可保证日立集团10％的稀土需求。2012年1月，据日经中文网报道，13本电产公司宣布将量产不使用稀土材料的新一代“SR马达”。这种马达主要用于电动汽车(EV)和混合动力车，并将于2013年开始向日本国内外的汽车厂商供货。为应对稀土价格上涨，公司将通过替代技术的使用来加快汽车市场的开拓。2012年4月，日立制作所宣布已经开发出不使用稀土的节能型工业电机，此次开发成功的主要是工厂和大厦的送风机和风泵等设备用工业电机。该电机用磁体不含稀土，仅是通过改用核心部件铁芯的材料提高工作效率，与使用稀土的产品相比具有同等性能。日立计划2014年投产。2012年4月，三菱电机集团开始全面推行稀土回收项目。最初，公司计划回收电视机、冰箱、洗衣机和空调等四种家用电器中的稀土元素，但后来证明，空调中的稀土元素最适合回收利用。公司将回收空调电机中的钕和镝等稀土元素。2012年5月，据日经中文网报道，日本信越化工引进的新工艺将大幅减少电机用高性能磁体中镝的用量。新工艺是在磁体表面涂镝，从而减少了稀土用量。公司还计划2013年春季前，将空调用磁体全部更换为镝用量减半的产品；混合动力车用磁体也考虑将用量减半；另外，信越化工还将通过改进磁体材料成分、改善耐热性等方法，将硬盘驱动器用的磁体中镝的用量减至零。2012年7月，日经中文网称，日本TDK公司开发出不使用稀土的铁氧体磁铁，并计划从2013年开始实施量产。TDK公司此次开发的铁氧体磁铁既不含稀土镧也不含稀有金属钻等，但通过引人将磁性体粒子粉碎等新工艺，性能与添加约3％的镧等材料的高性能铁氧体磁铁基本一样。新型铁氧体磁铁可广泛应用于汽车的电动座椅、电动窗以及电动后视镜等的中小型马达，也应用于空调和洗衣机等领域。2012年8月，新华网称，日本东芝公司宣布研发出一种发动机用高铁浓度钐钴磁铁，这种磁铁完全不含稀土元素镝，但磁力比现在广泛使用的耐热型钕磁铁强。东芝公司称，新研发的高铁浓度钐钴磁铁使用了东芝公司独立研发的热处理技术，使原本磁力不如钕磁铁的钐钴磁铁在100摄氏度以上环境中拥有了超越耐热型钕磁铁的强磁力。为了增大磁力，研发人员将铁的重量比从原来的15％提升到20％甚至25％，并在烧结时调整温度、时间、压力以达到最佳状态，从而降低了阻碍磁力增大的氧化物等因素的作用。东芝公司计划2012年末将这种新磁铁投入市场。2012年8月，日本安川电机公司宣布将采取措施削减伺服电机用磁体中的稀土用量。在公司推出的伺服电机拳头产品中，功率较小的机型采用了无镝的钕铁硼磁体；输出功率中较大的机型采用少镝钕铁硼磁体(镝含量从原来的5％下降到2％)。同时，还在开发完全不使用稀土的伺服电机产品，预计该产品将于2013年底投产。今年3月，日本本田公司率先建立了混合动力汽车镍氢电池循环利用机制，将混合动力汽车镍氢电池回收的稀土，作为镍氢电池材料再利用。这是世界上首次实现稀土资源的循环利用。之前，本田公司在日本重化学工业株式会社的工厂，曾成功从废旧的镍氢电池中提取了含有稀土的氧化物。此次，通过对该氧化物进行进一步电解处理，成功提取出可直接用于镍氢电池负极材料的稀土金属。用这种方法提取的稀土纯度达到了99％以上。今年5月，据CTIMES网站介绍，松下最新开发了一种新的液晶背光源用荧光体材料，该材料中的稀土含量只有不到过去的十分之一，因而成本降低了一半以上。这种新的液晶背光用荧光体材料性能不变，同时也能用于发光二极管LED。综上所述，日本的多数大学、科研院所与企业的回收方向主要集中于对磁性材料中稀土的回收替代。永磁材料一直是稀土的重要应用领域，也是镝、铽等重稀土需求较高的领域。在当前重稀土的供应依然紧张的形势下，未来，如果没有新一代永磁材料的出现，稀土永磁在重要领域的应用还是不可撼动的。因而，研发含有少量或不含稀土的磁性材料对节约我国的重稀土资源，发展我国稀土产业也具有重要的战略意义。