本文來自微信公眾號(hào)：地球知識(shí)局 （ID：diqiuzhishiju）
7 月 3 日，中國商務(wù)部和海關(guān)總署聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于對(duì)鎵、鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制的公告》，公告顯示，自 8 月 1 日起，對(duì)包含金屬鎵、金屬鍺等 14 項(xiàng)相關(guān)物項(xiàng)進(jìn)行出口管制，未經(jīng)許可，不得出口！
對(duì)鎵、鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制
目的是維護(hù)國家安全和利益
(圖：商務(wù)部網(wǎng)站截圖)▼
出口管制頒布后，短短 5 天內(nèi)國際鎵價(jià)猛漲 27%，資本市場上稀有金屬、稀土等板塊也跟著大漲。
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以前我們講過很多種中國短缺的資源，但中國有優(yōu)勢的資源也有很多，而且在全世界都是“統(tǒng)治級(jí)”的，鎵和鍺就是其中兩種。今天就來講講，我們的鎵、鍺有多厲害，同時(shí)又有哪些短板。
中國不缺鎵和鍺
鎵和鍺都屬于地球上的“稀散金屬”，顧名思義，就是不光稀有，而且極其分散，極少有獨(dú)立礦床。
判斷稀有與否的標(biāo)準(zhǔn)是“豐度”，也就是元素在地殼中的平均含量，比如每噸地殼物質(zhì)中，只有 15 克的鎵，也就是 0.0015％，鍺的豐度只有鎵的十分之一，每噸地殼物質(zhì)里只有 1.5 克鍺，也就是 0.00015％，與之相比，鐵的豐度是 5.6%，鋁是 8.2%，完全不可比。
鋁是地殼中豐度最大的金屬元素
這兩種金屬雖然少，但是用途很廣。
鎵的熔點(diǎn)只有 29.78℃，是少有的在室溫也能保持液態(tài)的金屬。衛(wèi)星通訊、半導(dǎo)體、太陽能和人工智能等前緣科技的研發(fā)和生產(chǎn)都離不開鎵。80~85% 的金屬鎵都消耗在半導(dǎo)體行業(yè)，所以先進(jìn)工業(yè)國對(duì)鎵格外重視。
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金屬鎵無毒，放在手里就能融化，挺好玩的
美國早已將鎵列為 35 種關(guān)鍵礦產(chǎn)目錄，歐盟也將其列入 61 種關(guān)鍵原材料目錄。2011 年，我國也將鎵列入了戰(zhàn)略儲(chǔ)量金屬。
99.999% 鎵晶體（圖：wiki）▼
鍺的用途也很多，基于良好的半導(dǎo)體和光電特性，半導(dǎo)體、光纖通訊、紅外光學(xué)、太陽能電池、化學(xué)催化劑、生物醫(yī)學(xué)都需要鍺，特別是在紅外感光領(lǐng)域，有極高的不可替代性，這當(dāng)然就涉及到軍事領(lǐng)域了。所以美、日、澳、加、歐盟都把鍺列入了關(guān)鍵礦產(chǎn)目錄，嚴(yán)格管控。
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摻鍺光纖具備容量大、光損小、色散低、
傳輸距離長、不受環(huán)境干擾等優(yōu)勢
作為光通訊網(wǎng)絡(luò)的主體
是目前唯一可以工程化應(yīng)用的光纖
要找到鎵和鍺的礦床并不容易，它們極少單獨(dú)成礦，而是以分散狀態(tài)藏在各種多金屬礦床的伴生組分里。
由于鎵可以代替與自身大小和電荷相似的元素，這樣就可以滲透進(jìn)別的礦床里。例如代替鋁存在于鋁礬土中，形成“鋁土礦型伴生鎵礦床”；代替鋅少量存在于閃鋅礦中，形成“鉛鋅礦型伴生鎵礦床”。此外，鎵還可以伴生于煤層中，形成“煤型伴生鎵礦床”。
這些礦床中，可找到伴生鎵
基于相同的原理。鍺也主要分布在“煤型”含鍺礦床和“鉛鋅型”含鍺礦床。
所以工業(yè)用的鎵和鍺主要來自這些礦床的副產(chǎn)品。
就礦床種類而言，鋁土礦是鎵的主要來源，目前全球 90% 的鎵作為煉鋁工業(yè)的副產(chǎn)物而產(chǎn)出。不同地區(qū)、不同類型的鋁土礦中伴生鎵的含量不同，且差別較大。每噸原礦石中一般含鎵 50~250 克。像我國貴州鋁土礦，一般每噸含鎵 122~127 克。
紅紅的鋁土礦，產(chǎn)鋁還副產(chǎn)鎵
此外，鎵也可以從閃鋅礦濕法煉鋅時(shí)的粗鋅蒸餾殘?jiān)刑崛?。煤礦中的鎵含量普遍不高，一般每噸 10-30 克，但我國內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田的鎵含量高達(dá)每噸 30-70 克，是近年新發(fā)現(xiàn)的超大型富鎵礦床。
位于鄂爾多斯市的準(zhǔn)格爾煤田
擁有亞洲最大的露天煤礦
（圖：Google maps）▼
雖然這些比例看似都很低，但鋁土礦和煤礦的基礎(chǔ)量都非常大，能順便提煉出來的鎵自然也很多。
中國同時(shí)也是鍺資源大國，“鉛鋅型”含鍺礦床主要分布在川滇黔低溫成礦域?！懊盒汀焙N礦床主要分布在內(nèi)蒙古和云南，包括內(nèi)蒙古伊敏五牧場、內(nèi)蒙古勝利烏蘭圖嘎和云南臨滄等地。
“鉛鋅型”屬于碳酸鹽巖容礦型鍺礦
產(chǎn)自煤層中的鍺是中國最主要的鍺資源類型 ▼
目前，全球可統(tǒng)計(jì)的鎵儲(chǔ)量大約 27 萬噸，中國就占了近七成，約 19 萬噸，居世界之首，其余的鎵主要分布在非洲、美國、南美洲和歐洲等地。
中國的鎵資源量獨(dú)占鰲頭 ▼
和鎵相比，鍺的全球儲(chǔ)量要少得多，大約 8600 噸，美國 3870 噸，占 45%，中國次之，3500 噸，占 41%; 俄羅斯 860 噸，占 10%，三家基本上約等于全球探明儲(chǔ)量了。
橫屏-世界鎵、鍺資源分布
中國的鎵、鍺處于絕對(duì)領(lǐng)先地位 ▼
產(chǎn)業(yè)鏈困局
中國雖然鎵的儲(chǔ)量豐富，但儲(chǔ)量≠產(chǎn)量，中間需要一整套由粗到精的產(chǎn)業(yè)鏈，而且鎵的全產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)資本和技術(shù)的要求很高，分三個(gè)環(huán)節(jié)：
首先是原材料和初級(jí)加工，需要有含鎵的閃鋅礦、氧化鋁土礦、廢渣煙塵和煤層作為原材料，再用拜耳法將這些原材料加工為粗鎵。
接著是深度加工，分兩個(gè)部分，一個(gè)是用電解精煉等工藝，將粗鎵制備成高純度鎵；另一個(gè)是用堿液中電解法、液態(tài)密封法、溶膠凝膠法等工藝，將粗鎵或高純度鎵制備成砷化鎵、氮化鎵、氧化鎵等化合物。
最后是應(yīng)用產(chǎn)品，將含鎵化合物生產(chǎn)為銅銦鎵硒薄膜、激光二極管、射頻電子設(shè)備、催化劑等元件應(yīng)用產(chǎn)品。
鎵產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽?▼
這三個(gè)環(huán)節(jié)里，中國占絕對(duì)優(yōu)勢的只有初級(jí)加工的粗鎵產(chǎn)品。2019 年全球粗鎵產(chǎn)量 324 噸。其中中國 310 噸，占 95.68%，處于絕對(duì)優(yōu)勢地位。但是高端鎵產(chǎn)品的自主產(chǎn)能很低，高度依賴從美、日進(jìn)口。
我國在粗鎵產(chǎn)量上占絕對(duì)領(lǐng)先地位 ▼
全球粗鎵生產(chǎn)廠家有 30 多家，主要是大型鋁廠和有色金屬冶煉廠，主要在中國、俄羅斯、烏克蘭、德國。但是高純度鎵和再生鎵生產(chǎn)國主要是日本和美國，并將其用于本國的集成電路、半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)。
全球主要的鎵生產(chǎn)企業(yè) ▼
鎵消費(fèi)結(jié)構(gòu)分布圖 ▼
這就形成了一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)，中國生產(chǎn)粗鎵，美日生產(chǎn)高純度鎵以及半導(dǎo)體產(chǎn)品，同時(shí)美日還用半導(dǎo)體卡中國的脖子。中國要發(fā)展自己的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，光有粗鎵還不夠，還要從美日進(jìn)口高純度鎵。
2017-2022 中國鎵進(jìn)出口量 ▼
而且從 2011 年開始中國的粗鎵產(chǎn)量大幅提升，導(dǎo)致粗鎵供大于求，價(jià)格也跟著暴跌。隨著中國供給側(cè)改革和全球鎵消費(fèi)量的提升，2015 年之后，鎵的供需格局才持續(xù)收緊，賣了太久的白菜價(jià)，價(jià)格終于又升上來了。
中國 4N 鎵價(jià)格走勢 ▼
可以說，我們雖然控制著粗鎵的產(chǎn)能，但也被困在低端環(huán)節(jié)，不光利潤少，而且高端貨還是依賴進(jìn)口。
2005-2019 年全球鎵產(chǎn)量與供求平衡 ▼
和鎵的情況類似，鍺的產(chǎn)業(yè)鏈也分為上游（原材料、初級(jí)產(chǎn)業(yè)）、中游（深加工、元部件產(chǎn)業(yè)）、下游（紅外和光纖等終端產(chǎn)品）三個(gè)部分。
鍺產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽?▼
其中上游原材料和初級(jí)加工的技術(shù)難度最低，但環(huán)保壓力大，我國的優(yōu)勢也主要在這方面。2019 年，中國的產(chǎn)量就占了全球的 65.4%。
全球鍺產(chǎn)量及中國占比 ▼
由于鍺在軍工和民用方面都有重要作用，光纖、紅外光學(xué)、太陽能電池都離不開鍺，鍺的消費(fèi)量也往往對(duì)應(yīng)著國家軍事實(shí)力和經(jīng)濟(jì)水平。目前，中、美、日三國就消費(fèi)了全球 80% 以上的鍺。
2015 年以來全球鍺產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化
紅外、光纖和太陽能電池占比穩(wěn)定增長 ▼
雖然中國同時(shí)也是鍺的最大出口國，但是遇到的問題和鎵類似，我們主要還是向西方發(fā)達(dá)國家出口初級(jí)鍺產(chǎn)品。由于我國在紅外和光纖領(lǐng)域使用的高端鍺產(chǎn)品的制作技術(shù)還不成熟，高端鍺產(chǎn)品如“鍺單晶”和光纖用“四氯化鍺”基本都依賴進(jìn)口。
出口初級(jí)鍺產(chǎn)品，進(jìn)口高端鍺產(chǎn)品 ▼
如今隨著我國在紅外、光纖、太陽能等領(lǐng)域快速發(fā)展，鍺的需求量也不斷增加，對(duì)于高端鍺產(chǎn)品的技術(shù)攻關(guān)也勢在必行。
保護(hù)戰(zhàn)略資源，勢在必行
近年來，在關(guān)鍵金屬下游的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，西方國家對(duì)中國的打壓愈演愈烈。
今年 5 月底，日本宣布對(duì) 23 種半導(dǎo)體設(shè)備和材料進(jìn)行出口限制，7 月 23 日起正式實(shí)行。6 月 30 日，全球最大的光刻機(jī)生產(chǎn)國荷蘭宣布進(jìn)一步收緊光刻機(jī)出口政策，高端 DUV 光刻機(jī)從 9 月 1 日起將限制向中國出口。
光刻機(jī)是制造芯片的核心設(shè)備
事實(shí)上，很多稀有的關(guān)鍵金屬都是由中國向外供應(yīng)，而且?guī)缀鯖]有替代元素，憑什么中國要供應(yīng)給西方國家，讓他們制成芯片反過來卡中國的脖子？
我國是鎵和鍺的資源大國、生產(chǎn)大國和出口大國。多年來已經(jīng)為全球產(chǎn)業(yè)鏈做出了很大貢獻(xiàn)。在產(chǎn)業(yè)升級(jí)的背景下，加強(qiáng)戰(zhàn)略資源的開發(fā)與管制非常合情合理，西方國家自己也是這么干的。
去年年底 ChatGPT 橫空出世
美國提前幾個(gè)月限制向中國出口先進(jìn)芯片
（圖：Reuters）▼
比如美國的鍺儲(chǔ)量全球第一，卻將其作為戰(zhàn)略資源保護(hù)起來，限制開采，需求都從中國等國家進(jìn)口。雖然我國儲(chǔ)量第二，卻供應(yīng)著全球 70% 的消費(fèi)量，鍺資源已經(jīng)過度開采。我們要發(fā)展自己的高端制造和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，未來鍺的消費(fèi)量也將十分巨大。
因此，合理開采稀有金屬并限制出口，不僅能減少資源濫用，更能讓中國的產(chǎn)業(yè)獲得更充分、品質(zhì)更高的戰(zhàn)略資源，進(jìn)一步提升國際競爭力。
參考資料：
1 商務(wù)部 海關(guān)總署公告 2023 年第 23 號(hào) 關(guān)于對(duì)鎵、鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制的公告 (mofcom.gov.cn)
2 外交部：對(duì)鎵鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制是國際通行做法，歐盟成員國也對(duì)部分物項(xiàng)實(shí)施出口管制 | 環(huán)球網(wǎng)_新浪財(cái)經(jīng)_新浪網(wǎng) (sina.com.cn)
4 中國鎵鍺鉈鎘資源 溫漢捷等，2020，科學(xué)通報(bào)
5 稀散金屬超常富集的主要科學(xué)問題，溫漢捷等，2019，巖石學(xué)報(bào)
6 分散元素地球化學(xué)及成礦機(jī)制 涂光熾等
7 張麗曼，張會(huì)，梁倩，王小強(qiáng)，余文麗，顏蕙園.2022.鎵礦資源的分布、發(fā)展概況及中國發(fā)展鎵產(chǎn)業(yè)的思考 [J] 礦產(chǎn)勘查，13 (8):1235－1240
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15 Gallium Statistics and Information | U.S. Geological Survey (usgs.gov)
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