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稀土不稀 重在创新应用

发布时间:2021-09-23 【字体大小:

稀土不稀  重在创新应用

郭咏梅  杨丽  张文灿

一、稀土不稀——全球稀土资源储量丰富,可供开采数百年

    1 稀土不稀

镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)及与镧系同族的钇(Y)和钪(Sc)共17种稀土元素已经成为最新前沿高科技应用领域不可或缺的核心元素。根据稀土硫酸盐溶解度的差异,稀土元素被分为轻稀土、中稀土和重稀土。稀土元素因其自身独特的电子结构而赋予其优异的光、磁、热性能,可以与其他的材料形成性能各异、品种繁多的新型功能材料,并大幅度的提高其他产品的性能和质量。

由于发现之初稀土提纯技术和分析技术的水平较低,误认为稀土元素在地壳中含量很稀少,被称为“稀土”,后经科学勘探证实,稀土元素的地壳丰度总和为0.016%,其中Ce、La、Nd的丰度比钨(W)、锡(Sn)、钼(Mo)、铅(Pb)、钴(Co)等常用金属还高。其中Ce元素的储存量在所有元素中占第25位,几乎接近铜;而铥和镥的储存量甚至高于银。由此可见,就稀土在地球的储存量来说,实际上稀土并不“稀”,只是赋存状态不同。

进入21世纪,稀土应用领域不断拓展,应用产业规模不断扩大,稀土产业迎来了快速发展期。以钕铁硼材料和稀土永磁电机为代表的稀土新材料和器件的快速发展引领了整个稀土行业的迅猛发展。未来新能源汽车行业的发展对稀土永磁材料和电机的需求将持续增大。随着稀土永磁电机、国产汽车尾气催化剂和器件、稀土脱硝催化剂、高端稀土激光晶体、闪烁晶体、超高纯稀土金属和化合物及高性能稀土合金等关键制备技术取得突破,也为稀土新材料应用注入了强劲动力。因此,虽然稀土产业规模不大,国内市场每年仅有十几万吨交易量,但却涉及国民经济生产的方方面面及国防工业的关键部件,所以说稀土元素的功能作用无法替代或替代后严重影响材料性价比,稀土材料“能量”巨大。

在世界范围内已经发现了众多的稀土矿产资源,但分布极不均匀,具有经济开采价值的稀土矿相对较少。目前大部分具有经济开采价值的稀土资源主要源自中国、澳大利亚、美国、俄罗斯及东南亚部分地区,矿种有氟碳铈矿、独居石矿、离子型矿及磷钇矿等。随着开采和选矿技术的进步,世界范围内的各种稀土资源将逐步得到开发和利用。

2 中国稀土资源雄踞世界第一,全球稀土多元供应格局形成

我国是全球稀土资源储量最大的国家,矿种和稀土元素齐全、品位高、矿点分布合理。目前,在全国22个省市区发现了上千处的矿床及矿化点,主要稀土矿有内蒙古包头白云鄂博混合型稀土矿、江西赣南离子型中重稀土矿、四川凉山及山东微山氟碳铈稀土矿、湖南褐钇铌矿、广东粤北中重稀土矿以及近年来在陕西探测到的轻稀土矿、新疆铌钽铪大型中重稀土矿和云南特大型稀土金属风化壳矿床等,形成了北、南、东、西的分布格局,具有“北轻南重”的分布特点。其中,内蒙古包头白云鄂博矿区的稀土储量占全国总储量的83%以上,居世界第一;山东稀土矿储量占比约8%;四川稀土矿储量占比约3%;云南、广西、广东、福建、浙江、江西、湖南等南方七省储量约占比3%左右;还有如广西桂东北、桂东南等中重稀土也很可观。

以世界最大的稀土矿白云鄂博矿为例,自1957年开采以来,一直按照铁矿开采,被开采的铁矿体选矿顺序是先选铁矿物再选稀土矿物。由于稀土的用量有限,稀土选矿只选出很小部分稀土精矿,大部分稀土矿物被排到尾矿库。白云鄂博铁矿石中稀土平均含量为6%,围岩中白云岩稀土平均含量为4%,按年生产铁矿石1000万吨计算,每年铁矿石和围岩中产出的稀土氧化物总量约100万吨。

白云鄂博是一个以氟碳铈矿和独居石矿为主的轻稀土矿床,但由于其总体稀土含量高,储量大,中重稀土绝对储量也不可小觑。白云鄂博铁矿石中仅钇、铕、镝、铽四种元素含量(质量分数)就超过500×10-6,部分中重稀土元素含量还超过了我国南方离子型矿。所以,白云鄂博稀土矿是以轻稀土为主、轻重兼顾的大型矿山,随着日后勘探技术的进步提升,白云鄂博的稀土资源储量也将会被重新认识。

全球稀土资源并不稀缺,但世界各国稀土储量的数据说法不一,很多国家没有完全公布所拥有的稀土储量,有些地质地调工作还未开展,国外储量的真实数据并没有体现出来。

根据美国地质调查局(USGS)《矿产品概要2020》报告数据,截至2019年末,世界稀土资源储量约1.2亿吨,其中,中国稀土资源储量4400万吨(REO),为世界最大稀土资源国;巴西和越南稀土储量并列第二,各2200万吨(REO);其次是俄罗斯、印度、澳大利亚、格陵兰岛、美国等国也有众多稀土储量。这些稀土资源基本上构成了世界稀土资源的主体,全球稀土资源供应呈现出“一超多强”的多元化格局。美国地质调查局(USGS)公布的2019年世界稀土资源储量及分布见表1和图1。

表1  2019年世界稀土储量

单位:万吨,REO

国家

中国

巴西

越南

俄罗斯

印度

澳大利亚

格陵兰

稀土储量

4400

2200

2200

1200

690

330

150

国家

美国

南非

加拿大

坦桑尼亚

其他国家

合计

稀土储量

140

79

83

89

31

11561

注:JORC(联合矿石储量委员会)公布的澳大利亚标准储量大约为190万吨

图1  全球稀土储量分布结构

2.1美国稀土资源

美国是世界上稀土资源较为丰富的国家之一,主要有氟碳铈矿、独居石及在选别其他矿物时作为副产品可回收的黑稀金矿、硅铍钇矿和磷钇矿等矿物。世界上最大的单一氟碳铈矿是位于加州的芒廷帕斯矿,探明储量1358.8万吨(REO),品位8.24%TREO。美国的独居石开采较早且储量较为丰富,开采的砂矿为佛罗里达州的格林科夫斯普林斯矿。2019年5月,美国化学品公司BlueLine与澳大利亚企业签署了在美国境内建设稀土冶炼工厂的备忘录。

2.2澳大利亚稀土资源

近年来,澳大利亚逐渐成为中国以外全球主要的稀土供应国。澳大利亚存在大量具有高价值的稀有金属矿藏,2016年公布的稀土资源量(EDR)为344万吨(REO+Y2O3)。澳大利亚大量的稀土资源赋存在含有独居石成分的重矿砂矿床中,据估算独居石资源储量大约为780万吨(REO),假设独居石中稀土氧化物含量约为60%,澳大利亚重矿砂矿床的稀土氧化物资源量大约为468万吨(REO)。目前澳大利亚尚无经济开采价值的资源量为2957万吨(REO),大部分源自(主要为镧和铈)奥林匹克坝矿体(氧化铁-铜-金矿,位于南澳大利亚),该矿的总资源量超过20亿吨,稀土品位0.5%(REO),总稀土氧化物含量1000万吨以上,大约含0.17%(质量分数)镧和0.25%(质量分数)铈。该矿的稀土氧化物目前没有回收,储存在矿山的尾矿库。

澳大利亚地球科学局网站公布了包括莱纳斯公司拥有的韦尔德稀土矿在内的15个公司旗下的15个稀土项目。2018年8月6日,莱纳斯公司发布公告,韦尔德山稀土资源量比2015年公布数据增长60%,为5540万吨,平均品位5.4% TREO,折合300万吨TREO。韦尔德山稀土储量目前为1970万吨,品位8.6%TREO,折合169万吨TREO。

莱纳斯公司在马来西亚关丹市进行冶炼分离,目前该工厂价值最高的产品为镨钕氧化物。公司2018年年报表明:氧化镨钕产量为5444吨(2017年为5223吨);稀土氧化物(REO)的总产量为17753吨(2017年为16003吨)。氧化镨钕产量突破设计产量。2019年氧化镨钕生产能力增至600吨/月。莱纳斯已经与欧洲、美国和日本的四家机构签署了协议,保证其稀土产品的销售。

2.3巴西稀土资源

巴西主要稀土资源是独居石重矿砂,分布于其东海岸。据美国地质调查局公布的数据,巴西稀土储量很大。2020年,美国稀土工业年评报告中公布巴西稀土储量为2200万吨(REO)。美国地质调查局列出的国外主要稀土矿中(不包括重砂矿及磷酸盐矿),巴西占有6个,均属于未分类资源,品位0.15%-10.5%,资源量在9-4350万吨TREO左右。

2.4俄罗斯稀土资源

美国地质调查局2020年公布俄罗斯储量为1800万吨(REO)。据报道,俄罗斯稀土矿超过35个,但是大部分稀土矿稀土含量较低。俄罗斯多数稀土资源富集在磷灰岩中,如磷灰石和独居石。俄罗斯的铈铌钙钛矿还含有大量的钛、铌和钽,俄罗斯Lovozero矿生产铈铌钙钛矿和异性石,2014年生产了不足5000吨铈铌钙钛矿精矿。除了铈铌钙钛矿资源外,独联体还有大量的磷灰石,主要用于生产化肥,磷酸盐精矿中稀土含量大约0.9%~1.1%,但是目前生产化肥时还未回收稀土,还处于试验研究阶段。此外,独联体留存有上世纪40年代的独居石,约8.2万吨(4.4万吨TREO)。

2.5印度稀土资源

印度拥有大量的重矿砂矿床,其中独居石和少量的磷钇矿含有稀土资源。独居石是印度主要稀土来源,含大约58%稀土氧化物。印度国家海洋学院确认,沿着印度7000公里长的海岸线也有重矿砂矿床。2012年10月,印度原子矿物勘探与研究理事会报告,印度独居石储量约为1193万吨。按照独居石约含58%(REO)计算,印度独居石约有692万吨(REO)。印度稀土公司(印度政府企业)是印度唯一经过许可处理稀土矿的企业,产品包括混合氯化稀土,产能为1.1万吨;此外,还有磷酸三钠产能为1.35万吨;硝酸钍产能为150吨。

2.6加拿大稀土资源

加拿大拥有许多稀土矿,稀土精矿为采铀作业后的副产品。2020年可能投产的项目包括阿瓦隆稀有金属的Nechalacho重稀土项目、Matamec勘探公司的Kipawa重稀土—锆项目、Quest稀有矿物的StrangeLake(怪湖)以及MiseryLake(苦难湖)稀土项目。

2.7越南稀土资源

越南稀土储量丰富。2020年,美国地质调查局报告越南稀土储量为2200万吨(REO)。多数越南稀土矿集中在越南西北部,沿东海岸线靠近中国边境的地带,包括都巴奥矿、YenPhu矿以及从清化到BaRia-VungTau沿海岸的省份(钛矿砂),未形成产业规模,目前只有莱州稀土合资公司(越南与日本丰田)进行一些小规模、非系统性、季节性、非专业性的作业,计划每年向日本出口4000吨稀土。

2.8格陵兰稀土资源

格陵兰发现的许多稀土矿正处于勘探中。位于格陵兰岛西南部可凡湾(KKvanefjeld)的伊犁马萨克杂岩体(Ilimaussaqcomplex)稀土矿探明资源量为215吨(REO),且重稀土所占比例较大。据GMEL的最新研究结果,可凡湾稀土矿的总资源远景达619吨(REO),该杂岩体已探明的另外2个矿床的储量和品位均相当可观。

2.9南非稀土资源

南非稀土资源主要赋存在富集磷钙土(独居石和磷灰石)的重矿砂矿床以及碳酸岩侵入岩中。南非是非洲地区最重要的独居石生产国,Steenkampskraal的磷灰石矿,伴生有独居石,是世界上唯一单一脉状型独居石稀土矿。目前,Steenkampskraal矿已经获得了采矿所需的所有许可证,南非的稀土提取公司计划在获得融资后,使矿山年产量达到2700吨,并计划进一步扩大产量。

全球稀土资源的不断开发导致全球稀土产量逐年递增。2018年增幅为28.8%。2019年增幅为11%,增量因素主要为中国增产、美国矿开采重启、独居石矿增加。按照每年大约20万吨(REO)的消耗,全球稀土储量可供开采数百年。全球稀土供应格局多元化、稀土冶炼分离技术的先进优势使得我国短期内仍然保持全球稀土供应大国的地位。

    3  2019年我国稀土初级产品产量增加,2020年预计持续增长

      2018年和2019年,我国稀土冶炼分离总量控制计划基本为12万吨(REO)。而2019年,中国稀土分离产品的市场供应大约为21.9万吨(REO),除控制计划的12万吨(REO)外,2019年中国进口的美国稀土矿大约2.3万吨(REO),进口缅甸离子矿大约1.8万吨(REO);此外,由于我国锆资源基本依赖进口,2019年进口的锆中矿及钛中矿副产的独居石矿和单独进口钍矿砂(主要是独居石)合计大约2万吨(REO),上述三种国外稀土矿在国内加工后供应的稀土产品量合计大约为6.1万吨(REO)。钕铁硼废料回收的镨钕氧化物和氧化铽、氧化镝也成为原料市场非计划的交易部分,通过对市场交易的中重稀土氧化物推断,国内部分地区的离子矿还在开采和生产。2019年我国稀土产量测算情况及2020年我国稀土产量预测详见表2。

莱纳斯公司是中国之外全球第二大稀土原料生产企业。2018年,莱纳斯公司稀土氧化物总产量为17753吨(REO)。截止到2019年9月30日,该公司报告,2019年1季度产量5220吨(REO)、2季度4422吨(REO)、3季度5444吨(REO)、4季度4651吨(REO,预估),2019年稀土氧化物总产量为19737吨(REO)。

2019年中国和澳大利亚合计稀土初级产品的总产量超过23万吨,此外,越南、俄罗斯和印度生产的稀土初级产品数量仅有几千吨左右,主导市场供应还是中国和澳大利亚,中国生产的稀土初级产品占据全球市场份额的90%左右,澳大利亚占据8%左右。

中国生产的稀土初级产品中,总量控制计划占据的比例只有55%左右,但是进口的缅甸离子矿、美国矿原料基本由六大集团加工生产,因此,由六大集团生产的稀土初级产品产量大约达到15.2万吨,占据我国稀土初级产品市场比例大约70%,其余部分主要由独居石、国内未受控离子矿及钕铁硼废料等加工生产。2015年后我国政府取消了多项稀土产品的出口管理措施后,国家加强了稀土生产和流通环节的管理和监管,国内初级产品市场基本保持平稳态势。

二、重在创新应用——稀土资源优势通过创新应用变经济优势

作为重要的战略资源,稀土在石油、化工、金、纺织、陶瓷、玻璃、永磁新材料等领域都得到了广泛的应用。全球稀土下游应用中,稀土永磁材料占比最高达到25%,其次为催化材料占比达到22%,冶金材料(含储氢合金)和抛光材料占比分别为18%和14%。世界稀土消费结构如图2所示。但是17个稀土元素应用不平衡问题也是制约稀土产业下游发展的重要问题,国家和企业在大力发展稀土永磁功能材料等稀土功能材料产业的同时,必须更重力投入镧铈钇高丰度稀土元素的拓展应用。

图2  世界稀土消费结构

稀土产业发展的“风向标”——稀土永磁材料及稀土永磁电机

稀土永磁材料经过三十多年研究、开发和应用,已广泛应用于风力发电、消费电子、汽车工业、医疗设备、能源交通等众多领域,已经成为最具中国特色的战略产业之一。稀土永磁材料性能的提高极大地促进了永磁设备及器件向小型化、集成化发展,稀土磁性材料成为大数据工程、高速铁路工程、新能源汽车工程等一系列“中国制造2025”、“一带一路发展战略”的实施无法替代的关键基础材料,稀土永磁材料已成为稀土产业发展的“风向标”。

稀土永磁材料无论是在内禀磁性理论方面、磁化反应机理方面、还是在稀土永磁体工艺技术和产能产量方面,都取得了长足的进步。据中国稀土行业协会统计,2019年稀土磁性材料产量保持平稳增长,其中烧结钕铁硼毛坯产量17万吨,同比增长9.7%;粘接钕铁硼产量7900吨,同比增长5%;钐钴磁体产量2400吨,同比增长4%。但是,长期以来稀土永磁材料性能未得到重大突破,严重制约了一些国家重大工程项目的技术指标的提高。我国大部分企业已经掌握了先进的烧结钕铁硼磁铁速凝薄带和氢淬制粉等生产技术,具备了生产中高档烧结钕铁硼和钐钴磁铁产品的能力,并且高中档产品的总体产量也在逐年提高。但是,与日本等发达国家相比,我国稀土永磁材料的产品质量与产品一致性都还存在较大差距,装备自动化程度有待提升,高端稀土永磁材料国际竞争力不强。因此,作为支撑我国整个绿色能源等战略性新兴产业的核心材料,高性能稀土永磁材料仍是我国高技术产业的发展重点,同时大力开发稀土永磁材料的永磁电机下游应用也体现了我国战略新兴产业领域的重大发展需求方向,对建立完整低碳减排绿色产业链具有长远的战略意义。

由于稀土永磁电机具有高效节能、轻便节材、体积小、调速性好、可靠性强等特点,极大地满足了高端加工设备、机器人、航空航天、航海和军工、高效风机与泵、压缩机、电动汽车、风力发电、数控机床等领域传统电机无法达到的高性能需求。

同时稀土永磁电机也是国家提升电机效率、减少能源消耗重点建设方向之一。虽然我国永磁电机行业发展较快,但全球范围内来看,日本、德国、美国、英国、瑞士、瑞典等国家仍占据主导地位,掌控着大部分高档、精密、新型永磁电机的技术和产品。我国主要掌握中低端永磁电机市场,成为了全球主要永磁电机的生产国以及出口国。据统计,2017年,我国永磁电机产量首次突破1000万千瓦,达到1107.1万千瓦,成为全球永磁电机的主要生产国。2018年我国永磁电机产量达到1168万千瓦。

随着钕铁硼永磁材料的装备和制备工艺技术的不断进步,高性能钕铁硼磁体将稀土永磁电机的研究开发推向一个新的时期,在理论和应用领域都将产生质的飞跃。我国稀土永磁材料在伺服电机、直线电机、无刷电机等微小型电机领域的应用已经相对成熟。由于中大型永磁电机在新能源汽车及风电领域应用起步较早,技术水平已步入世界前列,稀土永磁大功率工业电机的开发应用也日趋成熟。

近年来,新能源汽车的快速发展给永磁驱动电机带来了巨大的发展机遇。稀土永磁电机的设计理论、计算方法、检测技术和制造工艺的不断完善和发展,永磁材料的性能和可靠性的不断提高,电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的快速发展都对永磁驱动电机的发展奠定了扎实的理论基础,积极促进了新能源永磁驱动电机的产业发展。

凭借稀土资源优势,我国已经在稀土永磁电机方面建立起了完整的产业链及完善的产业生态系统。相比欧美国家,我国自主研发的稀土永磁电机在原材料和生产成本都具有明显优势,但是在电机设计和高端特种电机研发生产方面存在差距。因此,稀土永磁电机的研究开发和应用普及推广必须得到国家的大力支持。未来随着各国对新能源和节能环保项目的大力推动,稀土永磁电机在风力发电和新能源汽车以及高铁、地铁、有轨电车等轨道交通领域的用量还将持续不断增加;随着工业自动化、办公自动化、家庭现代化、农业现代化及军事武器装备现代化的普及,作为这些技术和系统中重要基础元件的永磁电机的需求量也将不断增加,因此,稀土永磁电机未来广阔的应用前景也会带来巨大的市场前景。

2 蓝天保卫战、镧铈高丰度稀土元素应用重地——稀土催化材料

由于稀土元素具有独特的电子层结构,在化学反应中具有良好的助催化性能,在石化、环境、能源、化工等催化应用领域已成为不可或缺的重要催化剂组分,含有镧铈等稀土元素的稀土化合物已成为石油裂化催化剂、机动车、船舶、农用机械等移动源尾气净化催化剂以及工业废气脱硝、天然气燃烧、有机废气处理等固定源尾气净化催化剂等产品的重要原料。资源丰富的La、Ce稀土元素在技术含量较高的稀土催化材料的大量应用,提升了能源与环境技术发展,有效缓解我国稀土元素应用不平衡问题,为改善人类生存环境的蓝天保卫战做出了重要贡献。

近几年,由于汽车产业的高增速发展,我国稀土催化材料产业也不断突破巴斯夫、优美科、庄信万丰等国外公司的技术和市场垄断,自主知识产权的绿色、环保、高性价比的稀土催化材料制备技术不断创新提升,稀土催化材料产业持续发展壮大。石油裂化催化剂和机动车尾气净化催化剂是稀土催化材料两个最大的应用市场。在石油催化裂化方面,研发了石油催化裂化过程的硫转移剂技术,采用SOX转移剂可减少催化裂化(FCC)装置中SOX排放,既经济又有效;研发了具有自主知识产权的催化裂化催化剂生产节能降耗成套技术。在机动车尾气净化方面,研发满足国Ⅵ尾气排放标准的汽车尾气净化催化剂产业化技术和产业化装备,如高度自动化催化剂制备生产线的涂覆量和涂层的准确控制技术;利用资源丰富的稀土Ce元素的特殊性能,研发稀土改性无钒或少钒的工业废气脱硝催化材料及制备技术等。为了应对严格的机动车尾气排放国Ⅵ标准,满足汽车尾气净化器的耐久性考验和瞬态工况应变能力,提高催化剂热稳定性和氧传输能力的铈锆储氧材料新技术仍然是该领域的研发重点。

国外主要的汽油车尾气催化剂生产企业巴斯夫、优美科和庄信万丰垄断了全球近90%的市场份额,拥有尾气净化催化剂的核心专有技术,技术实力雄厚,在我国上海和江苏建立了工厂,垄断了我国汽车尾气净化催化剂的市场,利用我国低价的轻稀土产品作为催化剂重要原料,获取高额利润。无锡威孚力达催化净化器有限责任公司、昆明贵研铂业股份有限公司和四川中自尾气净化有限公司等十多家国内主要企业在产业化关键技术和装备集成方面也达到了国际先进水平,国产催化转化器在进入新车市场、出口国外、迫使进口产品降价等方面也取得了一定成绩。

稀土催化材料的研究和产业的发展为高质、高效利用好镧铈等轻稀土元素提供广阔的应用市场。提高稀土的主催化性能,进一步降低贵金属的用量、合理稳定的稀土产品价格支撑以及拓展稀土元素应用领域都是未来催化材料产业的重要发展方向。

3 交通装备轻量化 节能减排“大明星”——稀土镁/铝合金

随着我国新能源汽车、轨道交通和航天航空工业的飞速发展,对轻合金的需求量快速增长。用高性能轻合金取代部分钢铁和重金属结构材料、实现材料轻量化以及材料结构比例科学化,是实现资源节约型社会的必由之路。目前工业化应用的轻量化材料主要有铝合金、镁合金、钛合金等轻合金材料,稀土镁合金、稀土铝合金是实现轻量化合金大规模替代应用的突破关键材料。

铝合金是目前汽车上应用较多的轻量化材料,如发动机缸体、缸盖、底盘、散热器等部件。镁合金作为轻量化材料主要应用在汽车方向盘、汽车仪表、中控支架等器件。未来镁合金可以在不暴露表面如车内门板、座椅支架等方面进行推广。镁合金在轨道交通领域的应用也开始逐步扩大。镁合金锻造汽车轮毂是轻量化效益最高的部件,是新一代汽车特别是新能源汽车、自动驾驶汽车的必然选择。

在轻量化材料中添加稀土元素可以有效提升铝合金、镁合金及钛合金等材料的多种服役性能,拓宽其使用范围。稀土元素与镁具有着相似的晶体结构,对镁合金可以起到良好的固溶强化和时效强化作用,提高了镁合金的强度、抗蠕变性能及耐腐蚀性能,稀土镁合金产品能在更高外加应力及工作温度下使用,目前国内外发展的高性能镁合金(尤其是铸造镁合金)主要是稀土镁合金,高强及超高强稀土镁合金是未来镁合金最有前景的应用材料。通过向铝合金中添加稀土元素,可以同时起到净化熔体和细化合金晶粒的作用,从而提高铝合金的综合力学性能。稀土元素能显著细化钛及钛合金的铸态组织,延缓钛合金的再结晶速率,阻碍晶粒长大,改善高温抗蠕变性能,并提高钛合金热稳定性。此外,稀土还可以净化钢水,显著提高钢的韧塑性及耐磨、耐热和耐蚀性,提升钢铁材料的品质。

目前稀土镁合金技术已经成为助推镁合金应用的关键技术之一。在高性能镁合金材料方面,无论是已经得到商业应用的镁合金,还是正处于研发阶段的镁合金,甚至是在极端条件下获得的超高强镁合金(如快速凝固)几乎都与稀土元素密不可分。传统的稀土镁合金中稀土元素的含量约在0.1%-4%,其中大多数是在2%-4%之间,新型的高强度稀土镁合金中稀土元素的含量最高会达到10%以上,导致合金的成本较高,限制了其在民口方面的应用。我国镁资源和稀土资源丰富,这两大资源优势为高性能稀土镁合金的开发与应用提供了契机。开展稀土镁合金材料及相关技术的深入研究符合我国的基本国情,加快稀土在轻量化材料中的推广应用也是解决大量积压的稀土镧铈钇应用不平衡问题的重要方向。

三、自主知识产权的科研开发和应用推广是稀土产业做大做强的核心原动力

2011年,国务院下发《国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见(国发〔2011〕12号)》至今,我国稀土行业历经9年多的共同努力,整个产业展现出规模化、集中化、有序化发展局面,应用创新和绿色发展也取得了长足进步,以稀土功能材料为代表的稀土新材料在新能源汽车、风力发电、新型显示与照明、机器人、电子信息、航空航天、国防军工、节能环保及高端装备制造等战略性新兴产业中均发挥着不可或缺的核心基础材料的作用。为了促进我国稀土产业向高端化发展,不仅有国家科学技术部、工业和信息化部等有关部门出台的相关政策对稀土新材料在科技研发、技术改造的大力支持,还有财政部、税务总局将稀土永磁产品列入出口退税范围,鼓励稀土新材料产品参与国际竞争,以及广大稀土企业、高校、科研院在稀土新工艺、新产品、新功能的研发应用方面的不懈攻关。

但是从长远发展观察,我国稀土冶炼分离产业新工艺的创新突破和下游应用科技创新能力仍然偏弱,稀土下游高价值应用与国际先进差距明显,资源优势还未充分有效转化为价值优势,发展质量与效益还需要进一步提高。特别是2018年开始的中美贸易摩擦和2020年初全球疫情的严重蔓延,全球经济发展的不确定性增加,我国稀土行业将面临更多的外部挑战。

冶炼分离产业提质增效、绿色环保新工艺创新突破,成为稀土产品质优价廉最具竞争力的稀土资源大国。

2018年,美国最终出台对中国商品征税清单未包含稀土冶炼分离产品和稀土永磁材料,但电动机、发电机、磁盘驱动、磁控元件等稀土终端产品均加征10%关税。短期看,美国对我国稀土原料还有较高的依存度。但中远期看,中美贸易摩擦将成为常态化甚至摩擦会日益加剧,美国和日本等发达国家势必会高度重视并解决稀土原料的来源问题,在以军事为代表的顶尖应用领域稀土元素的减量化和替代将是必然趋势。因此,在目前全球稀土多元化供应格局已然形成、世界各地的稀土项目层出不穷的大背景下,我国稀土冶炼分离产业面临的最大的挑战就是提质增效、绿色环保,保持稀土资源的优势竞争力。

尽管有众多海外稀土矿山项目已经开发,但由于投资成本和财务费用巨大,以及个别国家严格的环保要求,短期内无法与我国稀土冶炼产品的成本抗衡,在全球原料市场不具成本竞争优势,我国稀土原料产品供应大国地位相对稳定,但是长远来看,我国稀土行业应该站在全球一体化的高度来审视整个稀土产业链的发展,国外某些新开发项目已经采取了与我国不同的萃取分离技术路线;未来美国和日本在布局稀土原料来源的基础上开发稀土的减量化和替代化技术,因此,上游冶炼分离产业必须开展绿色环保的自主知识产权的新技术、新装备、新产品及新工艺的创新突破,通过不断提升稀土原料产品的质量,大幅降低成本,保证产品合理的性价比,为全球提供安全可靠的稀土原料资源才能保证我国整个稀土产业链持续稳定发展,成为稀土产品质优价廉最具竞争力的稀土资源大国。

稀土新材料及终端应用坚持创新开发,不断扩大稀土应用领域,成为自主知识产权世界领先的技术强国。

稀土材料作为核心关键新材料的一种添加剂或是助剂,在高端材料应用领域消费量还是有限的,稀土资源的价值主要通过添加稀土的材料或应用稀土材料的器件的应用端来体现。我国“战略新兴产业重点产品和服务指导目录”中指出了高效照明、绿色建筑、防治污染、网络设备、医学影像、航空材料、新能源汽车等26个领域都是稀土及稀土功能材料和元器件的用武之地。国家几部委联合下发的《新材料产业发展指南》中也明确指出加快实现稀土磁性材料及应用器件产业化,因此,做大做强稀土产业的出路在于促进稀土应用领域的扩大和产业链的延伸,即稀土高值创新应用。

事实上,稀土终端化和产业高端化往往密不可分。例如高效能稀土永磁材料几乎带动所有领域发生了以绿色、智能为特征的技术革命,探月工程、载人航天、移动通信、载人深潜、航空母舰、新能源汽车、风力发电、工业机器人、高端医疗诊断装备及高速铁路等工程技术领域都离不开稀土及稀土功能材料。

通过提高科技创新能力和高端应用产品研发能力,生产高质量、高附加值的产品,为我国稀土产业的发展提供有力的科技支持,将科研成果转化为现实生产力并实现工业化生产,体现稀土资源的战略价值。稀土原料产业应与下游应用行业共同推进,树立开放、共享和协同发展的理念。在重点应用领域加强技术创新,突破国外专利壁垒,提升装备自动化水平,让自主知识产权的科研开发和应用推广成为稀土产业做大做强的核心原动力,我国才能成为自主知识产权世界领先的技术强国。

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