稀土元素是17種特殊的元素的統稱,具體為鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔和鈧,它們因有優異的熱學、力學、電學、光學、磁學等性質,而廣泛應用在交通工具、電子產品、航空航天、軍事國防等領域中。下面,我們一起來淺析一下中國稀土產業鏈。
稀土的產業鏈主要由上游的稀土資源開采,中游的稀土材料制備,和下游的應用領域構成。
一、稀土產業上游
目前,已發現的稀土礦物有250種以上,其中具有工業價值的約50~60種,最重要的稀土礦物有氟碳鈰(鑭)礦、獨居石、磷釔礦、離子吸附型稀土礦、褐釔鈮礦等。
作為世界稀土生產和消費較大的國家,中國稀土礦產分布在華北、東北、華東、中南、西南、西北等六大區, 主要集中在華北區的內蒙古白云鄂博鐵-鈮、稀土礦區,其是中國輕稀土主要生產基地。
數據顯示,2019年中國稀土礦開采量為13.2萬噸,世界排名第一,2020年預計是14萬噸;第二名是美國,其在2019年的稀土開采量約為2.6萬噸,約為全球稀土開采總量(2019年全球稀土開采總量略微超過21萬噸)的12.38%。
二、稀土產業中游
中游為稀土材料的制備,上游開采的礦石經過冶煉、提純后可制成各種各樣的稀土化合物,如氧化鐠、氧化釹、氧化鈰、氧化鋱、氧化鏑、氧化銪等,后根據用途的不同,它們可再制成催化材料、永磁材料、儲氫材料、發光材料等。
1.稀土催化材料
鑭、鈰和鐠等元素具有獨特的4f電子層結構,在化學反應中具有良好的助催化作用,因此被用作優良的添加劑和助催化劑。在工業應用中主要有分子篩稀土催化材料、稀土鈣鈦礦催化材料和鈰鋯固溶體催化材料等三類材料,用于石油裂變催化和環保催化等。
2.稀土永磁材料
稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬(如鈷、鐵等)組成的合金,用粉末冶金方法壓型燒結,經磁場充磁后制得的一種磁性材料。其可以分為釤鈷永磁體和釹鐵硼永磁體,不僅能應用計算機、汽車、儀器、儀表、家用電器、石油化工、醫療保健、航空航天等行業中的各種微特電機,還可以應用在風力發電、新能源汽車、變頻家電、節能電梯、節能石油抽油機等新興領域中。
3.稀土儲氫材料
稀土系儲氫材料主要以鎳和稀土金屬為生產原料,通過真空感應熔煉爐進行規模化生產,使用的生產原料中有三分之一左右是輕稀土金屬。其目前有La-Ni系AB5和La-Mg-Ni系AB3.5兩種類型,均已實現了商業化應用。
4.稀土發光材料
稀土發光材料是由稀土4f電子在不同能級間躍出而產生的,因激發方式不同,發光可區分為光致發光、陰極射線發光、電致發光、放射性發光、X射線發光、摩擦發光、化學發光和生物發光等。該材料具有發光譜帶窄,色純度高,色彩鮮艶,光吸收能力強,轉換效率高,耐高溫,可承受大功率電子束、高能輻射和強紫外光的作用,廣泛應用于照明、顯示、顯像、醫學放射圖像、輻射場的探測和記錄等領域。
三、稀土行業下游
目前,稀土主要用在軍事、石油化工、玻璃陶瓷、新材料、精密電子元器件等行業。
1.玻璃
稀土拋光粉和脫色劑廣泛應用平板玻璃、光學玻璃、顯像管、面板玻璃及其他特種稀土發光玻璃中。
2.農資
在農業方面,主要生產稀土一碳氨系列復混肥、稀土一尿素系列復混肥、稀土有機肥、稀土微肥、稀土飼料酵母等。
3.電子器件
電子元器件是電子元件和小型的機器、儀器的組成部分,其本身常由若干零件構成,可以在同類產品中通用;常指電器、無線電、儀表等工業的某些零件,是電容、晶體管、游絲、發條等電子器件的總稱。