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美國進口大量稀土,主要用來做什么?
發布:2020-12-14

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美國每年進口大量稀土,僅2019年就進口了一萬五千噸左右的稀土原料,進口稀土花費1.7億美元。在這些稀土中,80%直接來自于中國,另外還有相當一部分間接來自中國。進口這么多稀土,美國用他們來干什么呢?我們繼續探討稀土系列話題,從民用和軍事兩個領域介紹一下稀土的應用。

一、美國進口稀土的用途

很多朋友可能認為美國進口稀土主要用來生產武器。其實不是這樣的,美國進口的稀土75%用來做催化劑,5%用來冶金或合金,5%用來做玻璃和陶瓷,5%用到拋光領域,其他領域加起來還有10%。像我們前面視頻提到的釹鐵硼磁鐵,雖然用途非常廣泛,但美國自己生產的比較少,主要是從中國、日本等國進口。需要提一句,美國雖然每年大量進口稀土及其制品,而且這些年已經開始自己開采稀土資源,但是這些稀土并非都給自己使用的。據一些媒體報道,美國除了充當消費者以外,也充當著中轉站的作用,也就是一些稀土會被美國再轉賣給其他國家。當然,美國用稀土加工好的產品還會大量銷往其他國家,為美國賺取外快。

二、催化劑是稀土的第一大應用

1. 什么是催化劑

我們先給大家介紹一下美國稀土的第一大應用——催化劑。什么叫催化劑?通俗點說,就像是化學反應的中介機構,不管是婚姻中介、房屋中介還是其他中介,都是給交易提供方便的機構。催化劑也一樣,對于很多化學反應來說,兩個可以發生反應的分子,就算碰到一起也很難發生反應,但是有了催化劑這個中介以后,就會促進兩個分子發生反應,從而改變了化學反應的速率。是不是有點像婚姻介紹所,男孩女孩走在大街上互不相識,不太可能變成戀人,但是通過別人介紹,兩個人卻會坐下來吃頓飯看個電影,然后很可能深入發展。這就是催化劑發揮的作用,從專業角度說,催化劑就是能改變化學反應速率,本身的質量和化學性質并不隨著化學反應的進行而發生改變的一類物質。更專業點說,催化劑通過改變化學反應的活化能,也就是反應難度來改變化學反應速率。

目前世界上至少有幾千萬種化學物質,絕大多數化學物質的合成都需要用到催化劑,可見催化劑的重要性。美國購買稀土制作的催化劑,主要應用于石油化工、汽車尾氣凈化、化學工業和環境保護等領域。

2. 石油化工應用

先說石油化工,我們都知道石油通過分餾作用可以得到汽油、柴油、航空煤油等油品,但是很多人并不清楚,通過分餾只能獲得大概30%的汽油和柴油,遠遠不能滿足市場的需求。要想提高汽油和柴油的產量,就得用到一種技術,叫做催化裂化。所謂催化裂化,就是通過催化劑幫忙把重油給變成輕油,變得過程就像把一個長木條掰斷成兩段或幾段短木條,短木條的性質跟汽油或柴油相似,就可以加入到汽油或柴油里面去了。于是,就可以大大提高汽油或柴油的產量了。目前來說做這種催化劑效果最好的材料就是添加了稀土的沸石。因此,稀土在石油化工領域的需求量非常大,這也是美國使用稀土比較多的一個領域。

3. 尾氣凈化

第二個需要說的就是汽車尾氣凈化。汽車尾氣凈化是幾十年以來一直都比較重視的領域。如果沒有汽車尾氣處理系統,汽車運轉產生的尾氣里有大量的一氧化碳、一氧化氮等有毒有害氣體,還會有大量的黑煙。按照現在的汽車保有量,如果所有汽車都沒有尾氣處理裝置,我們走在大街上,隨時都可能會中毒,搞不好我們必須得帶上防毒面具才敢在馬路上走了,就算不中毒也會被黑煙熏得黑乎乎的。好在西方國家很早就開始讓尾氣處理系統成為了汽車的標配。但是,尾氣處理系統還是比較復雜的,既要能把一氧化碳氧化成二氧化碳、把黑炭顆粒物氧化成二氧化碳,還要能把一氧化氮、二氧化氮等氮氧化物給還原成氮氣,這樣才不會污染環境。

早期的尾氣處理系統使用的催化劑都是貴重的鉑族金屬,主要是鉑、鈀和銠三種金屬,價格非常昂貴,還很容易失效。早些年,有人專門回收舊汽車的尾氣管,以便回收貴金屬來銷售。上世紀70年代左右,含有稀土的催化劑逐漸開始替代貴金屬做的催化劑。稀土催化劑不僅比貴金屬催化劑更便宜,而且催化效果更好,排放的尾氣更干凈。稀土催化劑,一經面世就迅速占領了市場。但是稀土催化劑,技術含量還是比較高的,凈化效果越好,技術含量越高。隨著我國不斷提升汽車的排放標準,對催化劑的要求越來越高,尤其是正在推廣的國六標準,對尾氣排放要求非常嚴格。這些高端的催化劑專利主要掌握在歐美國家手里面,我國每年出口大量的稀土,但也需要進口大量的稀土催化劑及其制品。2018年以前,汽車用的稀土催化劑80%都需要進口。相應地,你也就可以理解美國作為汽車生產大國,對汽車用稀土催化劑需求很高的現狀了。人家不僅需要自己使用,還可以出口其他國家賺取利潤。

4. 稀土催化劑其他應用

稀土催化劑的第三個大的應用,是化工行業。就像前面說的,很多化學物質的合成都需要催化劑,而用稀土制造的催化劑在里面占據了很大的比例。相應地,我們身邊很多東西的生產都有稀土的一份功勞。比如合成的衣物纖維、合成橡膠、合成塑料、合成藥物中間體、合成日用化學品、合成香水的香料、合成食品添加劑等等。美國作為世界上最大的發達國家,這方面的需求自然不小。

此外,稀土催化劑還有一個很重要的應用,就是環境治理。這里面包括火力發電站的完全燃燒問題、各種鍋爐、工廠的氣體排放處理問題,都需要用到稀土催化劑。甚至將來大氣環境的治理問題也需要用到稀土催化劑。同時,還有一個前景非常大的應用領域,就是燃料電池,理論上燃料電池可以在不排放有毒廢氣的前提下大大提高能量的轉化效率,很可能成為未來能源的主力軍,是各國都在加緊發展的一個領域。

美國作為發達國家,在稀土催化劑領域儲備的專利是非常多的,占據了整個行業的高端領域。相應地,稀土在他們手里也就可以創造更高的價值。

我國為了盡快追趕上西方的步伐,加緊了高端稀土催化劑研究和產業化應用推廣的力度。最近剛在山東東營建設了國家級稀土催化材料產業園。重在解決稀土催化材料技術在行業應用中的卡脖子問題,主要圍繞汽車尾氣凈化、固定源廢氣治理、新能源催化等方面進行布局。希望在不久的將來能取得突破性進展。

三、稀土的軍事應用

稀土應用在軍事上,往往用量不大,卻能發揮非常重要的作用。比如,現在的導彈都是激光制導,其激光的發射和接收設備都是離不開稀土的。現在的軍用設施都有大量的測距和識別設備,這些測距設備、目標識別設備、目標指示設備都離不開稀土元素的加持。很多紅外設備、光學設備,也需要有稀土元素發揮重要的作用。同時,一些戰斗裝備的合金金屬以及涂料也都是添加了稀土材料的。當然,還有一個很重要的應用不能忽略,那就是各種電機使用的永磁材料,這些電機一般都會使用磁性很強的釹鐵硼磁鐵。關于稀土材料在一些特殊領域的應用原理,前面有些視頻已經介紹了,后面我還會繼續制作相關視頻進行講解,讓大家對稀土的神奇功能多一些了解,別忘了關注東城觀星的賬號。

稀土有這么多的應用,在軍事領域的重要地位自然就不可忽略了。美國一艘弗吉尼亞級核動力潛艇需要使用大概4噸左右的稀土金屬,一艘伯克級導彈驅逐艦大概需要2.36噸稀土金屬,一架F-35戰斗機也需要400多公斤的稀土金屬,因為疫情的影響,F-35戰斗機的生產因為稀土供應不足而受到了影響,因為很多零部件離開了稀土是無法生產的。相對于催化劑領域應用稀土的量,軍事上稀土使用量可以忽略,但其重要性卻不能忽略。

四、稀土供應

另外,催化劑使用的稀土往往是產量很高的輕稀土,供應充足,除了中國,還有很多國家的儲備都不低。但是軍事上還需要用到很多昂貴的重稀土,比如鏑、鋱、銪等,使用量不大,但難以被替代。而且,重稀土主要來源地是中國,中國經歷了前期的無序開采以后,近些年加大了對稀土開采的管控力度,造成了重稀土的價格飆升。以氧化鏑為例,2010年還是166美元一公斤,2011年就升高到了1000美元一公斤,今年已經到了1630美元左右一公斤。對于軍事應用來說,如果僅僅是價格提高,還能接受,難以接受的是產量的控制。所以,美國非常重視戰略稀土的儲備和開發問題。

美國大力資助一些國家查找稀土的潛在儲備資源,正在推動地球填圖計劃,也就是了解全球的礦產資源分布。雖然說我國現在是世界上稀土儲量最高的國家,但并不是說世界上只有中國才有稀土,也不是說,現在的儲量是恒定的,很多國家,尤其是欠發達國家對資源的勘察程度還不高,很多礦產還沒有發現。比如,早先認為中國第一,俄羅斯和美國都名列前茅。通過勘察發現,巴西的稀土儲量超過俄羅斯和美國,達到了中國儲量的一半以上,再后來發現越南的儲量和巴西的差不多,并列第二。目前來說,還有廣大非洲地區和很多其他國家還沒有經過充分地勘察。一旦充分探查,世界稀土儲量排名可能還會發生變化,隨著不斷開采,各國的儲量也會發生變化。在這其中,中國的儲量下降是最快的,因為我國是主要的稀土出口國。

我們國家的稀土儲量不斷減少,尤其是重稀土減少更快,同時還給國內帶來了環境污染問題。國家出臺相關政策限制稀土的無序開采,顯然是非常必要的,不能把全世界的稀土需求都壓在中國一個國家身上。讓巴西、越南、澳大利亞、印度、蒙古國這些稀土大國也都分擔一下吧。

多說一句,我國現在是稀土大國,但還不算是稀土強國,因為我國雖然在稀土產業鏈的上游礦產開采和中游稀土提煉占據比較重要的位置,但在下游產業的稀土應用,還不算強者。稀土下游產業的利潤率高,經濟效益好,戰略價值高。主要專利集中在日本、美國和歐洲企業手里面,很多高端領域甚至依然對我國卡脖子。國內正在加強研究,加速產業化推廣,爭取到2030年左右成為真正意義上的稀土強國!

文章來源:稀土網

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