NO.2517-中国的镓，锗
文字：伯玥
【资料图】
校稿：朝乾 / 编辑：果栗乘
7月3日，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8月1日起，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，镓和锗就是其中两种。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％，锗的丰度还要低十倍，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，他们极少单独成矿，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”含锗矿床和“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。
位于伊克昭盟的准格尔煤田
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）
比如美国的锗储量全球第一，却将其作为战略资源保护起来，限制开采，需求都从中国等国家进口。虽然我国储量第二，却供应着全球70%的消费量，锗资源已经过度开采。我们要发展自己的高端制造和战略新兴产业，未来锗的消费量也将十分巨大。
因此，合理开采稀有金属并限制出口，不仅能减少资源滥用，更能让中国的产业获得更充分、品质更高的战略资源，进一步提升国际竞争力。
END
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院地质地球所立场
关键词：
