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中国的Ga和Ge太多了

来源: 新闻中心 时间: 2024-02-09 13:38:21

  7月3日,中国商务部和海关总署联合发布了《关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告》,公告显示,自8月1日起,对包含金属镓、金属锗等14项相关物项进行出口管制,未经许可,不得出口!

  出口管制颁布后,短短5天内国际镓价猛涨27%,长期资金市场上稀有金属、稀土等板块也跟着大涨。

  以前我们讲过很多种中国短缺的资源,但中国有优势的资源也有很多,而且在整个世界都是“统治级”的,镓和锗就是这里面两种。今天就来讲讲,我们的镓、锗有多厉害,同时又有哪些短板。

  镓和锗都属于地球上的“稀散金属”,顾名思义,就是不光稀有,而且极其分散,极少有独立矿床。

  判断稀有与否的标准是“丰度”,也就是元素在地壳中的平均含量,比如每吨地壳物质中,只有15克的镓,也就是0.0015%,锗的丰度还要低十倍,每吨地壳物质里只有1.5克锗,也就是0.00015%,与之相比,铁的丰度是5.6%,铝是8.2%,完全不可比。

  镓的熔点只有29.78℃,是少有的在室温也能保持液态的金属。卫星通讯、半导体、太阳能和人工智能等前缘科技的研发和生产不能离开镓。80~85%的金属镓都消耗在半导体行业,所以先进工业国对镓格外重视。

  美国早已将镓列为35种关键矿产目录,欧盟也将其列入61种关键原材料目录。2011年,我国也将镓列入了战略储量金属。

  锗的用途也很多,基于良好的半导体和光电特性,半导体、光纤通讯、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学都需要锗,特别是在红外感光领域,有极高的无法替代性,这当然就涉及到军事领域了。所以美、日、澳、加、欧盟都把锗列入了关键矿产目录,严格管控。

  要找到镓和锗的矿床并不是特别容易,他们极少单独成矿,而是以分散状态藏在各种多金属矿床的伴生组分里。

  由于镓能代替与自身大小和电荷相似的元素,这样就可以渗透进别的矿床里。例如代替铝存在于铝矾土中,形成“铝土矿型伴生镓矿床”;代替锌少量存在于闪锌矿中,形成“铅锌矿型伴生镓矿床”。此外,镓还可以伴生于煤层中,形成“煤型伴生镓矿床”。

  就矿床种类而言,铝土矿是镓的大多数来自,目前全球90%的镓作为炼铝工业的副产物而产出。不一样的地区、不一样的铝土矿中伴生镓的含量不同,且差别较大。每吨原矿石中一般含镓50~250克。像我国贵州铝土矿,一般每吨含镓122~127克。

  此外,镓也可以从闪锌矿湿法炼锌时的粗锌蒸馏残渣中提取。煤矿中的镓含量普遍不高,一般每吨10-30克,但我国内蒙古准格尔煤田的镓含量高达每吨30-70克,是近年新发现的超大型富镓矿床。

  虽然这些比例看似都很低,但铝土矿和煤矿的基础量都非常大,能顺便提炼出来的镓自然也很多。

  中国同时也是锗资源大国,“铅锌型”含锗矿床主要分布在川滇黔低温成矿域。“煤型”含锗矿床主要分布在内蒙古和云南,包括内蒙古伊敏五牧场、内蒙古胜利乌兰图嘎和云南临沧等地。

  目前,全球可统计的镓储量大约27万吨,中国就占了近七成,约19万吨,居世界之首,其余的镓主要分布在非洲、美国、南美洲和欧洲等地。

  和镓相比,锗的全球储量要少得多,大约8600吨,美国3870吨,占45%,中国次之,3500吨,占41%; 俄罗斯860吨,占10%,三家基本上约等于全球探明储量了。

  中国虽然镓的储量丰富,但储量≠产量,中间需要一整套由粗到精的产业链,而且镓的全产业链对资本和技术的要求很高,分三个环节:

  首先是原材料和初级加工,需要有含镓的闪锌矿、氧化铝土矿、废渣烟尘和煤层作为原材料,再用拜耳法将这些原材料加工为粗镓。

  接着是深度加工,分两个部分,一个是用电解精炼等工艺,将粗镓制备成高纯度镓;另一个是用碱液中电解法、液态密封法、溶胶凝胶法等工艺,将粗镓或高纯度镓制备成砷化镓、氮化镓、氧化镓等化合物。

  最后是应用产品,将含镓化合物生产为铜铟镓硒薄膜、激光二极管、射频电子设备、催化剂等元件应用产品。

  这三个环节里,中国占非常大的优势的只有初级加工的粗镓产品。2019年全球粗镓产量324吨。其中中国310吨,占95.68%,处于非常大的优势地位。但是高端镓产品的自主产能很低,高度依赖从美、日进口。

  全球粗镓生产厂商有30多家,主要是大型铝厂和有色金属冶炼厂,主要在中国、俄罗斯、乌克兰、德国。但是高纯度镓和再生镓生产国主要是日本和美国,并将其用于本国的集成电路、半导体等产业。

  这就形成了一个特殊的结构,中国生产粗镓,美日生产高纯度镓以及半导体产品,同时美日还用半导体卡中国的脖子。中国要发展自己的半导体产业,光有粗镓还不够,还要从美日进口高纯度镓。

  而且从2011年开始中国的粗镓产量大幅度的提高,导致粗镓供大于求,价格也跟着暴跌。随着中国供给侧改革和全球镓消费量的提升,2015年之后,镓的供需格局才持续收紧,卖了太久的白菜价,价格终于又升上来了。

  可以说,我们虽然控制着粗镓的产能,但也被困在低端环节,不光利润少,而且高端货还是依赖进口。

  和镓的情况类似,锗的产业链也分为上游(原材料、初级产业)、中游(深加工、元部件产业)、下游(红外和光纤等终端产品)三个部分。

  其中上游原材料和初级加工的技术难度最低,但环保压力大,我国的优势也主要在这方面。2019年,中国的产量就占了全球的65.4%。

  由于锗在军工和民用方面都有及其重要的作用,光纤、红外光学、太阳能电池不能离开锗,锗的消费量也往往对应着国家军事实力和经济水平。目前,中、美、日三国就消费了全球80%以上的锗。

  虽然中国同时也是锗的最大出口国,但是遇到的问题和镓类似,我们其实是向西方发达国家出口初级锗产品。由于我国在红外和光纤领域使用的高端锗产品的制作技术还不成熟,高端锗产品如“锗单晶”和光纤用“四氯化锗”基本都依赖进口。

  如今随着我们国家在红外、光纤、太阳能等领域加快速度进行发展,锗的需求量也持续不断的增加,对于高端锗产品的技术攻关也势在必行。

  比如美国的锗储量全球第一,却将其作为战略资源保护起来,限制开采,需求都从中国等国家进口。虽然我国储量第二,却供应着全球70%的消费量,锗资源已经过度开采。我们要发展自己的高端制造和战略新兴起的产业,未来锗的消费量也将十分巨大。

  因此,合理开采稀有金属并限制出口,不仅能减少资源滥用,更能让中国的产业获得更充分、品质更高的战略资源,逐步提升国际竞争力。

  1 商务部 海关总署公告2023年第23号 关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告

  2 外交部:对镓锗相关物项实施出口管制是国际通行做法,欧盟成员国也对部分物项实施出口管制环球网_新浪财经_新浪网

  7 张丽曼,张会,梁倩,王小强,余文丽,颜蕙园.2022.镓矿资源的分布、发展概况及中国发展镓产业的思考 [J] 矿产勘查,13(8):1235-1240

  8 中国产业信息.2018 年中国锗产量、需求量及价格趋势分析[EB/OL][2019-06-11].http: //.

  12 代世峰, 任德贻, 李生盛. 内蒙古准格尔超大型镓矿床的发现. 科学通报, 2006, 51: 177−185

  13 陆挺,刘璇,张艳飞,等. 基于产业链分析的中国铟锗镓产业高质量发展战略研究[J]. 资源科学,2015,37(5):1008-1017.

  14 武秋杰,吕振福,曹进成等.国内外镓资源分布供需及镓产业链发展现状研究[J].矿产综合利用,2021,No.231(05):38-44.

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