Distribution characteristics, types, supply-demand and development utilization status of zirconium and titanium resources
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摘要:
研究目的 中国锆-钛矿产资源禀赋较差而市场需求较大，因此每年需大量进口锆-钛矿产资源，梳理锆-钛矿产资源分布、成矿类型及供需现状，对于进一步开展锆-钛矿产勘查及开发意义重大。
研究方法 本文系统收集和整理了全球锆-钛矿产资源禀赋、矿床类型、供需条件及资源潜力。
研究结果 全球锆矿资源主要以砂矿型锆英石为主，钛矿资源主要以钛铁矿和金红石为主，高品质钛矿资源也以沉积型砂矿为主。全球锆-钛矿产资源具有分布集中、供需分离等特点，主要表现为：锆矿资源主要集中在澳大利亚（71.43%）、南非（8.43%）和莫桑比克（2.57%）三个国家（占比80%以上），中国是全球最大的锆矿资源进口国，进口来源国主要为澳大利亚和南非；钛铁矿资源主要分布在中国（32.86%）、澳大利亚（22.86%）和印度（12.14%）等国，金红石资源则主要分布在澳大利亚（62.31%）、印度（14.87%）和南非（13.07%）等国，中国钛矿资源虽然储量占比高，但资源禀赋差（高品级钛矿依赖进口），是全球最大的钛矿资源净进口国，莫桑比克和越南是中国目前最大的钛矿资源海外来源地。
结论 锆-钛矿产资源未来仍是中国的紧缺矿种，应进一步加大勘查开发投入、拓展海外来源地、提升产业链发展水平，并尽快建立锆-钛矿产资源可持续发展及保障体系。
Abstract:This paper is the result of mineral exploration engineering.
Objective Zirconium and titanium resources in China are scarce and the market demand is large, heavily dependent on import. Sorting out the distribution of zirconium and titanium resources, metallogenic types and supply and demand status is of great significance for further zirconium and titanium exploration and development.
Methods This paper systematically collected and sorted out the endowment, deposit types, supply and demand conditions and resource potentials of zirconium and titanium resources in the world.
Results Zirconium resources in the world are mainly placer-type, titanium resources consist mainly of ilmenite and rutile, and high-quality titanium resources are also dominated by sedimentary placers. Zirconium and titanium resources in the world have the characteristics of concentrated distribution and separation between supply and demand, shown mainly as follows: Zirconium resources are mainly concentrated in Australia (71.43%), South Africa (8.43%) and Mozambique (2.57%) (accounting for more than 80%). China is the world's largest importer of zirconium resources, mainly from Australia and South Africa; Ilmenite resources are mainly distributed in China (32.86%), Australia (22.86%), India (12.14%) and other countries, while rutile resources are mainly distributed in Australia (62.31%), India (14.87%), South Africa (13.07%) and other countries. Although China's titanium resources account for a high proportion of reserves, its resource endowment is poor (high-grade titanium depends on imports), and it is the world's largest net importer of titanium resources, Mozambique and Vietnam are currently the largest overseas sources of titanium resources.
Conclusions Zirconium and titanium resources are still in short supply in China in the future. We should further increase investment in exploration and development, expand overseas sources, improve the level of industrial chain development, and establish a sustainable development and security system for zirconium and titanium resources as soon as possible.
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1. 引言
锆在地壳中的含量居第19位，是一种稀有金属，具有抗腐蚀性、超高的硬度和强度等特性，广泛应用于陶瓷、特种玻璃、航空航天、军工、核反应、原子能领域（刘英俊等，1984；孙宏伟等，2019），是稀缺的战略资源之一（张新安和张迎新，2011；陈其慎等，2016）。目前已知锆的独立矿物有38种（刘英俊等，1984；Hinton and Upton, 1991），主要是锆的硅酸盐及氧化物，常见且具有工业价值的主要是锆石及斜锆石等。
钛是地壳中分布最广和丰度较高的元素之一，占地壳重量的0.61%，位居第9位，易与其他金属组成合金使其具有强度增加、膨胀系数降低等优异的物理性质和抗腐蚀性等化学性质，广泛应用于化工、电力、冶金等传统领域及航空航天、海洋工程、医药、休闲体育等新兴领域，是中国战略性新兴产业所需的重要高技术矿产（陈从喜等，2020；李政和陈从喜，2020），在未来科技发展道路上占有重要地位。钛属于大离子亲石元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，目前已知的含钛矿物达140多种，常见且具有开采价值的主要为钛铁矿和金红石。
中国是目前世界上最大的锆-钛矿产资源消费国，但国内资源供给严重不足，大量依赖进口，其中锆对外依存度超过90%，钛精矿对外依存度也超过60%，供应风险均达中高级（陈其慎等，2016；刘皓阳和马哲，2017；孙宏伟等，2019；张晓伟等，2019；崇霄霄，2020；李政和陈从喜，2020；任军平等，2021；董津蒙等，2022），锆-钛矿产资源供应安全面临着巨大的挑战。本文通过收集整理国内外锆-钛矿产资源相关资料，对全球锆-钛矿产资源的分布、成因类型及勘查开发现状进行系统总结，为中资企业开展锆-钛矿产资源勘查投资和产业布局提供参考，并在此基础上提出如何保障中国锆-钛矿产资源可持续供应及锆-钛矿产行业更好发展的措施和建议。
2. 全球锆-钛矿产资源禀赋
2.1 全球锆矿资源分布特征
世界各大洲均发现有锆矿资源，主要分布于大洋洲和非洲，美洲、亚洲、欧洲也有发现（图 1）。据美国地质调查局统计（USGS, 2022），2021年全球锆矿资源储量（以ZrO2计算）约为7000万t，其中澳大利亚（全球占比71.43%）、南非（全球占比8.43%）和莫桑比克（全球占比2.57%）合计5770万t，合计占比达80%以上（表 1）。中国锆矿储量约为50万t，与美国基本一致，占全球总储量的0.71%，相比其他国家中国锆矿资源较为缺乏。锆矿品位方面，全球主要的锆矿资源国其锆矿品位多在5%~10%，而中国则多小于1%，整体品位较低（孙宏伟等，2019；Perks and Mudd, 2021）。
图 1. 全球主要锆-钛矿产资源分布图Figure 1. Distribution of major zirconium and titanium resources in the world表 1. 全球锆-钛矿产资源储量Table 1. Global reserves of zirconium and titanium resources
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2.2 全球钛矿资源分布特征
钛矿资源集中在全球40多个国家，分布于除南极洲之外的各大洲（图 1）。据美国地质调查局统计（USGS, 2022），2021年全球钛矿资源储量（以TiO2计算）约为75000万t，包括钛铁矿70000万t（93%）和金红石4950万t（7%），其中钛铁矿主要分布于中国（全球占比32.86%）、澳大利亚（全球占比22.86%）、印度（全球占比12.14%）、巴西（全球占比6.14%）和挪威（全球占比5.29%），五国钛铁矿储量全球占比达80%；金红石主要集中在澳大利亚（全球占比62.31%）、印度（全球占比14.87%）、南非（全球占比13.07%）、乌克兰（全球占比5.03%）和莫桑比克（全球占比1.79%），五国储量占全球的97%以上（表 1）。当前工业可以利用的钛矿资源主要为钛铁矿，金红石占比不足十分之一，但全球金红石的品级（品位高、杂质含量少）远高于钛铁矿，其面向对象主要是高端需求（陈其慎等，2016；张晓伟等，2019）。中国是全球最大的钛铁矿资源国，但主要为低品位难分选的钒钛磁铁矿，资源禀赋较差。中国钛铁矿平均品位一般为5%~10%，金红石平均品位一般为1%~5%，多在1%~2%，远低于全球主要钛矿资源国钛矿品位（孙仁斌等，2019；张晓伟等，2019；崇霄霄等，2020；丁建华等，2020；文俊等，2022）。因此，中国高品位钛矿资源主要依赖进口。
3. 锆-钛矿产资源主要类型
3.1 锆矿资源主要类型
锆矿床按其成因可分为脉矿和砂矿两种类型（Uddin and Lundberg, 1998；Watson et al., 2006；车东等，2016；孙宏伟等，2019；Suiekpayev et al., 2021）。其中脉矿型锆矿主要产于中酸性岩体中（Pidgeon et al., 1998），其结构形态复杂，分离共生矿物成本高且开采难度较大，因此目前全球工业开采多以砂矿型为主（全球90%的锆矿来源于砂矿）。砂矿主要包括滨海砂矿、冲积砂矿以及残积砂矿，其中尤以滨海砂矿最具工业开采价值，规模和产量远大于冲积砂矿及残积砂矿（Peterson et al., 1986；Murty et al., 2007；申正伟等，2016；车东等，2016；孙宏伟等，2019；任军平等，2021）。中国锆矿资源主要分布在内蒙古和海南，其中内蒙古锆矿资源主要为赋存于碱性花岗岩中的脉矿型，尚未大规模开发；海南则为滨海砂矿（张建文等，2019），是中国目前主要的开采对象，但规模有限。
3.2 钛矿资源主要类型
国内外不同学者对钛矿床的成因类型提出过不同的划分方案，主要包括岩浆型、冲积-坡积型、海滨砂矿型、火山沉积型、风化型和变质型（刘兰笙等，1996；Janssen and Putnis, 2011；Ohara et al., 2020）。丁建华等（2020）综合国内外钛矿床的主要成因，将钛矿床类型划分为岩浆型矿床、风化型矿床、变质型矿床和沉积型矿床4类，本文主要参考该分类标准。
沉积型钛矿床是目前全球最重要的钛矿床类型，多属于第四纪沉积型砂矿，是由原生矿床或含钛矿物的岩石经风化剥离再经水流冲刷富集而成，多分布于海岸、湖岸和河滩等地，尤以滨海沉积型为主。该类型矿床主要分布在澳大利亚、南非、莫桑比克及马达加斯加等国（孙宏伟等，2019；许康康等, 2020, 2021；任军平等，2021；Sun et al., 2021；王杰等，2022）。岩浆型钛矿床是由岩浆分异作用形成的，矿体直接产于岩体内，成矿母岩为镁铁质和超镁铁质岩，该类型矿床是中国最重要的钛矿床类型，攀西成矿带为典型代表（武斌等，2012；邢长明等，2012）。风化型钛矿床是原生钛矿床在风化作用下形成的，该类矿床多产在含矿岩体顶部的风化壳中。变质型钛矿床的形成往往与高压（超高压）变质作用有关，变质型钛矿床中钛主要来源于原岩。赵一鸣（2008）将变质型钛矿床分为榴辉岩型、角闪岩型、变质（粉）砂岩和变质铝硅酸盐型4种。
综上所述，全球锆-钛矿床主要以滨海沉积型砂矿为主，是目前最具经济价值的锆-钛资源，集中分布于大洋洲及非洲地区。中国钛矿资源虽然储量大，但多以原生矿为主，砂矿少，具有品位低且多伴生等特点，难于利用（吴贤和张健，2006；陈其慎等，2016；张晓伟等，2019）。
4. 锆-钛矿产资源矿业开发
4.1 主要矿业活动
全球主要的锆-钛矿业项目主要分布于大洋洲、非洲以及亚洲地区，其中尤以大洋洲最为集中。统计数据显示（S & P Global Market Intelligence, 2021），全球目前共有176个锆-钛矿业项目，其中钛铁矿项目134个，金红石项目14个，锆矿项目6个，未分类锆-钛项目22个。矿业项目处于活动状态的共计79个，非活动状态85个，其他状态12个。所属矿业项目最多的国家是澳大利亚（62个），坦桑尼亚（11个）、南非（10个）、莫桑比克（8个）、加拿大（8个）以及马达加斯加（6个）和中国（6个）等也均有涉及（图 2）。
4.2 主要矿业企业
全球锆-钛矿产资源及相关矿业项目主要集中在澳大利亚、英国、美国和爱尔兰等国大型矿业公司手中（表 2），主要包括：澳大利亚艾璐卡资源有限公司（Iluka Resources Limited），持有矿业项目主要为Eucla Basin、Perth Basin、Murray Basin和Sierra Rutile等（Iluka, 2019）；英国力拓公司（Rio Tinto），持有矿业项目主要为QMM、Richards Bay、Lac Allard和Kiswere等（Rio Tinto, 2019）；美国特诺公司（Tronox Holdings plc），持有矿业项目主要为Fairbreeze、Namakwa、Murray Basin Exploration Area、South West WA和Tiwest等（Tronox, 2019）；澳大利亚阿斯创公司（Astron Corporation Limited），持有矿业项目主要为Donald和Niafarang等（Astron, 2019）；爱尔兰肯梅尔资源公司（Kenmare Resources Plc），持有矿业项目主要为Moma等（Kenmare Resources, 2019; 任军平等，2021）；澳大利亚贝斯资源有限公司（Base Resources Limited），持有矿业项目主要为Toliara和Kwale等（Base Resources, 2019）。
表 2. 主要矿业公司所控制的锆-钛矿产资源量Table 2. Resources of zirconium and titanium controlled by major mining companies
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5. 锆-钛矿产资源供需现状
5.1 全球锆矿资源供需现状
5.1.1 主要锆矿资源生产国
统计数据显示（表 3），2015—2021年全球锆矿资源产量为122~160万t，总体趋于平稳，近两年受疫情影响，产能下降较为明显，2021年总产量为122万t；主要生产国为澳大利亚（40万t）、南非（27万t）、中国（14万t）和莫桑比克（11万t）。
5.1.2 锆矿资源贸易现状
2020年，全球锆矿资源出口量为110万t，其中南非为全球最大的锆矿资源净出口国，共计33.2万t，占比达30.18%，其次为澳大利亚（25.36%）、莫桑比克（9.55%）、塞内加尔（7.36%）及印度尼西亚（5.81%）等（图 3）。进口贸易方面，中国为全球最大的锆矿资源净进口国，2020年共计进口锆矿资源67.9万t，占比达61.73%，其次为西班牙8.73万t（7.94%）、荷兰3.23万t（2.94%）等（图 4）。
图 3. 全球主要锆矿资源出口国占比份额（数据来源：Resourcetrade.earth, 2020）Figure 3. Proportion of major zirconium resource exporters in the world (data sources: Resourcetrade.earth, 2020)5.2 全球钛矿资源供需现状
5.2.1 主要钛矿资源生产国
2015—2021年全球钛矿资源（钛铁矿+金红石）产量为630~880万t（表 4），其中2021年产量为883万t；钛铁矿主要生产国为中国（210万t）、南非（82万t）、加拿大（69万t）、澳大利亚（66万t）和莫桑比克（59万t）；金红石主要生产国为澳大利亚（14万t）、塞拉利昂（12万t）、南非（11万t）、乌克兰（9.4万t）和肯尼亚（7.4万t）。
表 4. 全球钛矿资源产量（TiO2/万t）Table 4. Global production of titanium resources(TiO2/万t)
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5.2.2 钛矿资源贸易现状
2020年，全球钛矿资源出口量为680万t，其中莫桑比克为全球最大的钛矿资源净出口国，共计130万t，占比达19.12%，其次为南非（9.7%）、塞内加尔（7.35%）、乌克兰（7.35%）、马达加斯加（7.24%）、澳大利亚（7.21%）及越南（7.00%）等（图 5）。进口贸易方面，中国为全球最大的钛矿资源净进口国，2020年共计进口钛矿资源240万t，占比达35.29%，其次为美国62.5万t（9.19%）、加拿大33.5万t（4.93%）等（图 6）。尽管中国是全球最大的钛矿资源生产国之一，但对于高品质钛精矿仍需大量进口，自2013年以来，中国钛精矿对外依存度一直处于60%以上（李政和陈从喜，2020）。
图 5. 全球主要钛资源出口国占比份额（数据来源：Resourcetrade.earth, 2020）Figure 5. Proportion of major titaniun resource exporters in the world (data sources: Resourcetrade.earth, 2020)5.3 中国锆-钛矿产资源供需格局
5.3.1 锆矿资源供需格局
2011—2020年，中国锆矿资源进口量在45.6~82.9万t，其中2020年为67.9万t（图 7）。而进口来源国方面，澳大利亚为中国最大的锆矿资源来源国，2020年共进口20.6万t，占比达30.34%，其次为南非19.4万t（28.57%）、莫桑比克8.75万t（12.89%）等（图 8）。
图 7. 2011—2020中国锆矿资源进口量（数据来源：Resourcetrade.earth, 2020）Figure 7. Zirconium resource imports from 2011 to 2020 (data sources: Resourcetrade.earth, 2020)5.3.2 钛矿资源供需格局
2011—2020年，中国钛矿资源进口量在140~240万t，其中2020年为最高的240万t（图 9）。而进口来源国方面，莫桑比克为中国最大的钛矿资源来源国，2020年共进口74.4万t，占比达31%，其次为越南42.1万t（17.54%）、肯尼亚26.8万t（11.17%）等（图 10）。
图 9. 2011—2020中国钛矿资源进口量（数据来源：Resourcetrade.earth, 2020）Figure 9. Titanium resource imports from 2011 to 2020 (data sources: Resourcetrade.earth, 2020)6. 中国锆-钛矿产资源利用趋势
目前，中国锆矿资源的消费领域仍主要集中在陶瓷、化学锆及电熔锆等领域（虞平, 2011, 2016；黄淑梅等，2014；孙宏伟等，2019），但近年来锆矿资源在航空航天、核反应及原子能领域的消费占比逐渐升高。未来，随着高新技术行业中的锆制品如高纯化学锆、电容锆以及精密铸造等需求量的增加，对锆矿资源的需求仍将保持较快增长（谭化川等，2015；薛翻琴等，2016；孙宏伟等，2019）。而随着中国核电事业进入快速发展阶段，也将催生核级锆新需求。因此，即使传统领域对锆矿资源的需求减弱，中国对锆矿资源的需求仍将保持较快增长，在国内锆矿资源不足的大背景下，对外依存度将持续高位运行。
中国工业用钛方面仍以传统化工、电力、冶金、制盐等领域为主，其中钛白粉（主要用于建筑涂料）更是占比达60%左右，而新兴航空航天、海洋工程、医药及休闲体育等领域占比不足30%（吴景荣等，2014；张晓伟等，2019；陈从喜等，2020）。未来随着中国房地产市场的收缩，传统领域的钛矿资源消费量将有所下降，但在中国经济高质量发展的要求下，航空航天、海洋工程、休闲体育以及医药等钛资源新兴领域需求将快速增长（姚震和邓锋，2018），这也将进一步加大中国对高品质钛矿资源的需求，可能导致进口量的进一步提升。
7. 结论
（1）全球锆-钛矿产资源具有分布集中、供需严重分离的特征，其中锆矿资源主要集中在澳大利亚（67.29%）、南非（10.41%）和莫桑比克（2.88%）三个国家，占比80%以上。全球钛铁矿资源主要分布在澳大利亚（32.47%）、中国（29.87%）、印度（11.04%）、巴西（5.58%）和挪威（4.81%）；金红石资源则主要分布在澳大利亚（61.51%）、印度（15.69%）、南非（12.94%）、乌克兰（5.30%）和莫桑比克（1.87%）。
（2）中国是全球最大的锆-钛矿产资源消费国，也是最大的净进口国，澳大利亚和莫桑比克分别为我国最大的锆、钛矿资源来源国；南非和莫桑比克分别为锆、钛矿资源最大出口国（2020年）。
（3）中国锆矿资源短缺，主要依赖进口，而中国钛矿资源尽管丰富，但资源禀赋差，高品质钛矿亦需进口。未来需要进一步加大勘探开发投入，并不断推进产业结构调整，提升产品竞争力，形成一个稳定、安全、多元、健康的资源利用与保障体系。
（4）非洲东海岸锆-钛矿产资源储量大、开发程度低且以经济价值高的砂矿型为主，未来将是全球锆-钛矿产资源的主要潜力区，莫桑比克、坦桑尼亚、肯尼亚、马达加斯加等将是锆-钛矿产开发的重点潜力国。
致谢
在成文过程中，中国地质调查局天津地质调查中心贺福清工程师给予了指导和帮助，匿名审稿专家和编辑老师提供了宝贵的的意见，在此一并表示衷心的感谢！
创新点：（1）对全球锆-钛矿资源禀赋、矿床类型及供需格局等进行了梳理与分析；（2）为中国未来锆-钛矿产资源可持续发展提供了建议。
Highlights: (1) The global zirconium titanium ore resource endowment, deposit types, supply and demand patterns were sorted out and analyzed; (2) Provided suggestions for the sustainable development of zirconium and titanium mineral resources in China.
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表 2 主要矿业公司所控制的锆-钛矿产资源量
Table 2. Resources of zirconium and titanium controlled by major mining companies
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