2019年5月20日,国家领导人到江西考察调研,在金力永磁调研时,提出稀土是重要的战略资源,要加大科技创新工作力度,不断提高开发利用技术水平提高附加值,延伸产业链。
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稀土功能材料分类
常见的稀土功能材料主要包括:稀土永磁材料、稀土催化材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土抛光材料等。
(1)稀土永磁材料
定义:稀土永磁材料是指将钐、钕等合稀土金属与钴、铁等过渡金属组成的合金,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。
特性:稀土永磁材料比磁钢磁性能高100多倍,是普通永磁材料磁性4倍,钕铁硼是现在磁性最强的永磁材料。
(2)稀土催化材料
定义:镧、铈、镨等稀土离子由于其独特的4F电子层结构,使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。
分类:分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、铈锆固溶体催化材料材料。
(3)稀土储氢材料
定义:稀土储氢材料指在稀土金属中加入某些第二种金属形成合金所形成的在较低温度下能可逆地吸收和释放氢气的材料。
特点:容量高、可大功率充放电、循环寿命长等。
分类:AB5型储氢合金、非AB5型稀土型储氢合金(La-Mg-Ni系储氢合金)。
(4)稀土发光材料
发光机理:由稀土4f电子在不同能级间跃出而产生的,因激发方式不同可分为光致发光、电致发光、X射线发光、生物发光等。
特点:吸收能力强,转换效率高,可发射从紫外到红外的光谱等。
(5)稀土抛光材料
定义:指一种以氧化铈为主体成分用于提高制品或零件表面光洁度的混合稀土氧化物的粉末。
特点:粒度均匀、硬度适中、抛光效率高、使用寿命长等。
分类:按氧化铈含量由低到高,可分为低铈抛光粉、中铈抛光粉、高铈抛光粉。
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稀土功能材料产业链
图1-1 稀土功能材料产业链
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稀土功能材料上游行业现状分析
从储量来看:2018年,全球稀土资源总量1.3亿吨,其中中国稀土资源储量4400万吨,占比全球37%。中国稀土资源储量主要分布在包头白云鄂博(占比83%)、山东微湖(占比8%)、四川凉山(占比3%)。
从产量来看:2017年,全球稀土矿石资源产量13.4万吨,其中,中国稀土矿石资源产量10.5万吨,占比全球78.36%。
从出口来看:中国是全球最大出口国。2018年,中国出口稀土矿石资源储量5.3万吨,主要出口至日本、美国、荷兰、韩国等国家。
从消费来看:2017年,全球稀土资源消费中国占比第一,消费领域永磁为主。
图2-1 全球稀土功能材料储量、产量、储量、消费占比图
(数据来源:USGS、UN comtrade、新材料,GEI整理)
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稀土功能材料生产情况
稀土储氢材料:近年来全球稀土储氢材料95%由中国和日本提供,因原料价格的上涨及锂离子电池的竞争导致镍氢电池产量下降,导致稀土储氢产量下降。
稀土催化材料:化工、新材料等领域迅速发展,推动稀土催化材料的需求量高速增加。
稀土发光材料:受照明产业产品更新换代影响,近年来稀土发光材料产量增速放缓 。
图2-2 2014-2018年中国各类稀土功能材料产量
(数据来源:新材料,GEI整理)
稀土功能材料产业高地主要集聚在内蒙古、江西、北京、浙江、广东、广西、福建等地,根据产业高地发展特点的不同,可分为资源导向型、创新驱动型、市场导向型、企业规划型四种类型。
图3-1 稀土功能材料产业高地分布图
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资源导向型
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驱动创新型
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市场导向型
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企业规划型
不同类型稀土功能材料产业高地,其发展特点有显著差异。
表3-1 代表性稀土功能材料产业高地特点
目前,稀土功能材料行业已形成一批极具代表性的企业。
中国六大稀土集团包括北方稀土、厦门钨业、中国五矿、广西稀土、南方稀土、中铝公司,其中四大稀土集团业务涉及稀土功能材料的研发及生产。稀土“十三五”规划中明确提出,2020年底国家将完成以六大稀土集团为代表的稀土开采、冶炼分离、资源综合利用企业的整合,推动国内稀土企业资产优化、兼并重组、或形成北方一家稀土公司和南方五家稀土公司的新格局。
图4-1 稀土功能材料重点企业
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北方稀土
目前,北方稀土已拥有2家分公司、2家全资子公司、10家绝对控股公司、13家相对控股公司及10家参股公司。
(1)稀土产品/材料产品线广、生产量大:①可生产各类稀土产品共11个大类、50余种、近千个规格;②冶炼分离产能8万吨/年、稀土金属产能1万吨/年,稀土原料产能全球第一;③稀土磁性材料合金3万吨/年,产能居全球第一;抛光材料产能1.4万吨/年、贮氢合金3千吨/年,占国内市场份额50%以上;发光材料1千吨/年;④已建成年产100台稀土永磁磁共振成像仪生产基地,混合汽车用圆形镍氢动力电池100万只/年能力。
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厦门钨业
图4-3 厦门钨业稀土产业业务领域
为拓展公司稀土功能材料产业链,厦门钨业与龙岩市政府签订战略合作协议,规划建设龙岩稀土工业园 。园区重点发展稀土磁性材料及其应用产品,形成空调、汽车、电脑等稀土磁性电机及应用产品产业集群。
2018年,三明经开区欲建设三明稀土产业园,依托三明稀土与上下游关联企业的关系,引导稀土重大项目落户,形成稀土发光材料、现代LED显示器、照明器具等应用产品产业链。
需求持续增加、技术持续创新、应用领域拓宽、传统材料被替代等成为稀土功能材料未来重点发展趋势。
稀土功能材料:在国家新材料政策扶持和新能源、电子信息等行业带动下,稀土永磁材料需求将高速增长 ;钕铁硼永磁材料将代替其他磁材,因其有较高的内禀矫顽力、磁能积和剩磁强度,同时基于其小型化和节能环保的优点,应用领域广泛,初置成本虽然较高,但长期节能价值更为突出。
稀土催化材料:降低催化剂制造成本,特别是制备新工艺和新装备的研发;改进催化性能,提高催化剂耐久性,开发适用于在烟气脱硫脱氮、污水处理、芳烃等有机工业净化、室内空气净化等领域应用的稀土催化材料和集成技术等。
稀土储氢材料:新型稀土储氢合金的开发是高端镍氢电池发展重要支柱,容量高、寿命长、功率特性好的材料成趋势 ;新能源汽车的高速发展,推动稀土储氢材料在燃料电池、稀土合金储氢罐等领域的应用。
稀土发光材料:随着传统荧光灯产品的开发拓展、新兴LED照明的研发完善,稀土发光材料在照明领域地位将加强 ;伴随着节能照明和消费电子产业的崛起,稀土发光材料行业内新技术新产品层出不穷,应用领域将像光转换农膜、生物发光标记等领域扩展。
注:部分图片来源网络,侵歉删
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