第1节

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——确定采用稀有金属的依据

铈（Ce）之所以被广泛应用于玻璃研磨工业，是因为它资源丰富、价格低廉。提出这一观点的是东北大学未来科学技术共同研究中心的副中心长小泽纯夫。但在过去5年中，上涨不到2倍的铈，在2010年的夏季约一个月内竟然上涨了4倍，并且在同年秋天出现了采购难的状况。

虽然这种情况是短暂的，但却导致了当时铈供应链的中断，给使用铈的制造业带来了重大危机。液晶板、HDD等都需要玻璃研磨处理。

2010年9～11月，某工厂因铈的进口停止无法采购研磨剂。该厂虽然采取了持续清理库存的方法予以应对，但如果连续1～2个月停止进口，势必会影响生产。

日本普遍认为，铈和钽（Ta）等轻稀土类是基本金属等其他矿物的副产品，取之不尽[金属研究局（总部位于东京）代表棚町裕次]。这种认知很危险，因为这两种稀土并没有太多库存，它们不像让磁铁具备高性能的钕（Nd）和镝（Dy），可以随时采购到。

所以，只要关紧稀土供应链这一“龙头”，工厂立刻就会陷入窘迫。立命馆大学理工学部工学科教授谷泰弘曾说：“日本有30%的铈需求得不到满足。如果轻视这个问题，将来很可能会栽跟头。”

不仅是铈，能让产品性价比最大化的其他材料也是如此。如果意识不到这类材料（尤其是稀有金属）有采购断档的风险，过度依赖，后果将非常严重。

虽然微量，但埋藏很深

日本对稀有金属的定义是：地球上存量稀少，由于技术和经济原因目前采掘还有一定困难，现在有工业生产上的需求，随着技术革新未来还会产生新需求的金属（图1-1）。也就是说，稀有金属是日本制造业不可或缺的重要资源。

2008年，日本稀有金属市场规模达到3兆日元左右（据海关统计）。金额背后，显示出了相当大的、使用稀有金属制造产品的市场规模。同样在2008年，电子材料的规模为9兆日元、电子设备为47兆日元、成套机器为141兆日元。在这种情况下，如果电动汽车（EV）和混合动力车（HEV）等节能车和太阳能电池、低燃料的高性能飞行机普及，稀有金属的关联产业会膨胀到以往的10倍。

①稀有金属：这是在日本的总称，国际上称为Critical raw Matrials或Critical Minerals。

②准确的定义是1984年日本通商产业省（现在的日本经济产业省）的矿业审议会稀有金属综合政策特别小委员会给出的。

也包括埋藏量多、采掘很困难的金属。由于不好采购，今后工业制造这方面，抢手的就是稀有金属。图中31种矿物质被称作稀有金属的同时，钪（Sc）、钇（Y）、镧系（15种）的稀土，也算作一种矿物质。

日本有很多好产品，为了提高附加价值更是经常采用稀有金属。例如，前面提到的钕和镝被用于对电机的小型化、轻量化起到不可估量作用的高性能的钕铁硼（Nd-Fe-B）系磁铁。

钕是构成合金的主要元素，镝是提高耐热性（维持高温时的磁性）的添加元素。具有良好性能的钕铁硼系磁铁不仅能用于混合动力车（HEV）和电动汽车（EV），还能广泛应用于家用空调室外机和手机电话的振动电机上。例如，每台混合动力车或电动汽车的电机要使用1～2公斤的钕铁硼系磁铁，其中钕约占其质量的20%，镝约占其质量的10%。粗略计算，生产一万台混合动力车或电动汽车，需要1～2吨的镝。

稀有金属依赖症

日本制造业中稀有金属占据非常重要的地位，这与日本产业结构的变化有关。在国际化大环境中，尤其是在批量生产型的产品组装方面，中国成了海外生产的主角，日本只能在附加价值高的领域深耕，其中最具代表性的是日本家庭工艺品的材料和零部件。日本资源能源厅资源燃料部矿物资源课课长助理桑山广司说：“20年前，稀有金属主要被用作钢铁的添加剂。而现在，在电动汽车、燃料电池、LED等低碳领域，稀有金属被视为高新技术产品的素材和零部件，得到了广泛使用。”日本组装工厂虽然逐步迁移到了海外，现地采购量也在逐步增加，但素材和零部件仍在持续依赖日本进口。

换句话说，要想在先进领域维持较高的竞争力，稀有金属不可或缺。虽然稀有金属与优越性能的关系尚不明确，但添加稀有金属后产品性能的确有所提高。稀有金属成了提高材料、零部件附加价值的“魔力之药”。

以前由于价格便宜、供给充足，日本成了稀有金属的消费大国。从年消费量和世界占有率看：钴（Co）为1.4万吨（486亿日元），占比25%；铟（In）为1146吨（413亿日元），占比86%；稀土（稀土类元素）为2万吨（286亿日元），占比24%；镍（Ni）为19.6万吨（2195亿日元），占比14%。其中，钴和铟的消费量位居世界第一，稀土和镍位居世界第二 。

稀有金属的用量如此之大，就算价格有变动，日本也一定会留有适当的存量。有个佐证，那就是依靠稀有金属所带来的风险管控能力，即替代技术的研发并没有取得多大进展。不光是前面介绍的研磨料铈，大学和公共实验室里也都只是进行了细致的替代技术开发。日本东北大学的小泽纯夫说：“达不到接近产业化的水平，这些技术就不会引起产业界的注意。”

就这样，在不知不觉中日本产业开始盲目使用稀有金属，形成了过度依赖稀有金属的体制。使用稀有金属本身不是件坏事，但不考虑稀有金属的风险，陷入不用稀有金属就无法生存的状态，就是大问题。在日本，这种现象就被称为“稀有金属依赖症”。

有钱也买不到

当务之急，是摆脱稀有金属依赖症。首先，稀有金属存在购买风险，有钱就能买到的时代已经结束了，必须具备对资源保有量的预见性。

2010年9月，日本稀土就曾遭遇过供给不足的危机，中国停止了对日本的出口。虽然2010年12月起中国又逐渐恢复了出口，但日本已经重新认识到了稀土供给几乎依赖中国的问题。

实际上，稀土在中国属于低成本生产，约占世界总量的97%，日本稀土需求量的90%都依赖从中国进口。而现在，中国对稀土的管控越来越严格。因此，单位质量价格越高的稀土越容易出口，而便宜的稀土反而不易出口，这种现象明显与库存量无关。基于以上原因，中国的出口价格加上出口关税的成本，出口稀土的价格已经达到了日本国内价格的5～6倍（金属研究所的棚町裕次）。

存在供给风险的不仅仅是稀土，还牵扯到了所有的稀有金属。矿石的三个主要出产国的产量占到了总量的80%，如：钒（V，南非28%，中国33%，俄罗斯27%）、铂金（Pt，南非77%，俄罗斯13%、加拿大4%）、钨（W，中国75%，俄罗斯6%，加拿大5%）等。在资源本身价值不断上涨的过程中，谁也不知道何时会停止供给，稀土也一样，不能忘记稀有金属在带来便利的同时也潜藏着供给风险。此外，还有价格的风险。稀有金属价格不仅由单纯的需求和供给决定，流通量的减少、产出国的集中、政治或投机炒作等因素都会导致价格上涨（图1-2），即便拥有储量丰富、价格便宜的稀有金属也不能高枕无忧。实际上，2010年9月以后，供求最紧迫的铈（Ce）的每公斤价格就从2010年8月的7美元飙升了5倍以上。

从以上供给风险和价格风险来看，今天得到的资源不一定明天也能得到。一旦稀有金属的供给中断，日本的主力产品就会有停产的危险。一方面，供给侧的多样化、海底矿山等的资源开发、回收再利用与储备等活动的推动十分有必要。另一方面，也不能过度依赖特定资源。这是没有资源储备的日本工业的最佳选择。

产业技术综合研究所的中村守指出：“下一代备受瞩目的轻量材料是镁（Mg）合金，其与铝（Al）合金相比，在强度、韧性和成型性等方面略显劣势。为了解决这个问题，很多人会选择添加某种稀土，因为这样一来，它的优势就会立刻显现出来。但综合考虑各种风险，这未必是最好的选择，最重要的还是重新考虑稀土的使用方法。”

了解机制

那么，具体该如何从稀有金属依赖症中摆脱出来呢？有两条路径（图1-3）。第一条路径是明确使用稀有金属的理由，即明确通过使用稀有金属令产品的性能和技能得到提升的机制。

减少使用量、开发替代技术，要明确使用稀有金属的必要性。此外，除了材料科学，还要考虑包括工具和周边部件在内的相应措施。

日本资源与环境记者谷口正次表示：“性质相似的稀土资源很多，但为什么要发挥这个机能，尚没有科学的阐明，现在多半是在不断试错中选择最适合的稀土资源。所以，我认为开发替代材料的可能性非常高。”

利用钨（W）开发超硬工具替代技术的精细陶瓷中心材料研究所所长松原秀彰阐述了稀有金属替代材料的重要性：“尽可能缩小使用稀有金属和未使用稀有金属的物质的差异，这一点非常重要。也就是说，要有其他的备选材料。”

虽然替代材料很重要，但还是要能从根本上提升产品的性能和制造技能，而非仅仅依赖稀有金属。

作为一个系统来考虑

第二条路径是通过阐明机制，进行替代稀有金属和削减技术的开发。重点是，不仅要了解素材，还要了解包括装置和部件在内的系统。

也就是说，在相同系统中不仅要考虑实现稀有金属和非稀有金属的置换，还要考虑其他相关联的单元。这样就不会只从素材角度看问题，而会注重其他解决方法，更容易取得显著成果。例如，在打磨玻璃基材时，在保留研磨剂的研磨垫上下点功夫，就能提高研磨性能；不用添加某种成分，只要改良加工方法，就能提高镁合金的强度和韧性。

有关替代技术的思考，日本是全世界最领先的。其在环境、安全等方面已经超越了各种规制。中村守表示：“欧美不理解替代技术，他们更愿意从经济角度，而不是从材料科学角度看待稀有金属。在过去的有害物质规章里，欧美认为性能下降不是问题，不主张使用这些物质。”

这种简单的“不用即可”的想法，会导致企业很难在全球竞争中取胜。所以，日本选择了不同的做法，即在不损失附加价值的同时开发替代技术，以提升日本制造的竞争力。当然，这个门槛绝对不低。例如，日本现在要把不添加镝的电机应用到产业中去，这个需求最大的竞争者是资源大国中国，因为中国很有可能会大量使用镝。这就是性能与价格的双重竞争。

日本从国家层面也展开了摆脱稀有金属依赖的行动。日本经济产业省在2010年度的补充预算案中匆忙列入了1000亿日元的《稀土等矿物资源的确保措施》（图1-4）。这项活动的开展，对制造工艺产生了巨大影响，因为采用替代技术需要投入大量资金。尽管如此，这对日本来说依旧是个英明的决断。2010年12月，日本已经开始了一部分公募资金，对于民间材料行业，国家的支持也仅限于此。稀有金属的问题涉及日本制造业的根基，产业政府、学术界应该团结起来共同应对。

稀有金属综合措施的总额为1000亿日元，用于减少稀有金属用量的技术开发和设备导入，目的是构筑因稀有金属供给不稳定而被左右的产业结构，也为防止企业、技术的海外流失。

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