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镓、锗有多厉害,同时又有哪些短板?

编辑:生活网      来源:生活网      半导体   光纤   出口   初级   储量

2023-08-21 01:06:03 

7月3日,中国商务部、海关总署联合发布《关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告》。 涉及出口管制的物品,未经许可,不得出口!

对镓和锗相关物项的出口管制

目的是维护国家安全和利益

(图:商务部网站截图)▼

出口管制出台后,国际镓价格短短5天飙升27%,资本市场稀有金属、稀土板块也大幅上涨。

之前我们谈到了中国缺乏的多种资源,但中国也有很多有优势的资源,而且它们在世界上“占主导地位”。 镓和锗就是其中的两种。 今天我们就来说说我们的镓和锗到底有多厉害,以及它们的缺点是什么。

中国不缺镓、锗

镓和锗都属于地球上的“分散金属”。 顾名思义,它们不仅数量稀少,而且极其分散,很少有独立矿藏。

判断是否稀有的标准是“丰度”,即地壳中元素的平均含量。 例如,每吨地壳中仅含有15克镓,即0.0015%,而锗的丰度则低十倍。 每吨地壳物质中仅含锗1.5克,即0.00015%,与铁的5.6%、铝的8.2%相比,完全无法比拟。

铝是地壳中最丰富的金属元素

图为铝土矿矿石,看上去与普通石头没有什么区别

(图片:图虫创意)▼

虽然这两种金属很稀有,但用途却很广泛。

镓的熔点仅为29.78°C,是少数能在室温下保持液态的金属之一。 卫星通信、半导体、太阳能、人工智能等尖端技术的研发和生产都离不开镓。 80-85%的金属镓消耗在半导体工业中,因此先进工业国家对镓特别重视。

金属镓无毒,拿在手上就能融化,挺好玩的

(图片来源:)▼

美国已将镓列入35种关键矿产清单,欧盟也将其列入61种关键原材料清单。 2011年,我国也将镓列为战略储备金属。

99.999%镓晶体(图片:wiki)▼

锗有很多用途。 基于良好的半导体和光电性能,半导体、光纤通讯、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学等都需要锗,特别是在红外敏感领域,极具不可替代性。 当然,涉及到军事领域。 因此,美国、日本、澳大利亚、加拿大、欧盟等都将锗列入重点矿产清单,并严格控制。

掺锗光纤具有容量大、光损耗小、色散低、

传输距离远、不受环境干扰等优点

作为光通信网络的主体

它是唯一可以设计的光纤

(图片:图虫创意)▼

镓、锗矿床的发现并不容易,它们很少单独成矿,而是以分散状态隐藏在各种多金属矿床的伴生成分中。

由于镓可以替代尺寸相似的元素并自行充电,因此它可以渗透到其他沉积物中。 例如,它代替铝存在于铝土矿中,形成“铝土矿型伴生镓矿床”; 置换闪锌矿中少量的锌,形成“铅锌型伴生镓矿床”。 此外,镓还可伴生于煤层中,形成“煤型伴生镓矿床”。

在这些矿床中,可以发现伴生的镓

(图:)▼

基于同样的原理。 锗也主要分布在“煤型”含锗矿床和“铅锌型”含锗矿床中。

因此,工业用镓和锗主要来自这些矿床的副产品。

就矿床类型而言,铝土矿是镓的主要来源。 目前,全球90%的镓是铝冶炼工业的副产品。 不同地区、不同类型的铝土矿伴生镓含量不同,且差异较大。 每吨原矿一般含镓50-250克。 例如,我国贵州铝土矿一般每吨含镓122-127克。

红铝土矿、铝及副产品镓

(图:)▼

此外生活网消息,还可从闪锌矿湿法冶金的粗锌蒸馏残渣中提取镓。 煤矿中的镓含量一般不高,一般为每吨10-30克,但内蒙古准格尔煤田的镓含量高达每吨30-70克,是新发现的超大型镓。 ——近年来矿藏丰富。

伊克昭盟准格尔煤田

拥有亚洲最大的露天煤矿

(图:地图)▼

虽然这些比例看起来很低,但铝土矿和煤矿的基本量非常大,自然有大量的镓可以顺便提取。

我国也是锗资源丰富的国家,“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地区,包括内蒙古伊敏乌牧场、内蒙古胜利乌兰图拉、云南临沧等地。

“铅锌型”属于碳酸盐岩赋矿型锗矿

煤层中产出的锗是中国最重要的锗资源类型▼

目前,全球可用镓储量约为27万吨,中国占比近70%,约为19万吨,居世界第一。 其余的镓主要分布在非洲、美国、南美洲和欧洲。

中国镓资源占主导地位▼

与镓相比,全球锗储量要少得多,约为8600吨,其中美国为3870吨,占45%,中国次之,为3500吨,占41%; 俄罗斯860吨,占10%,三者基本等于全球探明储量。

横屏-世界镓、锗资源分布

中国镓、锗处于绝对领先地位▼

产业链困境

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虽然我国镓储量丰富,但储量≠产量,中间需要从粗到精的一整套产业链,而镓的整个产业链对资金和技术要求很高,分为三个环节:

首先是原材料和初级加工。 需要以含镓闪锌矿、氧化铝、废渣和煤层为原料,然后将这些原料通过拜耳法加工成粗镓。

然后是深加工,分为两个部分。 一是采用电解精炼等工艺将粗镓制备成高纯镓; 将镓或高纯镓制备成砷化镓、氮化镓、氧化镓等化合物。

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

镓产业链图解▼

在这三个环节中,我国仅在初级加工粗镓产品方面具有绝对优势。 2019年,全球粗镓产量为324吨。 其中中国310吨,占比95.68%,处于绝对优势地位。 但高端镓产品自主产能很低,高度依赖美国、日本进口。

我国粗镓产量占据绝对领先地位▼

全球有30多家粗镓生产商,主要是大型铝厂和有色金属冶炼厂,主要分布在中国、俄罗斯、乌克兰、德国。 但高纯镓和回收镓主要产自日本和美国,并用于本国的集成电路、半导体等行业。

全球主要镓生产企业▼

镓消费结构分布图▼

这就形成了一种特殊的结构,中国生产粗镓,美国和日本生产高纯镓和半导体产品,美国和日本也用半导体掐住中国的脖子。 为了发展自己的半导体产业,中国需要从美国和日本进口高纯镓。

2017-2022年中国镓进出口量▼

而且,2011年以来,我国粗镓产量大幅增加,导致粗镓供应过剩,价格也随之暴跌。 随着中国供给侧改革和全球镓消费量的增加,2015年后镓的供需格局持续趋紧,卖得太久的白菜价格终于再次上涨。

中国4N镓价格走势▼

可以说,虽然我们控制了粗镓产能,但仍陷于低端领域。 不仅利润低,而且高端产品仍然依赖进口。

2005-2019年全球镓产量及供需平衡▼

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与镓的情况类似,锗的产业链也分为三部分:上游(原材料、初级产业)、中游(深加工、组件产业)、下游(红外、光纤等终端产品)。

锗产业链示意图▼

其中,上游原材料及初级加工的技术难度最低,但环保压力较大,我国的优势主要在于这方面。 2019年,中国产量占全球的65.4%。

全球锗产量及中国占比▼

由于锗在军事和民用方面都发挥着重要作用,光纤、红外光学、太阳能电池都离不开锗,而锗的消耗量往往与国家的军事实力和经济水平相对应。 目前,中国、美国、日本消耗了全球80%以上的锗。

2015年以来全球锗产业结构变化

红外线、光纤、太阳能电池占比稳步增长▼

尽管中国也是最大的锗出口国,但遇到的问题与镓类似。 我们主要向西方发达国家出口初级锗产品。 由于我国应用于红外、光纤领域的高端锗产品生产技术尚不成熟,光纤用“锗单晶”、“四氯化锗”等高端锗产品基本依赖进口。

出口初级锗产品,进口高端锗产品▼

如今,随着我国在红外、光纤、太阳能等领域的快速发展,对锗的需求量也不断增加,攻克高端锗产品的技术难题势在必行。

保护战略资源势在必行

近年来,在关键金属下游的半导体产业,西方国家加大了对中国的打压力度。

今年5月底,日本宣布对23种半导体设备和材料实施出口限制,将于7月23日正式实施。6月30日,全球最大光刻机生产国荷兰宣布将进一步收紧其光刻机的出口政策。 9月1日起,高端DUV光刻机将被限制向中国出口。

光刻机是制造芯片的核心设备

(图:)▼

事实上,很多稀有关键金属都是中国供应的,几乎没有替代元素。 为什么中国要供应给西方国家,让他们制造芯片,卡在中国的脖子上?

我国是镓、锗资源丰富、生产和出口的国家。 多年来为全球产业链做出了巨大贡献。 在产业升级的背景下,加强战略资源的开发和控制是非常合理的,西方国家本身也在这样做。

去年年底出生的

美国提前数月限制向中国出口先进芯片

(图:)▼

例如,美国拥有世界上最大的锗储量,但将其作为战略资源进行保护,限制其开采,并从中国等国家进口。 我国虽然储量位居第二,但供应全球70%的消费量,锗资源已被过度开采。 我们要发展自己的高端制造业和战略性新兴产业,未来锗的消费量将是巨大的。

因此,合理开采稀有金属并限制出口,不仅可以减少资源滥用,还可以使我国产业获得更充足、更优质的战略资源,进一步增强国际竞争力。

上下滑动查看参考资料:

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

2 外交部:对镓、锗相关物项实施出口管制是国际惯例,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()

4 中国镓锗铊镉资源文汉杰等,2020,科学通报

5 稀有金属超异常富集的主要科学问题,温汉杰等,2019,岩石学报

6 弥散元素地球化学及成矿机制 涂光赤等

7 张丽曼、张辉、梁倩、王小强、余文丽、严惠媛。 2022. 我国镓矿资源分布、开发及镓产业发展思考[J] 矿产勘查, 13(8):1235-1240

8 中国行业信息。 2018年中国锗产量、需求及价格走势分析[EB/OL][2019-06-11]. 。

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14 吴秋杰,吕振富,曹金成等.国内外镓资源分布、供需及镓产业链发展现状研究[J]. 矿产资源综合利用,2021,No.231(05):38-44。

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