稀土是国家重要战略性资源，不仅在催化剂、玻璃和陶瓷等传统领域有诸多应用，同时也在风力涡轮、电动汽车和储氢电池等新兴行业具有不可替代的位置，是应对气候变化、实现“双碳”目标不可或缺的资源。上海交通大学中英国际低碳学院张宇泉副教授课题组与环境科学与工程学院、国际与公共事务学院、上海交大-联合国工业发展组织绿色增长联合研究院等科研团队合作，针对我国轻稀土资源开展了物质代谢和时空演变规律研究。近期，相关成果先后在环境领域高影响力期刊Journal of Cleaner Production和Science of the Total Environment发表。

01）镧

镧作为镧系金属中原子序号排第一（No. 57）、稀土金属中产量第二的金属元素，在催化剂、光学玻璃、陶瓷、电池以及合金等传统领域有着广泛的应用。然而，目前针对我国范围内镧金属的物质代谢相关研究匮乏。团队基于大量数据整理，结合实地调研和市场数据库资料等多种途径，采用动态物质流的方法刻画了2011至2020年我国镧金属的物质代谢和时空演变规律。研究成果以“Investigating lanthanum flows and stocks in China: A dynamic material flow analysis”为题发表在Journal of Cleaner Production (IF=11.072, JCR一区)期刊上。

研究发现，我国镧金属目前处于供大于求的状况，在2011至2020年间累计过剩量约35929吨；我国是稀土精矿的净进口国，同时也是镧初级产品和中间产品的净出口国。

面对我国镧金属的过剩现状，本文建议通过拓宽镧的用途范围、引导增加终端消费需求、加大镧产业研发投入，以及提升相关产品附加值来缓解过剩现状。

图1 2011-2020我国镧金属在用库存（a）和报废流（b）

论文链接 https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.133204

02）铈、镨、钕

各种稀土金属由上游的稀土矿经开采分离冶炼成不同的稀土金属单质，然后加工制造应用于不同的领域。由于不同稀土元素在稀土矿中的配分不同，同时下游市场对于稀土元素的需求存在差异，因此下游市场需求与上游稀土矿中的不匹配导致了稀土市场上同时存在供给过剩以及需求不足的矛盾现象。团队选取稀土元素中配分最高金属（铈）以及未来需求增涨最为迅猛的金属（钕和镨），采用动态物质流方法定量刻画了不同稀土元素之间“过剩”和“不足”共存的情况。研究成果以“Measuring the anthropogenic cycles of light rare earths in China: Implications for the imbalance problem”为题发表在Science of the Total Environment (IF=10.754, JCR一区)期刊上。

研究发现，2011-2020年间钕和镨的非注册开采量分别约为138086吨和35549吨，而铈的累计过剩量约为63523吨；在国际稀土市场中，我国倾向于扮演“加工厂”的角色，进口大量稀土精矿，经过冶炼分离加工成初级、中间和终端产品后出口至其他国家。

图2 2011-2020我国轻稀土（铈、镨、钕）过剩量（a/c）和非注册开采量（b/c）

本文从轻稀土多元素视角出发，采用动态物质流方法分析了目前国内不同轻稀土元素之间“过剩”和“不足”共存的现象。为此，本文建议国内稀土生产配额的分配需考虑经济社会对不同稀土元素的不同需求。同时，加大对稀土非法开采的打击力度、建立健全关键元素的回收体系，以此扭转目前稀土市场的非均衡现状。

论文链接 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163215

作者简介

低碳学院博士生郑彪为两篇论文的第一作者，张宇泉副教授为通讯作者。该研究是科技部重点研发计划项目“资源循环利用过程精准管理支撑技术与应用示范”的阶段性成果之一。研究工作得到了环境学院耿涌教授的指导，国务学院魏文栋副教授、环境学院谭雪萍博士后、国务学院肖诗茳博士后、高子彦博士生，以及低碳学院葛泽文硕士生（已毕业）皆对研究有贡献。

郑彪，上海交通大学中英国际低碳学院2020级博士生。研究方向：资源与环境管理。

张宇泉，上海交通大学中英国际低碳学院副教授，博士生导师。研究方向：资源-环境-社会经济系统综合建模；气候变化影响、减缓与适应。