城市环境研究所在稀土钆元素资源流动及格局图谱绘制方面取得进展
文章来源：城市环境研究所 | 发布时间：2023-11-01 | 【】 【】
中国科学院城市环境研究所陈伟强研究团队在环境生态领域权威期刊resources, conservation & recycling发表了题为supply and demand conflicts of critical heavy rare earth element: lessons from gadolinium的学术成果。
对资源流动过程及供需格局的量化研究是识别技术突破方向并促进其安全可持续发展的重要手段。因此，资源流动及格局图谱绘制对稀土等关键矿产供应链瓶颈的识别、评估和管理十分重要。钆（gadolinium）用途广泛但其供需来源单一：在需求端，作为室温下具有铁磁性的四种元素（铁、钴、镍和钆）之一，在磁共振成像的造影剂中得到大量应用，此外也广泛应用于光学玻璃、荧光粉、钕铁硼永磁体（替代高价的钕元素）等下游部门；在供应端，作为重稀土元素之一，钆资源在稀土矿中的配分较低，且供应不确定性较大，容易受到国际地缘竞争、环境规制、技术演进、低碳转型等多重因素的影响。
在此背景下，研究组以钆资源为研究对象，开发了基于物质流分析方法的关键矿产流动及格局图谱绘制模型，量化分析了1990-2018年中国钆资源全生命周期的物质循环规律，系统厘清了中国钆资源供需格局的变化趋势及其驱动因素，有效识别了中国钆资源供需瓶颈并提出针对性的对策建议。
研究结果发现：
1.中国钆资源供应在历史上呈现出过剩-短缺-过剩阶段特征。1990-2006年，钆资源产量大幅增加，下游应用产业仍处于起步阶段，资源严重过剩。2007-2017年，钆资源产量持续下降，下游应用产业已逐渐形成规模，资源逐渐转向短缺。2018年，钆资源贸易逐渐转向净进口，资源出现大量过剩。
2.2005年，中国钕铁硼永磁产业的钆需求量超过光学玻璃，钕铁硼永磁体成为钆的主要应用方向。钆在钕铁硼永磁体中的作用是替代部分钕元素以节省成本，而过量添加钆会显著降低钕铁硼永磁体的磁性能。因此，钆主要用于消费电子（如耳机、扬声器）等中低性能钕铁硼永磁应用。
3.钕铁硼永磁体应用进一步发展将带来钆资源长期短缺风险。受到钕铁硼永磁产业的发展以及钕价格长期处于高位的影响，含钆钕铁硼永磁体的产量将持续增加且钆添加量也将不断上升。预计到2030年，75%的钆需求量将来自钕铁硼永磁应用，并将产生约830吨的钆资源缺口。
中国科学院城市环境研究所汪鹏研究员为论文通讯作者，中国科学院赣江院-江西理工大学联培博士生赵燊为第一作者，其他作者包括城市环境研究所陈伟强研究员、王翘楚助理研究员、中国科学院赣江创新研究院王路副研究员、中国科学技术大学博士生陈玮等。该成果在国家自然科学基金等项目的支持下完成。
2000、2006、2011、2018年中国钆元素供需情况
