2000—2022年中国钕动态物质流分析
作者：蔡浚旭¹²³,文博杰²³,韩中奎²³,代涛²³,闫强²³
单位：1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院；2.中国地质科学院矿产资源研究所；3.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心
稀土作为一种战略资源，是改造传统产业、发展新兴产业及国防科技工业不可或缺的关键元素，被广泛应用于航空航天、国防军工、电子信息、环境保护、交通运输、风电光伏等领域，预计到2035 年，需求量将大幅增加。在所有稀土元素中，钕在消费领域和经济领域都具有重要地位，预计未来仍将是最关键的稀土元素之一。稀土中的钕元素在全球能源绿色低碳转型过程中发挥关键作用，被欧盟确定为关键矿产原材料之一，被美国和澳大利亚确定为关键矿产，被中国确定为战略性矿产，被日本确定为稀有金属，被联合国环境规划署确定为绿色稀有金属。中国是全球钕供应的绝对主体，根据美国地质调查局（USGS）及《中国稀土学会年鉴》的相关数据折算，2000—2022 年，全球累计生产钕51.15 万 t，其中，中国累计生产钕40.88 万t，全球占比79.92%。在中国提出“双碳”政策的大背景下，能源结构转型成为必然趋势，国内市场钕需求量持续增加，对钕资源的供需平衡构成挑战。
物质流分析（Material Flow Analysis，MFA）广泛应用于金属资源物质循环、使用效率及生产结构等相关分析。基于物质流分析法，目前已开展了铜、铁、铝、钨、钴等的分析研究，在稀土资源管理领域也有少量尝试。围绕稀土开展的物质流研究，通常以全球、中国、美国、欧盟、丹麦、瑞士等典型国家或地区为空间边界，研究的稀土元素类别包括镝、镨、铕、铈等。近年来，稀土钕元素受到研究者越来越多的关注，已开展了大量物质流分析。CIACCI 等、GUYONNET 等及ROLLAT 等以欧盟为研究的空间边界，开展了钕物质流分析，探讨了钕的供需形势、供应和回收潜力等问题；FISHMAN等、NASSAR 等则针对美国的电动汽车和风力发电未来需求，对钕的需求进行了预测研究；CAO 等、HABIB 等、SWAIN 等分别以丹麦和韩国的钕物质流动为研究对象，对其回收潜力进行分析和探讨。相关研究成果为钕产业可持续发展提供了重要支撑。
目前，已有的中国钕物质流研究以单年度的静态物质流分析为主，生命周期动态物质流分析较少，无法动态刻画中国钕物质流动的历史演变规律和未来的变化趋势。本文构建了2000—2022 年中国钕生命周期动态物质流分析模型，分析了国内钕物质流动情况，深入探究了钕流量、在用存量和消费结构变化规律，研究结果对于厘清钕的供给结构变化及在用存量演变具有重要意义，可为中国钕资源产业结构调整、产品技术革新和回收利用政策制定提供重要依据。
钕物质流分析模型建立
1.1 钕物质流分析方法
物质流分析是刻画社会系统和生态系统中物质或元素在给定时间和空间边界内存量和流量变化的定量分析方法，用于分析矿产资源在开采-冶炼-加工-消费-回收全过程物质的流量、流向、存量及各环节的效率、效益和环境效应。本文采用物质流分析法，构建中国钕物质流分析框架，开展钕资源生命周期物质流分析，钕物质流系统边界如图1 所示。
钕物质流分析模型主要由采选矿阶段、冶炼分离阶段、加工阶段、制造阶段、使用阶段、废物与回收阶段等六个阶段组成，各阶段钕物质流动遵循质量守恒定律，即钕资源的输入量等于输出量。
1.2 数据来源和计算方法
1.2.1 数据来源
采选矿阶段和冶炼分离阶段的相关数据来自于美国地质调查局（USGS）、中华人民共和国工业和信息化部、稀土行业发展规划、《中国稀土学会年鉴》；各环节进出口贸易相关数据来自中国海关、联合国贸易数据库（UN Comtrade）；加工阶段、制造阶段、使用阶段的相关数据来自国家统计局、中华人民共和国工业和信息化部、CBC 金属网、上海有色网、安泰科等行业报告及相关行业协会数据，如中国汽车工业协会、中国自行车协会、中国可再生能源学会风能专业委员会、中国电梯协会等；关键参数数据来自相关参考文献和行业报告；本文所涉及数据，如无特殊说明，均代表钕的质量；本文研究的时间边界是2000—2022 年，空间边界是中国大陆。
本文涉及的国内稀土精矿包括三种来源，分别是包头轻稀土矿，四川、山东的氟碳铈矿轻稀土矿，以及离子型稀土矿；冶炼分离产品包括氧化钕、氯化钕、氟化钕、碳酸钕及钕的其他化合物等五类；中间产品包括钕铁硼永磁铁、镍氢电池、陶瓷、玻璃、汽车催化剂和其他合金；终端产品包括风力涡轮机、传统汽车、新能源汽车、电动自行车、空调、冰箱、扬声器、真空吸尘器、微波炉、微型电子计算机（台式电脑和笔记本电脑）、移动电话、载客电梯和工业机器人等使用钕铁硼永磁铁的相关产品，主要含钕产品的钕含量系数见表1。
1.2.2 计算方法
1）流入量和流出量核算，计算见式（1）～式（3）。
2）贸易量核算。研究涉及中国海关数据，对钕质量进行计算，见式（4）。
3）动态物质流分析。采用自上而下的物质流分析法，计算见式（5）和式（6）。
结果与讨论
2.1 钕物质流量分析
2.2 在用存量分析
结论与建议
3.1 结论
本文基于物质流分析法，建立了2000—2022 年中国钕生命周期动态物质流分析模型，阐明了钕贸易及消费结构的变化规律，评估了钕的消费量和在用存量历史变化趋势，主要结论如下所述。
1）2000 年，中国钕的开采量大于需求量，大量精矿被出口或进入库存，2000 年后，钕需求量迅速增长，开采量从2000 年的1.18 万 t 增长到2022 年的3.41 万 t。在产业结构和稀土相关政策进行调整的情况下，中国钕精矿进出口贸易结构发生改变，2000 年，进口钕精矿683 t，出口精矿9 661 t，2022 年，进口钕精矿增长到19 955 t，未有钕精矿出口，中国由稀土精矿净出口国逐步转变为净进口国。
2）钕贸易格局有所改变，2000—2022 年，中国钕出口总量为31.29 万t，进口总量为13.38 万t。2010年前，含钕产品出口贸易中，冶炼产品占据较大的比重，随着时间的推移，中间产品的出口量在整体出口贸易中占比逐渐增大，并逐步成为出口的主导力量，终端产品的出口份额在出口贸易中占比较少。
3）钕消费量持续增加，2000—2022 年，中间产品中的钕消费量累计达到42.76 万t。中间产品的消费结构以钕铁硼永磁铁为主，储氢电池领域的占比减少，除此之外领域的钕消费量占比保持稳定。终端产品方面，2010 年以前，传统汽车和家用电器是主要的钕消费领域，2010 年后，新兴产业蓬勃发展，风力涡轮机的消费量大幅上升，由2000 年的17 t 增长到2010 年的1 058 t。2022 年，新能源汽车领域钕消费量为4 113 t，已成为中国钕的第二大应用领域。
4）钕的回收利用具有显著的潜力和广阔的前景。2000—2022 年，中国钕在用存量达到19.65 万t，累计报废量达到1.39 万t。钕在用存量主要集中在家用电器和传统汽车两个领域，分别达到3.60 万t 和3.21 万t。随着科技进步和能源转型，风力涡轮机等新兴产业对钕的需求不断增加，在用存量快速增长，回收潜力逐步凸显。
3.2 建议
基于钕动态物质流分析结果，针对中国轻稀土资源消费与回收循环利用发展所面临的主要问题，提出以下建议。
1）深化产业结构调整，筑牢钕资源供需安全屏障。当今世界百年未有之大变局加速演进，全球地缘政治局势紧张，国际钕资源供应的不确定性增加。新兴产业技术突破可能导致钕资源供不应求，增加上游供应风险。因此，需进一步优化钕产业结构，加大稀土资源勘查评价、高质化利用和规范化管理力度，做好氧化钕等稀土资源战略储备。
2）加速产品技术革新，推进中国钕产业高质量发展。中国作为全球钕产品主要进出口国，具备钕全产业链优势，但是市场竞争激烈，产品缺乏差异性。中国钕产业正处于技术革新的关键阶段，亟需突破关键技术“卡脖子”的难题。因此，需要加大相关高技术领域研发投入，开发新型材料，扩展高性能钕产品在机器人、生物医疗等领域的研发应用，同时给予技术创新企业与研究机构政策优惠和扶持，为其发展保驾护航。发挥我国钕全产业链优势，加强以国内主导的国内外企业合作发展，构建国内钕相关企业良性竞争环境，增强品牌优势，扩大高端产品市场份额。
3）推动绿色产业聚能，构建钕资源回收再利用循环体系。中国“双碳”目标的提出为钕产业带来新的机遇和挑战，但钕资源回收利用体系尚未形成。中国在用存量巨大的钕铁硼永磁铁回收常用的火法回收技术与湿法回收技术存在能耗高、环境影响大等缺点，目前，迫切需要推动新型回收技术从实验室阶段走向实际应用，以满足企业对环保和可持续发展的需求。在国内以针对性政策为导向，推动建立含钕废弃物监管体系，刻画钕资源生命周期在用存量动态数据图谱，构建“开采-生产-消费-回收-再生产-....”的绿色循环体系，延伸资源价值链，将钕资源价值“吃干榨净”，为行业可持续发展提供驱动力。在国外打通钕资源回流渠道，与“一带一路”沿线国家共建合作机制，共同推动绿色清洁技术创新，实现终端产品“出口-废弃回收-钕回流”的国内外循环机制，从而形成区域资源绿色循环利用模式。
第一作者简介
蔡浚旭：女，硕士研究生，主要从事金属动态物质流分析等方向研究。单位：1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院；2.中国地质科学院矿产资源研究所；3.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心。
通讯作者简介
文博杰：男，博士，研究员，主要从事资源经济与资源战略研究。单位：1.中国地质科学院矿产资源研究所；2.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心。
引用格式
蔡浚旭，文博杰，韩中奎，等. 2000—2022年中国钕动态物质流分析[J]. 中国矿业，2024，33（9）：1-11.
CAI Junxu，WEN Bojie，HAN Zhongkui，et al.
Dynamic material flow analysis of neodymium in China from 2000 to 2022[J]. China Mining Magazine，2024，33（9）：1-11.
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