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( ⊙ _ ⊙ ) 每天一篇全球人文与地理微信公众号：地球知识局中国的镓，锗文字：伯玥校稿：朝乾 / 编辑：果栗乘去年 7 月，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，自去年 8 月起，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％，锗的丰度只有镓的十分之一，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要找到镓和锗的矿床并不容易，它们极少单独成矿，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。位于鄂尔多斯市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。写在最后：近期，我们的专业作者将在我们的" 知识星球 "分享不同领域的知识、个人体验、行业信息①本期▶主题：一个人去了趟尼泊尔，遇到的有趣与尴尬事分享人：杔格1. 尼泊尔版人在囧途：路太烂，车罢工了2. 从烧尸庙到 300 公里开 13 个小时的烂路3. 与佛祖有关的遗址，有些还没发掘？4. 从蓝毗尼地区看尼泊尔的行政区划，以及与印度的国界5. 博卡拉：宝藏景点与避坑指南加入地球知识局的知识星球，长按下方二维码，登录并点击" 立即加 99 星钻 "即可付费加入，这里支付的 "99 钻 " 就是99 元。加入后，在知识星球的小程序和 app，都可以看到我们的付费内容。扫描二维码，订阅我们的知识星球！【快来聊天啦】我局有世界地理讨论群，欢迎感兴趣的朋友们加入！* 如果你如果你是世界地理的研究者或爱好者，可以来【微信公众号后台私信】，用一两句话介绍下自己。运营小姐姐会根据情况拉你进群哦 ~* 进群请务必自我介绍一下，直接回复 " 进群 "" 读者群 " 之类的字样不会有机器自动回复，只会让后台的小姐姐很生气≥﹏≤* 申请人多时请耐心排队等候回复。只要系统正常，工作人员就会逐一看到大家所有人的消息哦上下滑动查看参考资料：1 商务部海关总署公告 2023 年第 23 号关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告 ( mofcom.gov.cn ) 2 外交部：对镓锗相关物项实施出口管制是国际通行做法，欧盟成员国也对部分物项实施出口管制 | 环球网 _ 新浪财经 _ 新浪网 ( sina.com.cn ) 4 中国镓锗铊镉资源温汉捷等，2020，科学通报5 稀散金属超常富集的主要科学问题，温汉捷等，2019，岩石学报6 分散元素地球化学及成矿机制涂光炽等7 张丽曼，张会，梁倩，王小强，余文丽，颜蕙园 .2022. 镓矿资源的分布、发展概况及中国发展镓产业的思考 [ J ] 矿产勘查，13 ( 8 ) :1235－12408 中国产业信息．2018 年中国锗产量、需求量及价格走势分析［EB/OL］［2019－06－11］．http: //www.chyxx.com/industry/201803 /616917.html．12 代世峰，任德贻，李生盛 . 内蒙古准格尔超大型镓矿床的发现 . 科学通报， 2006， 51: 177 − 18513 陆挺，刘璇，张艳飞，等 . 基于产业链分析的中国铟锗镓产业发展战略研究 [ J ] . 资源科学，2015，37 ( 5 ) :1008-1017.14 武秋杰，吕振福，曹进成等 . 国内外镓资源分布供需及镓产业链发展现状研究 [ J ] . 矿产综合利用，2021，No.231 ( 05 ) :38-44.15 Gallium Statistics and Information | U.S. Geological Survey ( usgs.gov ) * 本文内容为作者提供，不代表地球知识局立场封面：shutterstockEND扩展阅读