中国关键矿产清单、应用与全球格局_张生辉.pdf

综合评述中国关键矿产清单、应用与全球格局张生辉1，王振涛2，李永胜3，莫宣学4，董庆吉1，陈丛林1，耿林1，王利1，张海啟5，谭秀民5，薛迎喜6，周尚国7，田郁溟7，姚超美8，焦森8，陈正国9，陈军元9，王寿成10，张浩钰10，付水兴11，王春连2，王永121.中国地质调查局,北京 100037；2.中国地质科学院矿产资源研究所,北京 100037；3.自然资源部矿产勘查技术指导中心,北京 100037；4.中国地质大学(北京),北京 100083；5.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所,河南 郑州 450006；6.中国地质图书馆,北京 100083；7.中国冶金地质总局,北京 100025；8.中化地质矿山总局,北京 100013；9.中国建筑材料工业地质勘查中心,北京 100035；10.有色金属矿产地质调查中心,北京 100012；11.北京矿产地质研究院有限责任公司,北京 100012；12.中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081中图分类号：TD98;F205文献标识码：A文章编号：10010076（2022）05013831DOI：10.13779/ki.issn10010076.2022.07.016摘要关键矿产是指对经济社会发展和国家安全至关重要，由于供应短缺存在较大风险或者具有一定优势对全球供应具有较强影响力的矿产资源。当前国际贸易争端由经济领域、技术领域扩展到矿产资源领域，世界局势变化对中国矿产资源安全保障提出了新的挑战，也带来了新的机遇。简要介绍了具有代表性的美国、欧盟和日本关键矿产/原材料清单，并分析了当前关键矿产的竞争态势：一是美欧日关键矿产清单重合度高，二是美欧日均出台并实施供应链安全战略，三是关键矿产对碳中和进程至关重要。在此基础上提出了一份 37 种中国关键矿产建议清单，包括大宗矿产、三稀金属矿产、关键黑色有色贵金属矿产、战略非金属矿产和特种气体矿产。在这份清单中 31 种矿产与美国、欧盟、日本清单重合。文章还对 37 种关键矿产的应用领域，全球分布、生产和贸易格局等进行了概略研究。研究表明，这些关键矿产既是当今世界经济社会发展不可或缺的重要物质基础，也是战略性新兴产业、清洁能源、国防军工技术发展不可替代的重要物质保障。37 种关键矿产中我国需要净进口的22 种，净进口超过 50%的 19 种，超过 90%的 10 种；我国净出口的 11 种，净出口超过 50%的 5 种，其中镓超过了 90%。文章最后对中国关键矿产安全战略提出了建议：一是制订、公布并适时更新关键矿产清单；二是基于全产业链进行系统布局，掌握一批关键核心技术；三是统筹紧缺矿产和优势矿产，提高话语权和控制力；四是加强国内资源调查、勘查和选冶等技术攻关；五是建立关键矿产储备制度；六是加强海外资源勘查开发合作；七是完善相关法律制度。其中，基于全产业链布局、统筹紧缺与优势矿产和加大调查勘查力度等尤为重要。关键词关键矿产；清单研究；应用概要；全球格局；安全战略 1引言随着现代社会经济发展、技术进步和人们生活水平提高，矿产资源使用量越来越大。据经合组织数据1，全球原材料使用总量从 1970 年的 270 亿 t 增长到2017 年的 890 亿 t，增长了 2.3 倍；预计到 2060 年将进一步增长到 1 670 亿 t，其中金属矿产使用量将从2017 年的 90 亿 t 增长到 2060 年的 200 亿 t，非金属矿产从 440 亿 t 增长到 860 亿 t，化石燃料矿产从 150 亿 t增长到 240 亿 t。矿产资源应用范围越来越广，从现代通信到可再生能源发电，从健康医疗到绿色交通方式。制造现代计算机芯片需要元素周期表中超过一半的元素，尽管许多元素用量很少，但每个元素对于芯片的功能和性能都至关重要2。智能手机要用到约 75 种元素，手机构件中的化合物、金属和复合材料都来自于矿产，芯片、显示器、电池和扬声器等都由矿产品制成。经济增长、生活质量提高、国家防卫和现代社会的整体运行对更多样化矿产品的需求不断增加，人们再次认识到关于矿产资源的竞争和冲突可能对依赖这些矿 收稿日期：2022 10 08作者简介：张生辉（1962），男，博士，正高级工程师，从事矿产资源调查评价研究与管理工作，Email：zhang_。第 5 期矿产保护与利用No.52022 年 10 月Conservation and Utilization of Mineral ResourcesOct.2022产品的制造业构成重大风险；虽然大多数矿产品还能为未来许多年提供足够的供应，但随着近地表高品位矿床的枯竭，满足矿产资源需求变得更加具有挑战性2。当今世界正经历百年未有之大变局，新一轮科技革命和产业变革加速演进，全球治理体系和国际秩序深度调整。当前，国际贸易争端跌宕起伏，逐渐由经济领域扩展到高科技领域，并蔓延至矿产资源领域。世界各主要国家对矿产资源，尤其是战略性新兴产业所需关键矿产的争夺日益加剧，纷纷发布战略报告，抢占新一轮矿产资源争夺的制高点3。美国、欧盟、日本、英国、加拿大、澳大利亚等均发布了关键矿产/原材料清单，并围绕清单制订相关政策措施（其中美、欧、日、英着眼于确保供应链安全，加、澳则更多考虑获取经济利益）。中国作为世界最大发展中国家和第二大经济体，正在朝向第二个百年目标迈进，世界局势变化对中国矿产资源安全保障提出了新的挑战，也带来了新的机遇。本文对关键矿产清单、应用与全球格局进行讨论。首先介绍具有代表性的美欧日关键矿产/原材料清单，分析关键矿产的竞争态势，提出中国关键矿产建议清单。然后对本文建议的 37 种中国关键矿产，分别梳理每种矿产的应用领域，全球资源、生产和贸易格局。文章最后对中国关键矿产安全战略进行讨论。2美欧日关键矿产/原材料清单简介2.1美国国家安全关键矿产美国国家科学技术委员会将关键矿产定义为“供应链容易中断，在产品制造中至关重要，而缺少这些产品会造成重大经济或安全后果的矿产”，将战略性矿产定义为“关键矿产的子集，国家安全应用不可缺少”2。2018 年美国地质调查局制订了关键矿产清单，按照航空航天（非国防军用）、国防军用、能源、通信和电子、运输（非航空航天）、其他等六大领域详细分析了每种矿产的重要技术应用，同时分析了每种矿产的最大生产国和（美国的）最大供应国，将 35 种非化石燃料矿产确定为美国国家安全关键矿产4。2022年更新为 50 种，包括：铝/铝土矿、锑、砷、重晶石、铍、铋、铯、铬、钴、萤石、镓、锗、天然石墨、铪、铟、锂、镁、锰、铌、镍、铂族金属 5 种（铂、钯、铱、钌、铑）、稀土元素 16 种（镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇）、铷、钽、碲、锡、钛、钨、钒、锆、锌5。2.2欧盟委员会关键原材料欧盟委员会 2018 年发布关键原材料和循环经济研究报告6认为，关键原材料对于高科技产品和新兴创新尤为重要，技术进步和生活质量依赖于获得越来越多的原材料。例如，关键原材料在太阳能电池板、风力涡轮机、电动汽车和节能照明中是不可替代的，对于应对气候变化和改善环境也非常重要，到 2030年欧盟实现其气候和能源目标所必需的低碳技术的发展预计将使对某些原材料的需求量增加 20 倍。报告对电气和电子设备，便携式、工业和汽车电池，燃油、混合和电动汽车，风电和光伏发电，国防工业，化工和化肥等领域关键原材料的应用及其循环利用前景进行了详细分析，将原材料对应到相关的最终用途和相应的制造部门，而不只是对应大的行业。早在 2011年，欧盟委员会就将 14 种达到或超过经济重要性和供应风险阈值的原材料确定为关键原材料，2014 年调整为 20 种，2017 年调整为 27 种，2020 年第 3 次调整为 30 种，包括：锑、铍、铝土矿、锂、锶、硼酸盐、钴、焦煤、萤石、镓、锗、铟、镁、天然石墨、铌、磷矿石、金属硅、钨、铂族金属、轻稀土、重稀土、重晶石、铋、铪、天然橡胶、磷、钪、钽、钛、钒7。2.3日本稀有金属日本从 20 世纪 60 年代就开始对工业生产所需矿产资源进行分析，并对海外资源进行调查以应对国家资源匮乏状况。1974 年将铜、镍、铬、钨等作为储备矿种，1983 年进一步明确将镍、铬、钼、锰、钨、钴等金属作为国家储备矿种，之后根据日本经济发展需要不断对国家储备矿种进行调整修订。2009 年日本制订稀有金属保障战略8，将稀有金属定义为地球上存量稀少、因技术和经济因素提取困难、现代工业以及未来伴随着技术革命所形成的新型工业所必需的金属。日本认为，稀有金属是汽车和 IT 等高附加值、高性能产品制造产业不可缺少的原材料，尤其是在今后将要普及的混合动力马达、蓄电池、太阳能电池板等新能源领域，高效照明等节能领域以及燃料电池触媒等领域对稀有金属的需求都将扩大。2009 年日本列出 31 种重点关注的稀有金属，此后又更新为 34 种，包括：锂、铍、硼、钛、钒、铬、锰、钴、镍、镓、锗、硒、铷、锶、锆、铌、钼、钯、铟、锑、碲、铯、钡、铪、钽、钨、铼、铂、铊、铋、稀土元素、碳（天然石墨）、金属硅、氟（萤石）。3关键矿产竞争态势3.1美欧日关键矿产/原材料清单重合度高目前，美、欧、日公布的清单共涉及 44 种关键矿产/原材料1，其中，三家均列入清单的有 18 种，两家列1 为便于比较，这里（及后文表 1）对美欧日关键矿产/原材料清单进行了归并处理。美国 2022 年发布的关键矿产清单包括 50 种，将稀土按元素分列为16 种，将铂族按元素分列为 5 种；欧盟 2020 年关键原材料清单将稀土分列为 3 种；日本稀有金属清单将铂族分列了 2 种。此处归并为“稀土”“铂族”两类。另，欧盟清单中“天然橡胶”不属于矿产品。第 5 期张生辉，等：中国关键矿产清单、应用与全球格局 139 入的有 14 种，只有一家列入的仅 12 种（图 1）。重合度最高的矿产包括稀土，主要稀有金属、稀散金属，部分有色金属，以及铂族、天然石墨和萤石。图 1美欧日关键矿产/原材料清单比较示意图Fig.1 Schematic comparison of list of the key minerals/raw materials between the USA,Europe and Japan 3.2美欧日均出台并实施供应链安全战略关键矿产供应链的安全已经成为一个战略问题，其涵义不仅仅在于能否获得这些矿产，还在于能否在战略性新兴产业特别是清洁能源产业等先进制造业中保持或提高竞争力。关键矿产供应链的脆弱性会影响先进制造业的部署速度，对关键矿产的供应以及将其转化为先进制造产品的技术能力的竞争正在加剧。美欧日等主要经济体纷纷制订相关战略，运用政策工具，或者推出行动计划，以改善或维护关键矿产供应链的安全。2019 年美国商务部发布确保关键矿产安全可靠供应的联邦战略9指出，关键矿产供应的所有阶段都很重要，仅靠某一阶段的措施是不能解决问题的。例如加大开采力度而不增加相应的加工制造能力，只会将经济和国家安全风险进一步转移到供应链下端，导致加工制造能力依赖国外。提出推进关键矿产供应链的转型研究、开发和部署，加强美国关键矿产供应链和国防工业基础，加强与关键矿产有关的国际贸易和合作，提高对国内关键矿产资源的认识，改善联邦土地上关键矿产资源的准入并缩短联邦许可审批时限，增加美国关键矿产劳动力等 6 项措施。除了将关键矿产研究和创新焦点集中于国内资源调查、分离加工、替代、回收技术等方面，在国际上大搞结盟。2022 年 6 月，美国国务院宣布美国和加拿大等已建立“矿产安全伙伴关系”（MSP），这些伙伴还包括澳大利亚、芬兰、法国、德国、日本、韩国、瑞典、英国和欧盟委员会。欧盟委员会认为，精炼和冶金领域的技术和能力是关键原材料价值链的关键环节，影响整个产业生态系统。欧盟关键原材料清单提供了支撑欧盟委员会政策研发的实用工具。这份清单帮助识别投资需求，指导欧盟及其成员国规划研究和创新，尤其是在新的采矿技术、替代和回收方面。这份清单也与循环经济、原材料可持续供应以及产业政策相关。欧盟委员会指出，欧盟应该紧急行动起来确保安全、可持续的原材料供应，行动计划应包括：为欧盟工业生态系统开发弹性价值链，通过资源循环利用、可持续产品与创新减少对一次关键原材料的依赖，加强欧盟内原材料采购和加工，通过从第三国采购使供给多样化7。目前，欧盟正酝酿提出“关键原材料法案”，并谋划与智利、墨西哥、新西兰、澳大利亚、印度等国的原材料贸易合作。2020 年 日 本 出 台 新 的 国 际 资 源 战 略10，强 化JOGMEC（日本石油、天然气和金属矿产资源机构）关于从勘探项目转移过来的开发项目、冶炼厂单独项目、单独出资项目等的风险资金供给功能，寻求供应来源的多元化；将稀有金属储备范围扩大到全部 34 种、储备用量扩大到 60 d，强化供应安全；与参与供应链各个阶段的多个国家开展双边或多边合作进行矿山开发、冶炼和产品制造，以及通过技术支持和数据信息共享，加强国际合作；培养资源领域全产业链各环节人力资源，强化产业基础。日本还限制外国资本在日本国内稀有金属应用领域进行投资，最大限度地减少日本关键原材料供应链的脆弱性，同时提高日本汽车、140 矿产保护与利用2022 年电池、航空母舰等各个行业在国际上的竞争地位。3.3关键矿产对碳中和进程至关重要巴黎协定确立了 2020 年后国际社会合作应对气候变化的基本框架，提出把全球平均气温较工业化前水平升高幅度控制在 2 以内，并为把升温控制在1.5 之内而努力。根据碳中和承诺各国（包括中国）已经声明的政策，实现碳中和主要通过三大技术路径：一是清洁能源转型，二是节能减排，三是负排放。其中清洁能源转型是实现碳中和的最重要技术路径，是碳中和进程所有技术得以实现的基础。清洁能源转型包括新的能量来源和新的能量利用方式两大技术领域。新的能量来源，主要是发展太阳能光伏发电、陆上和海上风电、聚光太阳能发电、水电、地热和生物质能发电等可再生发电和核电技术，推动一次能源生产清洁低碳转型；新的能量利用方式，主要是发展电网（输电和配电）、电动车、电池储能和氢能（电解槽和燃料电池）等技术，推动能源消费终端电气化。国际能源机构（International Energy Agency）2021年 5 月出版的世界能源展望特别报告11指出，清洁能源技术提供电力的能源系统深刻不同于传统烃类资源提供燃料的能源系统。清洁能源转型是从传统的化石燃料密集型能源系统向矿产密集型能源系统的转变，矿产资源特别是那些关键矿产的需求大幅增长是一个不变的趋势。矿产供应在清洁能源安全中处于突出地位，供应中断或者价格急剧波动可能延缓清洁能源转型和推高其成本。报告估计，为适应巴黎协定要求，到 2040 年清洁能源技术对矿产的总需求将翻两番，其中与锂电池（包括电动汽车和电池储能）相关的关键矿产锂、钴、镍和石墨的需求将分别增长42 倍、21 倍、19 倍和 25 倍；与可再生发电、储能和电网相关的稀土（主要是电动汽车马达和风力涡轮机）、铜和硅的需求将分别增长 7 倍、2.7 倍和 2.3 倍。氢能的快速增长也会导致镍和锌（用于电解槽）、铂族金属（用于燃料电池）需求的增长。此外，光伏的发展会导致镓、铟、碲等矿产供不应求。4中国关键矿产建议清单4.1本文建议的清单美国、欧盟、日本等在进行矿产资源关键性评价时所采用的方法各有不同，但基本上都将那些对经济和国家安全至关重要不可缺少而又不能完全依靠本国供应满足需求的定义为关键矿产/原材料。一般是供应风险高、经济影响大的首先入选；但一些特殊关键应用的矿产/原材料也会列入清单，例如美国的铷、铯，欧盟的焦煤等。本文将中国的关键矿产定义为对中国经济社会发展和国家安全至关重要，由于供应短缺存在较大风险、或者我国具有一定优势对全球供应具有较强影响力的矿产资源。中国关键矿产的选择也是从经济与技术重要性和供应风险性两个大的方面进行分析。中国矿产资源禀赋不足，人均探明储量为世界平均水平的 58%，位居世界第 53 位；铁矿、铜矿和铝土矿分别相当于世界平均水平的70.4%、28.4%和14.2%12。另一方面，稀土、镓、锗、铟等“三稀”金属矿产，钨、锡、锑、铋等有色金属矿产，天然石墨、萤石等非金属矿产是中国的优势矿产，中国是全球主要生产国和供应国，除满足国内需求外，还大量供应国际市场。立足于这一矿产资源基本国情，在经济与技术重要性方面，需要将大宗矿产与战略新兴矿产一并纳入考虑；在供应风险性方面，首先要考虑净进口的矿产，同时也考虑净出口的优势矿产或供需基本平衡的矿产。本文通过公开文献资料梳理提出一份 37 种中国关键矿产建议清单。为便于与其他国家清单进行比较，这份清单未包括石油、天然气、铀等燃料矿产。建议清单如下：大宗矿产：铁、锰，铜、铝，钾盐。“三稀”金属矿产：稀土，锂、铍、铌、钽、锶、铷、铯、锆、铪，镓、锗、铟、铼、碲。关键黑色有色贵金属矿产：铬、钒、钛（金红石型），镁、镍、钴、钨、锡、锑、铋，铂族、金。战略非金属矿产：高纯石英、石墨、萤石、硼。特种气体矿产：氦气。这一建议清单中有 31 种与美、欧、日关键矿产/原材料清单重合；美、欧、日三家均列入清单的 18 种全部列入了本文建议清单。本文建议清单与美、欧、日清单不重合的 6 种矿产是：铁、铜、钾盐、金、高纯石英、氦气。4.2基于经济与技术重要性选择各国考量经济与技术重要性的侧重点有所不同。美国对关键矿产的关注已由重点考虑国防应用扩展到整个经济安全和产业竞争力，最近又将减缓气候变化确定为清洁能源技术部署的关键驱动因素，强调供应链安全与美国加快其在清洁能源技术方面领导能力之间的联系。欧盟重点关注清洁能源转型领域诸如电气设备、电池和电动汽车，风电和光伏发电等产业竞争力，当然也重视国防工业。日本非常关注其产业竞争力，而视稀有金属安全为产业竞争力的核心。日本认为，在电动汽车、物联网、半导体零件生产等尖端产业中，稀有金属对于实现产品的高功能化至关重要。第 5 期张生辉，等：中国关键矿产清单、应用与全球格局 141 对中国而言，经济与技术重要性需要具体考虑：（1）作为中国经济社会发展的物质保障、维系经济安全和粮食安全的大宗矿产；（2）作为国家安全和高质量发展的物质保障，维系战略性新兴产业和国防军工安全的战略新兴矿产。中国大宗矿产资源需求将长期保持高位运行的态势。至 2035 年基本实现现代化时，中国还将需要消费 83 亿 t 粗钢、2.05 亿 t 精炼铜、4.95 亿 t 原铝，以及种类更多的其他矿产资源13。即便步入了后工业化发展阶段，中国仍需要大量的大宗矿产资源作为支撑。战略新兴矿产需求将持续保持增长态势。新一代信息技术、高端装备制造、新能源、新材料、健康环保等战略性新兴产业发展，5G 基站、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网等新型基础设施建设，风电、光伏、核电、储能、新能源汽车、电网等清洁能源转型技术发展以及现代国防建设对“三稀”金属、关键黑色有色贵金属、战略非金属、特种气体等战略新兴矿产提出了新需求。如新能源汽车产业的发展，2035 年相比 2017 年将增加 10 倍的锂、2.3 倍的钴、1.5 倍的镍、2.7 倍的稀土以及 1.8 倍的石墨、1.69 倍的铂需求14。本文参考美、欧、日关键矿产/原材料清单相关研究报告，参考自然化学50 多种元素的综述文章，并结合国内有关研究文献，系统梳理了本文和美、欧、日清单所列各种矿产的重要应用领域（表 1），以期能够大致反映这些关键矿产的经济与技术重要性。经梳理发现，无论是对中国还是对其他国家，这些关键矿产都是当今世界经济社会发展不可或缺的重要物质基础，也是战略性新兴产业发展、清洁能源转型、国防军工技术发展不可替代的重要物质保障。这些关键矿产是当今和未来矿产资源争夺的焦点。表 1 本文和美、欧、日清单所列关键矿产/原材料重要应用领域一览表Table 1 The list of important application fields of key minerals/raw materials by this paper and the USA,Europe and Japan品品 种种本文本文1美国美国2欧盟欧盟3日本日本4重重 要要 应应 用用 领领 域域铁铁建筑，制造，交通运输，日常生产生活，软态不锈钢精密箔材锰锰锰钢，炼钢，炼铝，合金，锰锌铁氧（软磁）体，电池，工业催化剂，饲料肥料，水处理，颜料铜铜航空航天舰船车辆电气，发电和输配电，充电和电动，集成电路、印刷电路板，电池，通信电缆，消费电子铝铝航空航天舰船车辆及其他铝合金，建筑，交通，输配电，包装，日常生产生活，电子封装，耐火材料钾盐钾盐95%用作农业肥料，5%用于工业（如手机防护玻璃）稀土稀土永磁材料（计算机硬盘驱动器，智能手机扬声器、拾音器和振动装置，机器人步进电机和伺服电机，飞行器惯性导航系统，飞机发动机控制器，高铁永磁牵引电机，新能源汽车电动机，风力发电机，核磁共振；卫星、雷达行波管、环行器，导弹制导电子束致聚焦和方向舵驱动），发光材料（航空显示磷光体等），储氢材料，催化裂化材料，玻璃添加剂，抛光材料，激光（测距，制导，通讯，医疗，工业，电子对抗），声呐，光纤，微电子（源、漏、栅极互连），电子封装，合金添加剂，核反应控制镧：催化剂（炼油），陶瓷，玻璃（相机镜头），冶金，电池（储氢），改性膨润土（抑制蓝绿藻类繁殖）铈：催化转化器，陶瓷，玻璃，冶金，抛光（半导体晶圆，平板显示器），固体氧化物燃料电池，荧光体（铈掺杂钇铝石榴石）镨：永磁体，电池，航空合金，陶瓷和着色剂，玻璃（护目镜），高温超导材料钕：永磁体，医疗，工业激光器，玻璃（环境色）钐：永磁体，核反应堆吸收剂，癌症治疗铕：磷光体（将紫外线转化为可见光），核反应控制棒，荧光生物探针，温室塑料钆：医学造影，磁制冷，铀燃料混合，紫外线吸收和能量转移，核反应控制，中子吸收、探测与防护等铽：铽镝铁磁体（致动器，声呐），光纤，激光器，固态电子器件，生物探针镝：永磁体，数据存储设备，激光器，医学造影钬：永磁体，核控制棒，激光器铒：掺铒光纤放大器，光子探测和光转换，激光器 142 矿产保护与利用2022 年续表 1品品 种种本文本文1美国美国2欧盟欧盟3日本日本4重重 要要 应应 用用 领领 域域铥：X射线源，各种金属合金，激光器镱：催化剂，闪烁计数器，便携式X光机，应力计，激光器，冶金，原子钟镥：医学成像闪烁体，正电子成像仪探头，癌症治疗，玻璃（光刻物镜）钪：钪铝合金（军用飞机），固体氧化物燃料电池，紫外线探测，核反应堆中子滤波，泛光灯钇：钇钡铜氧超导材料，氧化钇粉末（飞机发动机涡轮热障涂层、燃油喷嘴耐火涂层、集成电路刻蚀工艺腔保护涂层），激光器，白光源，冶金锂锂锂电池，航空铝锂合金，高温润滑，热交换，压水堆化学平衡，钍基熔盐反应堆冷却剂，氚生产，医药（情绪稳定类），玻璃与陶瓷，钢铁，炼铝铍铍惯性导航系统，中子反射材料，卫星通信，导弹制导，战斗机、坦克通信、瞄准和火控系统，雷达、手机发射器，电连接铍合金，微波器、真空管、磁控管、气体激光器，核燃料，氧化铍陶瓷，量子计算铌铌导弹制导，喷气涡轮机、核反应堆包壳等超合金，高强度钢材，铌电容器，超导合金，医用合金，铌酸锂光学材料，太阳能光解水制氢催化剂，储能材料钽钽机载设备（双筒望远镜、识别设备/红外、惯性导航、雷达）电容器，手机电容器，喷气发动机和其他推进系统超合金，芯片磁控溅射靶材，医用金属，钽酸锂铁电材料，光学玻璃，碳化钽，伽马射线激光器锶锶陶瓷铁氧体永磁铁，铝合金，仿钻，照明弹，跟踪弹，焰火，骨科医疗铷、铯铷、铯星载铷原子钟，铷燃气激光器，红外夜视设备，医疗，闪烁计数器，铷玻璃，射线探测，CCD感光元件，高温高压钻井，离子技术锆、铪锆、铪铀燃料包壳，耐火材料，高温陶瓷，耐蚀合金，喷气发动机热障涂层，雷达光电系统（氧化铪），燃烧弹，核反应控制镓镓集成电路（手机、相控阵雷达、人工智能），通信（射频放大器），激光二极管、发光二极管（LED），电力电子，红外成像，车载电子设备，导弹制导，砷化镓太阳能电池（天基和陆基），铜铟镓硒薄膜太阳能电池锗锗硅锗半导体，光纤，惯性和战斗导航机载电子设备，红外跟踪系统，双筒望远镜（包括夜视），制导系统，卫星太阳能电池、高亮度发光二极管基板，化疗铟铟（触屏、手机、电视）平板显示（铟锡氧化物），激光瞄准，传感器，惯性导航，相控阵雷达车载电子设备，红外成像系统识别设备，太阳能电池，焊料，特种合金，核反应控制，发光二极管和激光二极管铼铼喷气发动机涡轮叶片镍基高温合金，铂铼催化剂，空间核反应堆芯材料，其他合金碲碲合金剂，红外夜视设备，光盘存储，温度控制系统，太阳能电池，感光材料，量子存储铊铊合金，高温超导，红外及其他光电、光学材料，光纤，医药铬铬航空航天车辆舰船核电等铬镍不锈钢，喷气发动机超合金，特种钢材，电镀，宝石改色钒钒钒钢，喷气发动机超合金，飞机机身钛合金，舰船、装甲、飞机、陆基涡轮机和电动机等含钒合金，钒电池，传感器钛钛航空航天用超合金、钛合金，陆上车辆装甲，火炮，焊接防腐涂层，镍钛合金（医疗等），钛白粉，钛酸钡压电陶瓷、吸波材料镁镁镁合金（无人机、散热器等），铝合金（运输，包装），氧化镁陶瓷（耐火材料、电子封装、红外窗口），镁电池（探空雷达），军火，燃烧弹镍镍不锈钢，铬镍钢，镍基超合金（高温合金、耐磨合金、耐蚀合金），镍钛合金（形状记忆合金），因瓦（Invar）合金，三元锂电池，含镍酶第 5 期张生辉，等：中国关键矿产清单、应用与全球格局 143 4.3基于供应风险性选择世界各国对供应风险性的考量大同小异，都是将原材料、技术和行业结合在一起进行分析。宏观层面，供应链中断的原因可能包括自然灾害、劳资纠纷、贸易摩擦和贸易壁垒、资源保护主义、地区冲突等等。微观层面，供应风险性体现在生产高度地理集中、资源禀赋下降、日益严格的环境和绩效审查、越来越高的气候风险、勘查开发项目投资大周期长、矿产品价格大幅上涨等方面。续表 1品品 种种本文本文1美国美国2欧盟欧盟3日本日本4重重 要要 应应 用用 领领 域域钴钴锂电池，钐钴永磁体，铁钴软磁合金，涡轮导向叶片、喷嘴叶片钴基超合金，硬质合金及金刚石工具，维生素B12，颜料，钴基催化剂钨钨高强耐磨合金，航空超合金，镇流器、弹头、聚能装药、射管、焊接、电气、穿甲和坦克弹药钨合金，硬质合金，电致变色材料，电子封装，催化剂锡锡平板显示器（氧化铟锡），锡基轴承合金，焊料，电子封装，半导体激光器，锡罐锑锑阻燃材料、助燃材料，铅锑电池极板，锑基半导体激光器，红外夜视设备，金属硬化剂，陶瓷、玻璃添加剂，核反应堆中子源铋铋医药，化妆品，无铅焊料，易熔及其他合金，热电材料，磁悬浮材料，BGO闪烁晶体，有机合成催化剂，原子能研究锌锌镀锌钢，青铜和黄铜，锌基压铸合金，化学品钼钼钼合金（耐高温、耐辐射部件），硫化钼（工业润滑、催化、石油脱硫），柔性电子钡钡光学玻璃，陶瓷釉，其他产品铂族铂族催化剂，涡轮叶片热障涂层，珠宝，电子封装，传感器，硅酮，一氧化氮制造，工业坩埚，计算机硬盘，心脏起搏器铂：燃料电池催化转化器，催化剂钯：汽车尾气催化转化器，催化剂锇：电气触点，耐磨机器部件，催化剂铱：电化学过程阳极涂层，化学催化剂钌：催化剂，计算机中的电触点，片式电阻器铑：催化转化器，电子元件，催化剂金金本位货币，首饰，导电金球，传感器，纳米金催化剂，半导体封装高纯石英高纯石英导热硅脂，气凝胶，富铝合金，催化剂，芯片，光纤，太阳能电池，航天、红外、激光等窗口玻璃，信息显示玻璃，印刷电路板，飞机、卫星等防热部件金属硅金属硅富铝合金，化学应用天然石墨天然石墨（碳）芯片散热，锂电池和燃料电池，核电和航空密封，船舶防腐，电子屏蔽、隐身和吸波材料，防弹衣，军火，炼钢、铸造用耐火材料，高温润滑剂，合成金刚石，单晶硅炉，高温气冷堆，石墨烯柔性电子萤石萤石（氟）铀浓缩和提纯，半导体加工，炼钢、炼铝和其他冶金，锂电池，航空航天密封，红外窗口，炊具涂层，电气绝缘，制冷和空调，医药，农用化合物，防腐材料，压电材料，氟原子激光器硼硼半导体掺杂，核反应中子吸收，固体火箭推进剂，钕铁硼永磁，超高温部件材料，超导材料，硼玻璃，陶瓷，化肥，氢-硼聚变材料磷磷化工应用重晶石重晶石油气钻井液，橡胶塑料油漆纸张填料，化工砷砷微波通信（砷化镓半导体）硒硒感光、光电、红外，玻璃，颜料，冶金，农业和生物，医疗保健磷酸盐岩磷酸盐岩矿物肥料，食品添加剂焦煤焦煤金属冶炼氦气氦气核磁共振，高温气冷堆，半导体、光纤生产，受控大气，焊接，检漏，潜水，火箭燃料加压，激光器1 本文研究提出的37种关键矿产建议清单；2 美国2022年发布的关键矿产清单；3 欧盟委员会2020年发布的关键原材料清单；4 日本稀有金属清单 144 矿产保护与利用2022 年对中国而言，供应风险性也需要综合考虑各方面因素。具体到进出口百分比这一量值，则应考虑：（1）净进口比例大于 50%的矿产，或净进口比例虽小于 50%但未来应用需求会快速增长而国内勘查开发进展缓慢的矿产；（2）净出口比例较大、在国际上有一定控制力和话语权的矿产，或净出口比例不大但产量占比大有利于提升国际竞争力和话语权的矿产。经梳理各种参考文献，系统列出了中国关键矿产进出口百分比（表 2），作为反映这些矿产供应风险性的一个量值。表 2 中国关键矿产进出口百分比Table 2 The percentage of Chinese import and export of keyminerals进出口矿 产净进口90%锰、铌、锆、铪、铬、镍、钴、铂族、高纯石英、氦气净进口50%铁、铜、铝、锂、铍、钽、铼、金、硼净进口钾盐、钛、锡供需基本平衡锶、铷、铯、钒净出口稀土、锗、碲、锑、石墨、萤石净出口50%铟、镁、钨、铋净出口90%镓 尽管美、欧、日等在制订关键矿产/原材料清单时都将中国视为最主要的生产国和供应国，但分析表 2可以发现，中国净进口的矿产远多于净出口的矿产。37 种关键矿产中，中国净进口矿产 22 种，净进口超过50%的 19 种、其中进口超过 90%的 10 种，不仅大宗矿产，一些战略新兴矿产也严重依赖进口。净出口矿产 11 种，净出口超过 50%的 5 种、其中镓超过 90%。全部 11 种净出口矿产产量超过全球产量的 50%。总的来说，中国关键矿产净进口品种多、进口量大。近年美国挑起并不断升级的贸易摩擦使得全球资源供应链愈加脆弱，中国获取境外资源的风险加剧，关键矿产供应形势不容乐观。5关键矿产应用领域分述5.1大宗矿产5.1.1铁98%以上铁矿石用于钢铁冶炼。钢铁产品用途广泛，是建筑、汽车、机械等工业的核心构件。在当前中国钢铁实际消费中，一半以上用于建筑行业，其余主要用于机械行业、汽车行业、能源行业等。除了传统用途，出现了一些新的应用领域。“手撕钢”，即软态不锈钢精密箔材用于锂离子电池及电容器外装材料、电池集流体、薄膜太阳能电池、OLED 显示器及纸式电子显示产品等柔性产品基材，硬盘驱动器悬挂装置，清洁汽车气体排放物金属蜂窝式触媒吸收装置，通信卫星等的热发动机隔热屏（镀镍不锈钢），信号干扰屏蔽装置，发动机燃烧室叶片以及防护服。铁的应用也在向化工催化领域拓展，已用于合成氨气和醇类，未来或将有效替代当前的贵金属催化剂15。5.1.2锰因为锰太脆而不被单独作为金属使用，95%的锰进入合金中，主要是生产钢铁，其中约 1%用于生产“锰钢”。锰钢含有大约 13%的锰，非常坚固，用于铁轨、土方机械、保险柜、军队头盔、步枪管等。锰也用来与铝、铜等有色金属生产合金。锰的非冶金应用包括锌锰电池负极（主要是二氧化锰）、电子信息材料软磁体（锰锌铁氧体）、肥料和动物饲料中的微量营养素添加剂（硫酸锰和氧化锰）。二氧化锰用作橡胶添加剂、工业催化剂和着色剂，一氧化锰用作缺锰土壤的肥料，高锰酸钾用于去除废气和废水中的有机杂质；“锰紫罗兰”用于化妆品、艺术家使用的釉料、塑料和粉末涂料的着色2,16。5.1.3铜铜作为“电气之王”广泛应用于工业各领域。电力行业消费 40%的铜，电子与通信、日用品各消费15%。未来铜的需求在战略性新兴产业领域会持续旺盛。一台混合动力汽车含铜约 40 kg、一台纯电动汽车含铜约 80 kg，风电、光伏、充电桩、磁悬浮轨道等也都大量使用铜。未来电网建设需要大量的铜。用于集成电路和半导体分立器件的铜基引线框架材料、射频电缆、用于印刷电路板基板和锂离子电池负极载体的铜箔等是支撑半导体、通信、消费电子、电动汽车等产业的重要技术材料。5.1.4铝（铝土矿）铝用途广泛，从建筑到运输、电缆、包装材料和日用品。90%以上的铝土矿用于生产原铝，其余用作耐火、研磨材料等。在中国 124 个产业部门中，有114 个部门使用铝土矿资源产品。特别是作为“飞机金属”，铝是各种航空飞行器中用量最多、最广的金属。波音 767 飞机使用铝合金约占机体结构质量的81%。C919 大飞机铝合金材料的用量约占材料总量的 70%（其中，铝锂合金材料在机体结构用量达到8.8%）17。铝及铝合金也是车辆、舰船大量使用的结构和功能材料，美国“福特”号航母电磁炮发射轨道和炮弹都由铝合金制造。铝金属用于芯片焊盘铝基板、硅铝合金用于半导体封装壳体，铝-空气等燃料电池技术也在研发中。第 5 期张生辉，等：中国关键矿产清单、应用与全球格局 145 5.1.5钾盐世界上 95%的钾盐产品用作肥料，5%用于工业。工业用途包括生产洁净剂，以碳酸盐和硝酸盐形式用于玻璃和陶瓷工业，纺织和染色，制化学药品以及罐头、皮革、电器和冶金工业等。钾的氯酸盐、过磷酸盐和硝酸盐是制造焰火、炸药和火箭燃料的重要原料。钾的化合物还用于印刷、电池、电子管、照相等工业部门，此外也用于航空汽油及钢铁、铝合金的热处理。智能手机屏幕石英玻璃中添加钾元素以增加强度。5.2“三稀”金属矿产5.2.1稀土稀土永磁材料占稀土用量的 35%以上，典型应用包括计算机硬盘驱动器，智能手机扬声器、拾音器和振动装置，机器人步进电机和伺服电机，飞行器惯性导航系统，飞机发动机控制器，高铁永磁牵引电机，新能源汽车电动机，风力发电机，核磁共振等18；以及卫星、雷达等的行波管、环行器，导弹制导系统中的电子束致聚焦和方向舵驱动19。稀土永磁材料主要是钕铁硼磁体，使用元素钕、镨，含少量镝、铽等以提高高温性能和抗退磁性能。另一种钐钴磁体具有更好的耐热性，在飞机和军事领域高温环境使用。稀土作为添加剂为玻璃提供颜色和特殊的光学性能。镧和镥极大地提高光学玻璃折射率，镧在相机镜头使用，镥在浸入式光刻物镜使用。许多稀土单独或复合用于为平板显示器和发光二极管制造荧光粉。钆荧光粉用于 X 射线成像和各种医疗应用，如核磁共振成像（MRI）2。稀土荧光粉和掺镧玻璃成功应用于夜视系统，海湾战争中多国部队就是用这种夜视镜一次又一次地观测伊军目标，以小小代价换取大胜利19。催化剂是稀土的另一个重要用途。镧基催化剂用于炼油，铈基催化剂用于汽车尾气催化转化器；少量的钕、镨和钇被用作催化剂以减少汽车一氧化碳的排放2。1997 年第一批大规模生产的镍氢电池驱动汽车开始在日本的道路上行驶20，镍氢电池使用镧基合金作为阳极，每辆混合动力电动汽车中的镍氢电池镧使用量高达 1015 kg2。早期稀土在冶金中的应用是打火石 Fe-Ce 合金，美国军火中的稀土合金底火 70%来自中国。钢铁和铸铁工业一直是稀土应用最多的领域之一。有色金属及其合金中加入少量的单一或混合稀土金属后，可以提高耐热性、强度、抗蚀性和加工性能。镨、钕用作镁铸件的合金添加剂，这样的镁合金用于飞机发动机的生产21。添加混合稀土的铜基合金用于集成电路引线框架22，稀土金属硅化物广泛用于微电子器件中的源、漏、栅极与金属电极间的接触23，添加稀土元素的无铅焊料、基板用于集成电路封装24。大约 90%的激光材料都涉及到稀土。钇铝石榴石（YAG：Y3Al5O12）晶体是当今普及的一种在室温下可获得连续高功率输出的激光晶体，用于激光测距、激光制导、激光通信。钇铁石榴石是微波雷达控制高频信号的组分，在雷达遥控遥测、导航及电子对抗中有特殊用途19。钕掺杂钇铝石榴石激光器等设备常用于医学和工业部门。掺钕玻璃激光介质对高功率应用（包括激光聚变研究）非常重要。钬掺杂、铥掺杂钇