中國粉體網訊 稀土元素因其自身獨特的電子結構而賦予其優異的光、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，進而大幅改善下游產品的質量和性能，被譽為“現代工業的維生素”。
進入21世紀，稀土應用領域不斷拓展，應用產業規模不斷擴大，稀土產業迎來了快速發展期。在新材料領域，稀土主要應用在永磁材料、儲氫材料、催化材料、發光材料，永磁材料是稀土新材料最大的消費領域，占稀土新材料領域消費量的64%，占稀土總消費量的42%。以釹鐵硼材料和稀土永磁電機為代表的稀土新材料和器件的快速發展引領了整個稀土行業的迅猛發展。
▲稀土產業鏈
1、稀土之大，一鍋放不下
稀土元素（REE）是化學元素周期表ⅢB族中原子序數為21、39和57~71的17種金屬元素的總稱，是化學性質相似的一組元素。因為18世紀發現的稀土礦物較少，當時只能用化學法制得少量不溶于水的氧化物，歷史上習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。輕稀土應用廣泛、商業價值突出、用量相對更大；重稀土則相對更稀缺、可替代性小、價格更昂貴。
▲稀土分類及應用
2、稀土不稀
世界稀土資源豐富，但分布很不均勻。根據美國地質調查局（USGS）《礦產品概要 2020》報告數據，截至2019年末，世界稀土資源儲量約1.2億噸，主要集中在美國、澳大利亞、巴西、中國、印度、馬來西亞、俄羅斯和越南這8個國家。上述8個國家稀土資源儲量總和為1.1173億噸，約占世界總儲量的93.11%；其中中國稀土成礦地質條件優越，是世界上稀土資源最豐富的國家，稀土儲量約為4400萬噸，占全球總儲量的36.67%。
▲2009—2019年世界主要國家（地區）稀土資源儲量概況
我國稀土品位較高，成礦條件十分有利、分布面廣而又相對集中，更易于規模化開采。同時國內稀土礦種和元素非常齊全，目前呈現出“北輕南重”的特點：1）輕稀土：主要分布在內蒙古包頭的白云鄂博礦區和四川冕寧，其中白云鄂博礦區稀土儲量占全國稀土總儲量的83%，居世界第一，是我國輕稀土的主要生產基地；2）離子型重稀土：以江西為代表的南方七省區盡管總儲量占比僅有3%，卻是重要的重稀土產區，我國超過90%的重稀土資源都分布于此。尤其是在南嶺地區分布可觀的離子吸附型重稀土礦，易采、易提取，已成為我國重要的重稀土生產基地。
▲我國稀土礦資源分布
我國稀土采取開采指標配額制度，國內供應量由配額政策決定。盡管我國的稀土資源儲量豐富，但是由于早年盲目地過度開采，加之許多稀土生產商為了維持微薄的利潤，以低廉的價格大量將富有戰略價值的稀土出口到國外，導致我國的稀土資源儲量逐步減少。為了保護珍貴的稀土資源，2007年起，國土資源部收回對稀土的探礦、采礦權；2009 年起，暫停對稀土頒發新的探礦權和采礦權許可證，并頒布《保護性開采的特定礦種勘查開采管理暫行辦法》，對特定礦種的勘探、開采實行統一規劃、總量控制和綜合利用的政策。
目前國內稀土開采指標集中在六大稀土集團手中。工信部2017年牽頭制定了稀 土大集團組建方案，將國內的稀土資源和企業集中整合，共整合稀土礦山22家，冶煉分離企業54家，最終形成六大稀土集團。包括北方的北方稀土，重點覆蓋內蒙古自治區和甘肅的稀土資源與企業，主要產品以輕稀土為主；南方的南方稀土、中國鋁業（中國稀有稀土股份有限公司）、五礦稀土、廈門鎢業、廣東稀土，重點覆蓋江西、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，主要產品以重稀土為主。
▲2021年六大稀土集團第一批稀土冶煉指標
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、溫度以及振動等干擾仍可以長久、穩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，經磁場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了永磁設備及器件向小型化、集成化的發展，成為大數據工程、高速鐵路工程、新能源汽車工程等一系列“中國制造2025”、“一帶一路發展戰略”的實施無法替代的關鍵基礎材料，稀土永磁材料已成為稀土產業發展的“風向標”。
稀土永磁材料自上個世紀60年代問世以來，按其開發應用的時間順序可分為四代。據業內專家估計，被寄予厚望的第四代稀土永磁材料形成成熟工藝走向實用至少還需幾十年。
圖片來源：前瞻網
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，盡管其磁性能優異，但含有儲量稀少的稀土金屬釤、昂貴的戰略金屬鈷，因此，它的發展受到了很大的限制，所以目前普遍應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，但卻對形成四方晶體結構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、粘結和熱壓。
▲釹鐵硼永磁材料制備工藝
燒結磁體和熱壓磁體的特點是磁性能高；粘結磁體的特點是性能一致性好、尺寸精確、形狀復雜、材料利用率高、易與金屬/塑料零件集成等。其中燒結釹鐵硼占比最大，產量超90%。
4、稀土永磁電機
新能源汽車的動力系統是電池、電機、電控三部分組成。驅動電機作為三大核心部件之一，在短期電池擴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可以有效提升新能源汽車的提升續航里程。適合新能源汽車的驅動電機主要有永磁同步、交流異步和開關磁阻三大類，其中稀土永磁同步電機具有盡可能寬廣的弱磁調速范圍、高功率密度比、高效率、高可靠性等優勢，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。我國新能源汽車電機裝機車輛中，永磁同步電機裝機量占比達到 97.51%，未來新能源汽車的高速發展將成為高性能釹鐵硼消費的核心增量。
▲Taycan 4S、Taycan Turbo 和 Taycan Turbo S 上搭載的永磁同步電機
圖片來源：保時捷官網
近年來，新能源汽車的快速發展給永磁驅動電機帶來了巨大的發展機遇。稀土永磁電機的設計理論、計算方法、檢測技術和制造工藝的不斷完善和發展，永磁材料的性能和可靠性的不斷提高，電力電子技術、大規模集成電路和計算機技術的快速發展都對永磁驅動電機的發展奠定了扎實理論基礎，積極促進了新能源永磁驅動電機的產業發展。
憑借稀土資源優勢，我國已經在稀土永磁電機方面建立起了完整的產業鏈及完善的產業生態系統。相比歐美國家，我國自主研發的稀土永磁電機在原材料和生產成本都具有明顯優勢，但是在電機設計和高端特種電機研發生產方面存在差距。因此，稀土永磁電機的研究開發和應用普及推廣必須得到國家的大力支持。未來隨著各國對新能源和節能環保項目的大力推動，稀土永磁電機在新能源汽車的用量還將持續增長，稀土永磁電機未來廣闊的應用前景也會帶來巨大的市場前景。
5、寫在最后
資料來源：
國金證券、網易、未來智庫、新浪財經、前瞻網、騰訊網、東北證券
1.張蘇江等.國內外稀土礦產資源及其分布概述
2.郭詠梅等.稀土不稀，重在創新應用
3.胡伯平.稀土永磁產業現狀及展望
（中國粉體網編輯整理/長安）
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