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中国的Ga,太多了!

地球知识局  · 公众号  ·  · 2024-05-19 20:12

正文

(⊙_⊙)

每天一篇全球人文与地理

微信公众号:地球知识局


中国的镓,锗


文字:伯玥

校稿:朝乾 / 编辑:果栗乘


去年7月,中国商务部和海关总署联合发布了《关于 对镓、锗相关物项实施出口管制 的公告》,公告显示,自去年8月起,对包含金属镓、金属锗等14项相关物项进行出口管制, 未经许可,不得出口

对镓、锗相关物项实施出口管制

目的是维护国家安全和利益

(图:商务部网站截图)▼


出口管制颁布后,短短5天内 国际镓价猛涨27% ,资本市场上稀有金属、稀土等板块也跟着 大涨




以前我们讲过很多种中国短缺的资源,但 中国有优势的资源 也有很多,而且在全世界都是“统治级”的, 就是其中两种。今天就来讲讲,我们的镓、锗有多厉害,同时又有哪些短板。



中国不缺镓和锗


镓和锗都属于地球上的“ 稀散金属 ”,顾名思义,就是 不光稀有,而且极其分散 ,极少有独立矿床。


判断稀有与否的标准是“ 丰度 ”,也就是元素在地壳中的平均含量,比如每吨地壳物质中,只有15克的镓,也就是0.0015%,锗的丰度只有镓的十分之一 ,每吨地壳物质里只有1.5克锗,也就是0.00015%,与之相比,铁的丰度是5.6%,铝是8.2%,完全不可比。


铝是地壳中丰度最大的金属元素

图为铝土矿石,看起来和普通的石头没什么区别

(图:图虫创意)▼


这两种金属虽然少,但是 用途很广


镓的熔点只有29.78℃,是少有的在室温也能保持液态的金属。卫星通讯、半导体、太阳能和人工智能等 前缘科技的研发和生产都离不开镓 。80~85%的金属镓都消耗在 半导体行业 ,所以先进工业国对镓格外重视。



金属镓无毒,放在手里就能融化,挺好玩的

(图:壹图网)▼


美国早已将镓列为35种 关键矿产目录 ,欧盟也将其列入61种 关键原材料目录 。2011年,我国也将镓列入了 战略储量金属


99.999%镓晶体 (图:wiki)▼


锗的用途也很多,基于良好的 半导体和光电特性 ,半导体、光纤通讯、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学都需要锗,特别是在红外感光领域,有 极高的不可替代性 ,这当然就涉及到军事领域了。所以美、日、澳、加、欧盟都把锗列入了 关键矿产目录 ,严格管控。



掺锗光纤具备容量大、光损小、色散低、

传输距离长、不受环境干扰等优势

作为光通讯网络的主体

是目前唯一可以工程化应用的光纤

(图:图虫创意)▼


要找到镓和锗的矿床并不容易,它们 极少单独成矿 ,而是以分散状态藏在各种多金属矿床的 伴生组分 里。


由于镓可以代替与自身大小和电荷相似的元素,这样就可以 渗透进别的矿床里 。例如代替铝存在于铝矾土中,形成“ 铝土矿型伴生镓矿床 ”;代替锌少量存在于闪锌矿中,形成“ 铅锌矿型伴生镓矿床 ”。此外,镓还可以伴生于煤层中,形成“ 煤型伴生镓矿床 ”。


这些矿床中,可找到伴生镓

(图:shutterstock)▼


基于相同的原理。锗也主要分布在 “煤型”含锗矿床 “铅锌型”含锗矿床


所以工业用的镓和锗主要来自这些 矿床的副产品


就矿床种类而言, 铝土矿 是镓的主要来源,目前全球90%的镓 作为炼铝工业的副产物而产出 。不同地区、不同类型的铝土矿中伴生镓的 含量不同,且差别较大 。每吨原矿石中一般含镓50~250克。像我国贵州铝土矿,一般每吨含镓122~127克。


红红的铝土矿,产铝还副产镓

(图:shutterstock)▼


此外,镓也可以 从闪锌矿湿法炼锌时的粗锌蒸馏残渣中提取 。煤矿中的镓含量普遍不高,一般每吨10-30克,但我国内蒙古准格尔煤田的镓含量高达每吨30-70克,是近年新发现的超大型富镓矿床。


位于鄂尔多斯市的准格尔煤田

拥有亚洲最大的露天煤矿

(图:Google maps)▼


虽然这些比例看似都很低,但铝土矿和煤矿的 基础量都非常大 ,能顺便提炼出来的镓自然也 很多


中国同时也是 锗资源大国 ,“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,包括内蒙古伊敏五牧场、内蒙古胜利乌兰图嘎和云南临沧等地。


“铅锌型”属于碳酸盐岩容矿型锗矿

产自煤层中的锗是中国最主要的锗资源类型


目前,全球可统计的镓储量大约27万吨, 中国就占了近七成 ,约19万吨,居世界之首,其余的镓主要分布在非洲、美国、南美洲和欧洲等地。


中国的镓资源量独占鳌头


和镓相比,锗的全球储量要 少得多 ,大约8600吨,美国3870吨,占45%,中国次之,3500吨,占41%; 俄罗斯860吨,占10%,三家基本上约等于全球探明储量了。


横屏 -世界镓、锗资源分布

中国的镓、锗处于绝对领先地位



产业链困局


中国虽然镓的储量丰富,但 储量≠产量 ,中间需要 一整套由粗到精的产业链 ,而且镓的全产业链对资本和技术的要求很高,分三个环节:


首先是 原材料和初级加工 ,需要有含镓的闪锌矿、氧化铝土矿、废渣烟尘和煤层作为 原材料 ,再用拜耳法将这些原材料 加工为粗镓


接着是 深度加工 ,分两个部分,一个是用电解精炼等工艺,将粗镓制备成 高纯度镓 ;另一个是用碱液中电解法、液态密封法、溶胶凝胶法等工艺,将粗镓或高纯度镓制备成 砷化镓、氮化镓、氧化镓 等化合物。


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


镓产业链示意


这三个环节里,中国占绝对优势的只有 初级加工的粗镓产品 。2019年全球粗镓产量324吨。其中中国310吨,占95.68%,处于绝对优势地位。但是 高端镓产品的自主产能很低 ,高度依赖从美、日进口。


我国在粗镓产量上占绝对领先地位


全球粗镓生产厂家有30多家,主要是大型铝厂和有色金属冶炼厂,主要在中国、俄罗斯、乌克兰、德国。但是 高纯度镓和再生镓生产国 主要是日本和美国,并将其用于 本国的集成电路、半导体 等产业。


全球主要的镓生产企业


镓消费结构分布图


这就形成了一个特殊的结构,中国生产粗镓,美日生产高纯度镓以及半导体产品,同时美日还 用半导体卡中国的脖子 。中国要发展自己的半导体产业,光有粗镓还不够,还要 从美日进口高纯度镓


2017-2022中国镓进出口量


而且从2011年开始中国的粗镓产量大幅提升,导致 粗镓供大于求 ,价格也跟着 暴跌 。随着中国供给侧改革和全球镓消费量的提升,2015年之后,镓的供需格局才 持续收紧 ,卖了太久的白菜价,价格终于又 升上来 了。


中国4N镓价格走势▼


可以说,我们虽然控制着粗镓的产能,但也被困在低端环节,不光利润少,而且 高端货还是依赖进口


2005-2019年全球镓产量与供求平衡


和镓的情况类似,锗的产业链也分为 上游 (原材料、初级产业)、 中游 (深加工、元部件产业)、 下游 (红外和光纤等终端产品)三个部分。


锗产业链示意


其中上游原材料和初级加工的技术难度最低,但 环保压力大 ,我国的优势也主要在这方面。2019年,中国的产量就占了全球的 65.4%


全球锗产量及中国占比


由于锗在 军工和民用 方面都有重要作用,光纤、红外光学、太阳能电池都离不开锗,锗的消费量也往往 对应着国家军事实力和经济水平 。目前,中、美、日三国就消费了全球80%以上的锗。


2015年以来全球锗产业结构变化

红外、光纤和太阳能电池占比稳定增长


虽然中国同时也是 锗的最大出口国 ,但是遇到的问题和镓类似,我们主要还是向西方发达国家出口 初级锗产品 。由于我国在红外和光纤领域使用的高端锗产品的制作技术还不成熟,高端锗产品如“锗单晶”和光纤用“四氯化锗”基本都 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、太阳能等领域快速发展, 锗的需求量也不断增加 ,对于高端锗产品的 技术攻关 也势在必行。



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 ,西方国家对中国的 打压愈演愈烈


今年5月底,日本宣布对23种半导体设备和材料进行 出口限制 ,7月23日起正式实行。6月30日,全球最大的光刻机生产国荷兰宣布进一步 收紧光刻机出口政策 ,高端DUV光刻机从9月1日起将限制向中国出口。


光刻机是制造芯片的核心设备

(图:shutterstock)▼


事实上,很多稀有的关键金属都是 由中国向外供应 ,而且几乎没有替代元素,凭什么中国要供应给西方国家,让他们制成芯片反过来卡中国的脖子?


我国是镓和锗的 资源大国、生产大国和出口大国 。多年来已经为全球产业链做出了很大贡献。在产业升级的背景下, 加强战略资源的开发与管制非常合情合理 ,西方国家自己也是这么干的。


去年年底ChatGPT横空出世

美国提前几个月限制向中国出口先进芯片

(图:Reuters)▼







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