挖掘煤炭附加价值代世峰院士解读煤中关键金属开发潜力

　　近期，中东冲突持续，霍尔木兹海峡海上交通中断、中东多座铝工厂遇袭停产，暴露出全球关键矿产资源供应链的脆弱性，推动全球多种关键矿产价格大幅攀升。

　　在这些矿产中，各类关键金属资源与新能源、电子、航空航天等重点产业发展息息相关。如何构建有韧性的关键矿产供应链，正成为各国关注的焦点。我国关键金属资源储量大，但部分金属矿产品位低、开发难的问题仍然存在。

　　中国科学院院士、中国矿业大学(北京)教授代世峰日前在接受记者采访时指出，煤炭中含有多种金属元素，可以成为关键金属供应的重要来源。我国是世界主要的煤炭开采和消费国，煤中锗早已被工业化开发利用，近年从煤炭中提取铝和镓等金属的尝试也取得一定成果。未来，燃煤发电产生的大量粉煤灰有望成为供应关键金属的“矿山”，这不仅能让煤炭成为兼具燃料和资源属性的关键矿产，也可“变废为宝”，将煤炭资源“吃干榨净”。

　　煤中金属有哪些?

　　代世峰说，从煤炭中提取金属的技术并非近年才出现。“二战后，煤炭曾是铀的重要来源，支撑美国、前苏联早期核工业发展。后来，伴随勘探技术进步，煤中提铀逐渐被成本更低、提取更简单的商业铀矿取代，但铀是煤炭中提取出的第一个关键金属，也是煤中关键金属开发利用的里程碑。”

　　目前，煤系金属中开发较成熟的是锗，被广泛用于光纤、光学仪器制造，给卫星和空间站供电的砷化镓光伏电池也用锗作为衬底。我国云南临沧的锗矿原本是一座含铀煤矿，但该矿锗的价值远远超煤，如今已成为我国主要的锗资源基地之一，矿产品不仅供应国内，也销往海外。此外，内蒙古也有规模很大的煤中锗矿床。

　　而在光伏、储能电池、电动汽车等新能源产业中常用的铝、锂和镓，也可从煤炭中提取。例如，内蒙古准格尔的煤炭就富含上述三种金属元素，当地的哈尔乌素和黑岱沟煤矿总产能达6000万吨，还配有坑口电厂。代世峰表示，电力是主要的耗煤行业，燃煤发电产生的大量粉煤灰是提取关键金属的“矿山”。“准格尔当地的坑口电厂用煤来源固定，粉煤灰中的金属元素含量高、比例稳定，有很高的利用价值。”

　　此外，粉煤灰也是全球锗生产的主要原料。近年国内还有多家企业创新粉煤灰应用，取得一定成果。例如，大唐发电下属企业利用粉煤灰生产硅铝合金，原本发电产生的废物“变身”集轻质、高强度、耐磨和耐高温优势于一身的工业材料，可被应用于汽车、电子和航空领域。也有煤炭企业尝试从粉煤灰中提取铝、镓和锂，不仅节约废物处理的支出，氧化铝生产成本也低于市场平均水平。

　　代世峰说，不仅粉煤灰，含有金属元素的矿井水、煤炭开采伴生的矸石也有成为“关键金属矿山”的潜力。

　　煤中金属从哪来?

　　煤炭的本质是地质历史年代的植被，被掩埋在地下形成矿床。为什么曾经的植被中会有金属?代世峰说，这主要源于蚀源区。

　　所谓蚀源区，是以侵蚀为主、提供沉积物来源的泥炭沼泽周边高地，是包括煤中矿物质在内的沉积岩的主要碎屑物质来源。“简而言之，煤炭的前身泥炭多沉积在原本是盆地的区域，周围地势高的蚀源区如果金属元素丰富，在降雨、河流、风力等作用下，蚀源区的金属元素就会被带入盆地。”代世峰指出，对植被生长而言，这些金属元素等矿物质也是很好的养料。“时过境迁，大片植被演变为煤炭，金属元素便富集在煤中。准格尔煤炭中富含的铝和镓，就是由曾经的蚀源区而来。”

　　“另一种能滋养植物生长又能带来金属元素的，是火山灰。”代世峰说，碱性火山灰含有丰富的铌、锆和镓等元素，碱性火山喷发沉降在泥炭沼泽，在未来形成的煤层中便含有这些金属元素。我国云南东部、贵州西部、四川南部和重庆的煤炭富集铌、锆和镓等金属元素，主要就与碱性火山灰有关。此外，热液流体也可能溶解部分金属元素，顺着断裂带等通道注入泥炭沼泽，使得煤中富集关键金属元素。

　　整体看，我国煤炭中的关键金属种类丰富，主要分布在从内蒙古东南到云南的纵向条带上。代世峰介绍，我国有14个亿吨级煤炭生产基地，这一条带上就分布9个，新疆煤炭提取关键金属的潜力也很大。煤炭的资源化利用和能源保障相辅相成，国内煤炭基地配套的洗选、化工、煤电等设施齐全。“利用粉煤灰、矿井水甚至矸石提取关键金属不仅可以‘变废为宝’，也是将煤炭资源‘吃干榨净’。”

　　代世峰表示，当前，美国、澳大利亚和俄罗斯等煤炭大国都在推进提取煤炭中金属资源的研究，虽然有的国家已形成比较明确的规划路线，且研究进展较快，但我国依然有着独特优势。我国煤炭产业链完善，煤炭从单一燃料向原料和燃料并重的转变正加快推进。“近年来，新能源等新兴产业对关键金属的需求不断扩大，煤中关键金属开发大有可为。当前，我国已在锗开发上积累了丰富经验，为提取煤炭中的其他关键金属打下坚实基础。”

　　如何解锁“金属宝库”?

　　近年来，关键金属矿产成为大国博弈的焦点，这些资源的供应和国家的新兴产业、重要产业发展息息相关。丰富关键金属来源、构建有韧性的供应链，可以提升我国在关键矿产领域的话语权。代世峰指出，对我国而言，从煤炭中提取关键金属是一个新领域，我国煤炭产量、消费量全球领先，煤炭中的“金属宝库”正等待解锁。

　　围绕煤炭中的关键金属提取，我国该如何系统布局?代世峰认为，摸清资源“家底”是第一步。“我们要搞清哪些地方有怎样的煤，这些煤中又富集哪些金属。还需要研究这些金属资源的赋存状态，有针对地研究提取技术，这需要有组织、有深度、有创新的科研体系。”

　　同时，煤炭中的金属资源多样，结合实际需求规划开发路线也很重要。代世峰指出：“现在，锗、铝和镓等金属的提取已取得一定成果，这些金属应用范围广、需求大。从煤炭中提取这些金属的成本有望低于传统开采方式，商业化开发潜力较大。锂和锆也是重要资源，但在煤中的丰度不如传统金属矿床，这些煤中的金属及其相应的提取技术则可作为战略储备，发挥兜底保障作用。”

　　代世峰也提到，提取煤中关键金属也面临一些挑战。“例如，电厂重视煤炭燃烧稳定性，销售方会将不同产地、不同热值的煤炭掺配到一起，满足电厂的定制需求。不同产地的煤炭含有不同含量的金属元素，批次不同，掺配煤炭产地也不同。这就造成同一电厂粉煤灰中的金属含量总在变化，给金属提取带来困难。”

　　“此外，有些煤矿的关键金属价值高于煤炭价值，未来如果将煤炭转化为金属等资源售卖，可以提升企业效益。但这样一来，企业生产的是煤炭还是金属?这背后的矿权界限仍需厘清。”代世峰说，要进一步开发煤炭中的金属资源，不仅需要行业企业积极探索，也需要统一规划和政策支持。(中国能源报)