朱銘岳, 崔中倪

(上海市稀土協(xié)會(huì),上海 200234)

1 堅(jiān)定走出去的步伐,應(yīng)對全球稀土市場的變化

發(fā)達(dá)國家與發(fā)展中國家稀土產(chǎn)業(yè)鏈銜接、原料互供、市場互補(bǔ)、理念互通大體系、大循環(huán)的不斷深化,稀土領(lǐng)域國際產(chǎn)能合作的不斷拓展,合作共贏已經(jīng)成為不同地域和國家的稀土行業(yè)組織、企業(yè)家、科技工作者的共識.

1.1 市場層面

稀土市場的發(fā)展與稀土新應(yīng)用密切相關(guān).世界科技日新月異,創(chuàng)新應(yīng)用層出不窮,也將帶來今后幾十年稀土應(yīng)用的爆發(fā)式增長,全球稀土市場的需求將從量的增長變?yōu)橘|(zhì)的變化.中國稀土產(chǎn)業(yè)必須抓住機(jī)遇,以開放的心態(tài)投入這一變化,從而享受這些變化帶來的紅利.與此同時(shí),中國稀土產(chǎn)業(yè)自身的創(chuàng)新和發(fā)展也會(huì)推動(dòng)這一變化的早日到來.

從全球稀土資源消費(fèi)量來看,中國是全球資源消費(fèi)量大國,全國消費(fèi)量占全球消費(fèi)總量的57%左右;其次為日本,占到全球稀土消費(fèi)量的21%左右;美國的稀土消費(fèi)量則占全球消費(fèi)量8%左右.

中國一直是全球最大的稀土出口國.2018年稀土出口再創(chuàng)新高,較上年增加2.4%,為5.3×104t多.出口金額方面,中國稀土價(jià)格一直面臨國際壓力,如表1所示.

表1 2013—2018年全國稀土出口量及出口金額

在進(jìn)口方面,隨著中國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,中國開始增加稀土進(jìn)口比例.2018年,中國稀土進(jìn)口量大幅增長,進(jìn)口稀土產(chǎn)品總量約9.83×104t,同比增長179.00%,一躍成為世界最大的稀土進(jìn)口國.其中,稀土金屬礦2.90×104t,同比增長3 729.00%;稀土化合物6.92×104t,同比增長101.75%;稀土金屬6.00×104t,同比減少92.10%.主要進(jìn)口國家為美國、緬甸、馬來西亞、法國和日本,合計(jì)占總進(jìn)口量的99.51%.

緬甸、馬來西亞、美國、印度和愛沙尼亞是我國進(jìn)口稀土產(chǎn)品的主要來源國.如果把進(jìn)口的稀土資源分為礦物來源和回收來源,則馬來西亞、美國、印度和愛沙尼亞為礦物來源國,俄羅斯、哈薩克斯坦和朝鮮是潛在的稀土礦物回收來源國.

如上所述,目前傳統(tǒng)的稀土市場的供求關(guān)系主要受上游稀土生產(chǎn)、中游稀土材料產(chǎn)業(yè),特別是稀土永磁產(chǎn)業(yè),以及終端市場發(fā)展的影響.從這一角度看,稀土材料市場對稀土冶煉分離產(chǎn)品的需求由稀土永磁及釹、鐵、硼行業(yè)對鐠、釹、鋱、鏑的需求決定,氧化鐠釹的需求決定了稀土礦產(chǎn)品總的需求,鋱、鏑的需求決定了南方礦的需求.

1.2 經(jīng)濟(jì)層面

鐠、釹、鋱、鏑的稀土行業(yè)產(chǎn)值貢獻(xiàn)在80%以上.稀土行業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益,依賴于各種稀土材料產(chǎn)業(yè)的市場,稀土永磁材料隨著新能源汽車與汽車電動(dòng)化、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能家電、節(jié)能電梯、智能制造等領(lǐng)域的發(fā)展將逐步增長.盡管汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢是電動(dòng)化,但短期內(nèi)用于汽車尾氣凈化催化劑的稀土儲(chǔ)氧材料的市場需求依舊保持穩(wěn)定.由于中國具備稀土原材料資源優(yōu)勢,我國已成為全球最大的釹、鐵、硼磁材供應(yīng)國,產(chǎn)量占全球比重約85%.在磁材下游需求結(jié)構(gòu)中,風(fēng)電、消費(fèi)電子用量占比均為30%,新能源汽車、變頻空調(diào)的用量占比均為10%～15%,2019年風(fēng)電、家電、傳統(tǒng)汽車等方面需求增速回升或企穩(wěn),支撐了釹、鐵、硼磁材需求增長.

2018年全球釹、鐵、硼永磁材料產(chǎn)量1.50×105t,其中中國的釹、鐵、硼永磁材料產(chǎn)量為1.25×105t,占比85%.2018年全球高性能釹、鐵、硼磁材產(chǎn)量約為5×104t,其中中國產(chǎn)量約為2.7×104t,占比為56%,比重則相對較低.因此國內(nèi)高性能釹、鐵、硼產(chǎn)量與全球市占率仍有提升空間,從長期來看,這也為國內(nèi)優(yōu)秀磁材企業(yè)成長提供機(jī)遇.

通過觀察釹、鐵、硼磁材進(jìn)出口的情況,可側(cè)面看出中國磁材產(chǎn)量居于世界首位,但高性能磁材仍需依賴進(jìn)口.根據(jù)海關(guān)總署的數(shù)據(jù),2018年中國稀土磁材出口3.269 6×104t,占國內(nèi)產(chǎn)量的20%,進(jìn)口2.320 0×103t,僅占國內(nèi)總產(chǎn)量的1%,中國為釹、鐵、硼磁材的凈出口國.但從進(jìn)出口單價(jià)來看,我國出口磁材單價(jià)維持在50美元·kg-1左右,但進(jìn)口單價(jià)則在90美元·kg-1左右,這正反映了中國進(jìn)口磁材多為高附加值的高性能產(chǎn)品.

2 未來市場對稀土需求的發(fā)展

2.1 傳統(tǒng)工業(yè)的稀土應(yīng)用增長

2.1.1 新能源汽車工業(yè)

2018年國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)量大增,自發(fā)性消費(fèi)驅(qū)動(dòng)力增強(qiáng),新能源汽車?yán)塾?jì)生產(chǎn)1.22×106輛,同比增長50%.其中,純電動(dòng)和插電混動(dòng)分別生產(chǎn)9.58×105輛和2.61×105輛,分別增長38%和121%.

2018年全球混合動(dòng)力汽車產(chǎn)量達(dá)4.30×106輛,占全球汽車總產(chǎn)量的4%.按照每臺混合動(dòng)力汽車電機(jī)需使用5 kg釹、鐵、硼永磁材料,混合動(dòng)力汽車對釹、鐵、硼永磁材料的需求將達(dá)2×104t多.2020年新能源汽車的全球產(chǎn)量可達(dá)1.000×107輛左右,對釹、鐵、硼的需求可達(dá)5×104t左右.

隨著全球主流車企的純電動(dòng)汽車生產(chǎn)平臺的建成,優(yōu)質(zhì)車型將逐步投放市場,車型的多樣化以及充電便利性的提升,將激發(fā)私人消費(fèi)層面的內(nèi)生性增長.同時(shí)考慮到2019年補(bǔ)貼新政落地帶來的漲價(jià)對銷量的影響,以及今年網(wǎng)約車的快速增長,預(yù)計(jì)乘用車今年總銷量1.44×106輛,同比增長45%;專用車和客車整體銷量保持不變;綜合判斷2019年新能源汽車總產(chǎn)銷1.65×106輛,同比增長30%.而2020年根據(jù)新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,預(yù)計(jì)新能源汽車總產(chǎn)銷可達(dá)到2.00×106輛.

海外新能源汽車產(chǎn)銷量增長顯著.近年來,海外主要車企也開始加大對新能源汽車的布局.目前,如美國、荷蘭等國已公布禁售燃油車時(shí)間表,在2025—2040年將陸續(xù)停止燃油車的銷售.同時(shí)全球主流品牌也已制定了新能源汽車生產(chǎn)計(jì)劃,汽車電動(dòng)化已成為全球發(fā)展趨勢.2018年歐洲市場共銷售3.84×105輛新能源乘用車,同比增長32.9%;特斯拉第一季度總交付量6.3×104輛,其全年的交付量預(yù)期為3.6×104～4.0×104輛,產(chǎn)銷增長持續(xù)向好.預(yù)計(jì)2019年海外新能源汽車銷量可達(dá)1.30×106輛,其中90%為純電動(dòng)車型.同時(shí),海外以純電動(dòng)車型為主,單位釹、鐵、硼消耗量也大于插電混動(dòng)車型,海外新能源汽車的增長對磁材拉動(dòng)效應(yīng)更為顯著.在新能源汽車銷量持續(xù)提升的前提下,預(yù)計(jì)2019年新能源汽車用釹、鐵、硼磁材需求增速可達(dá)47%.通常來說,純電動(dòng)汽車電機(jī)的釹、鐵、硼磁材單位消耗量約4 kg,插電混動(dòng)汽車的釹、鐵、硼磁材單位消耗量約2 kg.國內(nèi)新能源汽車中3.5×105輛為插電混動(dòng),其余為純電動(dòng),海外新能源汽車中90%為純電動(dòng)車型.據(jù)估計(jì),2019年新能源汽車用釹、鐵、硼磁材需求1.08×104t,需求增速可達(dá)47%.

新能源汽車所用釹、鐵、硼磁材占磁材總需求量的比重將顯著提高,對磁材需求的拉動(dòng)效應(yīng)也將更為顯著.預(yù)計(jì)2018—2020年新能源汽車用磁材總需求占比將由4%快速提升至9%,新能源汽車磁材在整個(gè)磁材領(lǐng)域的重要性將不斷提升.

2.1.2 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電相對于太陽能,開發(fā)成本較低;相對于水電,儲(chǔ)量較大、建設(shè)周期較短且對環(huán)境影響較小;相對于核能,建設(shè)成本較低.因此各國都在積極開拓風(fēng)力發(fā)電市場.2018年,在中國、美國、德國和印度的引領(lǐng)下,全球風(fēng)電裝機(jī)容量為588 GW,同比增長15.52%,因此2018年全球永磁風(fēng)電機(jī)組年需求量達(dá)到2.07×104臺,2020年可達(dá)到3×104臺,按照每臺機(jī)組需使用2 t永磁材料計(jì)算,2018年風(fēng)力發(fā)電對釹、鐵、硼永磁材料需求達(dá)4.14×104t多,2020年可達(dá)6×104t.預(yù)計(jì)2019年中國國內(nèi)風(fēng)電用磁材需求量約8 400 t,同比增速可達(dá)41%.

據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2017年底我國核準(zhǔn)未建的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目規(guī)模達(dá)到68 GW,將集中于2019年底前開工,2020年前,風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安裝數(shù)量預(yù)計(jì)將迎來持續(xù)性的增長.

2015年,風(fēng)電設(shè)備的推廣使用促使磁材年需求增長20%以上,2018年,該數(shù)據(jù)達(dá)到31%.由于風(fēng)電在釹、鐵、硼磁材下游的應(yīng)用占比最高,風(fēng)電裝機(jī)量的快速提升對釹、鐵、硼磁材的用量提升效應(yīng)明顯.

海上風(fēng)電設(shè)備的發(fā)展提高了直驅(qū)永磁風(fēng)電電機(jī)的滲透率,增加了磁材的用量.截至2017年底,我國海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)2.79×106kW,根據(jù)我國《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出,到2020年海上風(fēng)電裝機(jī)容量可達(dá)5.00×106kW,2018—2020年平均每年需新增7.40×105kW裝機(jī)量,這也將提升直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)磁材的用量.根據(jù)相關(guān)報(bào)告,2017 年全球直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組市場份額從2016年的25.4%上升至28.4%.風(fēng)電電機(jī)中,僅有直驅(qū)式電機(jī)才需要使用釹、鐵、硼磁材,因此直驅(qū)式電機(jī)滲透率的提高也將加速風(fēng)電磁材的用量.

考慮到風(fēng)電搶裝與直驅(qū)永磁電機(jī)滲透率提高,2019年國內(nèi)風(fēng)電磁材用量同比有望實(shí)現(xiàn)40%以上的增速.國內(nèi)新增風(fēng)電裝機(jī)量30 GW,同時(shí)直驅(qū)永磁電機(jī)滲透率提升至35%,2019年國內(nèi)釹、鐵、硼磁材用量約8 400 t,同比增速可達(dá)41%.若考慮全球風(fēng)電新增裝機(jī)量,則磁材用量可達(dá)1.5×104t,由于海外增速相對較緩,全球風(fēng)電用磁材需求增速預(yù)計(jì)約22%.

2.1.3 變頻空調(diào)

家電需求的改善及能耗標(biāo)準(zhǔn)的提升促進(jìn)變頻空調(diào)用量大幅增長,預(yù)計(jì)2019年磁材需求在20%以上的增速.單臺變頻空調(diào)的釹、鐵、硼磁材單位消耗量一般為120 g,在預(yù)期空調(diào)銷量整體提升5%的前提下,變頻空調(diào)的滲透率進(jìn)一步提升至50%,釹、鐵、硼磁材的使用占比提升至45%,變頻空調(diào)對磁材的消耗量將達(dá)到9 500 t,增速約22%.

2.1.4 稀土熒光粉

稀土光功能材料中稀土三基色熒光粉市場進(jìn)一步萎縮,LED用發(fā)光材料出現(xiàn)較大幅度增長,長余輝材料保持平穩(wěn),閃爍晶體的市場在擴(kuò)大,盡管激光晶體受到重視,但稀土用量很少,總的看來,稀土發(fā)光材料主要應(yīng)用于照明和顯示器領(lǐng)域.作為生產(chǎn)節(jié)能燈和平板顯示器的基礎(chǔ)材料,隨著近年來節(jié)能燈的普及以及平板顯示器產(chǎn)量增長的趨緩,稀土熒光粉應(yīng)用量呈現(xiàn)逐年下降態(tài)勢,由2012年的8 400 t下降至2017年的6 300 t,按照2012—2017年年均復(fù)合增長率(-5.6%)測算,預(yù)計(jì)到2020年稀土熒光粉需求量將下降至5 300 t.

稀土儲(chǔ)氫材料市場受終端市場限制,仍處于低迷狀態(tài).2017年拋光粉市場得益于鑭、鈰產(chǎn)品價(jià)格較低和手機(jī)市場較大,出現(xiàn)較大幅度增長;2018年保持穩(wěn)定,柔性顯示屏技術(shù)若在短期內(nèi)加快商業(yè)化進(jìn)程,拋光粉市場將受到擠壓;預(yù)計(jì)2019—2010年全國稀土拋光粉需求將在2.0×104～2.5×104t.

2.1.5 稀土催化材料

稀土催化材料是添加鑭、鈰和鐠等輕稀土的化合物,通過深加工作為助劑和添加劑,稀土催化材料主要應(yīng)用于石油催化裂化、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化、工業(yè)有機(jī)廢氣凈化、催化燃燒和固體氧化物燃料電池等方面,其中,催化裂化催化劑(FCC)和機(jī)動(dòng)車尾氣凈化催化劑的應(yīng)用占比為90%以上.2018年我國石油裂化催化劑產(chǎn)量為2.0×105t,以每年10%的速度增長,2020年將達(dá)2.42×105t.石油裂化催化劑中稀土含量約為3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),則2020年全國石油裂化催化劑稀土用量將達(dá)到7 200 t;2018年我國汽車尾氣催化劑產(chǎn)量為5.600×107L,考慮到當(dāng)前我國汽車產(chǎn)量和保有量規(guī)模,按照每年10%的增速測算,2020年我國尾氣催化劑需求量將達(dá)到6.780×107L,假設(shè)稀土含量為0.01 kg·L-1,則稀土需求量為6.78×106t.

從全球范圍看,稀土功能性材料中催化領(lǐng)域占比最高,為19%,而我國稀土催化領(lǐng)域占比僅為5%,仍然存在不小的差距(考慮到石化領(lǐng)域中一部分也是催化材料的應(yīng)用,即使加上石化領(lǐng)域仍然有差距),目前國內(nèi)機(jī)動(dòng)車尾氣領(lǐng)域由三巨頭(德國巴斯夫占27%,比利時(shí)優(yōu)科美占19%,英國莊信萬豐占26%)把控72%的市場,此外美國格雷斯、日本NGK也占有一定市場份額,國內(nèi)汽車尾氣領(lǐng)域主要的企業(yè)貴研鉑業(yè)、中自催化、威孚力達(dá)等競爭力不足,原因主要是缺乏催化材料核心技術(shù)(助劑和活性成分).新出臺的國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)要求汽車排放廢氣量減少30%,將使貴金屬、稀土助劑等材料需求量增長超過100%,催化材料的需求缺口將會(huì)更大.現(xiàn)我國已經(jīng)開發(fā)出滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的稀土催化集成技術(shù),將會(huì)刺激更多的企業(yè)在汽車尾氣領(lǐng)域加大研發(fā)投入.

2015—2018年我國國內(nèi)每年石油裂化催化劑產(chǎn)量保持在2.0×105t左右,并且催化效率在不斷提升,原油加工量也連續(xù)上升,2015原油加工量為5.22×108t,2018年已達(dá)到6.03×108t.

中國可以在稀土的原材料進(jìn)口、精煉產(chǎn)品出口兩個(gè)方面有所作為.

未來,如果中國能掌控好稀土原料的供應(yīng),鞏固采選、冶煉分離等方面的技術(shù)優(yōu)勢,提升高端應(yīng)用的水平,將優(yōu)勢領(lǐng)域同時(shí)向上、下游環(huán)節(jié)延伸,減少外部爭端的干擾,進(jìn)一步集中注意力做大做強(qiáng)國內(nèi)市場,讓中國立于不敗之地,不懼任何威脅與挑戰(zhàn).

2.2 軍事領(lǐng)域的稀土應(yīng)用增加

得益于稀土工程材料的應(yīng)用,愛國者導(dǎo)航導(dǎo)彈具備精準(zhǔn)攔截功能,“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)超音速的巡航功能.高靜安潛艇需用稀土永磁電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng);雷達(dá)、微波通信、電子戰(zhàn)系統(tǒng)需要永磁行波管、磁控管;衛(wèi)星、飛船姿態(tài)軌道調(diào)控和空間探測推進(jìn)器需要稀土材料;先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)需要高溫永磁體大功率內(nèi)置式啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),軍事領(lǐng)域的稀土應(yīng)用在不斷增加.

2.2.1 稀土元素在鋼材中具有凈化變質(zhì)和促進(jìn)合金化的功能

稀土可以與鋼材中的硫、氧等反應(yīng),消除這些低熔點(diǎn)有害雜質(zhì),細(xì)化晶粒,影響鋼的相變點(diǎn),從而提高鋼的力學(xué)性能和淬透性等.稀土特種鋼被廣泛應(yīng)用于坦克等的裝甲鋼和炮鋼,稀土高錳鋼用于制造坦克履帶板,稀土鑄鋼用于制造高速脫殼穿甲彈的尾翼、炮口制退器和火炮結(jié)構(gòu)件等.

稀土元素在核工業(yè)中也具有重要的應(yīng)用,如在核輻射探測器中,利用稀土的閃耀材料,可以作為核輻射強(qiáng)度探測的材料.稀土元素屬于較重的核,具有較大的中子吸收截面、較好的種子捕獲能力,其中銪、釓、鏑等經(jīng)常用來做抗輻射材料.

稀土鎂合金比強(qiáng)度較高,能減輕飛機(jī)重量,可提高戰(zhàn)術(shù)性能,具有廣泛的應(yīng)用前景.

稀土鈦合金在耐熱強(qiáng)度及工藝性能方面均具有一定的優(yōu)勢.用它制造的壓氣機(jī)匣用于WPI3Ⅱ發(fā)動(dòng)機(jī),每架飛機(jī)減重達(dá)39 kg,提高推重比1.5%,減少加工工序約30%,具備了明顯的經(jīng)濟(jì)效益.

稀土鋁合金可減輕直升飛機(jī)的重量,提高高溫性能、強(qiáng)度和塑性.

鈰、鑭、釹、鐠、釤和釔6種稀土元素具有特別良好的縱火性能.可將其制成各式燃燒武器,例如美國“馬克-82型”227 kg航彈采用稀土金屬內(nèi)襯,除了產(chǎn)生爆炸殺傷效應(yīng)外,還能產(chǎn)生縱火效應(yīng).美國空對地“阻尼人”火箭戰(zhàn)斗部內(nèi)裝有108個(gè)稀土金屬方棒作內(nèi)襯,取代部分預(yù)制破片,經(jīng)爆破實(shí)驗(yàn)證明,其點(diǎn)燃航空油料的能力比無內(nèi)襯的高44%.

由于純稀土金屬的價(jià)格較為昂貴,各國在燃燒武器中廣泛采用價(jià)廉的復(fù)合稀土金屬.復(fù)合稀土金屬燃燒劑經(jīng)高壓裝填于金屬殼體中.美軍在越戰(zhàn)中使用的一種40 mm縱火榴彈,內(nèi)裝填的引燃內(nèi)襯就用混合稀土金屬制成的.當(dāng)彈體爆炸后,每一片帶有引燃內(nèi)襯的破片都可引燃目標(biāo).當(dāng)時(shí)該彈的月產(chǎn)量為2.0×105發(fā),最高可達(dá)2.6×105發(fā).

質(zhì)量為100 g的稀土燃燒合金可形成200～3 000個(gè)火種,覆蓋面積大,與穿甲彈、破甲彈的殺傷半徑相當(dāng).為此,發(fā)展有燃燒威力的多功能彈藥成為目前中外彈藥發(fā)展的主攻方向之一.對于穿甲彈和破甲彈,其戰(zhàn)術(shù)性能要求在擊穿敵坦克裝甲之后,還能將其油料、彈藥引燃,以徹底摧毀坦克.對于榴彈,要求在其殺傷范圍內(nèi)引燃軍需物資和戰(zhàn)略設(shè)施等.據(jù)悉,美國制造的一種塑料稀土金屬燃燒彈,其彈體由玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍制成,內(nèi)裝混合稀土合金彈芯,用于對付裝有航空燃料及類似的目標(biāo),具有較佳的效果.

航母稀土鋼是一個(gè)全新概念,船用特種鋼材的屈服強(qiáng)度一般用MPa表示.如油輪、散裝貨船和集裝箱船等民用船,所用鋼材的屈服強(qiáng)度大約為250 MPa,普通軍用船只為300 MPa以下.而航母、潛艇用鋼,特別是航母飛行甲板用鋼,一般要求在850 MPa以上.不久前,我國自主研發(fā)的一款特種稀土鋼經(jīng)嚴(yán)格測試,屈服度高達(dá)1 250 MPa,達(dá)到世界最領(lǐng)先水平.目前,世界上只有美國、日本、德國和俄羅斯等少數(shù)幾個(gè)國家能制造航母、潛艇用鋼.美國HY-100,HY-80 2個(gè)型號的鋼材是制造航母、核潛艇最佳鋼材,用這種鋼材制造的潛艇能下潛2 km多.

2.2.2 稀土元素具有防輻射特性

美國國家中子截面中心在高分子材料的基礎(chǔ)上,添加含有釤、銪、釓和鏑等元素的稀土材料,使中子吸收截面最大,具有良好的俘獲中子能力.目前,稀土防輻射材料在軍事技術(shù)中的主要應(yīng)用包括2個(gè)方面.

1) 核輻射屏蔽.美國采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%硼和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的稀土元素釓、釤、和鑭,制成厚度為600 mm的防輻射混凝土,用于屏蔽游泳池式反應(yīng)堆裂變中子源.法國以石墨為基材,添加硼化物、稀土化合物或稀土合金,研制成一種稀土防輻射材料.這種復(fù)合屏蔽材料根據(jù)屏蔽部位的不同要求,分別置于反應(yīng)堆通道的四周.

2) 坦克熱輻射屏蔽.坦克熱輻射屏蔽由四層單板組成,總厚度為5～20 cm.第一層用玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成,采用無機(jī)粉末添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的稀土化合物為填料,以阻滯快中子、吸收慢中子;第二層和第三層是在第一層的基礎(chǔ)上,再加入硼石墨、聚苯及占填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的稀土元素,以阻滯中能中子和吸收熱中子;第四層采用石墨代替玻璃纖維,加入含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的稀土化合物,吸收熱中子.在所有元素中,釓吸收中子的能力最強(qiáng).據(jù)統(tǒng)計(jì),目前全世界計(jì)劃興建的核反應(yīng)堆149座中,115座壓水堆是應(yīng)用稀土氧化釓.稀土釤、銪和鏑已用作中子增殖反應(yīng)堆的中子吸收劑.稀土釔在中子中俘獲截面小,可用作熔鹽反應(yīng)堆的管材.

2.2.3 稀土材料在其他軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用

稀土永磁材料在其他軍事領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛,如衛(wèi)星通信、雷達(dá)技術(shù)、電子對抗技術(shù)在電機(jī)工程中的應(yīng)用;機(jī)車內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)、遙控遙測系統(tǒng)中的應(yīng)用;導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)(加速度表)中的應(yīng)用;自動(dòng)導(dǎo)航定向陀螺儀(磁力軸承)中的應(yīng)用等.

可以將稀土超磁致伸縮材料單晶鏑磁致伸縮應(yīng)變現(xiàn)象用于聲吶水生換能器技術(shù)、海洋探測與開發(fā)技術(shù)、智能機(jī)翼技術(shù)、燃油噴射技術(shù)以及重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料等.

激光是一種新型光源,具有很好的單色性、方向性和相干性,并且可達(dá)很高的亮度.激光與稀土激光材料同時(shí)誕生.到目前為止,大約90%的激光材料都涉及稀土.例如:釔鋁石榴石(Y3Fe5O12)晶體可作為一種在室溫下可獲得連續(xù)高功率輸出的激光器的原料,用于激光測距.激光測距儀重量輕、體積小、操作簡單、速度快而準(zhǔn)確,其誤差僅為其他光學(xué)測距儀的五分之一到數(shù)百分之一,因而被廣泛用于地形、戰(zhàn)場測量及坦克、飛機(jī)、艦艇和火炮對目標(biāo)的測距,測量云層、飛機(jī)、導(dǎo)彈以及人造衛(wèi)星的高度等,是提高坦克、飛機(jī)、艦艇和火炮精度的重要技術(shù)裝備,例如用于激光制導(dǎo).對目標(biāo)照射的激光源于每秒發(fā)出幾十個(gè)脈沖的Nd·YAG激光器,對脈沖進(jìn)行編碼,光脈沖能自導(dǎo)導(dǎo)彈響應(yīng),從而可防止導(dǎo)彈發(fā)射的干擾和敵方設(shè)置的障礙,也可用于制造激光制導(dǎo)炮彈.除Nd·YAG外,四磷酸釹鋰晶體(LNP)的激光輸出有偏振性,易于調(diào)制,被認(rèn)為是最有希望的微型激光材料之一,適于光纖通信的光源,也可在集成光學(xué)和宇宙通信方面獲得應(yīng)用.另外,釔鐵石榴石單晶可用于微波集成工藝,以此來做各種靜磁表面波器件,使器件集成化、小型化,在雷達(dá)遙控遙測、導(dǎo)航及電子對抗中有特殊用途.例如在超導(dǎo)材料中添加稀土元素,可以使臨界溫度大幅提高,推動(dòng)了超導(dǎo)材料的研制和應(yīng)用的發(fā)展.1980年代,美、日等發(fā)達(dá)國家先后在氧化鋇、氧化銅化合物中添加了一定量的鑭、釔、銪、鉺等稀土氧化物,經(jīng)混勻、壓制及燒結(jié)而制成超導(dǎo)陶瓷材料,使超導(dǎo)技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域.

高溫超導(dǎo)器件(信道化多路器、濾波器等)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛,如在預(yù)警飛機(jī)、雷達(dá)、電子戰(zhàn)設(shè)備、導(dǎo)彈制導(dǎo)部件等現(xiàn)代信息戰(zhàn)武器裝備中的應(yīng)用;使用超導(dǎo)A/D轉(zhuǎn)換器、超導(dǎo)高速數(shù)據(jù)開關(guān),可大幅提高計(jì)算機(jī)性能;磁特種傳感器(超導(dǎo)量子干涉儀SQUID)主要用于潛艇探測、反潛和潛艇導(dǎo)航、紅外成像、儀器儀表、醫(yī)學(xué)系統(tǒng)等方面;高溫超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器(SMES)可用于新犁高能脈沖(激光、微波、粒子束)武器及電磁發(fā)射器的儲(chǔ)能器,并且可用于艦船電力調(diào)節(jié)系統(tǒng),具有重要軍事應(yīng)用價(jià)值.目前約有6 000多臺高溫超導(dǎo)信號濾波器已在商業(yè)領(lǐng)域的蜂窩電話基站上工作.在軍事領(lǐng)域方面,高溫超導(dǎo)信號濾波器也已經(jīng)在美國海軍的戰(zhàn)艦、空軍的SIGINT飛機(jī)上使用.

夜視系統(tǒng)中,稀土元素鑭是十分關(guān)鍵的成分.海灣戰(zhàn)爭中,多國部隊(duì)就是用這種夜視鏡一次又一次地觀測伊軍的目標(biāo),以極小的代價(jià)取得勝利.

綜上所述,稀土與現(xiàn)代軍事技術(shù)的關(guān)系十分密切.稀土工業(yè)的發(fā)展,有力地推動(dòng)了現(xiàn)代軍事技術(shù)的全面進(jìn)步;軍事技術(shù)的提高,又帶動(dòng)了稀土工業(yè)的繁榮發(fā)展.隨著世界科學(xué)技術(shù)的飛速前進(jìn),稀土產(chǎn)品必將以其特殊的功能,在現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展中,發(fā)揮更大的作用,并為稀土行業(yè)本身帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和突出的社會(huì)效益.

3 民用高科技發(fā)展對稀土應(yīng)用需求增加

日新月異、層出不窮的科技創(chuàng)新和應(yīng)用都會(huì)有稀土產(chǎn)業(yè)的參與,從而極大地提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)對稀土量和質(zhì)的需求.

3.1 物聯(lián)網(wǎng)

預(yù)計(jì)到2045年,將會(huì)有超過1×1011個(gè)設(shè)備連接入互聯(lián)網(wǎng),這些設(shè)備包括了移動(dòng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)探測器、監(jiān)控?cái)z像頭、汽車以及服裝等.

3.2 機(jī)器人與自動(dòng)化系統(tǒng)

預(yù)計(jì)到2045年,機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)將無處不在.自動(dòng)駕駛汽車會(huì)使交通更加安全與高效,或許還會(huì)給共享經(jīng)濟(jì)帶來新的動(dòng)力.

3.3 智能手機(jī)與云端計(jì)算

智能手機(jī)與云端計(jì)算正在改變?nèi)祟惻c數(shù)據(jù)相處的方式.隨著手機(jī)的普及,其功能也越來越全面,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的鋪展也將加速.預(yù)計(jì)到2030年,全球75%的人口將會(huì)擁有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接,60%的人口將會(huì)擁有高速有線網(wǎng)絡(luò)連接.

3.4 智能城市

預(yù)計(jì)到2045年,全世界65%～70%的人口將會(huì)居住在城市里.大量的人口向城市流動(dòng),隨著城市人口的增加,將會(huì)給這些城市的基礎(chǔ)建設(shè),比如城際交通、食物和水源、電力能源、污水處理以及公共安全系統(tǒng)等帶來極大的壓力.未來的智能城市將利用信息和通信技術(shù)(ICT),通過大數(shù)據(jù)以及自動(dòng)化來提高城市的管理效率和可持續(xù)性.

3.5 量子計(jì)算

量子計(jì)算是通過疊加原理和量子糾纏等次原子粒子的特性來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的編碼和操縱.雖然在過去的幾十年里,量子計(jì)算只停留在理論上,但近些年的研究已經(jīng)開始出現(xiàn)有意義的結(jié)果.在未來的5～15年里,很有可能制造出一款有實(shí)用意義的量子計(jì)算機(jī).量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將會(huì)給其他領(lǐng)域的研究指明方向,比如氣候模擬、藥物研究,以及材料科學(xué)等研究領(lǐng)域帶來巨大的進(jìn)步.

3.6 混合現(xiàn)實(shí)

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)已經(jīng)在消費(fèi)電子市場激發(fā)了極大的熱情,各科技公司也迅速地進(jìn)入這個(gè)市場,資本的涌進(jìn)代表了VR將會(huì)成為新一代的主流娛樂技術(shù).VR也有在娛樂之外的應(yīng)用,如將3D增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)科技放進(jìn)一個(gè)3D模型,用以體驗(yàn)裝飾設(shè)計(jì)的空間感覺.

3.7 數(shù)據(jù)分析

2015年,人類總共創(chuàng)造了4.4 ZB(4.4×109TB)的數(shù)據(jù),而這個(gè)數(shù)字大約每兩年就會(huì)翻倍.在這些數(shù)據(jù)中隱藏了各種關(guān)于消費(fèi)習(xí)慣、公共健康、全球氣候變化以及其他經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和政治等方面的深度信息.可惜的是,雖然“大數(shù)據(jù)”已成為一個(gè)研究熱點(diǎn),但每年只有不到10%的數(shù)據(jù)會(huì)被分析.處理巨量、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的能力將會(huì)逐漸提高.自動(dòng)人工智能軟件將會(huì)從散亂的數(shù)據(jù)中識別并提取有關(guān)聯(lián)的信息,而這種數(shù)據(jù)分析的能力將會(huì)從商業(yè)應(yīng)用擴(kuò)散到普通人手里.

3.8 人類增強(qiáng)

科技將帶領(lǐng)人類突破人類潛力的極限,甚至生物的極限.由物聯(lián)網(wǎng)連接的可穿戴設(shè)備將會(huì)把與實(shí)時(shí)有關(guān)的信息直接接入人們的感官中.外骨骼和與大腦連接的假肢將會(huì)為老弱病殘恢復(fù)移動(dòng)力,裝有探測器和嵌入式計(jì)算機(jī)的隱形眼鏡和被永久植入在體內(nèi)的裝備將帶來可以穿墻的聽力、天然夜視,以及可以嵌入虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的能力.益智藥將會(huì)擴(kuò)大人們的思維能力,改變工作和學(xué)習(xí)的方式.

3.9 先進(jìn)數(shù)碼設(shè)備

計(jì)算機(jī)和各種數(shù)碼設(shè)備給人們生活帶來了天翻地覆的改變.個(gè)人電腦在1975年才出現(xiàn)在商店里,當(dāng)時(shí)的個(gè)人電腦是作為一套零件賣給顧客的,用戶需要自己把它組裝起來,所有的程序也都需要自己編寫.僅僅40年后,人們手中智能手機(jī)的計(jì)算能力就已經(jīng)遠(yuǎn)超1969年把宇航員送上月球時(shí)的NASA系統(tǒng).在未來的30年里,這個(gè)趨勢也將會(huì)繼續(xù)下去,人們將會(huì)擁有更強(qiáng)的計(jì)算能力以及更廣的數(shù)碼資源.移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算將會(huì)給人們帶來幾乎無限的內(nèi)存容量和計(jì)算能力.虛擬技術(shù)和基于軟件的系統(tǒng)將會(huì)使政府和企業(yè)以低成本迅速地調(diào)整升級IT系統(tǒng).

3.10 先進(jìn)材料

材料科學(xué)的突破給人們帶來了許多種先進(jìn)的材料.從可以自我恢復(fù)和自我清理的智能材料,到可以恢復(fù)原本形狀的記憶金屬,到可以利用壓力發(fā)電的壓電陶瓷材料,到擁有驚人結(jié)構(gòu)和電力性能的納米材料,這些都是材料科學(xué)家的成果.尤其是納米材料,有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值.

3.11 太空科技

太空行業(yè)正在進(jìn)入一個(gè)從1960年代后就從未出現(xiàn)過的發(fā)展階段.新的科技,比如機(jī)器人、先進(jìn)的推進(jìn)系統(tǒng)、輕便的材料,以及元件小型化,正在減少將人和物送入太空的成本,開啟太空探險(xiǎn)的新機(jī)會(huì).例如SpaceX,Arianespace,Blue Origin等已經(jīng)帶來了可回收火箭等的顛覆式創(chuàng)新.科技的研發(fā)將會(huì)帶領(lǐng)人類重返月球.除此之外,更加偉大的探險(xiǎn),比如登陸火星,開采小行星中的礦物,都將可能實(shí)現(xiàn).

3.12 增材制造

增材制造(3D打印)已經(jīng)作為制造限量設(shè)計(jì)原型的技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域.隨著3D打印機(jī)價(jià)格的下降以及大量開源工具和付費(fèi)模型的出現(xiàn),世界上已經(jīng)出現(xiàn)了一個(gè)龐大的“創(chuàng)客”群體,不斷地突破這項(xiàng)技術(shù)的極限.預(yù)計(jì)到2040年,新一代的3D打印機(jī)將可以融合多種材料、電子元件、電池以及其他原件.人們將會(huì)利用3D打印技術(shù)制造工具、電子產(chǎn)品、備用零件及醫(yī)療設(shè)備等各種產(chǎn)品,按照自己個(gè)人的需求來實(shí)現(xiàn)真正的“私人訂制”.

3.13 能源

新的采油技術(shù),比如水力壓裂以及定向鉆的使用使更大規(guī)模地開發(fā)油田和氣田成為可能,而這直接顛覆了世界石油市場,使美國從世界上最大的石油進(jìn)口國變成了最大的石油生產(chǎn)國.

與此同時(shí),可再生能源的價(jià)格也開始接近石油.太陽能發(fā)電的價(jià)格將降至0.8美元·W-1.除此之外,新一代核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)將更安全,且產(chǎn)生更少的核廢料.

4 總 結(jié)

中國是發(fā)展中大國,市場消費(fèi)量巨大,市場需求的潛力也較大.從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看,中國稀土產(chǎn)業(yè)還處在產(chǎn)業(yè)鏈的中、低端;從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和市場需求看,“低端產(chǎn)品過剩,高端產(chǎn)品短缺”的結(jié)構(gòu)性矛盾還十分突出.2018年,我國第一次從稀土出口大國變成進(jìn)口大國,全年出口稀土5×104t多,進(jìn)口稀土8×104t多.黏結(jié)性稀土磁粉、三元催化劑和稀土成品配件等高端產(chǎn)品大量靠進(jìn)口,這充分說明了中國既是稀土制造業(yè)大國,也是稀土消費(fèi)大國,更是正在重點(diǎn)發(fā)展稀土高端應(yīng)用的大國,這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和市場需求的現(xiàn)狀,既構(gòu)成了一個(gè)寬廣的多元需求的稀土市場,成為國際稀土上、下游產(chǎn)品供應(yīng)企業(yè)的必爭之地,又需要進(jìn)一步改革開放,以更加包容的胸懷推動(dòng)稀土的國際合作,拓展國際產(chǎn)能合作的深度與廣度,加快中國的稀土創(chuàng)新發(fā)明和下游的應(yīng)用開發(fā).