中國(guó)粉體網(wǎng)訊 稀土元素因其自身獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)而賦予其優(yōu)異的光、磁、熱性能，且難以被替代，可以同其他材料組合成性能卓越、品類繁雜的新型材料，進(jìn)而大幅改善下游產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，被譽(yù)為“現(xiàn)代工業(yè)的維生素”。
進(jìn)入21世紀(jì)，稀土應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，應(yīng)用產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，稀土產(chǎn)業(yè)迎來了快速發(fā)展期。在新材料領(lǐng)域，稀土主要應(yīng)用在永磁材料、儲(chǔ)氫材料、催化材料、發(fā)光材料，永磁材料是稀土新材料最大的消費(fèi)領(lǐng)域，占稀土新材料領(lǐng)域消費(fèi)量的64%，占稀土總消費(fèi)量的42%。以釹鐵硼材料和稀土永磁電機(jī)為代表的稀土新材料和器件的快速發(fā)展引領(lǐng)了整個(gè)稀土行業(yè)的迅猛發(fā)展。
▲稀土產(chǎn)業(yè)鏈
1、稀土之大，一鍋放不下
稀土元素（REE）是化學(xué)元素周期表ⅢB族中原子序數(shù)為21、39和57~71的17種金屬元素的總稱，是化學(xué)性質(zhì)相似的一組元素。因?yàn)?8世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的稀土礦物較少，當(dāng)時(shí)只能用化學(xué)法制得少量不溶于水的氧化物，歷史上習(xí)慣地把這種氧化物稱為“土”，因而得名稀土，通常分為輕稀土和重稀土兩類。輕稀土：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪；重稀土：釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔。輕稀土應(yīng)用廣泛、商業(yè)價(jià)值突出、用量相對(duì)更大；重稀土則相對(duì)更稀缺、可替代性小、價(jià)格更昂貴。
▲稀土分類及應(yīng)用
2、稀土不稀
世界稀土資源豐富，但分布很不均勻。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）《礦產(chǎn)品概要 2020》報(bào)告數(shù)據(jù)，截至2019年末，世界稀土資源儲(chǔ)量約1.2億噸，主要集中在美國(guó)、澳大利亞、巴西、中國(guó)、印度、馬來西亞、俄羅斯和越南這8個(gè)國(guó)家。上述8個(gè)國(guó)家稀土資源儲(chǔ)量總和為1.1173億噸，約占世界總儲(chǔ)量的93.11%；其中中國(guó)稀土成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，是世界上稀土資源最豐富的國(guó)家，稀土儲(chǔ)量約為4400萬(wàn)噸，占全球總儲(chǔ)量的36.67%。
▲2009—2019年世界主要國(guó)家（地區(qū)）稀土資源儲(chǔ)量概況
我國(guó)稀土品位較高，成礦條件十分有利、分布面廣而又相對(duì)集中，更易于規(guī)�；_采。同時(shí)國(guó)內(nèi)稀土礦種和元素非常齊全，目前呈現(xiàn)出“北輕南重”的特點(diǎn)：1）輕稀土：主要分布在內(nèi)蒙古包頭的白云鄂博礦區(qū)和四川冕寧，其中白云鄂博礦區(qū)稀土儲(chǔ)量占全國(guó)稀土總儲(chǔ)量的83%，居世界第一，是我國(guó)輕稀土的主要生產(chǎn)基地；2）離子型重稀土：以江西為代表的南方七省區(qū)盡管總儲(chǔ)量占比僅有3%，卻是重要的重稀土產(chǎn)區(qū)，我國(guó)超過90%的重稀土資源都分布于此。尤其是在南嶺地區(qū)分布可觀的離子吸附型重稀土礦，易采、易提取，已成為我國(guó)重要的重稀土生產(chǎn)基地。
▲我國(guó)稀土礦資源分布
我國(guó)稀土采取開采指標(biāo)配額制度，國(guó)內(nèi)供應(yīng)量由配額政策決定。盡管我國(guó)的稀土資源儲(chǔ)量豐富，但是由于早年盲目地過度開采，加之許多稀土生產(chǎn)商為了維持微薄的利潤(rùn)，以低廉的價(jià)格大量將富有戰(zhàn)略價(jià)值的稀土出口到國(guó)外，導(dǎo)致我國(guó)的稀土資源儲(chǔ)量逐步減少。為了保護(hù)珍貴的稀土資源，2007年起，國(guó)土資源部收回對(duì)稀土的探礦、采礦權(quán)；2009 年起，暫停對(duì)稀土頒發(fā)新的探礦權(quán)和采礦權(quán)許可證，并頒布《保護(hù)性開采的特定礦種勘查開采管理暫行辦法》，對(duì)特定礦種的勘探、開采實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃、總量控制和綜合利用的政策。
目前國(guó)內(nèi)稀土開采指標(biāo)集中在六大稀土集團(tuán)手中。工信部2017年?duì)款^制定了稀 土大集團(tuán)組建方案，將國(guó)內(nèi)的稀土資源和企業(yè)集中整合，共整合稀土礦山22家，冶煉分離企業(yè)54家，最終形成六大稀土集團(tuán)。包括北方的北方稀土，重點(diǎn)覆蓋內(nèi)蒙古自治區(qū)和甘肅的稀土資源與企業(yè)，主要產(chǎn)品以輕稀土為主；南方的南方稀土、中國(guó)鋁業(yè)（中國(guó)稀有稀土股份有限公司）、五礦稀土、廈門鎢業(yè)、廣東稀土，重點(diǎn)覆蓋江西、湖南、廣東、福建、云南、廣西、江蘇、山東、四川等地的稀土資源與企業(yè)，主要產(chǎn)品以重稀土為主。
▲2021年六大稀土集團(tuán)第一批稀土冶煉指標(biāo)
3、稀土永磁材料
永磁材料指在被磁化后，即使受到外界的磁場(chǎng)、溫度以及振動(dòng)等干擾仍可以長(zhǎng)久、穩(wěn)定的保持磁性的材料。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，用粉末冶金方法等工藝制備，經(jīng)磁場(chǎng)充磁后制得的一種磁性材料。稀土永磁材料性能的提高極大地促進(jìn)了永磁設(shè)備及器件向小型化、集成化的發(fā)展，成為大數(shù)據(jù)工程、高速鐵路工程、新能源汽車工程等一系列“中國(guó)制造2025”、“一帶一路發(fā)展戰(zhàn)略”的實(shí)施無(wú)法替代的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，稀土永磁材料已成為稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“風(fēng)向標(biāo)”。
稀土永磁材料自上個(gè)世紀(jì)60年代問世以來，按其開發(fā)應(yīng)用的時(shí)間順序可分為四代。據(jù)業(yè)內(nèi)專家估計(jì)，被寄予厚望的第四代稀土永磁材料形成成熟工藝走向?qū)嵱弥辽龠�需幾十年。
圖片來源：前瞻網(wǎng)
稀土永磁分為：釤鈷（SmCo）永磁體和釹鐵硼（NdFeB）永磁體。其中SmCo磁體的磁能積在15--30MGOe之間，NdFeB系磁體的磁能積在27--50MGOe之間，被稱為“永磁王”，是磁性最高的永磁材料。釤鈷永磁體，盡管其磁性能優(yōu)異，但含有儲(chǔ)量稀少的稀土金屬釤、昂貴的戰(zhàn)略金屬鈷，因此，它的發(fā)展受到了很大的限制，所以目前普遍應(yīng)用的為釹鐵硼永磁材料。
釹鐵硼永磁材料是以金屬間化合物Nd2Fe14B為基礎(chǔ)的永磁材料。其中稀土元素主要為釹（Nd），為了獲得不同性能可部分用鏑（Dy）、鐠（Pr）等稀土金屬替代，硼的含量較小，但卻對(duì)形成四方晶體結(jié)構(gòu)金屬間化合物起著重要作用，使得化合物具有高飽和磁化強(qiáng)度，高的單軸各向異性和高的居里溫度。
稀土永磁材料的制備工藝主要分三大類：燒結(jié)、粘結(jié)和熱壓。
▲釹鐵硼永磁材料制備工藝
燒結(jié)磁體和熱壓磁體的特點(diǎn)是磁性能高；粘結(jié)磁體的特點(diǎn)是性能一致性好、尺寸精確、形狀復(fù)雜、材料利用率高、易與金屬/塑料零件集成等。其中燒結(jié)釹鐵硼占比最大，產(chǎn)量超90%。
4、稀土永磁電機(jī)
新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)是電池、電機(jī)、電控三部分組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為三大核心部件之一，在短期電池?cái)U(kuò)容提升不明顯的情況下，采用體積更小、功率損耗更低的永磁電機(jī)可以有效提升新能源汽車的提升續(xù)航里程。適合新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有永磁同步、交流異步和開關(guān)磁阻三大類，其中稀土永磁同步電機(jī)具有盡可能寬廣的弱磁調(diào)速范圍、高功率密度比、高效率、高可靠性等優(yōu)勢(shì)，能夠有效地降低新能源汽車的重量和提高其效率，需求不可替代性強(qiáng)。我國(guó)新能源汽車電機(jī)裝機(jī)車輛中，永磁同步電機(jī)裝機(jī)量占比達(dá)到 97.51%，未來新能源汽車的高速發(fā)展將成為高性能釹鐵硼消費(fèi)的核心增量。
▲Taycan 4S、Taycan Turbo 和 Taycan Turbo S 上搭載的永磁同步電機(jī)
圖片來源：保時(shí)捷官網(wǎng)
近年來，新能源汽車的快速發(fā)展給永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。稀土永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法、檢測(cè)技術(shù)和制造工藝的不斷完善和發(fā)展，永磁材料的性能和可靠性的不斷提高，電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展都對(duì)永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展奠定了扎實(shí)理論基礎(chǔ)，積極促進(jìn)了新能源永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
憑借稀土資源優(yōu)勢(shì)，我國(guó)已經(jīng)在稀土永磁電機(jī)方面建立起了完整的產(chǎn)業(yè)鏈及完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。相比歐美國(guó)家，我國(guó)自主研發(fā)的稀土永磁電機(jī)在原材料和生產(chǎn)成本都具有明顯優(yōu)勢(shì)，但是在電機(jī)設(shè)計(jì)和高端特種電機(jī)研發(fā)生產(chǎn)方面存在差距。因此，稀土永磁電機(jī)的研究開發(fā)和應(yīng)用普及推廣必須得到國(guó)家的大力支持。未來隨著各國(guó)對(duì)新能源和節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目的大力推動(dòng)，稀土永磁電機(jī)在新能源汽車的用量還將持續(xù)增長(zhǎng)，稀土永磁電機(jī)未來廣闊的應(yīng)用前景也會(huì)帶來巨大的市場(chǎng)前景。
5、寫在最后
資料來源：
國(guó)金證券、網(wǎng)易、未來智庫(kù)、新浪財(cái)經(jīng)、前瞻網(wǎng)、騰訊網(wǎng)、東北證券
1.張?zhí)K江等.國(guó)內(nèi)外稀土礦產(chǎn)資源及其分布概述
2.郭詠梅等.稀土不稀，重在創(chuàng)新應(yīng)用
3.胡伯平.稀土永磁產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及展望
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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