我参观了一座美国稀土金属矿

密苏里州地下的电子未来

一块磁铁矿守护着密苏里州萨利文附近皮岭铁矿的办公室大门,它是矿山过去和未来的象征。当吉姆·肯尼迪(Jim Kennedy)于 2001 年购买该矿时,他计划重新启动高品位铁矿石的生产。他没有意识到自己坐拥 60 万吨高品位稀土元素——美国极度渴求的元素。四年前,他几乎扔掉了描述皮岭矿床的大量文件。“没有人告诉我,”他说。

目前,美国在稀土元素方面几乎完全依赖中国,稀土元素用于制造激光、制导弹药、高效电池和其他未来技术。但中国最近大幅削减了这些材料的出口,并承诺对生产实行新规定,同时提高了价格——这激怒了许多国家政府。随着科学家们研究稀土的替代品,一些人认为国内矿产的恢复生产可以削弱中国对全球 95% 稀土供应的控制。

如今,皮岭矿是一个安静、泥泞的地方,有生锈的选矿厂、堆满破裂岩芯样本的仓库,还有一个长满矿山尾矿的湿地湖泊。但当它翻新并重新开放时,肯尼迪希望成为西半球第二个稀土生产商。他设想一个繁荣的矿山,生产数十亿美元的稀土,供应可再生能源和国防工业。在梦想成真之前,他还有一些障碍需要克服。

稀土的提取与其他金属一样——从地下开采出来的岩石被破碎、研磨并加工成纯净的形态。这是一个耗水且有毒的过程,但肯尼迪说,他的矿山在长达一英里、深达 100 英尺的尾矿湖中拥有大量稀土,这些尾矿是近 40 年铁矿开采产生的浆状废物。他计划在今年年底开始开采湖中 2200 万吨的废料,并在 2012 年恢复地下开采。

在我参观的寒冷一天,肯尼迪带我去了皮岭的岩芯室,这是一个装满一叠叠细长纸板箱的金属棚。每个箱子里都装着该矿最初开发时采集的岩芯样本。直径一英寸的圆柱形岩石帮助最初的所有者美国钢铁公司(Bethlehem Steel)确定了该矿的储量。然而,在 20 世纪 60 年代,他们只对铁感兴趣。肯尼迪拿出一块断裂的磁铁矿,用一块磁铁吸住它,它吸住了——一块磁铁矿,就像办公室前的哨兵一样。另一块岩石切片上嵌入了一些闪闪发光的淡黄色斑点。他说,那些可能是稀土氧化物的碎片。

肯尼迪打算恢复该矿的铁产量,但将稀土作为铁提纯的副产品。这得益于这些金属在地下的分布方式。

铁矿石被钻孔管切割,钻孔管是破碎的沉积岩组成的块状物,里面富含奇特的矿物,如独居石和磷钇矿。稀土是这些矿物的一部分。“整个系统都充满了稀土,”肯尼迪说。

如果想使用这些矿物的铁,必须去除其中的磷,但事实证明,这对稀土生产很有好处。岩石被粉碎成细粉,然后加入松油溶液中,产生泡沫状液体。磷和稀土会浮出来,与高品位铁分离。

图片由 Jim Kennedy 提供

一旦开始生产,皮岭将成为继加州山帕斯矿之后,美国第二个稀土生产商。Molycorp 公司于 12 月在山帕斯开始工作,这是该矿自 2002 年关闭以来首次进行活动,当时该矿因废水泄漏的监管问题而关闭。山帕斯目前生产约占世界稀土供应量的 3%,Molycorp 希望到 2013 年将其提高到 25%,年产量达到 4 万吨。

山帕斯将是该国主要的稀土矿,但它无法生产许多所谓的重稀土,如镝,它用于制造计算机内存和激光。一位分析师 本周建议 Molycorp 应通过收购拥有重稀土矿权的公司来实现多元化。根据 美国地质调查局 的数据,皮岭拥有大量的重稀土。

尽管名为“稀土”,但它们并非稀有;它们比黄金更常见,有些甚至和铅一样常见。然而,它们的含量相对较低,需要加工大量的岩石。根据美国地质调查局 2010 年的一项研究,已知有十个州拥有重要的稀土矿床。大部分位于美国西部,但皮岭矿的品位是全国最高的,平均稀土氧化物浓度为 12%。山帕斯矿的储量要大得多,但平均浓度仅为 8%(而且绝大多数是“轻”稀土)。

鉴于其资源和现有基础设施,为什么皮岭还没有生产稀土?有个问题。除了铁,皮岭的重稀土与钍(一种放射性元素)混合在一起,需要特殊的处理和清理。肯尼迪希望将这一点变成优势,他正在积极宣传钍作为一种替代能源,即为可以遍布城市的熔盐反应堆提供动力。“当你开采稀土时,你就能免费获得钍,”他说。

丽贝卡·博伊尔 (Rebecca Boyle)

肯尼迪曾是一名陆军特种部队士兵和投资银行家,他已成为稀土和钍的直言不讳的倡导者,向国会议员、矿业团体和工程师(他刚在橡树岭国家实验室做了一次演讲)讲述中国主导地位的问题以及美国复兴的潜力。他正在敦促密苏里州和华盛顿的立法者建立一个公私合作机构,筹集 10 亿美元在密苏里州建造一个稀土精炼厂,并且他希望刺激一个新的钍能源产业。

目前,他的计划集中在铁的生产上。他想建造一条管道,将铁矿石运往 44 英里外的密西西比河,他已经在那里获得了加工厂和驳船码头的许可。皮岭将成为国内唯一的商品生铁生产商,生铁用于制造钢材。目前,美国钢厂从巴西和瑞典等国进口生铁。就像过去一样,铁将是该矿的主要驱动力,肯尼迪说。但几乎被遗忘的稀土可能只是锦上添花。

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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