钽铌矿回收供应链

钽被许多国家视为关键元素之一，是一种广泛用于电子、航空航天和汽车等行业的金属。钽市场在过去经历了几次中断和随后的价格波动，这意味着其供应链的弹性和稳定性存在问题。在本研究中，我们追溯了钽产业从采矿到中间和下游产业的整个价值链。我们的兴趣是了解钽供应链对特定国家和地区的依赖程度、初级生产对中断的影响程度以及应对中断的机制。本研究从弹性的角度评估钽供应链，而不是调查系统中的任何特定中断。我们分析了几种促进复原力的机制，例如：(a) 供应的多样性，(b) 材料替代，(c) 回收和 (d) 储存。我们评估了这些机制中的每一个，并发现尽管供应和储存机制的多样性多年来一直在减少，但钽供应链在应对中断方面一直很灵活。根据官方统计，我们发现来自下落的手工和小型采矿来源的供应量比预期的要大得多，并估计非洲的下落产量从 2004 年的约 600 吨增加到 2014 年的 2000 多吨，增加了近 250%。除了小规模采矿的灵活初级生产外，我们发现快速的材料替代和增加的废料和废料的可用性是观察到的供应链弹性背后的主要原因。(c) 回收和 (d) 储存。我们评估了这些机制中的每一个，并发现尽管供应和储存机制的多样性多年来一直在减少，但钽供应链在应对中断方面一直很灵活。根据官方统计，我们发现来自下落的手工和小型采矿来源的供应量比预期的要大得多，并估计非洲的下落产量从 2004 年的约 600 吨增加到 2014 年的 2000 多吨，增加了近 250%。除了小规模采矿的灵活初级生产外，我们发现快速的材料替代和增加的废料和废料的可用性是观察到的供应链弹性背后的主要原因。(c) 回收和 (d) 储存。我们评估了这些机制中的每一个，并发现尽管供应和储存机制的多样性多年来一直在减少，但钽供应链在应对中断方面一直很灵活。根据官方统计，我们发现来自下落的手工和小型采矿来源的供应量比预期的要大得多，并估计非洲的下落产量从 2004 年的约 600 吨增加到 2014 年的 2000 多吨，增加了近 250%。除了小规模采矿的灵活初级生产外，我们发现快速的材料替代和增加的废料和废料的可用性是观察到的供应链弹性背后的主要原因。并发现尽管供应和储存机制的多样性多年来一直在减少，但钽供应链在应对中断时一直很灵活。根据官方统计，我们发现来自下落的手工和小型采矿来源的供应量比预期的要大得多，并估计非洲的下落产量从 2004 年的约 600 吨增加到 2014 年的 2000 多吨，增加了近 250%。除了小规模采矿的灵活初级生产外，我们发现快速的材料替代和增加的废料和废料的可用性是观察到的供应链弹性背后的主要原因。并发现尽管供应和储存机制的多样性多年来一直在减少，但钽供应链在应对中断时一直很灵活。根据官方统计，我们发现来自下落的手工和小型采矿来源的供应量比预期的要大得多，并估计非洲的下落产量从 2004 年的约 600 吨增加到 2014 年的 2000 多吨，增加了近 250%。除了小规模采矿的灵活初级生产外，我们发现快速的材料替代和增加的废料和废料的可用性是观察到的供应链弹性背后的主要原因。

1 . 介绍

钽被许多工业化国家视为关键元素，是电子、航空航天和汽车等行业中广泛使用的金属。这种金属是在发现铌(Nb) 一年后的 1802 年被发现的。这两种金属具有相似的化学性质，矿石通常被称为铌铁矿或钽铁矿（ TIC，2016a）。相对于铜、铁或镍等任何“主要”金属，其年产量微乎其微。然而，由于它产自刚果民主共和国 (DRC) 和非洲其他采矿业为反叛运动提供资金的国家，因此钽被归类为冲突矿物（ Nest，2011)，以及锡 (Sn)、金 (Au) 和钨(W)。

我们的兴趣是了解钽供应链对特定国家和地区的依赖程度、初级生产对中断的影响程度以及应对中断的机制。本研究从弹性的角度评估钽供应链，而不是调查系统中的任何特定中断。我们旨在分析几种促进复原力的机制，例如：(a) 供应的多样性，(b) 材料替代，(c) 回收和 (d) 储存。

在过去的几十年中，钽市场经历了中断和价格大幅波动，这意味着其供应链的弹性和稳定性存在问题。因此，金属对金属供应链的弹性进行了一个有趣的案例研究，特别是考虑到之前关于稀土元素(REE) 供应链弹性的研究，重点是钕磁铁（Sprecher 等人，2015 年，Sprecher 等人，2017 年）。该研究的主要发现之一是，稀土主要生产国（中国）实施的出口限制造成的破坏导致大量非法采矿和出口，最终占世界总产量的 40%。作者推测，相对新颖的非法采矿和走私现象实际上有助于提高 REE 供应链的弹性（因为它允许在官方生产受到限制时采用替代方法获取原材料）。然而，由于其固有的不透明性，他们认为这很可能会对供应链的长期弹性产生不利影响。

几十年来，非法采矿和走私一直是钽供应链中不幸的一环。最近，Deetman 等人。(2017)采用物质流分析(SFA) 估算欧洲的钽消费量，发现仅欧洲一年消费的钽总量就高于报告的全球钽产量。此外，并证实了Bleischwitz 等人的早期发现。(2012)，全球钽和含钽产品的消费量与 USGS（美国地质调查局）或 TIC（钽铌国际研究中心）的生产统计数据不匹配。这些机构似乎只计算初级矿山生产和政府授权的手工和小规模采矿 (ASM)。因此，数据忽略了来自非洲未经授权的半非法采矿作业以及流入全球市场的相关非法贸易的大量钽。

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从软冲积矿床和半伟晶岩矿石中提取 ASM 很容易开采，不需要大量的资本投资。非正式来源对钽价格和行业的可持续性产生了深远的影响，影响了澳大利亚、加拿大、巴西和其他地方成熟的大型采矿 (LSM) 公司的运营。与 LSM 采矿相比，数百个地点的 ASM 生产对价格波动也反应迅速，后者需要大量资本和多年的启动时间。

弹性作为一个科学框架的流行源于它在生态学中的应用，它被用来分析自然生态系统抵抗破坏或从破坏中恢复的能力（Holling，1996）。这种基于生态的弹性定义构成了信息和通信科学领域（Laprie，2008 年）和制造业供应链弹性（Zhang 和 Van Luttervelt，2011 年）领域弹性工作的基础。正如Wang 等人所审查的那样。(2016), 大多数关于供应链弹性的研究都集中在公司或产品供应链的突然中断上。这些类型的研究解决了由质量差或次优供应链引起的财务或商业风险，并遵循定性方法，或使用基于定量模拟的框架，将弹性概念纳入供应链设计过程（Craighead 等人。 , 2007 年，Huang 等人，2007 年，Sheffi 和 Rice，2005 年，Christopher 和 Peck，2004 年）。其中许多研究从缓解或响应措施的角度处理复原力。

弹性供应链的概念也与传统上使用的个体公司供应链风险评估概念相结合（Peck，2003 ）。评估矿物重要性的研究通常将供应风险作为一个可量化的概念（欧盟委员会，2014 年，美国能源部，2011 年）。以前的学术工作从不同角度评估了各种矿物的供应风险：地质可用性（Machacek and Kalvig, 2016）、地缘政治可用性（Mancheri et al., 2013 , Habib et al., 2016）、经济重要性（Mancheri, 2015 ） ,曼切里, 2012 ,Graedel 等人，2015 年）和可持续性（Bailey 等人，2017 年）。对这些概念的普遍批评是它们本质上是静态的。这对于地质可用性是有意义的，但对于诸如地缘政治可用性和经济重要性等社会指标而言则不那么重要。在对材料临界性研究的回顾中，Dewulf 等人。(2016)建议弹性成为未来材料关键性分析的核心组成部分，正是因为弹性本质上采用动态（即与时间相关的）方法。

钽既作为初级产品开采，也作为锡、铌和锂提取的副产品开采。在已确定的 70 多种含钽矿物中，钽铁矿 (Fe,Mn)(Ta,Nb) ₂ O ₆ ]、微晶石 [(Na,Ca)Ta ₂ O ₆ (O,OH,F)] 和钙镁石 [ (Ta,Nb,Sn,Mn,Fe)O ₂ ] 具有最大的经济意义（USGS, 2014a）。钽矿石由含钽和不含钽的矿物组成，Ta ₂ O ₅当量含量通常为 0.02-0.04%。低品位钽矿石经过物理浓缩（选矿）成 20-40% Ta ₂ O _5的精矿– 在出售给冶炼厂之前在采矿场的等效物（Linnen 等人，2014 年）。钽矿物根据Ta ₂ O ₅ -当量含量定价。

尽管与贱金属相比，钽的产量微不足道，但其储量却并非如此。储量被定义为可以经济地开采或生产的资源。然而，“储量”一词并不一定意味着开采设施到位并且开采在经济上可行（King，2011 年）。每个矿床的钽含量对于估计矿床的盈利能力至关重要. 据美国地质勘探局估计，巴西和澳大利亚的储量最大，占全球储量的 85% 以上，其他储量在加拿大和非洲国家。TIC 对最可能的资源基础的估计显示，大约 40% 位于南美洲，大约 21% 在澳大利亚。在巴西、马来西亚和泰国，钽也由锡冶炼的副产品“锡渣”生产。钽原料也在加拿大、哥伦比亚、埃及、马达加斯加、纳米比亚、沙特阿拉伯、塞拉利昂、南非、坦桑尼亚、委内瑞拉和津巴布韦进行勘探。估计全球钽储量很大，足以满足可预见的未来（可能是未来 500 年）的全球需求。所以，

截至2017年，生产钽矿石的国家屈指可数，但这些国家的产量差异很大。澳大利亚曾经是最大的生产国，但在 2008 年主要生产矿山关闭后，其份额急剧下降。巴西是主要的初级矿产生产国，而在刚果民主共和国、卢旺达和其他非洲国家，手工采矿者生产了大量的矿产。澳大利亚、布隆迪、马来西亚、莫桑比克、纳米比亚、尼日利亚、泰国和津巴布韦（ USGS，2016 年）间歇性地或少量生产了额外的数量。

ASM 业务极大地促成了钽行业的不透明甚至隐秘性。尽管最近的立法和指导方针促使买家确保所购买的矿产没有冲突，但似乎很大一部分下落不明的供应仍然来自中非国家。产量与中间产品和最终产品中的钽不匹配，也不对应资源基础和全球储量，因为这些已探明的资源大多集中在发达市场而不是非洲国家（图1）。 1 )。政府和非政府机构都曾试图阻止包括钽在内的冲突矿产的贸易（Young，2015 年，Bleischwitz 等人，2012 年））。其中一项重大举措是《多德-弗兰克法案》第 1502 条，该条实质上要求美国公司向美国证券交易委员会 (SEC) 报告并披露他们购买的钽或其他冲突矿产是否来自冲突地区 ( SEC, 2011 年）。欧盟议会于 2016 年 6 月推出了一项类似的法律（欧盟议会，2016 年），预计将于 2021 年实施。

钽精矿主要由中国、日本、德国和美国等工业化国家的冶炼厂加工。Ta ₂ O ₅浓缩物在高温下溶于酸中以提取钾盐（氟钽酸钾、氟钽酸钾、七氟钽酸钾或氟化钽钾）或提纯成Ta ₂ O ₅（五氧化二钽或氧化钽）。进一步加工产生钽金属粉末和其他含钽材料（TIC，2016a）。

图 2显示了不同国家主要加工公司的数量。中国以16家冶炼企业位居榜首。这些数字可能并不完全准确，因为在我们的调查中，我们发现一些在中国、韩国、哈萨克斯坦和美国加工钽的小规模公司并未在图中列出。Achebe 的一项研究确定了全球共有 48 座冶炼和精炼设施，其中中国拥有 19 座，美国和墨西哥各拥有 11 座，欧洲拥有 8 座，欧亚大陆（包括日本、印度、泰国、哈萨克斯坦和俄罗斯）拥有 8 座设施。

在将选矿精矿从采矿国运输到加工国的过程中，由于盗窃、集装箱丢失、物流问题以及进入全球市场的下落不明和冲突矿物等事件，钽供应链发生了中断。例如，在刚果（金）开采的钽铁矿通常在出口到海外炼油厂之前，通过多孔边界运输到邻国卢旺达或乌干达（Moran 等人，2014 年）。近年来，卢旺达已成为一个主要的生产国，其大部分出口可追溯到刚果民主共和国（Bleischwitz 等人，2012 年，Nest，2011 年）。

图 2显示了中间行业的钽用量份额。最大的应用（41%）是在电容器和半导体行业，以钽粉的形式消耗。钽含量允许电容器小而密，使其对尺寸受限的高性能电子设备（包括笔记本电脑和手机）有价值（Moran 等人，2014 年）。另外 12% 的钽用于电子行业的其他应用。钽具有很强的耐热性和耐腐蚀性，因此是各种合金和碳化物的重要组成部分，可用于一系列专业应用，包括电子和医疗设备、假肢、光学镜片、航空发动机, 和切割工具。

2 . 方法和数据

2.1 . 弹力

供应链是具有众多参与者和关系的复杂系统（图 3）。原材料供应链弹性理论的发展为研究系统如何应对中断（短期干扰）和约束（长期干扰）提供了一个有效的理论框架。对于原材料供应链，弹性被定义为“提供足够给定材料以满足社会需求的能力，并在供应不足的情况下提供合适的替代品”。

3.2 . 供应多元化：钽矿石和精矿的初级生产

由于缺乏生产和贸易数据、生产数据和贸易数据不匹配，以及小型金属行业普遍缺乏透明度，分析初级钽供应中断的风险是复杂的。非洲的手工采矿增加了进一步的复杂性。尽管手工和小规模采矿能够以合法和正式的方式促进初级供应（Stratton 和 Henderson，2012 年），但来自刚果民主共和国东部的手工采矿是冲突钽的起源，并且官方生产统计中似乎没有考虑大量数量。首先，我们将看看哪些国家对全球钽供应的贡献最大（ 3.2.1)，然后我们将重点放在 2014 年作为参考年，以更详细地探索钽的流动（3.2.2）。

3.2.1 . 随着时间的推移不断发展的钽供应

卢旺达和刚果民主共和国目前是全球领先的钽精矿生产国。根据美国地质调查局的初级生产数据和联合国商品贸易统计数据库关于钽制品贸易的数据，我们计算了钽的总产量，包括有账和无账（假设是非法的非洲手工供应）。我们发现，2014 年官方报告的初级产量（包括常规矿山、非洲的合法 ASM 矿石和锡渣）约为 1200 公吨（USGS，2016 年）。产品中的钽总含量接近 3500 公吨。

结果如图8所示，这说明在2008年金融危机之前，非洲以外地区的钽产量比较显着，非洲认证的钽产量呈增长趋势。根据贸易数据和此处提供的分析，我们发现今天非洲提供了超过 80% 的世界供应，其中很大一部分产量没有被美国地质调查局或 TIC 在其钽生产统计中考虑。来自非洲的不明供应在很大程度上被怀疑是跨境转移的冲突矿产。事实上，非洲的实际未计算产量可能比我们的估计还要高，因为我们没有考虑全球氧化钽和消费前废物和废料的贸易以及用于国内消费的生产，特别是在中国。