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稀土大国”迈向“稀土强国”

2018年11月08日 00:00 来源:中国矿业报

稀土应用技术专利主要掌握在美、日企业手中,有些还被国外列为禁止出口技术。我国稀土产业一直在跟踪、模仿,或购买外国专利,更多的是“卖土为生”。只有强化自主研发,才可摆脱受制于人的局面。


记者调研了解到,稀土资源占全国83.7%、全球38.7%的内蒙古自治区包头市,近年来转变“挖土卖土”方式,科研取得系列突破,技术和原料就地转化率大幅提升,稀土产业进入爆发式发展的“前夜”。


近几年,我国稀土技术研发取得一些突破,但系统性研究、应用水平仍与国外有较大差距。专家建议,全面盘点资源家底,加强顶层设计,设立国家级研究机构,系统开展稀土基础和应用研究,摆脱被“卡脖子”现状,做精做强稀土产业,努力变稀土资源大国为稀土强国。


研发取得系列突破


被誉为“工业维生素”的稀土17种元素,物理、化学性能极其丰富,添加到传统材料中,会使其性能呈几何级幅度提升,是影响世界未来经济、国防等重要领域发展的战略元素。


2014年以来,内蒙古自治区和包头市认真贯彻落实习近平总书记考察内蒙古时的讲话精神,出台系列加快稀土产业发展的政策,设立产业转型升级基金,搭建创新平台,引进人才,推进稀土应用技术研发与转化。建成内蒙古稀土功能材料创新中心、中科院包头稀土研发中心、上海交大包头材料研究院等10多家稀土应用研究机构,成立了稀土资源综合利用、稀土永磁材料、稀土硫化物及稀土光源3家院士工作站,稀土研发人员增至400多人,占全国的1/3以上。


包头稀土高新技术产业开发区(简称“包头稀土高新区”)稀土产业局局长安四虎介绍称,几年来各科研团队与企业集中力量攻关,突破一批关键技术:中科院包头稀土研发中心,开发出亚微米尺寸夹杂物的稀土钢制备技术,突破了稀土在钢中进行规模化工业应用的技术瓶颈;开发出国内领先水平的高纯稀土金属制备技术;开发出纳米超光滑铈基抛光液可控制备技术,达到国际领先水平;研发出稀土硫化物着色剂,为我国高丰度轻稀土镧、铈大规模应用提供了新途径。


包头市稀宝博为医疗系统有限公司研制出世界首创、具有自主知识产权的驰影a30磁共振诊疗车;包头市拓又达新能源科技有限公司研发出全球首款“halbach阵列的盘式无铁心稀土永磁风力发电机”技术。


包头稀土研究院的“含镧、铈稀土pvc热稳定剂”“高稳定性能烧结钕铁硼辐射(多极)磁环产业化开发”等项目,分别获得中国稀土科学技术奖一、二等奖。


“这些技术填补了我国相关领域技术的空白。”安四虎说,目前该区有稀土企业研发平台31家,其中白云鄂博稀土资源研究与综合利用实验室被评为国家重点实验室。


技术转化风生水起


记者在中科院包头稀土研发中心看到,五颜六色“景德镇”瓷盏熠熠生辉,通过透明的釉层可看到漂亮的瓷胎。“稀土太神奇了,想做什么颜色,就成什么颜色;稍微调整一下烧制温度,色彩就会千变万化。”中科院包头稀土研发中心主任池建义说着,将容器里的红色稀土硫化物色浆给一瓶矿泉水里倒入一滴,不用摇晃,色彩迅速散开,“非常均匀、稳定,实验室里的那瓶放置了一年多都没有沉淀。”


这是中科院长春应化所在攻克了温和条件下稀土氧化物脱氧加硫关键科学问题基础上,与中科院包头稀土研发中心合作,于2016年建成的世界首条10吨级稀土硫化物着色剂连续化隧道窑中试生产线的产品之一。这种着色剂无毒无害、久不褪色,技术居世界领先水平,已被列入《国家鼓励发展的有毒有害原料产品替代品名录》,标志着我国在稀土高附加值下游应用领域实现了重大突破。


目前,全球稀土硫化物着色剂年需求量为20万吨,产值约600亿元,但受制备工艺技术制约,市场实际供应量仅有200吨左右,这条生产线预计产值将超百亿元。不仅如此,科研团队还成功研制出稀土口红、稀土印泥、稀土色母粒等绿色环保产品,正在推向产业化。


记者看到,包头市英思特稀磁新材料股份有限公司生产车间一派繁忙,工人们在赶制“磁组件”订单产品。公司业务部经理陈红玉介绍,新研发的磁组件吸附能力是单磁铁的几倍到几十倍,在市场上分外抢手。


包头市江馨微电机科技有限公司内,一条生产线正在试产vcm音圈马达,该产品核心科技是使用稀土钕铁硼永磁材料,制作体积更小、性能更优、附加值更高的肉眼看不清的微型电机,广泛用于手机、平板电脑和移动支付刷卡机镜头。


包头稀土研究院中试基地副主任曹鸿章介绍说,他们的新产品“pvc发泡板材专用热稳定剂”即将实现量产,该产品通过稀土镧、铈元素,解决了老产品含铅问题,且力学性能提高近20%,主要用于家装材料、广告板材、新能源汽车内饰等领域。


几年来,包头实施了近百个稀土产业转型升级项目,在航天航空、磁制冷、永磁电机、储氢电池、节能环保等领域,形成一批自主知识产权的稀土应用产品;围绕稀土新材料、新能源、机器人等领域,组建产业化公司13家,转化科技成果33项,使得稀土原材料就地转化率由3年前的40%提高到目前的85%、稀土功能材料占比由3年前的20%提高到51.2%。


产业进入爆发“前夜”


“包头稀土产业正处在爆发式发展的‘前夜’。”池建义说,这里的稀土功能材料产业集群正在形成。


包头市副市长王秀莲介绍,全市稀土企业已增加到134家,其中新材料、终端运用企业85家,形成开采、冶炼、研发、深加工、应用的完整产业体系,去年全市稀土产业实现产值138亿元,同比增长37%,初步形成稀土永磁、抛光、储氢、合金、催化五条产业链。


不久前,包头市出台《关于支持稀土新材料产业园区发展十条政策》,鼓励稀土高科技企业入驻去年挂牌的“内蒙古稀土新材料产业园区”,加速科技成果转化。该园区的核心区规划面积80平方公里,已引进36个重点项目,总投资560亿元。园区紧盯稀土应用领域的世界首台、国内首创等前沿技术,打造国内重要的煤化工及高分子新材料产业基地、国内最大的400系铁素体不锈钢产业基地、全国最大的高纯稀土金属加工及应用产业基地、全国重要的负极材料产业基地。园区主任刘永明介绍称,计划到2020年园区产值突破500亿元,到2025年“四大基地”全面建成,跨入千亿级园区行列。


包头市委书记张院忠、市长赵江涛表示,当地正在努力把稀土产业做大做强,推进新旧动能转化,特别是要发展高强度、耐腐蚀的“稀土钢”,依托稀土永磁产业打造“中国磁谷”,促使这个国家老工业基地高质量发展。


“稀土轴承钢冶炼技术,也取得重大突破。”池建义说,我国每年需要400万吨轴承钢,绝大部分依赖进口,我国科学家已发现国外的高端钢里含有稀土元素,中科院李依依院士正在申报专项,准备到包头启动研发工作,一旦成功,包头将成为特种钢母材基地,还可支持包钢脱胎换骨升级发展。


不少专家认为,当前我国部分稀土功能材料生产技术已经领先世界,特别是稀土永磁材料用于动车、高铁、地铁、无轨电车、船用大型电机、机器人小电机等领域,前景非常乐观。


战略元素须高度重视


“稀土是新材料之母。”钢铁研究总院副总工程师、中国工程院院士李卫说,稀土元素具有优异的光、电、磁等理化特性,能显著改善钢、铝等传统材料的性能,用以生产性能各异、品种繁多的新材料,可广泛应用于军工和电子信息、光学、核工业、航空航天、新能源、高端装备制造等高新技术产业发展。


“一台机器人的面部表情,需要几十个微型稀土永磁伺服电机来完成。”李卫院士说,很多领域都离不开稀土功能材料,美国的“爱国者导弹”之所以把目标看得很清楚,得益于雷达上稀土功能材料的应用;“猛禽”战斗机实现超音速巡航能力,所用的发动机就大量应用了稀土材料。


“稀土是影响未来发展的战略元素。”中国科学院包头稀土研发中心主任池建义说,稀土是传统产业转型升级、新兴产业发展的重要支撑。


专家们认为,目前我国稀土科研力量和产业布局分散,整体科研水平与发达国家大约有20年的差距,对我国高质量发展的支撑力不足,与战略元素的地位不相称,需进一步加强重视。


研究需有更大突破


欧美国家200年前就开始研究稀土,我国的相关研究仅有几十年的历史。


拥有300多名科研人员的包头稀土研究院,是国内最大的稀土科研机构。院长杨占峰说,近些年我国稀土研究水平明显提高,但与国外相比,基础和应用研究差距仍较大,许多方面我们只知其然,不知其所以然。


“虽然论文数量不输别人,可一到具体应用,往往已被日本、美国、欧洲人的专利覆盖了。”杨占峰说,“人家论文出来后,顺藤摸瓜往下走,我们论文出来就‘句号’,所以应用差、技术少。”


“从基础研究、应用研究到开发出产品,需要一个较长的过程。”池建义说,比如他们最新研发出的稀土硫化物着色剂,在不同烧制温度下色彩变化无穷,这种颜料还可用做军用隐身等材料,“然而我们知道结果,却不知机理,要得到数据与配方,至少还得5年时间”,需科学家立项跟进研发。


李卫院士说:“基础研究不足,一些核心技术没有出现在我国。”例如,我国供应着全世界90%的稀土,生产着占全球70%的稀土磁性材料,但专利大多在日本和美国企业手中,出口产品还得向人家付专利费。


专家表示,稀土元素在第四级电子层的能级理论计算,有近20万个能级跃迁,目前人类对稀土的认识程度微乎其微,探究空间巨大;作为稀土资源大国,我国需对稀土进行系统性基础研究和应用技术研发,力求在新材料“牵牛鼻子”方面有重大突破。


亟须解决三大问题


去年我国稀土全行业实现主营业务收入840亿元、同比增长12.4%,利润74.7亿元、同比增长38.3%,初步扭转了出口“量增价跌”态势。


专家认为,作为新兴产业关键支撑材料之一的稀土,产业贡献率今后当以几何级增长,前提是要把稀土产业上升到国家战略层面进行顶层设计、做精做强。眼下,迫切需要解决以下三大问题——


一是加强基础和应用研究,推进技术转化。


二是加强顶层规划设计,推进重点、关键领域突破。


三是盘点资源,摸清家底。


稀土应用技术专利主要掌握在美、日企业手中,有些还被国外列为禁止出口技术。我国稀土产业一直在跟踪、模仿,或购买外国专利,更多的是“卖土为生”。只有强化自主研发,才可摆脱受制于人的局面。


专家分析说,自从2000年左右许多研究院所改制下放到企业后,因企业讲究的是经济效益,投入大的基础研究和应用研究很少去做。例如,原隶属于冶金部的包头稀土研究院,逐步变为包钢集团的“孙”公司,行政级别由局级变为科级,研究方向由企业根据市场来确定,导致这个曾经响当当的稀土科研单位多年业绩平平。而中科院和高校的理论成果大多与产业联系不紧密,使得我国稀土研究出现不连贯、断档,甚至空白点。


我国稀土应用一定要走高端化,把产业做精做强,高效率转化资源,不断提高附加值;对白云鄂博铁矿的稀土资源进行重新勘探,得出最新科学数据和相关资料,同时对包钢尾矿库和排土场中所含的上千万吨的稀土进行提取,高效综合利用。

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