“稀土大國”邁向“稀土強國”

  • 2018-10-23 09:28
  • 來源: 經濟參考報

    《經濟參考報》記者調研了解到,稀土資源佔全國83.7%、全球38.7%的內蒙古自治區包頭市,近年來轉變“挖土賣土”方式,科研取得係列突破,技術和原料就地轉化率大幅提升,稀土産業進入爆發式發展的“前夜”。

    近幾年,我國稀土技術研發取得一些突破,但係統性研究、應用水平仍與國外有較大差距。專家建議,全面盤點資源家底,加強頂層設計,設立國家級研究機構,係統開展稀土基礎和應用研究,擺脫被“卡脖子”現狀,做精做強稀土産業,努力變稀土資源大國為稀土強國。

    研發取得係列突破

    被譽為“工業維生素”的稀土17種元素,物理、化學性能極其豐富,添加到傳統材料中,會使其性能呈幾何級幅度提升,是影響世界未來經濟、國防等重要領域發展的戰略元素。

    2014年以來,內蒙古自治區和包頭市出臺係列加快稀土産業發展的政策,設立産業轉型升級基金,搭建創新平臺,引進人才,推進稀土應用技術研發與轉化。建成內蒙古稀土功能材料創新中心、中科院包頭稀土研發中心、上海交大包頭材料研究院等10多家稀土應用研究機構,成立了稀土資源綜合利用、稀土永磁材料、稀土硫化物及稀土光源3家院士工作站,稀土研發人員增至400多人,佔全國的三分之一以上。

    包頭稀土高新技術産業開發區(簡稱“包頭稀土高新區”)稀土産業局局長安四虎介紹,幾年來各科研團隊與企業集中力量攻關,突破一批關鍵技術:

    中科院包頭稀土研發中心,開發出亞微米尺寸夾雜物的稀土鋼制備技術,突破了稀土在鋼中進行規模化工業應用的技術瓶頸;開發出國內領先水平的高純稀土金屬制備技術;開發出納米超光滑鈰基拋光液可控制備技術,達到國際領先水平;研發出稀土硫化物著色劑,為我國高豐度輕稀土鑭、鈰大規模應用提供了新途徑。

    包頭市稀寶博為醫療係統有限公司,研制出世界首創、具有自主知識産權的馳影A30磁共振診療車;包頭市拓又達新能源科技有限公司,研發出全球首款“Halbach陣列的盤式無鐵心稀土永磁風力發電機”技術。

    包頭稀土研究院的“含鑭、鈰稀土PVC熱穩定劑”“高穩定性能燒結釹鐵硼輻射(多極)磁環産業化開發”等項目,分別獲得中國稀土科學技術獎一、二等獎。

    “這些技術填補了我國相關領域技術的空白。”安四虎説,目前該區有稀土企業研發平臺31家,其中白雲鄂博稀土資源研究與綜合利用實驗室被評為國家重點實驗室。

    技術轉化風生水起

    記者在中科院包頭稀土研發中心看到,五顏六色“景德鎮”瓷盞熠熠生輝,通過透明的釉層可看到漂亮的瓷胎。“稀土太神奇了,想做什麼顏色,就成什麼顏色;稍微調整一下燒制溫度,色彩就會千變萬化。”中科院包頭稀土研發中心主任池建義説著,將容器裏的紅色稀土硫化物色漿給一瓶礦泉水裏倒入一滴,不用搖晃,色彩迅速散開,“非常均勻、穩定,實驗室裏的那瓶放置了一年多都沒有沉淀。”

    這是中科院長春應化所在攻克了溫和條件下稀土氧化物脫氧加硫關鍵科學問題基礎上,與中科院包頭稀土研發中心合作,于2016年建成的世界首條10噸級稀土硫化物著色劑連續化隧道窯中試生産線的産品之一。這種著色劑無毒無害、久不褪色,技術居世界領先水平,已被科技部、工信部、環保部列入《國家鼓勵發展的有毒有害原料産品替代品名錄》,標志著我國在稀土高附加值下遊應用領域實現了重大突破。

    目前,全球稀土硫化物著色劑年需求量為20萬噸,産值約600億元,但受制備工藝技術制約,市場實際供應量僅有200噸左右,這條生産線預計産值將超百億元。不僅如此,科研團隊還成功研制出稀土口紅、稀土印泥、稀土色母粒等綠色環保應用産品,正在推向産業化。

    記者看到,包頭市英思特稀磁新材料股份有限公司生産車間一派繁忙,工人們在趕制“磁組件”訂單産品。公司業務部經理陳紅玉介紹,新研發的磁組件吸附能力是單磁鐵的幾倍到幾十倍,在市場上分外搶手。

    包頭市江馨微電機科技有限公司內,一條生産線正在試産VCM音圈馬達,該産品核心科技是使用稀土釹鐵硼永磁材料,制作體積更小、性能更優、附加值更高的肉眼看不清的微型電機,廣泛用于手機、平板電腦和移動支付刷卡機鏡頭。

    包頭稀土研究院中試基地副主任曹鴻章介紹,他們的新産品“PVC發泡板材專用熱穩定劑”即將實現量産,該産品通過稀土鑭、鈰元素,解決了老産品含鉛問題,且力學性能提高近20%,主要用于家裝材料、廣告板材、新能源汽車內飾等領域。

    幾年來,包頭實施了近百個稀土産業轉型升級項目,在航天航空、磁制冷、永磁電機、儲氫電池、節能環保等領域,形成一批自主知識産權的稀土應用産品;圍繞稀土新材料、新能源、機器人等領域,組建産業化公司13家,轉化科技成果33項,使得稀土原材料就地轉化率由3年前的40%提高到目前的85%、稀土功能材料佔比由3年前的20%提高到51.2%。

    産業進入爆發“前夜”

    “包頭稀土産業正處在爆發式發展的‘前夜’。”池建義説,這裏的稀土功能材料産業集群正在形成。

    包頭市副市長王秀蓮介紹,全市稀土企業已增加到134家,其中新材料、終端運用企業85家,形成開採、冶煉、研發、深加工、應用的完整産業體係,去年全市稀土産業實現産值138億元,同比增長37%,初步形成稀土永磁、拋光、儲氫、合金、催化五條産業鏈。

    不久前,包頭市出臺《關于支持稀土新材料産業園區發展十條政策》,鼓勵稀土高科技企業入駐去年挂牌的“內蒙古稀土新材料産業園區”,加速科技成果轉化。該園區的核心區規劃面積80平方公裏,已引進36個重點項目,總投資560億元。園區緊盯稀土應用領域的世界首臺、國內首創等前沿技術,打造國內重要的煤化工及高分子新材料産業基地、國內最大的400係鐵素體不銹鋼産業基地、全國最大的高純稀土金屬加工及應用産業基地、全國重要的負極材料産業基地。園區主任劉永明介紹,計劃到2020年園區産值突破500億元,到2025年“四大基地”全面建成,跨入千億級園區行列。

    包頭市委書記張院忠、市長趙江濤表示,當地正在努力把稀土産業做大做強,推進新舊動能轉化,特別是要發展高強度、耐腐蝕的“稀土鋼”,依托稀土永磁産業打造“中國磁谷”,促使這個國家老工業基地高質量發展。

    “稀土軸承鋼冶煉技術,也取得重大突破。”池建義説,我國每年需要400萬噸軸承鋼,絕大部分依賴進口,我國科學家已發現國外的高端鋼裏含有稀土元素,中科院李依依院士正在申報專項,準備到包頭啟動研發工作,一旦成功,包頭將成為特種鋼母材基地,還可支持包鋼脫胎換骨升級發展。

    不少專家認為,當前我國部分稀土功能材料生産技術已經領先世界,特別是稀土永磁材料用于動車、高鐵、地鐵、無軌電車、船用大型電機、機器人小電機等領域,前景非常樂觀。

    戰略元素須高度重視

    “稀土是新材料之母。”鋼鐵研究總院副總工程師、中國工程院院士李衛説,稀土元素具有優異的光、電、磁等理化特性,能顯著改善鋼、鋁等傳統材料的性能,用以生産性能各異、品種繁多的新材料,可廣泛應用于軍工和電子信息、光學、核工業、航空航天、新能源、高端裝備制造等高新技術産業發展。

    “一臺機器人的面部表情,需要幾十個微型稀土永磁伺服電機來完成。”李衛院士説,很多領域都離不開稀土功能材料,美國的“愛國者導彈”之所以把目標看得很清楚,得益于雷達上稀土功能材料的應用;“猛禽”戰鬥機實現超音速巡航能力,所用的發動機就大量應用了稀土材料。

    “稀土是影響未來發展的戰略元素。”中國科學院包頭稀土研發中心主任池建義説,稀土是傳統産業轉型升級、新興産業發展的重要支撐。

    專家們認為,目前我國稀土科研力量和産業布局分散,整體科研水平與發達國家大約有20年的差距,對我國高質量發展的支撐力不足,與戰略元素的地位不相稱,需進一步加強重視。

    研究需有更大突破

    歐美國家200年前就開始研究稀土,我國的相關研究僅有幾十年的歷史。

    擁有300多名科研人員的包頭稀土研究院,是國內最大的稀土科研機構。院長楊佔峰説,近些年我國稀土研究水平明顯提高,但與國外相比,基礎和應用研究差距仍較大,許多方面我們只知其然,不知其所以然。

    “雖然論文數量不輸別人,可一到具體應用,往往已被日本、美國、歐洲人的專利覆蓋了。”楊佔峰説,“人家論文出來後,順藤摸瓜往下走,我們論文出來就‘句號’,所以應用差、技術少。”

    “從基礎研究、應用研究到開發出産品,需要一個較長的過程。”池建義説,比如他們最新研發出的稀土硫化物著色劑,在不同燒制溫度下色彩變化無窮,這種顏料還可用作軍用隱身等材料,“然而我們知道結果,卻不知機理,要得到數據與配方,至少還得5年時間”,需科學家立項跟進研發。

    李衛院士説:“基礎研究不足,一些核心技術沒有出現在我國。”例如,我國供應著全世界90%的稀土,生産著佔全球70%的稀土磁性材料,但專利大多在日本和美國企業手中,出口産品還得向人家付專利費。

    專家表示,稀土元素在第四級電子層的能級理論計算,有近20萬個能級躍遷,目前人類對稀土的認識程度微乎其微,探究空間巨大;作為稀土資源大國,我國需對稀土進行係統性基礎研究和應用技術研發,力求在新材料“牽牛鼻子”方面有重大突破。

    亟須解決三大問題

    去年我國稀土全行業實現主營業務收入840億元、同比增長12.4%,利潤74.7億元、同比增長38.3%,初步扭轉了出口“量增價跌”態勢。

    專家認為,作為新興産業關鍵支撐材料之一的稀土,産業貢獻率今後當以幾何級增長,前提是要把稀土産業上升到國家戰略層面進行頂層設計、做精做強。眼下,迫切需要解決以下三大問題。

    ——加強基礎和應用研究,推進技術轉化。

    稀土應用技術專利主要掌握在美、日企業手中,有些還被國外列為禁止出口技術。我國稀土産業一直在跟蹤、模倣,或購買外國專利,更多的是“賣土為生”。只有強化自主研發,才可擺脫受制于人的局面。

    專家分析説,自從2000年左右許多研究院所改制下放到企業後,因企業講究的是經濟效益,投入大的基礎研究和應用研究很少去做。例如,原隸屬于冶金部的包頭稀土研究院,逐步變為包鋼集團的“孫”公司,行政級別由局級變為科級,研究方向由企業根據市場來確定,導致這個曾經響當當的稀土科研單位多年業績平平。而中科院和高校的理論成果大多與産業聯係不緊密,使得我國稀土研究出現不連貫、斷檔,甚至空白點。

    專家認為,我國現有的稀土科技創新研究力量呈現碎片化、多重復狀態,且分散在各地,研發目標不夠清晰、項目設置不夠精準。須有一個強有力的國家級係統性稀土研究機構,甚至要對稀土17種元素分別進行深度研究。建議以包頭稀土研究院為基礎,整合全國科研力量,組建一個中科院下屬的稀土綜合研究機構,研發新技術,加快稀土應用産業發展。

    ——加強頂層規劃設計,推進重點、關鍵領域突破。

    專家認為,我國稀土應用一定要走高端化,把産業做精做強,高效率轉化資源,不斷提高附加值,讓稀土“更稀”。一些國家已制定係列稀土戰略及政策,我國也應把稀土産業上升到國家戰略層面進行頂層設計,推進高質量發展。

    目前,“稀土之鄉”包頭已建立“內蒙古稀土新材料産業園區”。專家認為,可把該園區作為國家稀土産業核心基地,以廣東、福建、江西、四川、山東等地為輻射基地,利用當地較先進的設備和較厚實的稀土産業基礎,在包頭建立“國家稀土功能材料創新中心”,全方位構建我國稀土科技創新平臺,解決科技與産業銜接不緊密問題。

    ——盤點資源,摸清家底。

    “稀土之都”包頭市的白雲鄂博鐵礦,稀土含量至今使用的仍是上世紀50年代的數據,開採至今,其成礦帶范圍到底有多大、礦脈走向如何、含量有無變化等問題,因缺乏基礎研究,沒人説得清。

    專家建議,國家應對白雲鄂博鐵礦的稀土資源進行重新勘探,得出最新科學數據和相關資料,同時對包鋼尾礦庫和排土場中所含的上千萬噸的稀土進行提取,高效綜合利用。(李仁虎 陳磊 賈立君 任會斌)

 

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責任編輯:王丹

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