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“中东有石油 , 咱们中国有稀土 。 ”
稀土同石油一样 , 都是工业生产的重要元素 , 别称是工业维生素 , 有工业“黄金”之称 。 在巅峰时期 , 我国稀土储量的全球占比高达80%-90% 。
只是随着大量的开采和出口 , 以及其他国家也发现了不少稀土矿 , 我国稀土储量的世界占比也在逐渐下降 , 目前是37%左右 。 并且还会继续下降 。 但我国稀土提纯技术世界顶尖 , 因此依旧处于支配地位 , 几乎垄断了全球生产 。
而需要注意的是 , 稀土并非是土 , 而是化学元素周期表中镧系元素镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu) , 加上与其同族的钪(Sc)和钇(Y) , 共17种金属元素的总称 。
并且由于稀土具备独特的物理化学性质 , 几乎所有国家都需要进口 。 尤其是美国 , 他们80%的稀土依赖于中国的出口 。
因为有了稀土 , 就能制造出性能各异 , 品种繁多的新型材料 , 在现代工业之中具有不可或缺的作用 。 特别是在全球都在追求节能减排 , 大力发展新能源的背景下 。
目前 , 在新能源汽车、工业电机、风力发电等下游需求的强劲驱动下 , 稀土永磁材料将是稀土功能材料中 , 最具潜力和价值的应用领域 。
因为稀土永磁最主要的用途是电机 , 与传统异步电机相比 , 采用稀土永磁材料的永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高功率密度、温升低、可靠性高等优点 , 具有较好的节能效果 。
而受益于新能源汽车和电子工业等领域的高速发展 , 稀土永磁材料(钕铁硼)在全球稀土消费量中占比达35% , 对应高达91%的消费价值 , 顺理成章的成为稀土消费量和消费价值占比最高的应用领域 。
从而有人估计 , 新能源车对高端钕铁硼磁铁的需求 , 将从2020年的1.26万吨 , 增加到2025年的6.12万吨 , 年化增速接近40% 。 可以说稀土决定了新能源的未来 。
但显然如此重要的稀土资源几乎被咱们国家垄断 , 是会让其他国家恐惧的 。 这不 , 英国一高校就一直在尝试人工制造“宇宙磁铁” , 作为稀土的替代品 。 并且还成功了 , 现已将研究发表在《高级科学》杂志上 。
所谓“宇宙磁铁”就是新型磁性材料——四方镍纹石(tetrataenite) , 一种铁-镍合金 。 由于其原本只能在有数百万年历史的陨石中才能自然形成 , 故命名为“宇宙磁铁” 。
重要的是这种磁性材料不需要稀土元素 , 由50%的铁和50%的镍组成 。 且铁和镍原子交替排列 , 为规则的周期性晶体结构 。 它产生一种硬磁 , 即磁化方向不会轻易改变 , 因此其磁性能接近稀土磁体 。 如果要是能人工制造 , 完全有机会取代稀土磁体 。
此前 , 四方镍纹石只能通过在实验室中 , 依靠一些非商业化方法制造 。 例如在 1960 年代 , 科学家们就曾通过用中子轰击铁镍合金来人工行成四方镍纹石 , 使原子能够形成所需的有序堆叠 , 但显然这种技术并不适合大规模生产 。 不过现在情况发生了改变!
研究人员发现 , 通过添加常见元素磷 , 就有可能批量生产四方镍纹石 。 他们说 , 存在于陨石中的磷可以让铁和镍原子移动得更快 , 使它们能够形成必要的有序堆叠 , 而无需等待数百万年 。
通过混合适量的铁、镍和磷 , 他们能够将四方镍纹石的形成速度提高 11 到 15 个数量级 , 使其在简单的铸造中在几秒钟内形成 。
无需等待百万年 , 只需将合金熔化 , 将其倒入模具中 , 就得到了可以媲美稀土磁体的四方镍纹石 , 显然是能够动摇我国稀土地位的事情 。
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