这两种金属价格差这么多！背后有什么地质逻辑？

钴、镍均为我国的战略性矿产，同时也是我国的紧缺性矿产。新能源汽车产业的蓬勃发展、动力电池对钴和镍的极大需求不仅让钴和镍成为市场的宠儿，也让普通消费者直观感受到战略性矿产在社会生活中的重要性。

钴和镍在元素周期表中分列第27和28位，它们的外层电子结构、熔点、沸点、密度等性质都非常相似（表1）。同时，它们都具有很好的延展性、抗腐蚀性和铁磁性。因此，钴、镍不仅是一对好邻居，也是一对好兄弟。

表1  钴、镍元素的基本特征

然而，堪称好兄弟的钴和镍在市场上的表现却有很大差异。钴价明显高于镍价，以2022年为例，钴的价格波动较大（30~55万元/吨），镍价相对稳定，多数时间维持在20~30万元/吨，二者价格差距最大时达到3倍（图1）。

图1  2022年钴镍现货价格

钴、镍价格差异一方面受市场供需关系影响，但深层原因也与两种矿产的地质属性有关。下文将从资源现状、元素地球化学特征和成矿规律等方面探讨钴镍价格差异背后的地质逻辑。

资源现状与格局

根据中国地质调查局全球矿产资源战略研究中心发布的《全球锂、钴、镍、锡、钾盐矿产资源储量评估报告（2021）》，截至2020年底，全球钴矿储量668万吨，资源量2344万吨。全球镍矿储量9063万吨，资源量2.61亿吨。全球镍的储量是钴的13.5倍，镍的资源量是钴的11倍（图2）。

图2 全球钴、镍储量-资源量分布图

全球钴、镍矿资源分布极不均衡。钴矿主要分布在刚果（金）、印度尼西亚、澳大利亚等国家，其中刚果（金）的钴矿储量全球占比近乎一半（44.46%），上述三个国家之和的全球占比超70%（图3）。印度尼西亚的镍矿储量全球占比超过30%，镍矿储量排名前三的国家（印度尼西亚、澳大利亚和俄罗斯）全球占比过半（54.18%）（图4）。

图3  全球钴储量分布格局

图4  全球镍储量分布格局

钴、镍资源储量的差异表明钴比镍更为稀缺（相差一个数量级），这是导致钴和镍价格差异的直接原因。同时，钴和镍资源储量分布不均也导致钴镍的定价权掌握在少数国家手里，容易使钴和镍的价格产生较大波动。钴和镍资源储量的差异涉及钴镍元素在地球中的分布以及成矿地质方面的差异。

 元素地球化学

钴的外层电子构型为[Ar]3d⁷4s²，镍为[Ar]3d⁸4s²，二者常见的化合价为+2和+3价，+2价相对稳定，+3价具有很强的氧化性。钴、镍具有亲铁和亲硫双重地球化学特性，表明它们既可以金属键的形式与铁共生，也可以高度共价键的形式与硫结合。

原生含钴、镍矿物主要为硫化物、砷化物、硫砷化物以及相似化合物（图5），其次钴、镍也可以类质同象的方式替代其他矿物中的金属阳离子（Hanzen et al., 2017）。最为常见的情况是，由于钴、镍的离子半径与镁、铁等阳离子较为接近，它们多以类质同象替代形式寄居（赋存）在镁铁质矿物（超基性岩和基性岩的主体矿物）当中。从地球圈层来看，钴、镍含量自地核至地幔、地壳显著降低；从岩石来看，钴、镍含量从超基性岩到基性岩显著降低，至酸性岩急剧降低（表2）。钴、镍在地幔和超基性岩中的含量达到或接近边界品位（Co 0.02%，Ni 0.2%），因此，幔源的超基性岩是钴、镍成矿最重要的来源（直接或间接）。

表2  钴、镍在不同地球圈层和岩石中的含量

数据来源：http://earthref.org

图5  钴、镍矿石照片（图片来源：www.mindat.org）

成矿地质特征

钴、镍元素地球化学行为的高度相似性也导致钴、镍成矿往往相伴产出。常见的钴、镍矿床有4类，分别为沉积-变沉积岩容矿型、岩浆型、风化红土型和热液型。然而四种矿床类型在钴、镍资源中占比不同。对于钴矿，沉积岩型是最主要的类型，储量占比约50%，其次为风化红土型，占比约40%，岩浆型占比约7%。对于镍矿，红土型和岩浆型占据绝对优势，前者约占总储量的63%，后者约37%（图6）。

图6  钴、镍矿资源类型

此外，与镍不同的是，钴极少形成独立的矿床，通常以伴生状态与镍、铜等共生。同时有学者指出，镍的成矿都会伴随有钴，而钴的成矿未必有镍（苏本勋等，2023），说明钴和镍在成矿过程中会发生分离以及钴的再次富集。

比如源于玄武质熔体的镁铁-超镁铁岩，在下部形成铜镍硫化物矿床，在上部形成钒钛磁铁矿床，下部同时富集钴镍，而上部仅有钴而未见镍（图7）。再比如，作为最重要的镍矿类型-红土型镍矿床可进一步划分为铁氧化物型、水镁硅酸盐型和粘土型。其中铁氧化物型常伴生钴，而另外两种却少见钴矿化（付伟等，2013），说明钴相对于镍更容易从红土中流失。

图7 成矿过程中钴、镍分离示意图

（据付伟等，2013和苏本勋等, 2023修改）

流失的钴在沉积岩中再次富集，为沉积岩-变沉积岩容矿型钴矿提供丰富的成矿物质来源（图7，苏本勋等，2023）。钴在高盐流体中的溶解度高于镍的溶解度，这也可能是造成钴和镍在热液中分离的原因（Brugger et al., 2016）。然而，目前关于钴、镍分离过程的的认识尚不充分，背后的驱动机制尤其是钴元素的迁移-富集-沉淀机理仍有待深入研究（赵俊兴等，2019）。

钴、镍均为地幔元素，具有相近的地球化学特征。幔源超基性岩是钴、镍成矿的最重要来源，超基性岩中钴和镍的含量差值约为18倍，成矿过程中钴和镍的分离以及钴的再次富集，可能缩小了钴镍矿资源储量的差距（11~13.5倍）。

结语

总而言之，尽管钴、镍在物理和地球化学特征方面存在较多的相似性，但在幔源超基性岩中的含量差异，以及成矿过程中钴和镍的分离是造成现今二者资源储量差异的深层原因，也是钴、镍价格差异背后的地质逻辑。

参考资料：

[1] Brugger J, Liu WH, Etschmann B, Mei Y, Sherman DM and Testemale D. 2016. A review of the coordination chemistry of hydrothermal systems, or do coordination changes make ore deposits? Chemical Geology, 447: 219-253.

[2] Hazen RM, Hystad G, Golden JJ, Hummer DR, Liu C, Downs RT, Morrison SM, Ralph J and Grew ES. 2017. Cobalt mineral ecology. American Mineralogist, 102(1): 108-116.

[3] 付伟, 牛虎杰, 黄小荣等. 2013. 红土型镍矿床成因的多样性：基于全球尺度的对比研究. 地质学报, 87(6): 832-849.

[4] 苏本勋, 秦克章, 蒋少涌等. 2023. 我国钴镍矿床的成矿规律、科学问题、勘查技术瓶颈与研究展望. 岩石学报,39(04): 968-980.

[5] 万会, 杨强, 刘勇强等. 2021. 矿产资源工业要求参考手册. 北京, 地质出版社, 1-776.

[6] 赵俊兴, 李光明, 秦克章等. 2019. 富含钴矿床研究进展与问题分析. 科学通报, 64: 2484-2500.

[7] 中国地质调查局全球矿产资源战略研究中心, 2021.全球锂、钴、镍、锡、钾盐矿产资源储量评估报告（2021）, 1-64.

作者：刘飞 李堃 杨奇荻 黄啸坤 周云

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