王成輝，趙晨輝，李德先，陳炳翰，李 陽(yáng)，劉金宇，張能鑫，方 勇

（1. 自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；2. 自然資源部深地科學(xué)與探測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094；3. 成都理工大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

0 引言

碲是目前地學(xué)界公認(rèn)的八種分散元素之一，由奧地利人繆勒（Müller F J）于1782年在薩拉特納發(fā)現(xiàn)，1798年德國(guó)著名的礦物學(xué)家克拉普羅特（Klaproth M H）將其命名為tellurium（來(lái)自于拉丁文tellus，即“地球”之意），元素符號(hào)定為Te。碲的克拉克值僅0.01×10-6或更低[1]，在地殼中絕大部分都分散到硫化物礦物的晶格中，只有在硫濃度明顯降低的場(chǎng)合，才有可能形成獨(dú)立的碲礦物。由于碲是親地幔地核、高揮發(fā)分、水溶性差、易富集于硫化物的元素，碲含量高是巖體源巖中含有幔源組分的標(biāo)志[2]，與碲相關(guān)的礦床其成因也與深部巖漿活動(dòng)或地幔密切相關(guān)。

碲的用途廣泛，除了應(yīng)用于冶金、石油、電子、玻璃、陶瓷、醫(yī)藥、化工等傳統(tǒng)領(lǐng)域，在光伏電池、電腦芯片、紅外探測(cè)等新能源、新材料等新興產(chǎn)業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用，全球?qū)谫Y源的需求量越來(lái)越大。中國(guó)碲資源豐富，作為全球主要的碲生產(chǎn)國(guó)，碲資源的開(kāi)發(fā)利用及保護(hù)對(duì)中國(guó)乃至全球都有著重要的意義。

本文在《中國(guó)礦產(chǎn)地質(zhì)志·稀散金屬礦卷》研編的基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)碲礦資源特征和勘查開(kāi)發(fā)利用情況進(jìn)行了系統(tǒng)梳理和總結(jié)，并對(duì)未來(lái)碲產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了初步分析，以期對(duì)中國(guó)碲資源的合理利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 中國(guó)碲礦的資源特征

中國(guó)碲礦資源居世界前列，擁有全球僅有的獨(dú)立碲礦床-四川省石棉縣大水溝碲礦。目前，中國(guó)已查明碲礦產(chǎn)地63處，其中，獨(dú)立碲礦1處（圖1）。中國(guó)伴生碲礦資源較為豐富，分布在廣東、江西、甘肅、陜西等16個(gè)?。▍^(qū)），資源儲(chǔ)量主要集中于廣東、江西和甘肅3省（表1），分別占全國(guó)碲礦資源儲(chǔ)量的37.95%、32.76%和22.37%，3省資源儲(chǔ)量之和占中國(guó)資源儲(chǔ)量的93.08%。礦床類型以熱液型多金屬礦床、矽卡巖型銅礦床和巖漿銅鎳硫化物型礦床為主，分別占中國(guó)伴生碲儲(chǔ)量的44.77%、43.89%和11.34%[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣東曲江大寶山銅多金屬礦（占全國(guó)伴生碲儲(chǔ)量的37.95%）、江西九江城門山銅礦（占比32.76%）、甘肅白家咀子（占比9.97%）和金川銅鎳礦（占比12.35%）為中國(guó)4個(gè)大型、超大型伴生碲礦床，這4個(gè)礦床碲資源儲(chǔ)量之和為中國(guó)伴生碲資源儲(chǔ)量的93.08%。

圖1 中國(guó)碲礦產(chǎn)地分布圖Fig. 1 Distribution map of tellurium production areas in China

表1 中國(guó)碲礦產(chǎn)地一覽Table 1 List of tellurium production areas in China

續(xù)表1

根據(jù)自然資源部全國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年中國(guó)碲礦資源儲(chǔ)量3024.50 t，集中分布在江西和甘肅兩省，兩省碲資源儲(chǔ)量分別占到全年總儲(chǔ)量的61.17%（1850.00 t）和36.68%（1109.51 t）。

2 中國(guó)碲礦的開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 碲的工業(yè)要求

雖然碲在熱液型多金屬礦床、矽卡巖型銅礦床和銅鎳硫化物礦床中多有分布，但是碲無(wú)獨(dú)立的工業(yè)指標(biāo)。常見(jiàn)的銅鎳礦石和其他礦石中伴生碲的工業(yè)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 碲的一般工業(yè)要求Table 2 Industrial indicators of tellurium 單位：Te/%

2.2 碲的開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

中國(guó)的碲礦產(chǎn)業(yè)鏈目前尚不完整且規(guī)模相對(duì)較小。大多數(shù)企業(yè)停留在原料級(jí)產(chǎn)品和低附加值產(chǎn)品的加工階段，如制備安全塞、保險(xiǎn)絲、焊錫、鉛字等。然而，中國(guó)有望通過(guò)進(jìn)一步的研究和發(fā)展，完善這一產(chǎn)業(yè)鏈。2013年3月1日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)批準(zhǔn)建設(shè)攀西國(guó)家戰(zhàn)略資源創(chuàng)新開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)，旨在重點(diǎn)開(kāi)發(fā)攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵礦、稀土和碲鉍資源。這一舉措為中國(guó)碲產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了新的契機(jī)。依托攀西地區(qū)豐富的碲鉍資源儲(chǔ)量，中國(guó)有望研究碲鉍新材料技術(shù)，并向高尖端、高附加值的碲鉍功能材料方向轉(zhuǎn)型。這些材料可以廣泛應(yīng)用于軍事武器裝備、感光器、野外用電池、激光制導(dǎo)、綠色制冷等領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)，四川省石棉縣的大水溝獨(dú)立碲鉍礦床的碲平均品位約為0.1%[8]，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量超過(guò)2000 t[9]。雖然礦山資源儲(chǔ)量在1000 t左右，但目前還不具備大規(guī)模開(kāi)采的條件。根據(jù)估算，中國(guó)未計(jì)入儲(chǔ)量的碲礦資源約為10000 t，具有巨大的潛力。

在各個(gè)領(lǐng)域中，碲都有著廣泛的應(yīng)用。在冶金工業(yè)中，碲的用量占應(yīng)用總量78%[10]，碲可以增強(qiáng)鋼的機(jī)械加工性能，提高不銹鋼、低碳鋼的加工成品率。在石油和化學(xué)工業(yè)中，碲的用量占應(yīng)用總量12%，碲可用作石油裂解催化劑的添加劑以及制取乙二醇的催化劑。在電子和電化工業(yè)中，碲的用量占應(yīng)用總量8%，主要用于感光器。碲和一些碲化物是半導(dǎo)體材料，超純碲單晶是新型的紅外材料。在玻璃工業(yè)中，氧化碲可作為玻璃的著色劑。此外，碲的有機(jī)化合物具有抗腫瘤和抑制白血病細(xì)胞增殖等醫(yī)藥應(yīng)用。碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池相比傳統(tǒng)的單晶硅太陽(yáng)能電池具有成本低、弱光性更好等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)進(jìn)一步的技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)，中國(guó)有望將碲礦資源轉(zhuǎn)化為更多高附加值的產(chǎn)品，推動(dòng)碲礦產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

3 中國(guó)碲產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及其在世界上的地位

中國(guó)是全球最大的碲資源國(guó)、消費(fèi)國(guó)和生產(chǎn)國(guó)，國(guó)內(nèi)碲產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全球碲產(chǎn)量為470 t[11]，其中，中國(guó)碲產(chǎn)量為290 t，占全球總產(chǎn)量的61.70%；日本、俄羅斯、瑞典、加拿大、保加利亞、南非等國(guó)家碲產(chǎn)量占38.3%。

碲的價(jià)格每年都有波動(dòng)，2012以來(lái)，碲（99.95%）的價(jià)格呈下降趨勢(shì)。2012—2013年，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)出現(xiàn)并網(wǎng)延遲現(xiàn)象，一些2010年安裝的設(shè)備到2011年、2012年也未能并網(wǎng)，并且太陽(yáng)能發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼政策項(xiàng)目的大量減少，光伏市場(chǎng)在高速發(fā)展后出現(xiàn)回落，導(dǎo)致光伏電池產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，多家太陽(yáng)能電池制造商申請(qǐng)破產(chǎn)或減產(chǎn)，碲價(jià)格下跌。

近年來(lái)，銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽(yáng)能電池行業(yè)增長(zhǎng)迅速，這進(jìn)一步擠壓了碲化鎘（CdTe）薄膜太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)空間。這種趨勢(shì)對(duì)碲化鎘以及碲的價(jià)格都產(chǎn)生了影響。由于CIGS薄膜太陽(yáng)能電池具有高效率和輕薄靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此在市場(chǎng)上受到了廣泛認(rèn)可并迅速發(fā)展。與此同時(shí)，碲作為碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的主要成分之一，其需求受到了影響，價(jià)格也相應(yīng)受到了壓制。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈使得碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池制造商不得不努力降低成本以維持競(jìng)爭(zhēng)力，這導(dǎo)致了對(duì)碲的需求減少，進(jìn)而影響了碲的市場(chǎng)價(jià)格。雖然如此，碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池在一些特定應(yīng)用場(chǎng)景中仍然保持一定市場(chǎng)份額，但其市場(chǎng)受到了更大程度的挑戰(zhàn)。

中國(guó)是精制碲的主要生產(chǎn)國(guó)，主要從銅陽(yáng)極泥和鉛、鎳、貴金屬和鋅冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的殘?jiān)谢厥枕凇?019年底，云南省政府宣布拍賣170 t從廢棄的泛亞金屬交易所出產(chǎn)的碲，起拍價(jià)為43美元/kg，總成交價(jià)為734萬(wàn)美元，并于2019年12月成交。2020年，由于對(duì)太陽(yáng)能生產(chǎn)項(xiàng)目的投資增加，中國(guó)對(duì)太陽(yáng)能電池板的CdTe需求有所增加。一家中國(guó)公司的碲產(chǎn)量從2019年的每月1 t增加到每月6 t。2020年前6個(gè)月，中國(guó)的CdTe出口也增長(zhǎng)了6%，達(dá)到300 t以上。

2020年全球陽(yáng)極泥中的碲含量與2019年基本保持不變。一家美國(guó)陽(yáng)極泥生產(chǎn)商至少將其陽(yáng)極泥的一部分運(yùn)往墨西哥進(jìn)行處理和精煉。2020年8月之前，美國(guó)碲的月均價(jià)格普遍下降，從1月份的65美元/kg左右降至8月份的55美元/kg左右，此后價(jià)格在9月份回升至60美元/kg左右。

4 碲在新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用及趨勢(shì)

戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)一般指那些在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)長(zhǎng)期發(fā)展中具有重要引領(lǐng)和帶動(dòng)作用的產(chǎn)業(yè)。這些產(chǎn)業(yè)具有知識(shí)技術(shù)密集、資源利用高效、成長(zhǎng)潛力巨大、綜合效益顯著等特征。在中國(guó)，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)被視為產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心，也被認(rèn)為是未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要增長(zhǎng)引擎。黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，2010年10月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》（國(guó)發(fā)〔2010〕32號(hào)），提出了中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)概念，確定了培育和發(fā)展重點(diǎn)方向，標(biāo)志著中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)正式啟動(dòng)?！吨腥A人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要 》明確提出：“著眼于搶占未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機(jī)，培育先導(dǎo)性和支柱性產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)融合化、集群化、生態(tài)化發(fā)展，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增加值占GDP比重超過(guò)17%”。

4.1 碲在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用轉(zhuǎn)變

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類（2018）》，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)包括新一代信息技術(shù)、高端裝備制造、新材料、生物、新能源汽車、新能源、節(jié)能環(huán)保、數(shù)字創(chuàng)意、相關(guān)服務(wù)業(yè)九大產(chǎn)業(yè)[12]。近年來(lái)，稀散金屬在新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，特別是鎵、鍺、銦、硒、碲，在光伏電池、電腦芯片、紅外探測(cè)等新能源、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)得到了廣泛應(yīng)用[13]。

自20世紀(jì)50年代開(kāi)始，碲及其化合物逐漸廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，主要包括太陽(yáng)能、熱電制冷、電子、合金和橡膠等行業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，碲的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從傳統(tǒng)的冶金和石油化工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向了半導(dǎo)體、薄膜太陽(yáng)能、紅外探測(cè)等新興產(chǎn)業(yè)。目前，碲在新興產(chǎn)業(yè)的消費(fèi)占比已經(jīng)達(dá)到了約80%。碲具有優(yōu)異的性能，在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，特別是碲化鎘用于太陽(yáng)能電池中，能夠大幅提高光能轉(zhuǎn)化效率。因此，碲作為一種具有重大戰(zhàn)略意義的新能源材料，正受到越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用。2023年，全球碲消費(fèi)量占比為：光伏行業(yè)40%，熱電生產(chǎn)工業(yè)30%，冶金工業(yè)15%，化工橡膠業(yè)5%，其他10%[14]。根據(jù)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，到2030年中國(guó)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億kW，該規(guī)劃可能會(huì)進(jìn)一步增加太陽(yáng)能行業(yè)對(duì)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池板的需求。

4.2 碲在世界主要國(guó)家中的應(yīng)用

全球碲消費(fèi)國(guó)主要包括中國(guó)、美國(guó)、加拿大、德國(guó)、墨西哥等國(guó)家。碲是一種稀有金屬元素，作為半導(dǎo)體材料在光電子學(xué)和能源領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。作為太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料之一，碲化鎘在能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。同時(shí)，碲也被應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如制冷、熱電裝置、合金制造等。中國(guó)擁有豐富的碲礦資源，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)其開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)。

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和對(duì)清潔能源的需求增加，太陽(yáng)能等可再生能源的重要性日益凸顯。碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池因其高效率、穩(wěn)定性和低成本而備受關(guān)注，是未來(lái)太陽(yáng)能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。但需注意的是，碲的生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)需求密切相關(guān)，應(yīng)采取科學(xué)合理的生產(chǎn)方式，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。目前，世界上生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的公司主要有美國(guó)First Solar LLC和德國(guó)的Antec Solar Enargy AG。Antec Solar計(jì)劃擴(kuò)大太陽(yáng)能電池產(chǎn)量至25 MW/a，F(xiàn)irst Solar計(jì)劃擴(kuò)大太陽(yáng)能電池產(chǎn)量至100 MW/a。

中國(guó)近80%的碲消費(fèi)主要用于新興產(chǎn)業(yè)，如薄膜太陽(yáng)能、半導(dǎo)體和紅外探測(cè)等領(lǐng)域。中國(guó)太陽(yáng)能行業(yè)發(fā)展迅速，碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池因其成本低廉、光電轉(zhuǎn)換效率高和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)而備受關(guān)注。盡管碲化鎘的制備存在環(huán)境問(wèn)題，但其研究和應(yīng)用仍是當(dāng)前光伏領(lǐng)域的焦點(diǎn)之一。值得注意的是，制約太陽(yáng)能電池CdTe基材發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是碲的生產(chǎn)。據(jù)估算，到2030年，制造太陽(yáng)能電池的碲需求量將超過(guò)目前全球的碲產(chǎn)量，達(dá)到400～500 t。因此，制造太陽(yáng)能電池的CdTe材料對(duì)碲的需求將繼續(xù)增強(qiáng)，成為未來(lái)碲需求的主要拉動(dòng)力。

中國(guó)是全球碲資源消費(fèi)和生產(chǎn)的主要國(guó)家之一。隨著新能源和新材料領(lǐng)域的快速發(fā)展，中國(guó)的碲產(chǎn)業(yè)也在不斷壯大。作為重要的原材料，碲在國(guó)內(nèi)外的需求量預(yù)計(jì)將持續(xù)增加?？傮w而言，未來(lái)中國(guó)對(duì)碲資源的需求量將呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

1）中國(guó)碲資源豐富，以伴生礦為主，但目前國(guó)內(nèi)缺乏專門的礦產(chǎn)研究單位對(duì)碲礦產(chǎn)資源進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)。大多數(shù)企業(yè)也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)碲生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化，這導(dǎo)致了許多碲資源的浪費(fèi)，例如廣東大寶山礦和甘肅金川銅鎳礦。盡管主要礦種的開(kāi)發(fā)利用已有超過(guò)半個(gè)世紀(jì)的歷史，但伴生碲礦的利用仍然處于完全空白的狀態(tài)。

2）碲是一種重要的材料，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，如太陽(yáng)能電池、紅外線探測(cè)器等。目前，國(guó)內(nèi)雖然基本能夠滿足自身需求，并且出口了部分含碲廢碎料和初級(jí)產(chǎn)品，但隨著碲需求的增長(zhǎng)，供應(yīng)缺口將迅速出現(xiàn)。

3）隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，對(duì)碲等戰(zhàn)略性稀缺資源的需求將會(huì)持續(xù)增加，這將對(duì)碲資源的開(kāi)發(fā)和利用提出更高的要求。因此，有必要加快國(guó)內(nèi)碲資源的評(píng)估和開(kāi)發(fā)利用，以確保能夠滿足未來(lái)的需求，并實(shí)現(xiàn)碲資源的可持續(xù)利用。