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稀土材料及技术替代策略分析

本文摘要:近几年来有一个众说纷纭在稀土业内以较高成倍被提到,那就是“替代”。人们经常谈到稀土材料被其他材料替代,或稀土材料或稀土应用于技术替代了另外一些材料和技术。如何评价稀土材料及技术的替代,或者被替代,适当地产生何种效应,是下面要分析和辩论的话题。 一、工程技术的发展史是技术创新和技术变革的历史,也是新技术、新材料、新产品替代杨家技术、杨家材料、杨家产品的历史。从人类文明的发展历史看,上面提及的替代从几千年前就开始了,如青铜工具代替石器,铁器又代替青铜器。

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近几年来有一个众说纷纭在稀土业内以较高成倍被提到,那就是“替代”。人们经常谈到稀土材料被其他材料替代,或稀土材料或稀土应用于技术替代了另外一些材料和技术。如何评价稀土材料及技术的替代,或者被替代,适当地产生何种效应,是下面要分析和辩论的话题。

一、工程技术的发展史是技术创新和技术变革的历史,也是新技术、新材料、新产品替代杨家技术、杨家材料、杨家产品的历史。从人类文明的发展历史看,上面提及的替代从几千年前就开始了,如青铜工具代替石器,铁器又代替青铜器。

到了近现代,这种替代越发显著和加快,而且这种替代和被替代不会生生不息地持续下去。一般来说,这种材料或技术的替代源自科学技术的变革,不会产生更佳的用于效果,更加理想的性价比,并带给更加较低的资源或能源消耗。技术及产品替代可分成三种。

第一种是系统替代或全面替代,如铁路机车由蒸汽到柴油机再行到电动车;第二种是改进型替代,如汽车发动机油耗因技术变革渐渐减少;第三种是所谓颠覆性替代或创意,如数码摄影技术对胶卷照相机的替代等等。稀土新材料的发展尤其是永磁、闪烁等四种主要材料的发展,对上述覌点作出了最有力的演绎。让我们再行从闪烁材料想起,1964年铕转录的钒酸钇(YVO4:Eu3+)问世,作为彩电的红粉,确实解决问题了多年来彩电粉中红粉性能缺陷造成彩电屏色彩相当严重杂讯问题,从此令人赏心悦目的彩色电视代替黑白电视,人们分享视觉艺术的盛宴。1973年,稀土三基色荧光粉的发售,直到近几年日益成熟期的LED技术,使人类灯光和表明转入了低耗高效的新时代。

而1983年研发顺利的第三代稀土永磁钕铁硼,其磁能积为铁氧体磁体的6-10倍,被称作磁王。它对其他有数的磁性材料岂止是替代,而是以其他材料无法匹敌的磁能积,出色的性价比,使众多的电磁应用于产品如电机、HDDR、MRI、EPS等同时做了轻量化和低使用性能。使用稀土永磁电机和稀土镍氢电池的混合动力汽车(HEV),平均值油耗上升20%-40%。如第三代普锐斯车,其油耗较低至2.63升至/百公里,而同类型车一般为6.3升至/百公里。

储氢材料、催化剂材料,还有其他各种稀土功能材料也都如此,都对原先技术或产品作出了破坏性或创新性替代,这是驳斥之驳斥的胜利,是美好的工业文明的一次又一次进步。二、宏观经济发展中的替代趋势及对稀土产业的影响宏观经济的发展进程呈现出以下六个趋势:1、消费替代投资沦为夹住经济快速增长的主要动力。

如2011年我国最后消费对经济贡献率为55%,2012年为51.8%,2014年多达50%,对GDP的贡献率亦多达五成。2、内需替代外需过程加快,如1906年我国对外贸依存度65.2%,而2012年为47%,2014年更加再降41.5%。3、服务业快速增长慢于一、二产业快速增长,但我国第三产业占比仍高于发达国家。

4、低碳经济替代高碳经济沦为调整产业结构的主要目标,低碳和循环经济呼唤新技术、新产品的发售,乃至新的商业模式经常出现。5、城镇化与工业化带给更加多商机和市场。6、以信息技术为代表的新兴技术和产业部分替代传统技术和产业,其中也少有前者对后者的提高,并且对新材料、新技术、新装备明确提出了更高拒绝。

面临以上六个宏观经济发展的最重要趋势,稀土产业应危中寻机,无以中求进,主动找寻市场,培育市场,完全恢复丧失的市场,更佳地在经济转型升级,高新技术对传统产业替代、递归、改建的进程中,谋求自己的存活与发展空间。比如说,今后要更为推崇稀土原材料在新一代信息技术中的应用于,着力扩展稀土在机器人、数控机床、轨道交通、海洋工程装备、农机机械装备等领域的应用于,不断扩大在3C产品等民用电子信息消费品中的消费量,稳固在新能源、新能源汽车中获得的成果,研发并生产高性价比稀土新材料,探寻在生物工程、医疗保健设备,以及医药尤其是外用药中的新应用于。

三、稀土在高新技术的发展和技术/产品替代中充分发挥了最重要起到1794年芬兰化学家加多林找到稀土以来,稀土从“饲在深闺人未识”到可行性应用于,再行到充分发挥最重要起到,迄今已有221年的历史了。1891年稀土及钍用作煤油灯车顶不应却是最先的或说初级的应用于。随后的一二十年又有引燃合金,及用作首映电影的弧光灯问世。

1947年铈用作球墨铸铁,是铸史上具备里程碑意义的发明者。但确实在现代工程材料中的应用于还是从上世纪60年代开始,代表产品主要有重新加入镧的高档光学玻璃,以及SmCo5磁体,这一磁体的应用于使大中型火箭制导系统轻量化和精确化。而其后每10年左右,就有一种最重要稀土新材料问世,如1970年的LaNi5,1983年的钕铁硼磁体,1996年的白光LED等等。

这些稀土新材料、新技术对原先材料和技术的替代,在功能材料及结构材料历史上,一次次创下产品涉及指标的记录,并推展涉及元器件和整机性能的全面提高。使得以电机、显示器、充电电池、3C产品等为代表的新产品,大大地向轻量化、高性能、高效率、低能耗方向发展。四、各国实行珍贵、稀土资源替代策略和措施的状况多年来各发达国家十分重视制订珍贵、稀土资源替代策略和措施,并增大实行力度。

如日本涉及的替代重点有如下内容:电子材料方面侧重以锌替代铟,用来生产半透明电极;找寻鎵、锡的替代材料;在催化剂领域积极开展金属有机化合物替代铂;在工件刀片方面用钛部分代替钨。在稀土的替代方面,则是在钕铁硼中对镝的替代和减量化,闪烁材料中对铽的替代等。

2007年日本文部科学省、经产省就明确提出了“元素战略计划”,“稀有金属替代材料”计划。2011年日本经产省向企业界派发了421亿日元补贴,用作稀土减量化技术开发和稀土重复使用利用技术,110个公司的160个项目获益。2013年9月,日本文部省、经产省的组织启动超级计算机“京”,研究利用平稳铁矿的天然资源替换稀土,以生产性能完全相同或相似的新材料,主要考虑到使用钠、硅、钙等20种储量非常丰富的少见元素。东大等高校及科研单位2500人参予研发。

美国、德国等国家也有类似于的项目和相当可观的投放。从稀土替代的效果看,2011年日本东京大学研发了无稀土强力永磁体,可用作混合动力车和家电;2012年5月,日本信就越化工称之为渗镝工艺顺利用作钕铁硼材料,空调用稀土永磁用镝量减为;而美国钼公司与Boulder Wild公司研发了少用或不必镝的风力发电机。

五、对其他稀有金属的替代比稀土更加严峻人们常常谈稀土如何匮乏,要推崇对稀土的替代。只不过稀土不熟,更加匮乏的资源所在多有。“不识庐山真面目,只缘身在此山中”。

作为稀土圈内的业内人士,也还包括众多关心稀土的粉丝,应当告诉更加必须替代的资源不是稀土,而是铟、锑、铋、锗、锡、镓等为代表的其他稀有金属。这些稀有金属虽不像贵金属铂、铑、钯等那么较少而便宜,但它们的地球储量也大大多于稀土。它们的金属量值如下(PPM):铟0.049,锑0.2,铋0.048,锗1.8,锡2.2,镓18。最能解释问题的是时下最火的锂离子电池的锂资源,锂的金属量只有20ppm,那么稀土是多少呢?铈+镧+钕+镨=68+32+38+9.5=147.5,是锂的金属量的7.37倍。

还有大家很熟知的铅,有可能指出它并不匮乏,而实质上铅的金属量只有14ppm,而钕的金属量是38,那么有谁能想起铅还比钕更加较少呢?而铂、铑、钯分别为0.003,0.0002,0.0006,稀土中的较低金属量元素钬为1.4,铽为1.1,铽的金属量是銠的5500倍。当然以上数据是各元素在大陆上的地壳中的金属量,上地壳的资源是较难铁矿的,而不少元素在大陆中地壳和大陆下地壳的产于与上地壳仅有有所差异而已。

再行从与现代工程材料常用的几种资源来看,它们的可铁矿年限大大高于稀土的可开采量,这也是很更容易被人们忽视的基本事实。比如铟的可采年限为10年,铂为15年,钨为23年,而锑只有5年,这感叹令人难以置信。当然还有很多元素,铁矿年限也只有十几到几十年的时间。

全球稀土储量最少在1亿吨以上,按年采行15万吨,则可采行年限为666年。必须认为的是,上述年限都是估计的静态数据,今后不会有新的可采资源被找到,随着技术的变革和对稀缺资源价格的宽容度的提高,动态的用于年限一般都会被缩短,甚至缩短很多,其中也还包括稀土。从上面的基本数据和基本态势的叙述中,我们应当得出结论稀土及其他珍贵、稀贵、稀散金属的“庐山真面目”,那就是我们这个星球上比稀土还要较少的资源还有很多,那么结论大自然应当是:维护好行将消耗的珍贵、稀贵、稀散资源。找寻储量较小、铁矿年限较长的资源去替代它们,还有一条结论应当是研发用稀土特别是在是重稀土去代替更加匮乏的资源(元素)的新技术。

六、稀土材料被替代的原因分析多年来发达国家用其他原材料替代稀土的呼声不绝于耳,各国的很多措施也增大替代稀土和稀土减量化研究的力度。2011年之后这种趋势最为显著。

毕竟不外乎以下几条:一是稀土原料供应经常出现的特定情况。从上世纪80年代中期以后,中国沦为全球仅次于的稀土供应国。长期以来,中国以全球23%的储量,供应了全球稀土需求量的90-97%。

为维护资源和增加环境污染、完全恢复生态,实施了两个指令性计划,并设置了出口配额和适当的关税。尽管出口配额基本符合了国外市场需求的量甚至还用不完,尽管我们作出了环境和生态的极大壮烈牺牲,但稀土主要消费国家还是不失望。他们在WTO锲而不舍地拿配额及关税说道事,同时增大中国以外的稀土资源铁矿。在这种半是虚构的所谓稀土供应有问题的思维支配下,大力发售稀土替代就是不足为怪的了。

二是曾多次的价格轻微波动引起了替代。这一现象以2011年为典型。

当时显然因高价(或天价)稀土,给当时迅猛发展的钕铁硼为代表的新材料倒入了一盆冷水,原本用铁氧体等老材料被高性能的稀土材料替代的大好局面,变为了回到了老材料的逆向替代,从而遗失了不少培育了二十余年的钕铁硼市场。而完全恢复失地则是步履艰难。三是由于技术或技术构建的变化导致稀土材料被替代,对于广泛具备高性价比的稀土新材料而言,这种情况并不多见。典型的案例是格力集团的涉及技术。

格力+获得广东省科技进步特等奖的无稀土永磁材料的空调电机及控制技术,使用实时磁阻电机及控制技术,比稀土变频机能源效率提升7.3%,外用退磁能力提高41%,成本上升22%,震动和噪声也明显降低。这种替代在技术上谈归属于一种系统替代,既基本技术或技术原理再次发生转变,从而造成材料及设备都再次发生根本性的变化。一般来说从材料到技术到装备全面地被替代。

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四是轻稀土元素如镝、铽因资源比较短缺,价格比较低企而引起了替代或减量化技术的发展。所幸的是目前镝、铽等中重稀土供应已仍然紧绷,价格也可拒绝接受,在高端钕铁硼生产中很难被几乎代替。

七、下面我们做到一个非常简单的总结稀土发展史是一部科技创新史,也是稀土新技术、新材料、新装备对原先技术、材料和装备的替代的历史。上述替代还包括改良性替代,主要源自工程化技术的提高;也还包括全面替代或颠覆性替代,主要源自基础研究或应用于基础研究;稀土新材料推展及应用于,具备极大的经济效益和环境生态效益,并相比之下小于稀土新材料产生自身的效益;与某些珍贵、稀贵、稀散金属比起,稀土在地壳中的金属量较为低,稀土资源可用于年限要长的多,因而锗、铟、铋、镓、钌、铑、钯等元素的替代及减量化技术的研发变得更为重要和严峻;稀土原材料对原先原材料的替代,具备出色的性能和性价比,并明显提升涉及产品的合乎性能,而且一般来说稀土原材料很难被替代,或替代后不会壮烈牺牲性能或减少性价比;稀土上中下游企业不应良性对话、联合发力,不断扩大稀土在中高端功能材料,及优质结构材料中的应用领域和应用于量。尤其要留意完全恢复、培育、发展以钕铁硼为代表的主要稀土材料的市场,谋求更大的发展空间。稀土业内人士要希望防止稀土被替代,同时在更强优于的新一代材料经常出现之前,决不轻言对稀土的替代。


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