时间:2022-11-23 23:26:08 | 浏览:964
文章来源:中国国家地理
“工业维生素”稀土被应用于现代工业体系的各个领域。它作为重要战略资源,在军事、冶金工业、石油化工、玻璃陶瓷和农业方面被广泛应用。随着新技术发展和新一轮产业革命的兴起,稀土的战略性地位更加凸显,与国家经济技术及核心竞争力密切相关。
稀土不是土
名字中虽有个“土”字,但稀土并不是土,而是元素周期表中的镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇,共17种金属元素的总称。其中有15个都属于镧系元素(下表浅绿色)。
1794年,芬兰化学家加多林最早发现“钇”。当时认为这种矿物在地壳中的存量很少,只能用化学法制得少量不溶于水的氧化物,因而称之为稀土(rare earth)。
从钇的横空出世,到1947年最终分离出钷,经过长达150多年的时间,全部17种稀土元素才大白于天下。
图源:《中国国家地理》2019年12期
研究者们逐渐发现,稀土并不“稀”。2019年全球稀土储备量为1.2亿吨,与目前全球稀土市场产量对比来看,稀土资源虽然很珍贵但并不算稀缺。就地壳中的丰度来说,最高的铈与铜接近,最低的镥比金也还要高出200倍。
只不过,稀土元素高度富集成具有经济开采价值的矿藏,还是需要种种条件和自然的造化巧合的。
稀土的神奇能力
稀土虽然名字土,可都被应用在高科技领域。无论是能产生磁悬浮效应的高温超导材料,还是长久具有磁力效应的“永磁体”,甚至在磁场中形状会发生改变的“磁致伸缩合金”,都离不开稀土。
17位稀土家族成员像是一根藤上的17个“葫芦娃”。从奇妙的光、电特质,到磁、核禀赋,乃至独特的电子层结构等,个个都身怀绝技。
稀土具有“点石成金”的效果,添加了稀土的钢、铁、镁、铝等合金,性能大大优化,变得更加坚韧、更加轻巧、更耐腐蚀。
镧(lán),是“葫芦娃”中的老大。早在上世纪30年代,当把镧加入到光学玻璃后,人们发现玻璃的折射率提高了。于是把这种具有特殊光学特性的玻璃,叫做“镧玻璃”。
拥有高折射率的镧玻璃以前是光学界的宠儿,早年的海湾战争中,加入镧的夜视仪,成了美军坦克压倒性优势的来源。
同样作为稀土元素,把铈(shì)加入到玻璃中,就有截然不同的效果。铈玻璃既吸收紫外线,又能防红外线,可将夏日的滚滚热流截于玻璃外。
钕(nǚ)元素借其在稀土领域中的独特地位,多年来成为市场关注的热点。“钕铁硼永磁体”的问世,为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高,被称作当代“永磁王”,在适应太空恶劣条件的精确导航,捕获锁等方面大显身手。
钕铁硼的不同形态
钆(gá)可用于核反应堆的抑制剂,是核应用的“安全保护神”;铒(ěr)的光学性质突出,是光纤信息高速公路的护航者;铥(diū)则是医疗上诊断和治疗肿瘤的好帮手。
近几年,在全球稀土资源的消费中,中国占有很大的比重,占据全球消费总量的57%,其次是日本和美国。以中、美两国的消费结构举例,由于新能源汽车行业的迅猛发展,稀土永磁在稀土产品消费总额中占据极高的份额。
图源:《中国稀土市场的现状、问题及对策》
稀土产品消费与稀土产业的发展密切相关,其消费领域可分为传统领域和稀土新材料领域。1987-2018年稀土在中国这些领域的消费结构变化趋势如下图。
图源:《我国稀土消费结构现状与趋势分析》
航空航天和军工领域,也是稀土应用的重头戏。航空航天导航设备用稀土永磁作为核心材料;太阳能电池阵列、光学观测设备、传感器等,都使用了稀土材料。稀土合金应用于航天器的舱门和口盖,大幅降低结构重量,缩小航天零部件体积,降低能耗。
稀土的国际格局变迁
“中东有石油,中国有稀土”,在上个世纪70-90年代,我国稀土储量的全球占比高达80%-90%,给无数人留下了深刻的印象。
“稀土之乡”内蒙古白云鄂博更是占到了全国稀土总储量的九成以上,是世界上最大的稀土矿。
白云鄂博矿区微缩模型
1978-2013年间,中国稀土消费需求量增长了80多倍,成为了世界第一稀土产品消费国。在这样的背景下,中国稀土储量的全球占比急剧下降,从90%下降到2019年的37%。未来,这个占比数据很可能会继续降低。
图源:《中国稀土市场的现状、问题及对策》
历史上,世界稀土资源的供给重心曾有过2次转移。最早的供应国是巴西、印度和澳大利亚。1949年,美国加利福尼亚的芒廷帕斯稀土矿被发现,使美国成为20世纪中期全球最大的稀土供应源。
之后,随着中国稀土资源的发现和产业发展,1986年之后,中国才逐渐取而代之。
图源:《中国国家地理》2019年12期
近年来随着稀土战略价值的不断提升,在全球出现了一波寻矿热。俄罗斯远东地区、印度、澳大利亚、加拿大、越南,以至北极圈内的格陵兰、阿富汗沙漠,都陆续发现了新稀土矿。一些原本在稀土“牌桌”上名不见经传的国家,也跻身“资源新贵”。
全球约30个国家和地区拥有稀土资源,可以预见,未来全球稀土格局不再是“一枝独秀”的超级资源大国模式,而正在呈现出“群雄争霸”的多元变动格局。
稀土的背后是一个庞大绵长的产业链和产业群,科技含量越高,经济附加值越高。在国际稀土产业链当中,我国稀土产业处于低端化态势。
中国可以生产400多个品种,1000多个规格的稀土产品,但其中80%都是中低端产品,尤其在下游的高精尖应用领域,与美日等国家仍有较大差距。
图源:《中国国家地理》2019年12期
面对发达国家的技术垄断,其需要的仅是稀土原材料的代加工。我国低附加值的稀土产品,在定价方面难以拥有话语权,价值被严重压低,话语权的缺失将会使稀土产业生产经营活动依赖市场变动趋势,而处于被动地位。
在国际博弈中,除了稀土储量,还有稀土产业、应用的实力较量。可以说,中国是一个“稀土大国”,但要成为“稀土强国”,还有一段很长的道路要走。
【参考文献】
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