放射性矿石独居石能否打破中国对稀土的掌控？

放射性矿石能否打破中国对稀土的垄断？

独居石矿石是强力电机磁体的关键——如果我们能妥善处理它

A single earth-moving vehicle drives on a terraced area in a surface mine.

澳大利亚西部的Lynas稀土公司Weld矿包含大量独居石矿石

Lynas稀土公司

全球打破中国对关键稀土市场主导地位的运动正在成为21世纪初最具标志性的地缘战略斗争之一。北美洲、澳大拉西亚和欧洲散布着数百家采矿公司、政府机构和工业设施，它们正努力从控制着约90%稀土氧化物和稀土金属市场份额的中国公司手中夺取份额。

稀土是众多关键制造类别依赖的成分：半导体、LED、激光器、显示器、金属合金、光学透镜以及石油和化学加工的催化剂。最重要的是，还有永磁体。本质上所有强力电动机都基于稀土永磁体。这些电动机是电动汽车、供暖和制冷系统、机器人、家用电器和工具的心脏。稀土磁体也用于从战术无人机到弹道导弹潜艇的军事系统的电动机。

本文由《外交政策》杂志和《IEEE Spectrum》杂志合作撰写，《外交政策》是全球政治和思想杂志，而《IEEE Spectrum》是IEEE旗舰杂志。

简而言之，任何希望保持其在关键高科技产业竞争力的工业强国都必须获得稳定的稀土元素或基于它们的产品的供应。这些元素的传统供应链始于中国，现在正日益紧张——以至于一些分析师开始使用“矿物战争”一词。现在正在争先恐后地拼凑替代供应链的国家，无论是独自还是合作，都面临着艰巨的挑战。别提中国稀土巨头的巨大惯性了。很少有行业能像稀土业务一样充满不稳定、风险、阴谋和纯粹的挫败感。

然而，许多稀土专家看到了一条前进的道路，它取决于一种特定的矿石，称为独居石。这种矿石含有大量的有价值的稀土，包括钕、镨和镝。

“未来属于独居石，”分析师、顾问和作家杰克·莱夫顿断言。莱夫顿自1962年以来一直在研究稀土行业，他见证了无数的趋势、公司和技术的兴衰，他并不倾向于笼统的声明。但在独居石的问题上，他持乐观态度。“在我看来，目前，独居石是最重要的稀土矿石，”莱夫顿说，他也是关键矿产研究所的联合主席，该组织正在促进北美供应链的创建。

独居石矿的优势是什么？

地球上有大量的独居石矿，分为两种形式。在澳大利亚、加拿大、中国和南非，巨大的独居石矿床呈穿过山脉和破火山口的硬岩脉形式。然而，对独居石的新兴趣主要集中在第二种类型，称为重矿物沙。这些沙是数百万年来的风、水和重力将富含矿物的岩石崩解成颗粒，然后在地中海沿岸或河床旁积累的结果。

一种特别有吸引力的独居石矿石形式存在于重矿物沙中，例如巴西海滩上的这些。Travel Pix/Alamy

在这些矿石中，独居石相对较硬且化学性质不活泼。独居石可能只占几重量百分比，但它通常含有45至70重量百分比的稀土，在许多情况下，它还含有制造磁铁所需的所有稀土：钕、镨、镝和铽。

“你能找到的稀土元素的最佳分布就在独居石中，”前Neo Performance Materials首席执行官、现任多家稀土公司董事或顾问的康斯坦丁·卡拉亚诺普洛斯说。“真正重要的是那四种元素。”镝和铽都是重稀土的例子，它们特别受欢迎，而它们通常不包含在最常见的稀土矿石——氟碳铈矿中。

澳大利亚、巴西、印度、马达加斯加、莫桑比克和南非拥有大量的含独居石的重矿物沙矿，中国、爱达荷州、印度尼西亚、马来西亚、斯里兰卡、泰国、美国东南部以及越南也有较小规模的矿藏。

一位地质学家在南非斯廷坎普斯克鲁姆矿指出硬岩独居石矿的暗色矿脉[顶部]。来自该矿的矿石样品被收集起来进行分析[上方]。Rodger Bosch/AFP/Getty Images

此外，开采矿石只需进行疏浚或剥离采矿，而开采硬岩矿石则需要爆破、钻孔和重型土地移动。而且，沙矿已经呈颗粒状，因此它们不需要像岩矿那样被粉碎或研磨。从沙矿中分离出重矿物通常可以在采矿现场使用相对廉价的基于磁力或重力的技术来完成，从而为进一步加工留下相对高品位的浓缩物。

现在，重矿物沙矿的坏消息。“问题在于它们往往含有大量的钍，”密苏里州一家稀土咨询公司ThREE的总裁詹姆斯·肯尼迪说。“钍是使用沙矿时最大的问题。”他说，“如果你在开采和处理独居石以获取稀土，每个加工设施最终都会产生数百吨甚至数千吨含钍放射性残渣。”他说，钍的市场只有几个很小的地方用于焊接棒和一些光学器件，所以“你必须储存它。”根据美国核管会和国际原子能机构制定的核材料规则，任何没有计划用途或处置途径的储存放射性物质都被视为核废料。“所以[放射性]责任突然远远超过了你所开采和出售的任何价值，”肯尼迪说。

事情并非总是如此。直到20世纪50年代，独居石才是开采稀土的主要矿石。公司加工来自澳大利亚、巴西和印度的重矿物沙矿，以及来自南非的硬岩，以生产用于示踪弹药、钢合金、打火机和后来的彩色电视荧光粉的稀土。

加利福尼亚州的Mountain Pass矿和加工厂是美国唯一的大规模稀土生产设施。David McNew/Getty Images

稀土生产从独居石转向氟碳铈矿是多种因素共同作用的结果。1949年，在美国加利福尼亚州的Mountain Pass发现了大量的氟碳铈矿矿床。到20世纪60年代初，氟碳铈矿已经取代独居石成为主要的稀土矿石。20世纪90年代，随着稀土生产转向中国，随着该国对如Maoniuping等地的巨大矿床的开发，转向氟碳铈矿的趋势继续发展，这些矿床全部或大部分是氟碳铈矿。

现在，尽管中国以外的任何稀土生产的复苏可能取决于独居石的复兴，但一些观察家正在严格审视控制独居石加工的铀和其他副产品的处理规定的严格性。肯尼迪坚持认为，除非政府现在采取行动，否则这些规定将扼杀中国以外世界的稀土野心。

“你合理化对铀的规定，你将结束美国的稀土危机，”他断言。“你将使稀土从一直稀缺的东西变成一种常见的东西，并且自然地从其他采矿中流出。”

如何利用“废料”扩展稀土加工

肯尼迪的愿景的一个主要例子已经存在于科罗拉多州Lakewood的Energy Fuels公司。它是美国唯一一家被授权加工、处理和储存铀化合物的公司，也是极少数被授权储存任何放射性材料的公司之一。这些许可证使Energy Fuels成为美国唯一被允许为其稀土加工独居石矿石的实体。

“含有1吨镝钷氧化物的超重袋被装载在Energy Fuels的White Mesa Mill的托盘上。Energy Fuels

该公司正积极利用这一独特性。Energy Fuels的主要业务仍然是铀——去年它生产了近500吨。但它已经开始销售稀土氧化物，在犹他州White Mesa Mill的一个小稀土加工设施进行了价值2200万美元的适度投资，在那里它也加工铀。2025年9月，该公司宣布已向韩国的主要永磁体制造商POSCO International Corp.出售了1.2吨镝钷氧化物。大约在同一时间，Energy Fuels透露已筹集了额外的7亿美元。

2025年12月，该公司宣布已生产了少量镝氧化物。为了确保电机磁体在高温下保持功能，需要极少量镝。今天，世界上几乎所有的镝都来自中国。

Energy Fuels表示，它可以在White Mesa Mill每年生产1000吨稀土氧化物。但那里的稀土生产目前与铀运营共享设施，因此它们不能同时生产。其独居石来自化工公司Chemours，该公司在佛罗里达州和佐治亚州开采重矿物沙，以生产钛和锆。Energy Fuels出售的独居石矿石是在Chemours剥离其需要的矿物（即钛铁矿和锆）后剩余的。

化工公司Chemours在美国佐治亚州[此处可见]和佛罗里达州的一些地点开采重矿物沙。从沙中提取的独居石被出售给科罗拉多州Lakewood的Energy Fuels，该公司将矿石加工成稀土氧化物。Chemours

“实际上，独居石就是废料，”Karayannopoulos指出。“所以你不必再挖新矿”来生产它们。

Chemours和Energy Fuels有协议，Chemours每年向White Mesa Mill运送500吨独居石。Energy Fuels还在谈判或已经达成协议，将获得澳大利亚、巴西和马达加斯加巨大储量的独居石矿。这将对其成为世界级稀土氧化物供应商的雄心至关重要。

Energy Fuels的前CEO Mark Chalmers领导了这家铀公司的稀土业务进入。Jesse Rieser/The New York Times/Redux

“我们在打一场持久战，”最近退休的Energy Fuels CEO Mark Chalmers说，他现在是该公司的顾问。“我们目前正在为一个更大的设施进行工程设计，该设施将具备每年生产高达6,000吨稀土氧化物的能力。”他在一次采访中说。相比之下，Lynas Rare Earths在其最新财年生产了约12,000吨稀土氧化物。

在宣布向Energy Fuels提供7.25亿美元有条件的贷款承诺时，美国国防部战略资本办公室表示，这笔交易将帮助Energy Fuels扩大其稀土氧化物的产量，还将帮助该公司实现将其氧化物转化为金属的计划，这是制造磁体的关键步骤之前的一步。

稀土供应链中的风险是什么？

要了解独居石项目可能出什么问题，可以考虑加拿大萨斯卡通的一个项目，萨斯喀彻温研究委员会（SRC）在那里建造并展示了一个从独居石矿石中生产稀土氧化物的中试工厂。这是该国唯一一个稀土提取和分离工厂。一名发言人通过电子邮件表示，该工厂“计划在本年底前投入运行，并在生产爬坡阶段后，于2027年年中投入运营。”发言人未指明“全面运行”的时间，但表示届时该工厂的年产能将在400至600吨稀土金属之间。

但即使这个相对适度的产量也将取决于可靠的独居石“原料”供应。在一个许多顶级人物都使用名字打招呼的行业中，SRC无法获得这种供应是一个公开的秘密。“他们的问题是他们没有足够的原料来持续运行，所以他们正在进行样品运行，”一名业内知情人士告诉IEEE Spectrum。（SRC拒绝为本文提供官方人士。）

2024年4月，SRC宣布与越南组织Hung Thinh Group达成协议，为期五年，每年供应3,000吨稀土碳酸盐。尚不清楚有多少这种原料已经到达SRC设施。越南政府对独居石和氟碳铈矿的出口限制自2022年以来一直有效，并于今年1月成为法律。

但这里的真正转折点是，世界上最大、品位最高的独居石矿之一就在萨斯卡通附近，距离800公里，位于萨斯喀彻温州的阿尔塞斯湖附近。很可能，SRC设施的构思和建造都是考虑到那个独居石矿床的。毕竟，作为一个政府拥有的实体，SRC表示其使命是“帮助萨斯喀彻温州的人民通过提供优质工作和安全的环境来加强经济。”

阿尔塞斯湖矿床由Appia稀土与铀公司拥有。在一次采访中，Appia的首席执行官Tom Drivas大谈特谈SRC与Appia之间可能存在联系的可能性。“SRC将是我们理性的选择，因为，你知道，它位于同一地区，同一省份。他们需要独居石。如果我们能够提供独居石，那似乎是自然的，对吧？”

不过，这很可能不会发生。稀土开采的逻辑与开采像铜这样的商品的逻辑完全不同。被Spectrum联系到的多位专家表示，在阿尔塞斯湖开发独居石矿的成本，包括道路、电力和水等必要基础设施，将高达数千万美元。这些成本以及稀土市场的变幻莫测，使得萨斯喀彻温省政府不太可能投入如此巨额的资金，即使得到加拿大联邦政府的帮助。这些因素有助于解释为什么加拿大拥有世界上一些最吸引人的稀土矿床，以及令人印象深刻的开采公司和资源，却没有正在运营的稀土矿。

与此同时，SRC正在追求其他选择。根据2022年与俄亥俄州Euclid的REalloys宣布的一项协议，REalloys将花费2060万美元对SRC的Saskatoon设施进行升级，而SRC正在开发从稀土氧化物中生产稀土金属的技术。该协议还赋予REalloys购买SRC工厂最多80%产量的权利。原料将从哪里来？很难说，但REalloys还与U.S. Critical Materials Corp.达成协议，购买蒙大拿州Sheep Creek拟建矿山10%的预期产量。据报道，Sheep Creek有大量硬岩独居石，其钍含量异常低。但这些矿床是否最终会被开采，远未确定。在Bitterroot河源头附近风景如画的地区开发矿山的提议，已经引起了环保组织、户外爱好者和当地官员的强烈反对。

总的来说，SRC最近的举动让行业资深人士感到困惑。“我不确定他们的商业模式是什么，”其中一人说。“他们说，‘我们是一个研究机构。我们的任务是帮助行业。’现实是，他们正在与行业竞争。”

SRC还因其一些可疑的商业行为而受到审查。2022年，SRC董事会成员Dennis Fitzpatrick因对负责管理和指导SRC Saskatoon工厂运营的工程师的资格提出质疑而被解雇。当时SRC总裁兼首席执行官Mike Crabtree负责这次招聘。加拿大广播公司随后对Fitzpatrick的指控进行的调查详细描述了围绕SRC稀土计划的关系网和实践问题。（Fitzpatrick没有回复多封电子邮件。）例如，据报道，Crabtree的前商业伙伴被任命担任要职，而没有考虑其他候选人，而且他们与Crabtree的联系也没有公开。

在2021年的一起案例中，Crabtree向一家风险投资公司Westbridge Capital提供机会，让其投资于稀土工厂。但据Fitzpatrick说，Crabtree从未提到该风险投资公司由一名SRC董事会成员管理，而这名成员恰好也是Crabtree的商业伙伴——或者Crabtree本人是Westbridge的受托人，也是该公司的投资者，以及付费顾问

Crabtree仍然是SRC的CEO

管理稀土的毒性副产品

暂且不论SRC的失误，该组织确实有一个优势：它获得了加拿大核安全委员会的多项许可证，以处理、加工和管理放射性材料。而且这非常重要

与处理独居石矿相关的放射性负担大部分来自加工过程中产生的物质。在早期步骤之一，粉碎的粉末状矿石被干燥，然后在强酸中浸出——这个过程称为破碎——以产生稀土浓缩物。该步骤的废品包括含有氢氧化钍和较小量的氢氧化铀的浆料。然后对稀土浓缩物进行萃取过程，以分离特定的稀土，如钕或镝。在这些步骤中产生了更多的钍，以及镭

2024年拍摄的照片显示在Energy Fuels的White Mesa Mill，该厂加工和精炼含有铀和稀土的矿石。Jesse Rieser/The New York Times/Redux

与此同时，氢氧化钍浆料通常被沉积在严格监管的废料池中，称为尾矿库或尾矿池。氢氧化钍，无论是浆料形式还是粉末形式，必须与环境隔离无限期储存。Energy Fuels在其White Mesa Mill设施中的尾矿库中储存其长期的铀生产运营以及其新的稀土运营产生的废料。尾矿库距离犹特山脉犹特部落社区中心仅10公里，该部落是一个土著群体，超过20年来一直激烈反对White Mesa Mill的运营

几乎所有的钍都是钍-232同位素，它只有微弱的放射性。它的辐射是α粒子，不能穿透人类皮肤。尽管如此，不适当的储存可能会导致严重后果，特别是如果钍被吸入或摄入

“看看尼日利亚HMS[重矿物砂]的重力分离，”稀土顾问和分析师Thomas Kruemmer在一封电子邮件中写道。“尼日利亚加工厂有很多灰尘，工人们不可避免地会吸入这些灰尘。而且你的呼吸系统里没有保护性的皮肤，所以α辐射会充分发挥其全部潜力。这是很多人没有考虑的事情

2012年，马来西亚[顶部]的抗议者团结起来反对Lynas稀土加工设施[上方]，该设施当时正在靠近瓜拉丁建设的地区。左：AFP/Getty Images；右：Goh Seng Chong/Bloomberg/Getty Images

此外，Kruemmer补充说，“不是钍本身。是钍的衰变同位素具有高度放射性。”他指出，钍的一种衰变产物是钋，“[杀死]俄罗斯持不同政见者的首选毒药。”

1982年，一家名为亚洲稀土的公司——三菱化学的子公司，开始在马来西亚霹雳州从独居石矿中提取钇。当地居民很快开始抱怨各种疾病。在马来西亚政府的同意下，该公司修建了一条废水渠道通往附近的处置点，在那里，废水被储存在露天钢桶和未衬砌的废水池中。每当大雨时，废水就会从池塘中溢出。1984年，一位日本教授测量了池塘及其附近地区的辐射水平，发现极端情况下辐射水平比国际公认的最高限值高出数百倍。随后的调查发现，在靠近废物堆放点的这个小社区中，出生缺陷率极高，并且有八例白血病病例。

2011年，69岁的莱坤准备给29岁的儿子蔡国隆洗澡。[顶部]蔡国隆出生时患有严重的智力障碍，莱坤认为这是她曾在马来西亚碧山稀土加工厂工作时接触到的辐射造成的。[底部，工厂拆除时拍摄的照片]拉赫曼·罗斯兰/纽约时报/Redux

当地居民与亚洲稀土和马来西亚政府之间旷日持久的法律斗争最终导致工厂于1992年关闭。到那时，由于粗心大意地倾倒了大量的放射性物质，清理工作花费了二十多年时间，并估计使三菱公司损失了1亿美元。这一事件至今仍困扰着马来西亚的稀土行业，其中Lynas现在在世界上最大的稀土加工设施——马来西亚彭亨州瓜拉丁加奴处理独居石浓缩物。该工厂自2012年投产以来，一直受到有组织和积极的地方反对。马来西亚政府不时加强对该工厂的规定，例如规定放射性废物必须运出马来西亚，或者产生放射性残渣的加工阶段必须在马来西亚以外完成。

肯尼迪指出，如果独居石矿要成为稀土的主要来源，将需要处理大量的钍，可能超过在衬砌和隔离的尾矿库中经济容纳的数量。

利用如此大量的钍的极少选项之一涉及核能。多年前，包括美国、加拿大、挪威和德国在内的国家都有钍反应堆研究计划，印度几十年来一直有一个缓慢进行的计划。但如今，唯一在运行的钍动力反应堆在中国。中国科学院上海应用物理研究所自2023年以来一直在运行一个2兆瓦的熔盐冷却反应堆，该反应堆以钍为燃料。

世界上唯一在运行的钍反应堆是中国科学院上海应用物理研究所的一个2兆瓦的装置。2025年10月，技术人员使用机械臂分析了反应堆熔盐燃料的样品。金立旺/新华社/盖蒂图片社

一些西方初创公司正在让钍反应堆的梦想得以延续。一家名为Thorizon的法荷公司称，它设计了一种以钍和乏燃料混合物为燃料的反应堆。初创公司Copenhagen Atomics正在开发一个1兆瓦的反应堆，它是100兆瓦、可大规模制造的熔盐反应堆的原型。

处理独居石矿可以为未来数个世纪的钍反应堆提供燃料。考虑一个每年生产5000吨稀土氧化物的单个大型设施。如果独居石中含有7%的钍，该工厂每年还会生产大约700吨钍。根据德克萨斯州阿比林基督教大学教授 Rusty Towell（他是当地一个先进反应堆项目的负责人）的说法，一吨钍足以在一年内产生约350兆瓦（电力）。因此，仅这个大型加工设施每年产生的钍就足以让2450个100兆瓦的反应堆运行一年。

这个功率量——245吉瓦——大约是美国未来十年预计发电能力增长的一半，分析师预计在这个时期，由于数据中心和电动汽车数量的增加，电力需求将加速增长。

什么可能会扼杀稀土供应链？

几乎所有稀土专家都预见独居石将发挥越来越重要的作用。但由于钍的问题、一些项目的地方反对以及与其他项目相关的政治不稳定，一些人对此持谨慎态度。Kruemmer 写道：“在我看来，独居石唯一的希望寄托在澳大利亚Iluka的昂贵项目上。”Iluka Resources位于珀斯，目前在珀斯以北275公里的Eneabba建造一个巨大的稀土精炼设施。它将加工公司几十年其他采矿作业积累的一百万吨独居石储备。该项目的成本估计为18亿澳元（约合13亿美元）。

在13亿美元的项目中，Iluka Resources正在澳大利亚Eneabba建造一个巨大的设施，从一百万吨独居石储备中提取和分离稀土，照片背景中可以看到这些独居石。Iluka Resources

然而，对其他专家来说，独居石项目面临的最大挑战不是钍、辐射或法规。而是困扰整个稀土行业的奇特之处、误解和自肥行为。

“稀土采矿业务是采矿业的阿富汗，”Kennedy开玩笑说。这是一个人们和企业带着宏伟计划去的地方，结果却陷入泥潭。

一个基本问题是稀土业务的几乎所有方面都高度投机，这促成了幕后交易。特别是，该行业受到投机者的困扰，他们购买项目股份，但没有打算在项目完成前继续参与；他们一有机会就从任何未来的有利消息中获利，这种技术被称为“炒作和倾倒”。

考虑特朗普政府决定以2.77亿美元的价格收购 USA Rare Earth 10%的股份，并提供1.3亿美元的有担保贷款给该公司。USA Rare Earth拥有德克萨斯州锡耶拉布兰卡附近的 Round Top 矿床的权利。该公司聘请了华尔街公司 Cantor Fitzgerald 为这笔交易筹集10亿美元的股权融资。Cantor Fitzgerald，碰巧是由唐纳德·特朗普的商业部长霍华德·卢特尼克（Howard Lutnick）的儿子们经营的。

与此同时，Round Top 没有稀土矿，而且很有可能永远也不会有。

“当前政府一贯未能寻求专家建议，鲁莽地将数十亿美元的纳税人资金投入像Round Top这样的、商业成功希望渺茫的稀有[稀土]过程和项目，”来自图森的矿业顾问Terry McNulty说。

加拿大稀有金属公司Ucore Rare Metals的商业发展副总裁Geoff Atkins在2022年关键矿产研究所的会议上对他的同事给出了建议。“与其专注于你的投机价值，”他说，“与其能够说我们拥有全球最大的项目，与其‘我们有30亿或40亿美元的[净现值]’，不如你说‘我们有一个即将投入运营的项目，这个运营将长期为我们的股东提供最大价值，而不仅仅是在短期内我们可以将其推高，你知道的，[早期]投资者可以退出。’

“因为除非有这种转变，”他警告说，“否则我们将没有任何希望获得我们需要的大量，以给下游供应链提供确定性。”

简而言之，中国以外的稀有金属行业需要成熟起来。而且越早越好。

这个故事如此富有层次，带我们经历了许多相互关联的全球元素。它教会了我，“解决”关键矿产短缺问题将需要不同实体在技术能力和规则制定方面做出数十或数百项改变，而这些实体彼此之间毫无关联。

放射性废物规则会改变，以使处理如此多的钍更容易（但仍然安全）吗？

初创公司能够建造能够使用这种钍的核电站吗？

当然，除了中国之外的国家会同时加大采矿和精炼能力吗？