技術突破促稀土資源綜合利用

文/張子瑞

技術突破
促稀土資源綜合利用

文/張子瑞

2014年，世界貿易組織就中國的稀土出口管理措施最終裁決中國敗訴。商務部日前公布的《2015年出口許可證管理貨物目錄》明確取消了已執行了16年的稀土出口配額制度。在這種形勢下，如何提振中國稀土產業？業內認為，未來取決于我們能否在該領域占有高科技優勢，而不能再單純依靠資源優勢。

長期以來，我國的稀土供應了全球90%以上的需求，但專利技術主要掌握在西方大國手中，一方面我國無法自行生產高端產品，另一方面還要向國外專利持有人支付巨額專利費。為打破這種局面，我國科技工作者進行著不懈努力。其中，北京大學楊應昌院士主持、由北京大學與北京恒源谷科技股份有限公司聯合開發的高性能各向異性釤鐵氮磁粉及其粘結磁體取得重大突破，已經通過了國家863驗收，進入規模化量產階段。據稱，此發明是我國在稀土永磁領域唯一的一項原創性發明，擁有完全的知識產權，標志著我國在稀土科技領域的地位和影響日益顯著，這對于綜合利用稀土資源，提高資源利用率，進一步推進電器小型化、節能化發展具有重要的意義。北京恒源谷科技股份有限公司總經理王新安對此發表了自己的看法。

知識產權曾長期受制于人

稀土功能材料是十三類新材料之一，在國家戰略性新興產業中發揮著核心基礎材料作用，其中，稀土永磁材料是稀土功能材料最重要的方面。

20世紀80年代以來，稀土永磁材料主要是用來生產釹鐵硼。釹鐵硼是一種非常優秀的永磁材料，但也有其不足，其中最主要的問題就是，用這種材料制作粘結磁粉，其晶體結構是各向同性的，最大磁能積僅到16MGOe,不能適應高端領域產品的需求。其次，粘結釹鐵硼的成型工藝受到限制，不適宜制作柔性磁體和復雜異形磁體。第三，釹鐵硼磁粉的專利歸外國公司所有，受到國外知識產權的制約。我國國內生產釹鐵硼的企業很多，有些還是上市公司，但都不具有釹鐵硼的專利權，需要向國外支付專利費，同時，這些企業之間又存在競爭，導致利潤越來越低，產能嚴重過剩，很多企業開工不足，因此，需要開發新產品來嘗試改善這種局面。

此外，還要看到，稀土資源并非中國獨有，日本等國已開始嘗試從其他國家尋求資源來源，我國的資源優勢可能會逐漸降低，因此，很有必要通過科技創新來提振整個稀土產業。

釤鐵氮研發獲突破，開始規模量產

稀土金屬是伴生的，隨著釹鐵硼材料的大量應用，在開發提煉釹的同時，積壓了大量同時提煉出來的其他稀土元素，如釤。如何綜合有效利用稀土資源，是我們一直關注的一個課題。

與該項目有關的研究，北京大學已經持續進行了20多年，經歷了三個階段的發展。第一階段，北京大學楊應昌研究組和愛爾蘭大學Coey研究組基于所發現的在稀土合金中氮的間隙原子效應，發明了內稟磁性可與釹鐵硼媲美的新材料釹鐵氮和釤鐵氮，盡管氮化物具有優異的內稟磁性，可是傳統的工藝不能做出高性能稀土鐵氮磁粉。第二階段，北京大學開發了適宜的工藝,使這種新材料具備了優異的永磁性能,當時金屬釤的價格是釹的數倍，因此將釹鐵氮被視為性能高而價格低的材料加以開發。第三階段，北京大學針對釹鐵氮進行了產業化技術研發，經過了產業化中試試驗。到2005年，金屬釤的價格開始低于釹，為了適應市場原料價格的波動，實現產品多元化，又重點開發了釤鐵氮。目前已經在穩定量產高性能釤鐵氮磁粉。同時，所開發的釤鐵氮各向異性磁粉產業化的關鍵技術達到國際先進水平，釤鐵氮各向異性磁粉的性能達到國際領先水平，該成果已取得了中國、美國、日本和歐盟的發明專利。

在稀土永磁材料中，釹鐵硼磁體是市面上最常用的產品，與釹鐵硼相比，釤鐵氮磁粉有四點優勢？首先，與當前商用的釹鐵硼粘結磁粉相比，釤鐵氮各向異性磁粉具有更高的剩余磁感應強度、更高的磁能積和更強的抗氧化和抗腐蝕能力。其次，釤鐵氮磁粉的成型工藝好，易于直接加工成薄壁環形、棒形、瓦型等三維復雜形狀，適于壓延、擠出、注射和模壓等各種粘結磁體工藝方法，成型后公差精度高；體積小、重量輕。第三，釤鐵氮磁粉完全是我國的自有專利技術。最后，從生產成本方面考慮，較之制備高性能釹鐵硼磁粉所需的材料，目前釤鐵氮磁粉的材料成本相對較低。

助力節能電機行業發展

稀土永磁電機是國家大力推廣的高效節能電機，與傳統勵磁式電機相比，具有減化結構、降低損耗、提高效率的特點，是新能源汽車等行業的重要基礎部件。由于各向異性釤鐵氮磁粉磁能積高，因此以這種材料制作的粘結磁體可以縮小所需的磁體體積，減少稀土材料的使用，提高電機的效率。

此外，釹和釤是共生的，在大量使用釹的同時，導致了大量釤資源閑置，沒有得到充分利用，而我們這項以釤為基本元素的新型稀土永磁材料，恰恰能夠解決這一問題，促進稀土資源的綜合有效利用。這項技術可廣泛應用于計算機、電動汽車、辦公自動化、家用電器等電子產品中，對信息、交通、能源、環境諸領域的技術進步起著推動和保障的作用，具有良好的應用前景。

邁向稀土科技強國，促進稀土產業的可持續發展，應該是我們未來的奮斗目標。我們應當在現有基礎上，繼續加強對科技創新的引導和扶持，努力提升科技成果的產業化轉化進程，擺脫知識產權嚴重受制于外國公司的局面。我們不僅要成為稀土資源大國、工業大國，還要成為科技強國。同時，科技創新要充分考慮我國資源特點，考慮資源的綜合利用、有效利用，服務于節能減排的可持續發展目標。