今天小編分享的科學經驗：中國的Ga，太多了！，歡迎閲讀。
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NO.2517- 中國的镓，鍺
文字：伯玥
校稿：朝乾 / 編輯：果栗乘
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7 月 3 日，中國商務部和海關總署聯合發布了《關于對镓、鍺相關物項實施出口管制的公告》，公告顯示，自 8 月 1 日起，對包含金屬镓、金屬鍺等 14 項相關物項進行出口管制，未經許可，不得出口！
對镓、鍺相關物項實施出口管制
目的是維護國家安全和利益
( 圖：商務部網站截圖 ) ▼
出口管制頒布後，短短 5 天内國際镓價猛漲 27%，資本市場上稀有金屬、稀土等板塊也跟着大漲。
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以前我們講過很多種中國短缺的資源，但中國有優勢的資源也有很多，而且在全世界都是 " 統治級 " 的，镓和鍺就是其中兩種。今天就來講講，我們的镓、鍺有多厲害，同時又有哪些短板。
中國不缺镓和鍺
镓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，極少有獨立礦床。
判斷稀有與否的标準是 "豐度"，也就是元素在地殼中的平均含量，比如每噸地殼物質中，只有 15 克的镓，也就是 0.0015％，鍺的豐度還要低十倍，每噸地殼物質裏只有 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
圖為鋁土礦石，看起來和普通的石頭沒什麼區别
（圖：圖蟲創意）▼
這兩種金屬雖然少，但是用途很廣。
镓的熔點只有 29.78 ℃，是少有的在室温也能保持液态的金屬。衞星通訊、半導體、太陽能和人工智能等前緣科技的研發和生產都離不開镓。80~85% 的金屬镓都消耗在半導體行業，所以先進工業國對镓格外重視。
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金屬镓無毒，放在手裏就能融化，挺好玩的
（圖：壹圖網）▼
美國早已将镓列為 35 種關鍵礦產目錄，歐盟也将其列入 61 種關鍵原材料目錄。2011 年，我國也将镓列入了戰略儲量金屬。
99.999% 镓晶體（圖：wiki）▼
鍺的用途也很多，基于良好的半導體和光電特性，半導體、光纖通訊、紅外光學、太陽能電池、化學催化劑、生物醫學都需要鍺，特别是在紅外感光領網域，有極高的不可替代性，這當然就涉及到軍事領網域了。所以美、日、澳、加、歐盟都把鍺列入了關鍵礦產目錄，嚴格管控。
摻鍺光纖具備容量大、光損小、色散低、
傳輸距離長、不受環境幹擾等優勢
作為光通訊網絡的主體
是目前唯一可以工程化應用的光纖
要找到镓和鍺的礦床并不容易，他們極少單獨成礦，而是以分散狀态藏在各種多金屬礦床的伴生組分裏。
由于镓可以代替與自身大小和電荷相似的元素，這樣就可以滲透進别的礦床裏。例如代替鋁存在于鋁礬土中，形成 "鋁土礦型伴生镓礦床"；代替鋅少量存在于閃鋅礦中，形成 "鉛鋅礦型伴生镓礦床"。此外，镓還可以伴生于煤層中，形成 "煤型伴生镓礦床"。
這些礦床中，可找到伴生镓
（圖：shutterstock）▼
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。
所以工業用的镓和鍺主要來自這些礦床的副產品。
就礦床種類而言，鋁土礦是镓的主要來源，目前全球 90% 的镓作為煉鋁工業的副產物而產出。不同地區、不同類型的鋁土礦中伴生镓的含量不同，且差别較大。每噸原礦石中一般含镓 50~250 克。像我國貴州鋁土礦，一般每噸含镓 122~127 克。
紅紅的鋁土礦，產鋁還副產镓
此外，镓也可以從閃鋅礦濕法煉鋅時的粗鋅蒸餾殘渣中提取。煤礦中的镓含量普遍不高，一般每噸 10-30 克，但我國内蒙古準格爾煤田的镓含量高達每噸 30-70 克，是近年新發現的超大型富镓礦床。
位于伊克昭盟的準格爾煤田
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量都非常大，能順便提煉出來的镓自然也很多。
中國同時也是鍺資源大國，" 鉛鋅型 " 含鍺礦床主要分布在川滇黔低温成礦網域。" 煤型 " 含鍺礦床主要分布在内蒙古和雲南，包括内蒙古伊敏五牧場、内蒙古勝利烏蘭圖嘎和雲南臨滄等地。
" 鉛鋅型 " 屬于碳酸鹽岩容礦型鍺礦
產自煤層中的鍺是中國最主要的鍺資源類型▼
目前，全球可統計的镓儲量大約 27 萬噸，中國就占了近七成，約 19 萬噸，居世界之首，其餘的镓主要分布在非洲、美國、南美洲和歐洲等地。
中國的镓資源量獨占鳌頭▼
和镓相比，鍺的全球儲量要少得多，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量了。
橫屏- 世界镓、鍺資源分布
中國的镓、鍺處于絕對領先地位▼
產業鏈困局
中國雖然镓的儲量豐富，但儲量≠產量，中間需要一整套由粗到精的產業鏈，而且镓的全產業鏈對資本和技術的要求很高，分三個環節：
首先是原材料和初級加工，需要有含镓的閃鋅礦、氧化鋁土礦、廢渣煙塵和煤層作為原材料，再用拜耳法将這些原材料加工為粗镓。
接着是深度加工，分兩個部分，一個是用電解精煉等工藝，将粗镓制備成高純度镓；另一個是用鹼液中電解法、液态密封法、溶膠凝膠法等工藝，将粗镓或高純度镓制備成砷化镓、氮化镓、氧化镓等化合物。
最後是應用產品，将含镓化合物生產為銅铟镓硒薄膜、激光二極管、射頻電子設備、催化劑等元件應用產品。
镓產業鏈示意▼
這三個環節裏，中國占絕對優勢的只有初級加工的粗镓產品。2019 年全球粗镓產量 324 噸。其中中國 310 噸，占 95.68%，處于絕對優勢地位。但是高端镓產品的自主產能很低，高度依賴從美、日進口。
我國在粗镓產量上占絕對領先地位▼
全球粗镓生產廠家有 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。但是高純度镓和再生镓生產國主要是日本和美國，并将其用于本國的集成電路、半導體等產業。
全球主要的镓生產企業▼
镓消費結構分布圖▼
這就形成了一個特殊的結構，中國生產粗镓，美日生產高純度镓以及半導體產品，同時美日還用半導體卡中國的脖子。中國要發展自己的半導體產業，光有粗镓還不夠，還要從美日進口高純度镓。
2017-2022 中國镓進出口量▼
而且從 2011 年開始中國的粗镓產量大幅提升，導致粗镓供大于求，價格也跟着暴跌。随着中國供給側改革和全球镓消費量的提升，2015 年之後，镓的供需格局才持續收緊，賣了太久的白菜價，價格終于又升上來了。
中國 4N 镓價格走勢▼
可以説，我們雖然控制着粗镓的產能，但也被困在低端環節，不光利潤少，而且高端貨還是依賴進口。
2005-2019 年全球镓產量與供求平衡▼
和镓的情況類似，鍺的產業鏈也分為上遊（原材料、初級產業）、中遊（深加工、元部件產業）、下遊（紅外和光纖等終端產品）三個部分。
鍺產業鏈示意▼
其中上遊原材料和初級加工的技術難度最低，但環保壓力大，我國的優勢也主要在這方面。2019 年，中國的產量就占了全球的65.4%。
全球鍺產量及中國占比▼
由于鍺在軍工和民用方面都有重要作用，光纖、紅外光學、太陽能電池都離不開鍺，鍺的消費量也往往對應着國家軍事實力和經濟水平。目前，中、美、日三國就消費了全球 80% 以上的鍺。
2015 年以來全球鍺產業結構變化
紅外、光纖和太陽能電池占比穩定增長▼
雖然中國同時也是鍺的最大出口國，但是遇到的問題和镓類似，我們主要還是向西方發達國家出口初級鍺產品。由于我國在紅外和光纖領網域使用的高端鍺產品的制作技術還不成熟，高端鍺產品如 " 鍺單晶 " 和光纖用 " 四氯化鍺 " 基本都依賴進口。
出口初級鍺產品，進口高端鍺產品▼
如今随着我國在紅外、光纖、太陽能等領網域快速發展，鍺的需求量也不斷增加，對于高端鍺產品的技術突破瓶頸也勢在必行。
保護戰略資源，勢在必行
近年來，在關鍵金屬下遊的半導體產業，西方國家對中國的打壓愈演愈烈。
今年 5 月底，日本宣布對 23 種半導體設備和材料進行出口限制，7 月 23 日起正式實行。6 月 30 日，全球最大的光刻機生產國荷蘭宣布進一步收緊光刻機出口政策，高端 DUV 光刻機從 9 月 1 日起将限制向中國出口。
光刻機是制造芯片的核心設備
事實上，很多稀有的關鍵金屬都是由中國向外供應，而且幾乎沒有替代元素，憑什麼中國要供應給西方國家，讓他們制成芯片反過來卡中國的脖子？
我國是镓和鍺的資源大國、生產大國和出口大國。多年來已經為全球產業鏈做出了很大貢獻。在產業更新的背景下，加強戰略資源的開發與管制非常合情合理，西方國家自己也是這麼幹的。
去年年底 ChatGPT 橫空出世
美國提前幾個月限制向中國出口先進芯片
（圖：Reuters）▼
比如美國的鍺儲量全球第一，卻将其作為戰略資源保護起來，限制開采，需求都從中國等國家進口。雖然我國儲量第二，卻供應着全球 70% 的消費量，鍺資源已經過度開采。我們要發展自己的高端制造和戰略新興產業，未來鍺的消費量也将十分巨大。
因此，合理開采稀有金屬并限制出口，不僅能減少資源濫用，更能讓中國的產業獲得更充分、品質更高的戰略資源，進一步提升國際競争力。
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上下滑動查看參考資料：
1 商務部 海關總署公告 2023 年第 23 号 關于對镓、鍺相關物項實施出口管制的公告 ( mofcom.gov.cn )
2 外交部：對镓鍺相關物項實施出口管制是國際通行做法，歐盟成員國也對部分物項實施出口管制 | 環球網 _ 新浪财經 _ 新浪網 ( sina.com.cn )
4 中國镓鍺铊镉資源 温漢捷等，2020，科學通報
5 稀散金屬超常富集的主要科學問題，温漢捷等，2019，岩石學報
6 分散元素地球化學及成礦機制 塗光熾等
7 張麗曼，張會，梁倩，王小強，餘文麗，顏蕙園 .2022. 镓礦資源的分布、發展概況及中國發展镓產業的思考 [ J ] 礦產勘查，13 ( 8 ) :1235－1240
8 中國產業信息．2018 年中國鍺產量、需求量及價格走勢分析［EB/OL］［2019－06－11］．http: //www.chyxx.com/industry/201803 /616917.html．
12 代世峰， 任德贻， 李生盛 . 内蒙古準格爾超大型镓礦床的發現 . 科學通報， 2006， 51: 177 − 185
13 陸挺，劉璇，張豔飛，等 . 基于產業鏈分析的中國铟鍺镓產業發展戰略研究 [ J ] . 資源科學，2015，37 ( 5 ) :1008-1017.
14 武秋傑，呂振福，曹進成等 . 國内外镓資源分布供需及镓產業鏈發展現狀研究 [ J ] . 礦產綜合利用，2021，No.231 ( 05 ) :38-44.
15 Gallium Statistics and Information | U.S. Geological Survey ( usgs.gov )
* 本文内容為作者提供，不代表地球知識局立場
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