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摘要:
放射性元素钍（Th）有较广泛的工业用途，含钍核燃料清洁且高效，在“双碳”背景下得到了越来越多的关注。然而，世界范围内钍资源的分布、生产和消费却极不均衡，因此亟需在资源−经济−环境系统中对钍资源分布格局和特征进行分析研究，建立全面认识。通过梳理钍资源的勘查开发、生产加工及消费贸易数据，对中国和全球钍资源类型、分布、供需和消费形势展开分析，明确钍在资源−经济−环境系统中的流动特征，并对资源发展规划提出建议。研究表明，全球钍资源丰富却分布不均，主要以砂矿类型集中于印度、巴西等少数国家，而中国钍矿资源以碳酸岩型和碱性岩型为主，资源丰富但缺少准确的勘查数据；钍主要来自于砂矿型独居石的采选和冶炼，工艺成熟，近10年全球钍产量呈波动上涨趋势；根据钍的流向分析，钍金属及其化合物主要应用于能源、材料、冶金、医学等领域，而钍的环境排放集中于矿石采选过程。鉴于钍核燃料的发展潜力，未来钍产量上升空间较大，能源领域的应用将更加广泛。中国优势钍矿床类型有别于其他国家，且亟需系统全面的资源调查工作，在“双碳”目标要求下，开展钍提取工艺技术的创新与推广，合理规划发展钍基核电技术，具有重大的环境和经济意义。
Abstract:Thorium is a kind of radioactive element of multiple industrial uses. Due to China’s “dual carbon” goals, it attracts lots of attention in recent years because of its cleaner and more effective performance than uranium in nuclear power reactors. However, the distribution of thorium ore resources is uneven, as well as that of thorium (including concentrates, metal, and compounds) production and consumption. As a result, it is necessary to analyzes the state of thorium in detail globally based on the resource-economy-environment system. The method of material flow analysis is applied in this paper in order to unveil the characteristics of Thorium flow in the resource-economy-environment system. The distribution, genetic types, and exploration status of thorium deposits in the world and China are summarized respectively based on the analysis of statistics of thorium deposits exploration, industrial production, and international trade. The conclusions of this paper indicate that the abundant thorium resources, with placer type as the main genetic type, are centralized distributed in India, Brazil, the US, etc. However, carbonite type, alkaline type, and veins type are the main genetic types of thorium in China with an uncertain quantity. In the resource-economy-environment system, global thorium outputs decreased during 2010—2017 followed by a significant increase after 2018, of which the main source is the byproduct of monazite mining and concentrating. Thorium and its compounds are used in the field of energy, material, metallurgy, and medicine, while thorium emission is only associated with the mine and concentration of ores. Based on the analysis of thorium applications, it is supposed that the thorium output may continue increasing in the coming decade as a result of the growing uses of thorium in nuclear power reactors. It is necessary to carry out enough exploration on thorium in order to figure out the thorium resources in China because of the difference in genetic types between China and abroad. In order to achieve the aim of carbon peak and carbon neutralization, the government should carry out a series of policies to encourage the innovation and popularization of new techniques to improve thorium utilization and protect the environment.
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Key words:
- thorium /
- monazite /
- mineral resources /
- green energy /
- dual carbon goals
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表 1 全球代表性钍矿床及其成因类型
Table 1. Global typical thorium deposits and their genetic types
矿床类型 序号 矿床名称（国家或地区） 含矿/原岩岩性 品位/% 资源量/104t 成矿时代/物源时代 砂矿型 冲积砂矿床 1 Idaho（美国） 砾石屑、沉积物 3.5-5* 钍6.4 白垩纪 冲积砂矿床 2 North and South Carolina（美国） 粘土沉积屑 5 ~ 7* 古近纪/白垩纪 冲积砂矿床 3 路易−格拉华—杜−脑基（巴西） 风化花岗岩 7 ~ 11* 独居石0.06 元古宙 冲积砂矿床 4 皮尔里斯、开兰顿、帕汉特等
10个冲积砂矿床（马来西亚）河床冲积砂 2.27* 独居石3.5 中新世—更新世 冲积砂矿床 5 尼日利亚 含锡石花岗岩 6.5* 钍0.2 冲积砂矿床 6 比里顿（印度尼西亚） 斑状黑云母花岗岩 3.4* 侏罗纪 重矿砂 7 Chatrapur（印度） 重矿物体积分数约20% 重矿砂 8 Chavara bar（印度） 重矿物体积分数约73% 海岸线沉积 9 Murray Basin（澳大利亚） 独居石质量分数0.2% ~ 1.5% 1 ~ 1.5* 古近纪 砂矿 10 Pulmoddai(斯里兰卡） 独居石体积分数0.4% 滨海砂矿床 11 尼印达卡拉−卡耶古拉姆（印度） 第三纪砂岩 8.5* 古近纪砂岩 滨海砂矿床 12 玛纳瓦拉古利奇（印度） 片麻岩、混合岩 9.5* 太古宙 滨海砂矿床 13 古特黑拉州（印度） 伟晶岩、混合岩 5 ~ 7.4* 独居石0.8 太古宙 滨海砂矿床 14 巴耶（巴西） 花岗片麻岩、片麻状花岗岩 独居石3.8 太古宙/古近纪 滨海砂矿床 15 利奥乐−热挨尼罗至热西马（巴西） 花岗片麻岩、片麻状花岗岩 5 ~ 6* 独居石7.9 太古宙/古近纪 滨海砂矿床 16 巴拉−杜—依塔巴波纳（巴西） 花岗片麻岩、片麻状花岗岩 5 ~ 6* 太古宙/古近纪 滨海砂矿床 17 帕拉巴（巴西） 花岗片麻岩、片麻状花岗岩 5 ~ 6* 太古宙/古近纪 滨海砂矿床 18 勃兰克（意大利） 凝灰岩 3.5* 第四纪 滨海砂矿床 19 佛罗里达（美国） 片麻岩、花岗岩 太古宙/古近纪和第四纪 滨海砂矿床 20 特拉瓦古尔−康钦州（印度） 片麻岩、花岗岩/砂岩 8* 太古宙/古近纪 砾岩 21 Witwatersrand（南非） 砾岩 砾岩 22 Blind River-Elliot Lake（加拿大） 砾岩 6.5* 受变质砂矿床 23 勃兰特·利维尔（加拿大） 沉积岩 0.02 ~ 0.04* 钍4.5 元古宙 受变质砂矿床 24 帕尔米尔（美国） 片麻岩 9.3* 太古宙 受变质砂矿床 25 立德尔−别格—洪河盆地（美国) 前寒武基底砾岩 古生代 碳酸岩型 岩浆热液 26 白云鄂博（中国） 碳酸岩杂岩 0.02* 钍22 古生代 碳酸岩 27 大芦翔（中国） 碳酸岩 碳酸岩 28 毛牛坪（中国） 碳酸岩 碳酸岩 29 微山（中国） 碳酸岩 碳酸岩−
碱性侵入岩30 Powderhorn(美国科罗拉多州） 碳酸岩、辉石−正长岩 寒武纪 碳酸岩 31 Wet Mountains（美国科罗拉多州） 碳酸岩 前寒武纪 碳酸岩 32 Bearpaw Mountains（美国蒙大纳州） 碳酸岩 前寒武纪 碳酸岩 33 苏菲特−库因（美国） 碳酸岩、片麻岩 0.08* 矿石2300 前寒武纪 碳酸岩 34 潘达−黑尔矿床（刚果） 碳酸岩 0.5 ~ 2.5** 矿石1100 中生代 碳酸岩 35 苏库露（乌干达） 碳酸岩 0.37 ~ 2.86** 烧绿石8.5 古近纪 碳酸岩 36 齐尔瓦（马拉维） 碳酸岩 1** 矿石4500 中生代 碳酸岩 37 姆利玛（肯尼亚） 碳酸岩 3** 矿石4200 古近纪 碳酸岩 38 Magnet Oove（美国阿肯色州） 碳酸岩 碳酸岩−碱性
侵入岩39 Bear Lodge（美国） 碳酸岩杂岩 0.11* 1800 始新世 风化 40 Mount Weld（西澳大利亚） 碳酸岩 元古宙 热液交代 41 Mountain Pass（美国） 硫化物碳酸岩 0.03* 1670 脉型 碱性岩浆 42 Lemhi Pass(美国蒙大纳−
爱达荷边界)独居石−钍—磷灰石
剪切体0.43* 古元古代 变质岩 43 帕岛乐尔洪区（美国） 石英黑云母片岩、
石英岩0.3* 前寒武纪 变质岩 44 斯际开姆斯克拉利（南非） 花岗片麻岩 1* 前寒武纪 变质杂岩 45 威特−马金斯及科罗拉多
矿区（美国）片麻岩、混合岩 0.1* 前寒武纪 热液交代 46 加里福尼亚马金−
帕斯矿床（美国）正长岩、碳酸岩 0.5* 前寒武纪 脉型矿床 47 Nolans Bore （澳大利亚） 氟磷灰石脉 0.27* 2700 碱性岩型 热液交代 48 Nechalacho（加拿大） 二长岩 碱性深沉岩 49 Lovozero（俄罗斯） 霞石正长岩 碱性深成岩 50 Khibiny （俄罗斯） 岩浆杂岩 碱性深成岩 51 Pilanesberg（南非） 正长岩 交代蚀变 52 云南建水（中国） 矽卡岩 矿石含钍0.75 残浆交代型 53 赛马（中国） 霓石霓霞正长岩 0.15 ~ 0.4* 三叠纪 碱性花岗岩 54 阿勒泰（中国） 花岗伟晶岩 二叠纪 碱交代 55 龙首山（中国） 粗粒花岗岩 中元古代 碱性花岗岩 56 黄山（中国） 蚀变花岗岩、伟晶岩 中生代 碱性岩浆杂岩 57 Kvanefjeld（丹麦） 霞石正长岩 其他类型 矽卡岩型 58 Tranomaro（马达加斯加） 透辉石岩、大理岩 0.45* 前寒武纪 矽卡岩型 59 福特−多芬矿床（马达加斯加） 镁质石灰岩、白云岩 前寒武纪 岩浆热液 60 相山（中国） 流纹英安岩、花岗斑岩 1* 侏罗纪 岩浆热液 61 庐江砖桥（中国） 正长岩、粗粒砂岩 1.7* 中生代 岩浆热液 62 Pea Ridge（美国密苏里州） 流纹岩 0.23 ~ 0.41* 中元古代 岩浆岩 63 Bancroft(加拿大） 花岗岩、伟晶岩 10* 岩浆岩 64 Rössing（纳米比亚） 花岗岩、 钍3.3 ~ 8.0 岩浆岩 65 Crockers Well（澳大利亚） 花岗岩、伟晶岩 岩浆岩 66 Greenbushes（澳大利亚） 花岗岩、伟晶岩 岩浆岩 67 Radium Hill（澳大利亚） 花岗岩、伟晶岩 岩浆型 68 Mineville（美国纽约） 辉长岩、闪长岩 0.15* 前寒武纪 变质型 69 Steenkampskraal（南非) 花岗片麻岩 钍3.3 ~ 7.6 元古宙 注：钍矿床信息据科特利亚尔等，1958；Olson et al.，1964；Staatz，1979；徐国凤,1987；Sørensen，1992；Sidder et al.，1993；Andreoli et al.，1994，2006；徐光宪，2005；Sheard et al.，2012；Anderson et al.，2013；孟艳宁等，2013；熊欣等，2013；Hoatson et al.，2014；刘正义等，2015；Van Gosen，2016；王凤岗等，2016，René，2017；李庆，2017；史长昊，2017；江小强，2020；*表示独居石中ThO2含量；**表示烧绿石中ThO2含量 
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表 3 中国钍矿石和精矿进口量及进口国
Table 3. China’s imports and sources of thorium ores and concentrates
年份 国家进口量/t 合计 巴西 泰国 越南 马来西亚 老挝 其他国家 2014 NA 3570 NA 313 NA NA NA 2015 1230 1890 NA 609 495 416 4640 2016 3730 2670 402 321 NA 0 7120 2017 2900 2560 359 130 NA 55 6004 注：数据据美国地质调查局（顾忠茂，2007；OECD/NEA-IAEA，2015；Xu，2017；徐洪杰等，2018）；NA表示无统计数据
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表 4 截至2020年全球各国钍燃料反应堆
Table 4. Thorium fission fuel reactors in the world until 2020
序号 国家 项目名称 反应堆类型 电能 运行时间 1 美国 Indian Point 轻水增殖反应堆、压力水冷反应堆 7.5 MWe 1962—1980年 2 美国 Shippingport 轻水增殖反应堆、压力水冷反应堆 100 MWe 1977—1982年 3 美国 Elk River 沸水反应堆 24 MWe 1963—1968年 4 德国 Lingen 沸水反应堆 60 MWe 1973年结束 5 印度 KAPS1、2；KGS1、2；RAPS2、3、4 加压重水反应堆 220 MWe 未知—尚在运行 6 美国 Peach Bottom 高温气冷反应堆 40 MWe 1966—1972年 7 美国 Fort St Vrain 高温气冷反应堆 330 MWe 1976—1989年 8 德国 AVR 高温气冷反应堆 15 MWe 1967—1988年 9 德国 THTR-300 高温气冷反应堆 300 MWe 1985—1989年 10 英国、瑞典、挪威、瑞士 Dragon 高温气冷反应堆 20 MWt 1966—1973年 11 美国 MSRE ORNL 熔盐增殖反应堆 7.5 MWt 1964—1969年 12 印度 FBTR 液体金属快中子反应堆 40 MWt 1985年—尚在运行 13 荷兰 SUSPOP/KSTR KEMA 水均质悬浮反应堆 1 MWt 1974—1977年 14 加拿大 NRU&NRX 材料实验反应堆 NA 测试阶段 15 印度 KAMINI 材料实验反应堆 30 kWt 1996年—尚在运行 16 印度 CIRUS 材料实验反应堆 40 MWt 1960—2010年 17 印度 DHRUVA 材料实验反应堆 100 MWt 1985年—尚在运行 18 俄罗斯 BN800 快中子反应堆 820 MWe 2016年—尚在运行 注：荷兰数据据Traffic et al.（1962）；俄罗斯数据据World Nuclear Association（2021）；其他数据据Van Gosen et al.（2016）和Martin（2012）； NA表示无数据
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图(6)
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