一、稀土元素的賦存狀態及礦物的分類

稀土元素在地殼中的賦存狀態有以下三種：（1）參加礦物晶格，構成礦物不可缺少的成份， 形成獨立的礦物（如獨居石、氟碳鈰礦），這是稀土元素在地殼中賦存的主要形態；（2）以類質同象置換（鈣、鍶、鋇、錳等）的形態分散於造岩礦物和其他稀有 礦物之中，這是次要的賦存形態；（3）呈離子形態吸附在其他礦物表面或顆粒之間，這是比較少見的一種賦存形態。

根據稀土礦物的化學成分，可將已發現的稀土礦物分為九類，各類典型的稀土礦物列於表1。

表1  稀土礦物分類表

二、主要工業礦物及其物理、化學性質

目前，世界上已發現的含有稀土的礦物大約有250種以上，有研宄和利用價值的稀土礦物大約有50～60種，具有工業開採和實用價值的稀土礦物不過10幾種，其重要的稀土礦物的物理、化學性質列於表2。

表2  稀土礦物的物理、化學性質

（續表2）

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在冶金工業方面：稀土金屬或氟化物、矽化物加入鋼中，能起到精煉、脫硫、中和低熔點有害雜質的作用，並可以改善鋼的加工性能；稀土矽鐵合金、稀土矽 鎂合金作為球化劑生產稀土球墨鑄鐵，由於這種球墨鑄鐵特別適用於生產有特殊要求的複雜球鐵件，被廣泛用於汽車、拖拉機、柴油機等機械製造業；稀土金屬添加 至鎂、鋁、銅、鋅、鎳等有色合金中，可以改善合金的物理化學性能，並提高合金室溫及高溫機械性能。

在石油化工方面：用稀土製成的分 子篩催化劑，具有活性高、選擇性好、抗重金屬中毒能力強的優點，因而取代了矽酸鋁催化劑用於石油催化裂化過程；在合成氨生產過程中，用少量的硝酸稀土為助 催化劑，其處理氣量比鎳鋁催化劑大1.5倍；在合成順丁橡膠和異戊橡膠過程中，採用環烷酸稀土－三異丁基鋁型催化劑，所獲得的產品性能優良，具有設備掛膠 少，運轉穩定，後處理工序短等優點；複合稀土氧化物還可以用作內燃機尾氣淨化催化劑，環烷酸鈰還可用作油漆催乾劑等。

在玻璃陶瓷方 面：稀土氧化物或經過加工處理的稀土精礦，可作為拋光粉廣泛用於光學玻璃、眼鏡片、顯像管、示波管、平板玻璃、塑膠及金屬餐具的拋光；在熔制玻璃過程中， 可利用二氧化鈰對鐵有很強的氧化作用，降低玻璃中的鐵含量，以達到脫除玻璃中綠色的目的；添加稀土氧化物可以制得不同用途的光學玻璃和特種玻璃，其中包括 能通過紅外線、吸收紫外線的玻璃、耐酸及耐熱的玻璃、防X－射線的玻璃等；在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以減輕釉的碎裂性，並能使製品呈現不同的顏色和光 澤，被廣泛用於陶瓷工業。

在新材料方面：稀土鈷及釹、鐵、硼永磁材料，具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積，被廣泛用於電子及航太工業；純稀土 氧化物和三氧化二鐵化合而成的石榴石型鐵氧體單晶及多晶，可用于微波與電子工業；用高純氧化釹製作的釔鋁石榴石和釹玻璃，可作為固體鐳射材料；稀土六硼化 物可用於製作電子發射的陰極材料；鑭鎳金屬是70年代新發展起來的貯氫材料；鉻酸鑭是高溫熱電材料；近年來，世界各國採用鋇釔銅氧元素改進的鋇基氧化物制 作的超導材料，可在液氮溫區獲得超導體，使超導材料的研製取得了突破性進展。

此外，稀土還廣泛用於照明光源，投影電視螢光粉、增感屏螢光粉、三基色螢光粉、複印燈粉；在農業方面，向田間作物施用微量的硝酸稀土，可使其產量增加5%～10%；在輕紡工業中，稀土氯化物還廣泛用於鞣制毛皮、皮毛染色、毛線染色及地毯染色等方面。


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催化劑是一種能夠改變反應速度但自身不發生化學變化的物質。它不參與反應，但少量存在就能加快反應，即改變化學反應速度。稀土催化劑及助催化劑種類繁多，但目前形成產業化的只有石油裂化催化劑、汽車尾氣淨化催化劑及合成橡膠催化劑。

一、石油裂化催化劑

汽 油、柴油是工業和交通運輸中的重要動力燃料。這些產品是通過原油的加工煉製而得。原油是複雜的烴類混合物。用蒸餾的方法可把它分離為不同沸點的餾分，沸點 低於200℃的餾分為汽油，200～300℃為煤油餾分，300～350℃為柴油鎦分，350～500℃的為減壓餾分油。以上各種餾分油還需進一步加工精 制，方能得到成品油。通常用蒸餾的方法只能得到約30%的汽油和柴油。剩下的重質餾分油還可進一步加工，大分子的烴類通過熱裂化、催化裂化或加氫裂化，可 進一步獲得輕質油品。熱裂化得到的產品品質低，而加氫裂化費用高，只有催化裂化符合發展要求而得到廣泛的採用。催化裂化加工過程採用稀土沸石裂化催化劑 後，由於它的特異的催化性能，使催化裂化工藝發生了一場革命性的變化。

稀土在裂化催化劑中有很多作用。首先，稀土能增強催化劑活性和沸石的熱穩定性。其次，催化劑必須進行高溫蒸汽下的再生，以燒掉佔據沸石有效孔隙的越積越多的碳，稀土對此有重要作用。通過提高催化劑中稀土含量，還可產生其他重要影響。

在 石油工業中採用稀土分子篩催化劑進行石油裂化催化，可以大幅度提高原油裂化轉化率，增加汽油和柴油的產率。在實際使用中，原油轉化率由35%～40%提高 到70～80%，汽油產率提高7～13%。運用稀土分子篩催化劑進行石油裂化催化，具有原油處理量大、輕質油收率高、產品品質高、活性高、生焦率低、催化 劑損耗低、選擇性好等優點。

二、稀土汽車尾氣淨化催化劑

隨著汽車的普及和人們對汽車尾氣污染危害認識的加深。要求控制汽車尾 氣污染的呼聲越來越高。從上世紀60年代起美國、歐洲和日本就制定了嚴格的汽車排氣限制標準。我國於1983年也制定了汽車污染物排放標準和測量方法。國 家環保總局的檢測資料顯示，我國機動車每年排放的一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物和鉛化物等有害氣體2000多噸，汽車尾氣已經成為9個大中城市空氣污染 的主要來源。

在美國稀土應用最大的領域是用於作為汽車尾氣淨化催化劑，1995年汽車尾氣淨化催化劑的稀土用量為1.1萬噸，占當年稀土總用量的44%左右。

汽 車尾氣淨化催化劑是控制汽車尾氣排放，減少汽車污染的最有效的手段。用於汽車尾氣淨化的催化劑有多種，早期汽車尾氣淨化器使用普通金屬（Cu、Cr、 Ni），其原料豐富、成本低，但催化活性差、起燃溫度高、易中毒，現在已不使用了。後來，人們使用貴金屬（Pt、Pd、Ph等）作催化劑。具有活性高、壽 命長、淨化效果好等優點，目前歐美等國家普遍使用這種貴金屬催化劑，可由於這些貴金屬價格昂貴，有時淨化催化裝置占整車造價的十分之一，因此很難廣泛推 廣，而且為防止貴金屬催化劑鉛中毒，汽車需使用無鉛汽油。

含稀土的汽車尾氣淨化催化劑其特點是價格低、熱穩定性好、活性較高、使用壽命長。特別是具有抗鉛中毒的特徵，因而，受到人們的重視，在汽車尾氣淨化領域備受青睞。

汽 車尾氣中的有害成份主要有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）。稀土汽車尾氣淨化催化劑所用的稀土主要是以氧化鈰、氧化鐠和氧化鑭 的混合物為主，稀土汽車尾氣淨化催化劑由稀土與鈷、錳、鉛的複合氧化物組成，是一類三元催化劑，具有鈣鈦礦、尖晶石型結構，氧化還原活性較高，其中氧化鈰 是關鍵成份。由於氧化鈰的氧化還原特性，能有效地控制排放尾氣的組分。淨化汽車尾氣的催化劑在汽車排氣管內，借助於排氣溫度和空氣中氧的濃度，對尾氣中的 CO、HC和NOx同時起氧化還原作用，使其轉化成無害物質CO2、H2O、N2。用於汽車尾氣淨化催化劑的載體通常有陶瓷、金屬蜂窩體、氧化鋁小球和金 屬網狀骨架等。稀土可作為陶瓷載體的穩定劑，也可作為活性組分。

三、合成橡膠用的催化劑

在化學工業中，稀土催化劑可以把石油提煉工業中的副產品乙烯、丙烯、丁烯和芳香烴等迅速聚合成各種性能的橡膠，並達到同天然橡膠相同的性能。在合成氨工業中採用稀土催化劑可以將反應過程中的一氧化碳和副產物二氧化碳迅速轉化為甲烷。

上 世紀發展起來的高分子材料工業給人類社會帶來了巨大的物質文明，橡膠作為高分子材料的重要組成部分，具有其他材料不可替代的特殊性能，成為國民經濟和日常 生活中不可缺少的重要物質，橡膠就其來源而言，有合成橡膠和天然橡膠之分。目前，合成橡膠的產量及應用範圍都大大超過了天然橡膠，成為重要的合成材料品種 並獲得了迅速的發展。


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高釔和富銪混合稀土氧化物質量標準

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稀土元素以離子狀態吸附於礦石中的粘土類礦物表面的礦床。中國於1991年將其命名為風化殼淋積型稀土礦床。此種礦床分佈在中國南部的花崗岩及其他 岩類的風化殼礦床中，具有重要的工業價值。20世紀70年代首先于中國贛南地區發現，80年代在廣東、福建、廣西等省又相繼發現，至今未見其他國家有這類 礦床的報導。

此類礦床是含稀土的花崗岩類、火山岩類在濕熱氣候和低山丘陵的地貌條件下，經強烈的風化淋濾作用而形成的。按稀土配分 特徵可分為富釔重稀土型、中釔重稀土型、富銪低釔輕稀土型、富鑭富銪輕稀土型、中釔低銪輕稀土型等。離子吸附型稀土礦含 RE2O3 0.05%～0.3%，一般約為0.1%，稀土總量中離子吸附相佔有率一般為75%～96%，其餘為單礦物相及類質同象。

這 類礦床常呈面型分佈，具有明顯的分帶性。自上而下依次為殘坡積層、全風化層、半風化層和基岩。其中全風化層厚度大、稀土品位高，是主要工業礦層。全風化層 中原岩礦物已基本解離，主要由石英、高嶺石、埃洛石、雲母及水雲母等礦物組成。稀土元素主要呈離子相吸附在粘土類礦物晶粒表面及晶層間。在此類礦床的水準 方向上稀土配分值較穩定，而垂直方向上則存在明顯的差異。如鑭和釹在全風化層中最高，往上或向下均變貧；鈰則與此相反；釔自上而下變富。在全風化層中鈰含 量低於鑭是其特點之一。

離子吸附型稀土礦規模大、易開採、放射性低、提取工藝簡單，是中國目前生產釔族稀土及銪的主要原料。在開發利用這類礦床時要加強環境保護。用此類稀土礦經富集後的混合稀土氧化物中的主要稀土組分列舉於表。


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稀土的分類

1)輕稀土(又稱鈰組)：鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓。

2)重稀土(又稱釔組)：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔。

鈰組與釔組之別，是因為礦物經分離得到的稀土混合物中，常以鈰或釔比例多的而得名。

稀 土金屬(rare earth metals)又稱稀土元素，是元素週期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，常用R或RE表示。它們的名稱和化學符號是鈧(Sc)、釔(Y)、鑭 (La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉕(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩 (Tm)、鐿(Yb)、鑥(Lu)。它們的原子序數是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。

鈥(Ho)

十九世紀後半葉，由於光譜分析法的發現和元素週期表的發表，再加上稀土元素電化學分離工藝的進展，更加促進了新的稀土元素的發現。1879年，瑞典人克利夫發現了鈥元素並以瑞典首都斯德哥爾摩地名命名為鈥(holmium)。

鈥的應用領域目前還有待于進一步開發，用量不是很大，最近，包鋼稀土研究院採用高溫高真空蒸餾提純技術，研製出非稀土雜質含量很低的高純金屬鈥Ho/ΣRE>99.9%。

目前鈥的主要用途有：

(1) 用作金屬鹵素燈添加劑，金屬鹵素燈是一種氣體放電燈，它是在高壓汞燈基礎上發展起來的，其特點是在燈泡裏充有各種不同的稀土鹵化物。目前主要使用的是稀土 碘化物，在氣體放電時發出不同的譜線光色。在鈥燈中採用的工作物質是碘化鈥，在電弧區可以獲得較高的金屬原子濃度，從而大大提高了輻射效能。

(2)鈥可以用作釔鐵或釔鋁石榴石的添加劑；

(3) 摻鈥的釔鋁石榴石(Ho:YAG)可發射2μm鐳射，人體組織對2μm鐳射吸收率高，幾乎比Hd:YAG高3個數量級。所以用Ho:YAG雷射器進行醫療 手術時，不但可以提高手術效率和精度，而且可使熱損傷區域減至更小。鈥晶體產生的自由光束可消除脂肪而不會產生過大的熱量，從而減少對健康組織產生的熱損 傷，據報導美國用鈥鐳射治療青光眼，可以減少患者手術的痛苦。我國2μm鐳射晶體的水準已達到國際水準，應大力開發生產這種鐳射晶體。

(4)在磁致伸縮合金Terfenol-D中，也可以加入少量的鈥，從而降低合金飽和磁化所需的外場。

(5)另外用摻鈥的光纖可以製作光纖雷射器、光纖放大器、光纖傳感器等等光通訊器件在光纖通信迅猛的今天將發揮更重要的作用。 

鈥

金屬鈥

鈥鐵合金


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2011年6月鎢礦進口統計(分國別)

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2011年6月仲鎢酸銨出口統計(分關別)

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2011年6月仲鎢酸銨出口統計(分國別)

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一、鈧元素性質：光明之神

一盞加鈧的鈉鹵素燈，它光芒四射，穿雲破霧，且省電長壽命。這使得鈧有了“光明之神”的美譽！

1879年，瑞典的化學教授L.F.Nilson和P.T.Cleve，差不多同時在稀有礦物矽鈹釔礦和黑稀金礦，發現了一種新元素。Nilson用他的故鄉斯堪的納維亞半島給鈧命名為Scandium（縮寫為Sc，鈧）。鈧就是門捷列夫當初所預言的“類硼”元素。

鈧 在元素週期表中，排行21，位於第四週期第三副族。在自然界中，鈧只有一種穩定同位素Sc45，且恒為3+價。原子量為44.956，原子半徑 (1.6641A) , 沒有4f 電子, 其鑭系收縮未能使原子尺寸減小到相應尺寸,從而導致了鈧與稀土元素性質有著顯著的差別, 這個差別幾乎不能使 鈧進入稀土家族。 但由於鈧在自然界與鑭系稀土元素伴生並且有些性質相似, 故習慣上將鈧列入稀土元素。

鈧是一種柔軟、銀白色的過渡性金 屬，質軟。密度2.9890克/釐米3。熔點1541℃。沸點2831℃。常見化合價+3。第一電離能為6.54電子伏特。金屬鈧的化學性質活潑能夠與 氧、氫、氟、碘和酸堿發生反應，分別生成Sc2O3，ScH3，ScF3，ScI3，ScCl3，Sc（OH）3，Sc2（SO4）3 和 Sc2（C2O4）3 等化合物。易溶于水，可與熱水作用放出氫氣。鈧在空氣中容易形成一個暗黃色或灰色的氧化層，從而失去閃亮的光澤而變暗。

二、金屬鈧的用途－味精元素

因 為金屬鈧難以制得，在其發現以後的100年裏，鈧的用途一直沒有表現出來。隨著稀土元素分離方法的日益改進，如今用於提純鈧的化合物，已經有了相當成熟的 工藝流程。獲得了純淨的鈧的化合物之後，將其轉化為ScCl3，與KCl、LiCl共熔，用熔融的鋅作為陰極進行電解，使鈧就會在鋅極上析出，然後將鋅蒸 去可以得到金屬鈧。

近30 年來，金屬鈧在國內外取得了較多的應用實踐，並取得了極好的效果。

目前，金屬鈧已在鐳射 (Gd3Sc2Ga3O12鐳射材料，GSGG，新型雷射器），電光源（鈧鈉鹵素燈），合金（Al－Sc合金，Ga－Sc合金用於航空航太、導彈、汽車和 船舶等的結構部件；加鈧中子篩檢程式）和民用（Ga－Sc合金金屬陶瓷粘結劑和高級塗層材料；ScB2材料用於輕型耐溫合金和電子槍陰極部件，加鈧電池）等 領域有較好的應用。

三、鈧的自然產出狀態：分散但不稀缺

鈧是典型的分散親石元素，但並不稀有。它在地殼中的平均豐度為22～30ppm（即22～30克/噸，換算為三氧化二鈧35～48克/噸），高於Ag，Au，Pb，Sb，Mo，Hg、W和Bi許多，而與B，Br，Sn，Ge和As的豐度相當。

在自然界中，鈧不受氧化還原影響，很難還原為金屬，很少能形成顯著富集體(礦床），而是廣泛地分散於各種造岩礦物中（特別是鎂和鐵的矽酸鹽）和含鈧礦物中。

自 然界中含鈧的礦物多達800種以上，但三氧化二鈧含量>0.05%的礦物很少。目前已知的鈧獨立礦物僅有鈧釔礦 ((Sc,Y)2Si2O7, Sc2O3 含量為33.8%～42.3%)、水磷鈧礦(ScPO4.2H2O, Sc2O3含量為39.22%)、鈹矽 鈧礦(Be3(Sc, Al)2Si6O18,Sc2O3 含量為14.6% )、鋯鈧釔礦（（Sc,Zr)2Si2O7) 和鈦矽酸稀金礦 (Sc( Nb,Ti,Si)2O5, Sc2O3 含量為18.0%～20.0% ) 等少數幾種, 且礦源很少, 在自然界中較為罕見。

鈧 主要以類質同象的形式存在於如鈦鐵礦、鋯鐵礦、鋯英石、鋁土礦、稀土礦、鈦輝石、釩鈦磁鐵礦、鎢礦、錫礦、鈾礦和煤等礦物中。Goldschmidt 等 在1930年代 認為，Sc3+的富集於與岩石礦物中，與類質同象置換極為有關, 尤其是Sc3+ 與Fe3+、Mg2+、Al3+的類質同晶置換。後 來，Ringwood 又補充認為，是生成含氧或羥基配合物, 特別是在結晶岩和雲英岩中富集鈧更是如此。鈧與其所共生元素的離子半徑和配位數以及電負性 等性質的綜合相似性, 決定了它可與許多其他離子進行類質同象置換。

鈧在各類岩石中的含量，岩漿岩以輝石岩（含三氧化二鈧200～300克/噸)和輝長岩最高（76克/噸）。交代蝕變岩以花崗偉晶岩、含鎢錫的雲英岩、鈉長石化岩、雲母化岩最為富集，鋁土礦和煤含鈧也相當高。特別是煤灰，含三氧化二鈧可達40～600克/噸。

原礦石含鈧量（三氧化二鈧，克/噸）如下：鋁土礦石40～150；磷礦石10～25；鎢礦石78～337；釩鈦磁鐵礦石13～40；鐵鈮稀土礦石50；貧錳礦石181；離子型稀土礦石20～50；氟碳鈰礦，鉭鈮礦和鈾礦石等也含有鈧(據林河成，2010）。

精礦物含鈧量（三氧化二鈧，克/噸）分別為：黑鎢礦＞500；鈦鐵礦60；鋁土礦95；選鈦尾礦77；錫石100（據林河成，2010）。

提鈧原料含鈧量（三氧化二鈧，克/噸）為：煉鎢的鎢渣150～600；煉鋁的赤泥40～150；選鈦的尾礦77；煉鈦白的水解母液25－100；高鈦渣氯化的煙塵 736（據林河成，2010）。

全球鈧的資源極為豐富，工業儲量約200萬噸（以金屬鈧計，統計不完全）。中國的鈧資源也很豐富，工業儲量約65萬噸（據不完全統計），占世界總工業儲量的33%。

四、鈧的生產：冶煉副產品

由 於含鈧礦物很多，從礦物直接提取鈧製品較複雜又困難。目前，我國主要以廢渣、廢水、煙塵等為原料先提取三氧化二鈧，再提煉金屬鈧。最主要是從鈦鐵礦生產鈦 白的廢液、氯化物煙塵、生產氧化鋁的赤泥中回收鈧。國外，還有從鈾礦石生產加工過程中回收鈧。至今，還未能從精礦（含鈧）直接提取三氧化二鈧。

從長遠看，今後我國用於提取鈧的原料主要是四川的釩鈦磁鐵礦和煉鋁的赤泥。其主要原因是它們的礦物量很大，鈧的總含量多，適合用於長期的開發利用，且提取鈧的技術可以實現。當然，也可以從中國火電廠的巨量粉煤灰中提取。

五、鈧的產銷：市場容量有限

1970～1980 年代，我國鈧產量較少，主要出口日本，美國和歐洲。出口量約40公斤，國內銷量約20公斤。1990年代初，歐洲及日本急需鈧且需量較大，我國近10個廠生產鈧，產能猛增至700公斤左右，產量達150公斤，出口130公斤，國內銷量約20公斤。

2000 年以來，因俄羅斯大量生產的鈧產品，衝擊市場，造成我國一些生產廠家關閉或停產。目前全世界鈧的總銷量約450公斤，中國總銷量約占世界總銷量的14%。

近 30 多年來，金屬鈧的市場價格變化很快。1990 年初99.99%鈧的市場價7.5萬美元/公斤。後因俄羅斯低價拋售鈧，99.99%鈧市場價狂跌為 0.81萬美元/公斤。2002年市價2.0萬美元/公斤。2007年市價降為1.25萬美元/公斤。99.99%鈧的長期價格趨勢將維持在 1.3～1.5萬美元/公斤的水準上，主因是世界鈧產量與消費量接近平衡。2011年，99.99%的鈧價格在600～700美元/公斤之間 （Scandium Metal 7440-20-2;Unit Price:US $686.60 / piece; Unit Type:piece;Package Weight:1.0kg (2.20lb.);Package Size:11cm x 11cm x 11cm (4.33in x 4.33in x 4.33in);Place of Origin:Inner Mongolia China ；Content(percent):99.999%；Grade:99.999%）。

世 界生產鈧的主要國家有中國、俄羅斯、日本、美國、挪威、法國和烏克蘭等。俄羅斯和中國為主要生產國，兩國的產量及銷量之和大於總量的90%。據估計，目前 世界金屬鈧的銷售量約450～500公斤，我國約為60～70 公斤，占世界總銷量的13.4%～14.0%，我國目前鈧產品主要以內銷為主，出口量極 少。隨著Al－Sc合金及電光源材料的快速發展，今後我國乃至世界的鈧銷量將會快速增長。

綜上所述，鈧金屬的來源與利用問題，根本不在於鈧礦資源儲量多少問題，而在於冶煉渣、塵、液的回收鈧、新材料的研發及鈧資源回收的環境污染問題。


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