稀土不稀 重在創(chuàng)新應(yīng)用
稀土不稀 重在創(chuàng)新應(yīng)用
郭詠梅 楊麗 張文燦
一、稀土不稀——全球稀土資源儲(chǔ)量豐富，可供開采數(shù)百年
1 稀土不稀
鑭(La）、鈰(Ce）、鐠(Pr）、釹(Nd）、钷(Pm）、釤(Sm）、銪(Eu）、釓(Gd）、鋱(Tb）、鏑(Dy）、鈥(Ho）、鉺(Er）、銩(Tm）、鐿(Yb）、镥(Lu）及與鑭系同族的釔(Y)和鈧(Sc)共17種稀土元素已經(jīng)成為最新前沿高科技應(yīng)用領(lǐng)域不可或缺的核心元素。根據(jù)稀土硫酸鹽溶解度的差異，稀土元素被分為輕稀土、中稀土和重稀土。稀土元素因其自身獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)而賦予其優(yōu)異的光、磁、熱性能，可以與其他的材料形成性能各異、品種繁多的新型功能材料，并大幅度的提高其他產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。
由于發(fā)現(xiàn)之初稀土提純技術(shù)和分析技術(shù)的水平較低，誤認(rèn)為稀土元素在地殼中含量很稀少，被稱為“稀土”，后經(jīng)科學(xué)勘探證實(shí)，稀土元素的地殼豐度總和為0.016%，其中Ce、La、Nd的豐度比鎢（W）、錫(Sn)、鉬（Mo）、鉛（Pb）、鈷（Co）等常用金屬還高。其中Ce元素的儲(chǔ)存量在所有元素中占第25位，幾乎接近銅；而銩和镥的儲(chǔ)存量甚至高于銀。由此可見，就稀土在地球的儲(chǔ)存量來說，實(shí)際上稀土并不“稀”，只是賦存狀態(tài)不同。
進(jìn)入21世紀(jì)，稀土應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，應(yīng)用產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，稀土產(chǎn)業(yè)迎來了快速發(fā)展期。以釹鐵硼材料和稀土永磁電機(jī)為代表的稀土新材料和器件的快速發(fā)展引領(lǐng)了整個(gè)稀土行業(yè)的迅猛發(fā)展。未來新能源汽車行業(yè)的發(fā)展對(duì)稀土永磁材料和電機(jī)的需求將持續(xù)增大。隨著稀土永磁電機(jī)、國(guó)產(chǎn)汽車尾氣催化劑和器件、稀土脫硝催化劑、高端稀土激光晶體、閃爍晶體、超高純稀土金屬和化合物及高性能稀土合金等關(guān)鍵制備技術(shù)取得突破，也為稀土新材料應(yīng)用注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。因此，雖然稀土產(chǎn)業(yè)規(guī)模不大，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)每年僅有十幾萬噸交易量，但卻涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的方方面面及國(guó)防工業(yè)的關(guān)鍵部件，所以說稀土元素的功能作用無法替代或替代后嚴(yán)重影響材料性價(jià)比，稀土材料“能量”巨大。
在世界范圍內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了眾多的稀土礦產(chǎn)資源，但分布極不均勻，具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值的稀土礦相對(duì)較少。目前大部分具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值的稀土資源主要源自中國(guó)、澳大利亞、美國(guó)、俄羅斯及東南亞部分地區(qū)，礦種有氟碳鈰礦、獨(dú)居石礦、離子型礦及磷釔礦等。隨著開采和選礦技術(shù)的進(jìn)步，世界范圍內(nèi)的各種稀土資源將逐步得到開發(fā)和利用。
2 中國(guó)稀土資源雄踞世界第一，全球稀土多元供應(yīng)格局形成
我國(guó)是全球稀土資源儲(chǔ)量最大的國(guó)家，礦種和稀土元素齊全、品位高、礦點(diǎn)分布合理。目前，在全國(guó)22個(gè)省市區(qū)發(fā)現(xiàn)了上千處的礦床及礦化點(diǎn)，主要稀土礦有內(nèi)蒙古包頭白云鄂博混合型稀土礦、江西贛南離子型中重稀土礦、四川涼山及山東微山氟碳鈰稀土礦、湖南褐釔鈮礦、廣東粵北中重稀土礦以及近年來在陜西探測(cè)到的輕稀土礦、新疆鈮鉭鉿大型中重稀土礦和云南特大型稀土金屬風(fēng)化殼礦床等，形成了北、南、東、西的分布格局，具有“北輕南重”的分布特點(diǎn)。其中，內(nèi)蒙古包頭白云鄂博礦區(qū)的稀土儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的83%以上，居世界第一；山東稀土礦儲(chǔ)量占比約8%；四川稀土礦儲(chǔ)量占比約3%；云南、廣西、廣東、福建、浙江、江西、湖南等南方七省儲(chǔ)量約占比3%左右；還有如廣西桂東北、桂東南等中重稀土也很可觀。
以世界最大的稀土礦白云鄂博礦為例，自1957年開采以來，一直按照鐵礦開采，被開采的鐵礦體選礦順序是先選鐵礦物再選稀土礦物。由于稀土的用量有限，稀土選礦只選出很小部分稀土精礦，大部分稀土礦物被排到尾礦庫(kù)。白云鄂博鐵礦石中稀土平均含量為6%，圍巖中白云巖稀土平均含量為4%，按年生產(chǎn)鐵礦石1000萬噸計(jì)算，每年鐵礦石和圍巖中產(chǎn)出的稀土氧化物總量約100萬噸。
白云鄂博是一個(gè)以氟碳鈰礦和獨(dú)居石礦為主的輕稀土礦床，但由于其總體稀土含量高，儲(chǔ)量大，中重稀土絕對(duì)儲(chǔ)量也不可小覷。白云鄂博鐵礦石中僅釔、銪、鏑、鋱四種元素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))就超過500×10－6，部分中重稀土元素含量還超過了我國(guó)南方離子型礦。所以，白云鄂博稀土礦是以輕稀土為主、輕重兼顧的大型礦山，隨著日后勘探技術(shù)的進(jìn)步提升，白云鄂博的稀土資源儲(chǔ)量也將會(huì)被重新認(rèn)識(shí)。
全球稀土資源并不稀缺，但世界各國(guó)稀土儲(chǔ)量的數(shù)據(jù)說法不一，很多國(guó)家沒有完全公布所擁有的稀土儲(chǔ)量，有些地質(zhì)地調(diào)工作還未開展，國(guó)外儲(chǔ)量的真實(shí)數(shù)據(jù)并沒有體現(xiàn)出來。
根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）《礦產(chǎn)品概要2020》報(bào)告數(shù)據(jù)，截至2019年末，世界稀土資源儲(chǔ)量約1.2億噸，其中，中國(guó)稀土資源儲(chǔ)量4400萬噸（REO），為世界最大稀土資源國(guó)；巴西和越南稀土儲(chǔ)量并列第二，各2200萬噸（REO）；其次是俄羅斯、印度、澳大利亞、格陵蘭島、美國(guó)等國(guó)也有眾多稀土儲(chǔ)量。這些稀土資源基本上構(gòu)成了世界稀土資源的主體，全球稀土資源供應(yīng)呈現(xiàn)出“一超多強(qiáng)”的多元化格局。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）公布的2019年世界稀土資源儲(chǔ)量及分布見表1和圖1。
表1 2019年世界稀土儲(chǔ)量
單位：萬噸，REO
國(guó)家 | 中國(guó) | 巴西 | 越南 | 俄羅斯 | 印度 | 澳大利亞 | 格陵蘭 |
稀土儲(chǔ)量 | 4400 | 2200 | 2200 | 1200 | 690 | 330 | 150 |
國(guó)家 | 美國(guó) | 南非 | 加拿大 | 坦桑尼亞 | 其他國(guó)家 | 合計(jì) | |
稀土儲(chǔ)量 | 140 | 79 | 83 | 89 | 31 | 11561 | |
注：JORC（聯(lián)合礦石儲(chǔ)量委員會(huì)）公布的澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)量大約為190萬噸
圖1 全球稀土儲(chǔ)量分布結(jié)構(gòu)
2.1美國(guó)稀土資源
美國(guó)是世界上稀土資源較為豐富的國(guó)家之一，主要有氟碳鈰礦、獨(dú)居石及在選別其他礦物時(shí)作為副產(chǎn)品可回收的黑稀金礦、硅鈹釔礦和磷釔礦等礦物。世界上最大的單一氟碳鈰礦是位于加州的芒廷帕斯礦，探明儲(chǔ)量1358.8萬噸（REO），品位8.24%TREO。美國(guó)的獨(dú)居石開采較早且儲(chǔ)量較為豐富，開采的砂礦為佛羅里達(dá)州的格林科夫斯普林斯礦。2019年5月，美國(guó)化學(xué)品公司BlueLine與澳大利亞企業(yè)簽署了在美國(guó)境內(nèi)建設(shè)稀土冶煉工廠的備忘錄。
2.2澳大利亞稀土資源
近年來，澳大利亞逐漸成為中國(guó)以外全球主要的稀土供應(yīng)國(guó)。澳大利亞存在大量具有高價(jià)值的稀有金屬礦藏，2016年公布的稀土資源量（EDR）為344萬噸（REO+Y2O3）。澳大利亞大量的稀土資源賦存在含有獨(dú)居石成分的重礦砂礦床中，據(jù)估算獨(dú)居石資源儲(chǔ)量大約為780萬噸（REO），假設(shè)獨(dú)居石中稀土氧化物含量約為60%，澳大利亞重礦砂礦床的稀土氧化物資源量大約為468萬噸（REO）。目前澳大利亞尚無經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值的資源量為2957萬噸（REO），大部分源自（主要為鑭和鈰）奧林匹克壩礦體（氧化鐵-銅-金礦，位于南澳大利亞），該礦的總資源量超過20億噸，稀土品位0.5%（REO），總稀土氧化物含量1000萬噸以上，大約含0.17%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鑭和0.25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鈰。該礦的稀土氧化物目前沒有回收，儲(chǔ)存在礦山的尾礦庫(kù)。
澳大利亞地球科學(xué)局網(wǎng)站公布了包括萊納斯公司擁有的韋爾德稀土礦在內(nèi)的15個(gè)公司旗下的15個(gè)稀土項(xiàng)目。2018年8月6日，萊納斯公司發(fā)布公告，韋爾德山稀土資源量比2015年公布數(shù)據(jù)增長(zhǎng)60%，為5540萬噸，平均品位5.4% TREO，折合300萬噸TREO。韋爾德山稀土儲(chǔ)量目前為1970萬噸，品位8.6%TREO，折合169萬噸TREO。
萊納斯公司在馬來西亞關(guān)丹市進(jìn)行冶煉分離，目前該工廠價(jià)值最高的產(chǎn)品為鐠釹氧化物。公司2018年年報(bào)表明：氧化鐠釹產(chǎn)量為5444噸（2017年為5223噸）；稀土氧化物(REO)的總產(chǎn)量為17753噸（2017年為16003噸）。氧化鐠釹產(chǎn)量突破設(shè)計(jì)產(chǎn)量。2019年氧化鐠釹生產(chǎn)能力增至600噸/月。萊納斯已經(jīng)與歐洲、美國(guó)和日本的四家機(jī)構(gòu)簽署了協(xié)議，保證其稀土產(chǎn)品的銷售。
2.3巴西稀土資源
巴西主要稀土資源是獨(dú)居石重礦砂，分布于其東海岸。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局公布的數(shù)據(jù)，巴西稀土儲(chǔ)量很大。2020年，美國(guó)稀土工業(yè)年評(píng)報(bào)告中公布巴西稀土儲(chǔ)量為2200萬噸（REO）。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局列出的國(guó)外主要稀土礦中（不包括重砂礦及磷酸鹽礦），巴西占有6個(gè)，均屬于未分類資源，品位0.15%-10.5%，資源量在9-4350萬噸TREO左右。
2.4俄羅斯稀土資源
美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2020年公布俄羅斯儲(chǔ)量為1800萬噸（REO）。據(jù)報(bào)道，俄羅斯稀土礦超過35個(gè)，但是大部分稀土礦稀土含量較低。俄羅斯多數(shù)稀土資源富集在磷灰?guī)r中，如磷灰石和獨(dú)居石。俄羅斯的鈰鈮鈣鈦礦還含有大量的鈦、鈮和鉭，俄羅斯Lovozero礦生產(chǎn)鈰鈮鈣鈦礦和異性石，2014年生產(chǎn)了不足5000噸鈰鈮鈣鈦礦精礦。除了鈰鈮鈣鈦礦資源外，獨(dú)聯(lián)體還有大量的磷灰石，主要用于生產(chǎn)化肥，磷酸鹽精礦中稀土含量大約0.9%～1.1%，但是目前生產(chǎn)化肥時(shí)還未回收稀土，還處于試驗(yàn)研究階段。此外，獨(dú)聯(lián)體留存有上世紀(jì)40年代的獨(dú)居石，約8.2萬噸（4.4萬噸TREO）。
2.5印度稀土資源
印度擁有大量的重礦砂礦床，其中獨(dú)居石和少量的磷釔礦含有稀土資源。獨(dú)居石是印度主要稀土來源，含大約58%稀土氧化物。印度國(guó)家海洋學(xué)院確認(rèn)，沿著印度7000公里長(zhǎng)的海岸線也有重礦砂礦床。2012年10月，印度原子礦物勘探與研究理事會(huì)報(bào)告，印度獨(dú)居石儲(chǔ)量約為1193萬噸。按照獨(dú)居石約含58%（REO）計(jì)算，印度獨(dú)居石約有692萬噸（REO）。印度稀土公司（印度政府企業(yè)）是印度唯一經(jīng)過許可處理稀土礦的企業(yè)，產(chǎn)品包括混合氯化稀土，產(chǎn)能為1.1萬噸；此外，還有磷酸三鈉產(chǎn)能為1.35萬噸；硝酸釷產(chǎn)能為150噸。
2.6加拿大稀土資源
加拿大擁有許多稀土礦，稀土精礦為采鈾作業(yè)后的副產(chǎn)品。2020年可能投產(chǎn)的項(xiàng)目包括阿瓦隆稀有金屬的Nechalacho重稀土項(xiàng)目、Matamec勘探公司的Kipawa重稀土—鋯項(xiàng)目、Quest稀有礦物的StrangeLake（怪湖）以及MiseryLake（苦難湖）稀土項(xiàng)目。
2.7越南稀土資源
越南稀土儲(chǔ)量豐富。2020年，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局報(bào)告越南稀土儲(chǔ)量為2200萬噸（REO）。多數(shù)越南稀土礦集中在越南西北部，沿東海岸線靠近中國(guó)邊境的地帶，包括都巴奧礦、YenPhu礦以及從清化到BaRia-VungTau沿海岸的省份（鈦礦砂），未形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，目前只有萊州稀土合資公司（越南與日本豐田）進(jìn)行一些小規(guī)模、非系統(tǒng)性、季節(jié)性、非專業(yè)性的作業(yè)，計(jì)劃每年向日本出口4000噸稀土。
2.8格陵蘭稀土資源
格陵蘭發(fā)現(xiàn)的許多稀土礦正處于勘探中。位于格陵蘭島西南部可凡灣（ＫKvanefjeld）的伊犁馬薩克雜巖體（Ilimaussaqcomplex）稀土礦探明資源量為215噸（REO），且重稀土所占比例較大。據(jù)GMEL的最新研究結(jié)果，可凡灣稀土礦的總資源遠(yuǎn)景達(dá)619噸（REO），該雜巖體已探明的另外2個(gè)礦床的儲(chǔ)量和品位均相當(dāng)可觀。
2.9南非稀土資源
南非稀土資源主要賦存在富集磷鈣土（獨(dú)居石和磷灰石）的重礦砂礦床以及碳酸巖侵入巖中。南非是非洲地區(qū)最重要的獨(dú)居石生產(chǎn)國(guó)，Steenkampskraal的磷灰石礦，伴生有獨(dú)居石，是世界上唯一單一脈狀型獨(dú)居石稀土礦。目前，Steenkampskraal礦已經(jīng)獲得了采礦所需的所有許可證，南非的稀土提取公司計(jì)劃在獲得融資后，使礦山年產(chǎn)量達(dá)到2700噸，并計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)量。
全球稀土資源的不斷開發(fā)導(dǎo)致全球稀土產(chǎn)量逐年遞增。2018年增幅為28.8%。2019年增幅為11%，增量因素主要為中國(guó)增產(chǎn)、美國(guó)礦開采重啟、獨(dú)居石礦增加。按照每年大約20萬噸（REO）的消耗，全球稀土儲(chǔ)量可供開采數(shù)百年。全球稀土供應(yīng)格局多元化、稀土冶煉分離技術(shù)的先進(jìn)優(yōu)勢(shì)使得我國(guó)短期內(nèi)仍然保持全球稀土供應(yīng)大國(guó)的地位。
3 2019年我國(guó)稀土初級(jí)產(chǎn)品產(chǎn)量增加，2020年預(yù)計(jì)持續(xù)增長(zhǎng)
2018年和2019年，我國(guó)稀土冶煉分離總量控制計(jì)劃基本為12萬噸（REO）。而2019年，中國(guó)稀土分離產(chǎn)品的市場(chǎng)供應(yīng)大約為21.9萬噸（REO），除控制計(jì)劃的12萬噸（REO）外，2019年中國(guó)進(jìn)口的美國(guó)稀土礦大約2.3萬噸（REO），進(jìn)口緬甸離子礦大約1.8萬噸（REO）；此外，由于我國(guó)鋯資源基本依賴進(jìn)口，2019年進(jìn)口的鋯中礦及鈦中礦副產(chǎn)的獨(dú)居石礦和單獨(dú)進(jìn)口釷礦砂（主要是獨(dú)居石）合計(jì)大約2萬噸（REO），上述三種國(guó)外稀土礦在國(guó)內(nèi)加工后供應(yīng)的稀土產(chǎn)品量合計(jì)大約為6.1萬噸（REO）。釹鐵硼廢料回收的鐠釹氧化物和氧化鋱、氧化鏑也成為原料市場(chǎng)非計(jì)劃的交易部分，通過對(duì)市場(chǎng)交易的中重稀土氧化物推斷，國(guó)內(nèi)部分地區(qū)的離子礦還在開采和生產(chǎn)。2019年我國(guó)稀土產(chǎn)量測(cè)算情況及2020年我國(guó)稀土產(chǎn)量預(yù)測(cè)詳見表2。
萊納斯公司是中國(guó)之外全球第二大稀土原料生產(chǎn)企業(yè)。2018年，萊納斯公司稀土氧化物總產(chǎn)量為17753噸（REO）。截止到2019年9月30日，該公司報(bào)告，2019年1季度產(chǎn)量5220噸（REO）、2季度4422噸（REO）、3季度5444噸（REO）、4季度4651噸（REO，預(yù)估），2019年稀土氧化物總產(chǎn)量為19737噸（REO）。
2019年中國(guó)和澳大利亞合計(jì)稀土初級(jí)產(chǎn)品的總產(chǎn)量超過23萬噸，此外，越南、俄羅斯和印度生產(chǎn)的稀土初級(jí)產(chǎn)品數(shù)量?jī)H有幾千噸左右，主導(dǎo)市場(chǎng)供應(yīng)還是中國(guó)和澳大利亞，中國(guó)生產(chǎn)的稀土初級(jí)產(chǎn)品占據(jù)全球市場(chǎng)份額的90%左右，澳大利亞占據(jù)8%左右。
中國(guó)生產(chǎn)的稀土初級(jí)產(chǎn)品中，總量控制計(jì)劃占據(jù)的比例只有55%左右，但是進(jìn)口的緬甸離子礦、美國(guó)礦原料基本由六大集團(tuán)加工生產(chǎn)，因此，由六大集團(tuán)生產(chǎn)的稀土初級(jí)產(chǎn)品產(chǎn)量大約達(dá)到15.2萬噸，占據(jù)我國(guó)稀土初級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)比例大約70%，其余部分主要由獨(dú)居石、國(guó)內(nèi)未受控離子礦及釹鐵硼廢料等加工生產(chǎn)。2015年后我國(guó)政府取消了多項(xiàng)稀土產(chǎn)品的出口管理措施后，國(guó)家加強(qiáng)了稀土生產(chǎn)和流通環(huán)節(jié)的管理和監(jiān)管，國(guó)內(nèi)初級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)基本保持平穩(wěn)態(tài)勢(shì)。
二、重在創(chuàng)新應(yīng)用——稀土資源優(yōu)勢(shì)通過創(chuàng)新應(yīng)用變經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)
作為重要的戰(zhàn)略資源，稀土在石油、化工、金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁新材料等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。全球稀土下游應(yīng)用中，稀土永磁材料占比最高達(dá)到25%，其次為催化材料占比達(dá)到22%，冶金材料（含儲(chǔ)氫合金）和拋光材料占比分別為18%和14%。世界稀土消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖2所示。但是17個(gè)稀土元素應(yīng)用不平衡問題也是制約稀土產(chǎn)業(yè)下游發(fā)展的重要問題，國(guó)家和企業(yè)在大力發(fā)展稀土永磁功能材料等稀土功能材料產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，必須更重力投入鑭鈰釔高豐度稀土元素的拓展應(yīng)用。
圖2 世界稀土消費(fèi)結(jié)構(gòu)
1 稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“風(fēng)向標(biāo)”——稀土永磁材料及稀土永磁電機(jī)
稀土永磁材料經(jīng)過三十多年研究、開發(fā)和應(yīng)用，已廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、消費(fèi)電子、汽車工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、能源交通等眾多領(lǐng)域，已經(jīng)成為最具中國(guó)特色的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一。稀土永磁材料性能的提高極大地促進(jìn)了永磁設(shè)備及器件向小型化、集成化發(fā)展，稀土磁性材料成為大數(shù)據(jù)工程、高速鐵路工程、新能源汽車工程等一系列“中國(guó)制造2025”、“一帶一路發(fā)展戰(zhàn)略”的實(shí)施無法替代的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，稀土永磁材料已成為稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“風(fēng)向標(biāo)”。
稀土永磁材料無論是在內(nèi)稟磁性理論方面、磁化反應(yīng)機(jī)理方面、還是在稀土永磁體工藝技術(shù)和產(chǎn)能產(chǎn)量方面，都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。據(jù)中國(guó)稀土行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2019年稀土磁性材料產(chǎn)量保持平穩(wěn)增長(zhǎng)，其中燒結(jié)釹鐵硼毛坯產(chǎn)量17萬噸，同比增長(zhǎng)9.7%；粘接釹鐵硼產(chǎn)量7900噸，同比增長(zhǎng)5%；釤鈷磁體產(chǎn)量2400噸，同比增長(zhǎng)4%。但是，長(zhǎng)期以來稀土永磁材料性能未得到重大突破，嚴(yán)重制約了一些國(guó)家重大工程項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)的提高。我國(guó)大部分企業(yè)已經(jīng)掌握了先進(jìn)的燒結(jié)釹鐵硼磁鐵速凝薄帶和氫淬制粉等生產(chǎn)技術(shù)，具備了生產(chǎn)中高檔燒結(jié)釹鐵硼和釤鈷磁鐵產(chǎn)品的能力，并且高中檔產(chǎn)品的總體產(chǎn)量也在逐年提高。但是，與日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)稀土永磁材料的產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)品一致性都還存在較大差距，裝備自動(dòng)化程度有待提升，高端稀土永磁材料國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。因此，作為支撐我國(guó)整個(gè)綠色能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的核心材料，高性能稀土永磁材料仍是我國(guó)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)，同時(shí)大力開發(fā)稀土永磁材料的永磁電機(jī)下游應(yīng)用也體現(xiàn)了我國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重大發(fā)展需求方向，對(duì)建立完整低碳減排綠色產(chǎn)業(yè)鏈具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。
由于稀土永磁電機(jī)具有高效節(jié)能、輕便節(jié)材、體積小、調(diào)速性好、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，極大地滿足了高端加工設(shè)備、機(jī)器人、航空航天、航海和軍工、高效風(fēng)機(jī)與泵、壓縮機(jī)、電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域傳統(tǒng)電機(jī)無法達(dá)到的高性能需求。
同時(shí)稀土永磁電機(jī)也是國(guó)家提升電機(jī)效率、減少能源消耗重點(diǎn)建設(shè)方向之一。雖然我國(guó)永磁電機(jī)行業(yè)發(fā)展較快，但全球范圍內(nèi)來看，日本、德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、瑞士、瑞典等國(guó)家仍占據(jù)主導(dǎo)地位，掌控著大部分高檔、精密、新型永磁電機(jī)的技術(shù)和產(chǎn)品。我國(guó)主要掌握中低端永磁電機(jī)市場(chǎng)，成為了全球主要永磁電機(jī)的生產(chǎn)國(guó)以及出口國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年，我國(guó)永磁電機(jī)產(chǎn)量首次突破1000萬千瓦，達(dá)到1107.1萬千瓦，成為全球永磁電機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)。2018年我國(guó)永磁電機(jī)產(chǎn)量達(dá)到1168萬千瓦。
隨著釹鐵硼永磁材料的裝備和制備工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，高性能釹鐵硼磁體將稀土永磁電機(jī)的研究開發(fā)推向一個(gè)新的時(shí)期，在理論和應(yīng)用領(lǐng)域都將產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。我國(guó)稀土永磁材料在伺服電機(jī)、直線電機(jī)、無刷電機(jī)等微小型電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟。由于中大型永磁電機(jī)在新能源汽車及風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用起步較早，技術(shù)水平已步入世界前列，稀土永磁大功率工業(yè)電機(jī)的開發(fā)應(yīng)用也日趨成熟。
近年來，新能源汽車的快速發(fā)展給永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。稀土永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法、檢測(cè)技術(shù)和制造工藝的不斷完善和發(fā)展，永磁材料的性能和可靠性的不斷提高，電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展都對(duì)永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，積極促進(jìn)了新能源永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
憑借稀土資源優(yōu)勢(shì)，我國(guó)已經(jīng)在稀土永磁電機(jī)方面建立起了完整的產(chǎn)業(yè)鏈及完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。相比歐美國(guó)家，我國(guó)自主研發(fā)的稀土永磁電機(jī)在原材料和生產(chǎn)成本都具有明顯優(yōu)勢(shì)，但是在電機(jī)設(shè)計(jì)和高端特種電機(jī)研發(fā)生產(chǎn)方面存在差距。因此，稀土永磁電機(jī)的研究開發(fā)和應(yīng)用普及推廣必須得到國(guó)家的大力支持。未來隨著各國(guó)對(duì)新能源和節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目的大力推動(dòng)，稀土永磁電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電和新能源汽車以及高鐵、地鐵、有軌電車等軌道交通領(lǐng)域的用量還將持續(xù)不斷增加；隨著工業(yè)自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭現(xiàn)代化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化及軍事武器裝備現(xiàn)代化的普及，作為這些技術(shù)和系統(tǒng)中重要基礎(chǔ)元件的永磁電機(jī)的需求量也將不斷增加，因此，稀土永磁電機(jī)未來廣闊的應(yīng)用前景也會(huì)帶來巨大的市場(chǎng)前景。
2 藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)、鑭鈰高豐度稀土元素應(yīng)用重地——稀土催化材料
由于稀土元素具有獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)，在化學(xué)反應(yīng)中具有良好的助催化性能，在石化、環(huán)境、能源、化工等催化應(yīng)用領(lǐng)域已成為不可或缺的重要催化劑組分，含有鑭鈰等稀土元素的稀土化合物已成為石油裂化催化劑、機(jī)動(dòng)車、船舶、農(nóng)用機(jī)械等移動(dòng)源尾氣凈化催化劑以及工業(yè)廢氣脫硝、天然氣燃燒、有機(jī)廢氣處理等固定源尾氣凈化催化劑等產(chǎn)品的重要原料。資源豐富的La、Ce稀土元素在技術(shù)含量較高的稀土催化材料的大量應(yīng)用，提升了能源與環(huán)境技術(shù)發(fā)展，有效緩解我國(guó)稀土元素應(yīng)用不平衡問題，為改善人類生存環(huán)境的藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)做出了重要貢獻(xiàn)。
近幾年，由于汽車產(chǎn)業(yè)的高增速發(fā)展，我國(guó)稀土催化材料產(chǎn)業(yè)也不斷突破巴斯夫、優(yōu)美科、莊信萬豐等國(guó)外公司的技術(shù)和市場(chǎng)壟斷，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的綠色、環(huán)保、高性價(jià)比的稀土催化材料制備技術(shù)不斷創(chuàng)新提升，稀土催化材料產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展壯大。石油裂化催化劑和機(jī)動(dòng)車尾氣凈化催化劑是稀土催化材料兩個(gè)最大的應(yīng)用市場(chǎng)。在石油催化裂化方面，研發(fā)了石油催化裂化過程的硫轉(zhuǎn)移劑技術(shù)，采用SOX轉(zhuǎn)移劑可減少催化裂化(FCC)裝置中SOX排放，既經(jīng)濟(jì)又有效；研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的催化裂化催化劑生產(chǎn)節(jié)能降耗成套技術(shù)。在機(jī)動(dòng)車尾氣凈化方面，研發(fā)滿足國(guó)Ⅵ尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的汽車尾氣凈化催化劑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化裝備，如高度自動(dòng)化催化劑制備生產(chǎn)線的涂覆量和涂層的準(zhǔn)確控制技術(shù)；利用資源豐富的稀土Ce元素的特殊性能，研發(fā)稀土改性無釩或少釩的工業(yè)廢氣脫硝催化材料及制備技術(shù)等。為了應(yīng)對(duì)嚴(yán)格的機(jī)動(dòng)車尾氣排放國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)，滿足汽車尾氣凈化器的耐久性考驗(yàn)和瞬態(tài)工況應(yīng)變能力，提高催化劑熱穩(wěn)定性和氧傳輸能力的鈰鋯儲(chǔ)氧材料新技術(shù)仍然是該領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)。
國(guó)外主要的汽油車尾氣催化劑生產(chǎn)企業(yè)巴斯夫、優(yōu)美科和莊信萬豐壟斷了全球近90%的市場(chǎng)份額，擁有尾氣凈化催化劑的核心專有技術(shù)，技術(shù)實(shí)力雄厚，在我國(guó)上海和江蘇建立了工廠，壟斷了我國(guó)汽車尾氣凈化催化劑的市場(chǎng)，利用我國(guó)低價(jià)的輕稀土產(chǎn)品作為催化劑重要原料，獲取高額利潤(rùn)。無錫威孚力達(dá)催化凈化器有限責(zé)任公司、昆明貴研鉑業(yè)股份有限公司和四川中自尾氣凈化有限公司等十多家國(guó)內(nèi)主要企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)和裝備集成方面也達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，國(guó)產(chǎn)催化轉(zhuǎn)化器在進(jìn)入新車市場(chǎng)、出口國(guó)外、迫使進(jìn)口產(chǎn)品降價(jià)等方面也取得了一定成績(jī)。
稀土催化材料的研究和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為高質(zhì)、高效利用好鑭鈰等輕稀土元素提供廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。提高稀土的主催化性能，進(jìn)一步降低貴金屬的用量、合理穩(wěn)定的稀土產(chǎn)品價(jià)格支撐以及拓展稀土元素應(yīng)用領(lǐng)域都是未來催化材料產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。
3 交通裝備輕量化 節(jié)能減排“大明星”——稀土鎂/鋁合金
隨著我國(guó)新能源汽車、軌道交通和航天航空工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)輕合金的需求量快速增長(zhǎng)。用高性能輕合金取代部分鋼鐵和重金屬結(jié)構(gòu)材料、實(shí)現(xiàn)材料輕量化以及材料結(jié)構(gòu)比例科學(xué)化，是實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型社會(huì)的必由之路。目前工業(yè)化應(yīng)用的輕量化材料主要有鋁合金、鎂合金、鈦合金等輕合金材料，稀土鎂合金、稀土鋁合金是實(shí)現(xiàn)輕量化合金大規(guī)模替代應(yīng)用的突破關(guān)鍵材料。
鋁合金是目前汽車上應(yīng)用較多的輕量化材料，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、底盤、散熱器等部件。鎂合金作為輕量化材料主要應(yīng)用在汽車方向盤、汽車儀表、中控支架等器件。未來鎂合金可以在不暴露表面如車內(nèi)門板、座椅支架等方面進(jìn)行推廣。鎂合金在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用也開始逐步擴(kuò)大。鎂合金鍛造汽車輪轂是輕量化效益最高的部件，是新一代汽車特別是新能源汽車、自動(dòng)駕駛汽車的必然選擇。
在輕量化材料中添加稀土元素可以有效提升鋁合金、鎂合金及鈦合金等材料的多種服役性能，拓寬其使用范圍。稀土元素與鎂具有著相似的晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)鎂合金可以起到良好的固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化作用，提高了鎂合金的強(qiáng)度、抗蠕變性能及耐腐蝕性能，稀土鎂合金產(chǎn)品能在更高外加應(yīng)力及工作溫度下使用，目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展的高性能鎂合金（尤其是鑄造鎂合金）主要是稀土鎂合金，高強(qiáng)及超高強(qiáng)稀土鎂合金是未來鎂合金最有前景的應(yīng)用材料。通過向鋁合金中添加稀土元素，可以同時(shí)起到凈化熔體和細(xì)化合金晶粒的作用，從而提高鋁合金的綜合力學(xué)性能。稀土元素能顯著細(xì)化鈦及鈦合金的鑄態(tài)組織，延緩鈦合金的再結(jié)晶速率，阻礙晶粒長(zhǎng)大，改善高溫抗蠕變性能，并提高鈦合金熱穩(wěn)定性。此外，稀土還可以凈化鋼水，顯著提高鋼的韌塑性及耐磨、耐熱和耐蝕性，提升鋼鐵材料的品質(zhì)。
目前稀土鎂合金技術(shù)已經(jīng)成為助推鎂合金應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。在高性能鎂合金材料方面，無論是已經(jīng)得到商業(yè)應(yīng)用的鎂合金，還是正處于研發(fā)階段的鎂合金，甚至是在極端條件下獲得的超高強(qiáng)鎂合金（如快速凝固）幾乎都與稀土元素密不可分。傳統(tǒng)的稀土鎂合金中稀土元素的含量約在0.1%-4%，其中大多數(shù)是在2%-4%之間，新型的高強(qiáng)度稀土鎂合金中稀土元素的含量最高會(huì)達(dá)到10%以上，導(dǎo)致合金的成本較高，限制了其在民口方面的應(yīng)用。我國(guó)鎂資源和稀土資源豐富，這兩大資源優(yōu)勢(shì)為高性能稀土鎂合金的開發(fā)與應(yīng)用提供了契機(jī)。開展稀土鎂合金材料及相關(guān)技術(shù)的深入研究符合我國(guó)的基本國(guó)情，加快稀土在輕量化材料中的推廣應(yīng)用也是解決大量積壓的稀土鑭鈰釔應(yīng)用不平衡問題的重要方向。
三、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研開發(fā)和應(yīng)用推廣是稀土產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)的核心原動(dòng)力
2011年，國(guó)務(wù)院下發(fā)《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)稀土行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的若干意見（國(guó)發(fā)〔2011〕12號(hào)）》至今，我國(guó)稀土行業(yè)歷經(jīng)9年多的共同努力，整個(gè)產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出規(guī)模化、集中化、有序化發(fā)展局面，應(yīng)用創(chuàng)新和綠色發(fā)展也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，以稀土功能材料為代表的稀土新材料在新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、新型顯示與照明、機(jī)器人、電子信息、航空航天、國(guó)防軍工、節(jié)能環(huán)保及高端裝備制造等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中均發(fā)揮著不可或缺的核心基礎(chǔ)材料的作用。為了促進(jìn)我國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)向高端化發(fā)展，不僅有國(guó)家科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部等有關(guān)部門出臺(tái)的相關(guān)政策對(duì)稀土新材料在科技研發(fā)、技術(shù)改造的大力支持，還有財(cái)政部、稅務(wù)總局將稀土永磁產(chǎn)品列入出口退稅范圍，鼓勵(lì)稀土新材料產(chǎn)品參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，以及廣大稀土企業(yè)、高校、科研院在稀土新工藝、新產(chǎn)品、新功能的研發(fā)應(yīng)用方面的不懈攻關(guān)。
但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展觀察，我國(guó)稀土冶煉分離產(chǎn)業(yè)新工藝的創(chuàng)新突破和下游應(yīng)用科技創(chuàng)新能力仍然偏弱，稀土下游高價(jià)值應(yīng)用與國(guó)際先進(jìn)差距明顯，資源優(yōu)勢(shì)還未充分有效轉(zhuǎn)化為價(jià)值優(yōu)勢(shì)，發(fā)展質(zhì)量與效益還需要進(jìn)一步提高。特別是2018年開始的中美貿(mào)易摩擦和2020年初全球疫情的嚴(yán)重蔓延，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不確定性增加，我國(guó)稀土行業(yè)將面臨更多的外部挑戰(zhàn)。
冶煉分離產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效、綠色環(huán)保新工藝創(chuàng)新突破，成為稀土產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價(jià)廉最具競(jìng)爭(zhēng)力的稀土資源大國(guó)。
2018年，美國(guó)最終出臺(tái)對(duì)中國(guó)商品征稅清單未包含稀土冶煉分離產(chǎn)品和稀土永磁材料，但電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)、磁控元件等稀土終端產(chǎn)品均加征10%關(guān)稅。短期看，美國(guó)對(duì)我國(guó)稀土原料還有較高的依存度。但中遠(yuǎn)期看，中美貿(mào)易摩擦將成為常態(tài)化甚至摩擦?xí)找婕觿?，美?guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家勢(shì)必會(huì)高度重視并解決稀土原料的來源問題，在以軍事為代表的頂尖應(yīng)用領(lǐng)域稀土元素的減量化和替代將是必然趨勢(shì)。因此，在目前全球稀土多元化供應(yīng)格局已然形成、世界各地的稀土項(xiàng)目層出不窮的大背景下，我國(guó)稀土冶煉分離產(chǎn)業(yè)面臨的最大的挑戰(zhàn)就是提質(zhì)增效、綠色環(huán)保，保持稀土資源的優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)力。
盡管有眾多海外稀土礦山項(xiàng)目已經(jīng)開發(fā)，但由于投資成本和財(cái)務(wù)費(fèi)用巨大，以及個(gè)別國(guó)家嚴(yán)格的環(huán)保要求，短期內(nèi)無法與我國(guó)稀土冶煉產(chǎn)品的成本抗衡，在全球原料市場(chǎng)不具成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，我國(guó)稀土原料產(chǎn)品供應(yīng)大國(guó)地位相對(duì)穩(wěn)定，但是長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，我國(guó)稀土行業(yè)應(yīng)該站在全球一體化的高度來審視整個(gè)稀土產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，國(guó)外某些新開發(fā)項(xiàng)目已經(jīng)采取了與我國(guó)不同的萃取分離技術(shù)路線；未來美國(guó)和日本在布局稀土原料來源的基礎(chǔ)上開發(fā)稀土的減量化和替代化技術(shù)，因此，上游冶煉分離產(chǎn)業(yè)必須開展綠色環(huán)保的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)、新裝備、新產(chǎn)品及新工藝的創(chuàng)新突破，通過不斷提升稀土原料產(chǎn)品的質(zhì)量，大幅降低成本，保證產(chǎn)品合理的性價(jià)比，為全球提供安全可靠的稀土原料資源才能保證我國(guó)整個(gè)稀土產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，成為稀土產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價(jià)廉最具競(jìng)爭(zhēng)力的稀土資源大國(guó)。
稀土新材料及終端應(yīng)用堅(jiān)持創(chuàng)新開發(fā)，不斷擴(kuò)大稀土應(yīng)用領(lǐng)域，成為自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)世界領(lǐng)先的技術(shù)強(qiáng)國(guó)。
稀土材料作為核心關(guān)鍵新材料的一種添加劑或是助劑，在高端材料應(yīng)用領(lǐng)域消費(fèi)量還是有限的，稀土資源的價(jià)值主要通過添加稀土的材料或應(yīng)用稀土材料的器件的應(yīng)用端來體現(xiàn)。我國(guó)“戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄”中指出了高效照明、綠色建筑、防治污染、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、醫(yī)學(xué)影像、航空材料、新能源汽車等26個(gè)領(lǐng)域都是稀土及稀土功能材料和元器件的用武之地。國(guó)家?guī)撞课?lián)合下發(fā)的《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》中也明確指出加快實(shí)現(xiàn)稀土磁性材料及應(yīng)用器件產(chǎn)業(yè)化，因此，做大做強(qiáng)稀土產(chǎn)業(yè)的出路在于促進(jìn)稀土應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，即稀土高值創(chuàng)新應(yīng)用。
事實(shí)上，稀土終端化和產(chǎn)業(yè)高端化往往密不可分。例如高效能稀土永磁材料幾乎帶動(dòng)所有領(lǐng)域發(fā)生了以綠色、智能為特征的技術(shù)革命，探月工程、載人航天、移動(dòng)通信、載人深潛、航空母艦、新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、工業(yè)機(jī)器人、高端醫(yī)療診斷裝備及高速鐵路等工程技術(shù)領(lǐng)域都離不開稀土及稀土功能材料。
通過提高科技創(chuàng)新能力和高端應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)能力，生產(chǎn)高質(zhì)量、高附加值的產(chǎn)品，為我國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力的科技支持，將科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，體現(xiàn)稀土資源的戰(zhàn)略價(jià)值。稀土原料產(chǎn)業(yè)應(yīng)與下游應(yīng)用行業(yè)共同推進(jìn)，樹立開放、共享和協(xié)同發(fā)展的理念。在重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，突破國(guó)外專利壁壘，提升裝備自動(dòng)化水平，讓自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研開發(fā)和應(yīng)用推廣成為稀土產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)的核心原動(dòng)力，我國(guó)才能成為自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)世界領(lǐng)先的技術(shù)強(qiáng)國(guó)。
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