现代经济的基础是资源,既包括人力资源,即只有拥有丰富充足和高素质的人力资源,才能足以推动行业和社会经济的发展,而人力资源是可以通过国家政策加以培育和引导的,是可以后天生成的。
但在资源之中还有一类,就是自然资源,这是先天生成的,很多时候一个国家是无法决定自己拥有什么资源的,所以,资源禀赋丰富的国家往往在现代经济发展中有巨大优势。
当然,在自然资源中也还分为两类,一类是诸如煤炭、石油、铁矿等基础性自然资源,在生产生活中时时处处都要用到,本国如果自身就有那自然最好,但如果没有,也必须靠进口来维持基本需要,因为这些资源是现代产业离不开的。
还有一类,就是类似稀有金属这样的,本来全世界储量就少,而且也一般用于制造特种钢、超硬质合金和耐高温合金等高科技材料。所以对于一般国家,也就可有可无了。但是如果哪个国家几乎垄断了某种稀有金属,就会获得巨大的发展优势。
比如镓,在地壳中的含量仅为0.0015%,是非常典型的稀有分散金属。而在我国山东,就有这么两位“富豪”,因为能够生产这种世界上含量极少的稀有金属而陡然身价百倍。
重要用途无可替代
人类发展的进程,实际上也是对自然界储藏资源不断发掘的进程。一开始,人类只能使用天然产生的资源,比如木头和石头,也就是所谓的石器时代。后来逐渐发现能从一些特殊的石头中炼化出更为坚硬的青铜,就进入了青铜时代。随着冶炼技术不断提高,炼出了比青铜更坚硬的铁,就是铁器时代,到了现代就是蒸汽、电气时代。
这是一种循序渐进发现了提炼过程由易到难自然资源的辩证过程,一方面看,是时代的发展让当时的技术能够发现还未发现的资源,从另一方面看,新发现的资源又推动了时代的进步和科技的发展。
镓的发现,先是1869年由俄国化学家门捷列夫根据元素周期表的规律,推断在已发现的铝和铟之间应该还存在着一种尚未被发现的元素。到了1875年,法国化学家布瓦博德朗在用光谱法分析闪锌矿时,发现了这种尚未发现的元素,并命名为“镓”。
镓被发现之后,经过长期的实验研究,发现了镓具有29.76°C的低熔点和2403℃高沸点的特性,所以主要用来制作高温测温仪。进入到20世纪60年代,随着半导体产业的发展和崛起,镓的作用终于得到了应有的用武之地。
目前,镓的主要运用在半导体领域,在这个领域消耗的量是总用量的80%-85%。首先是镓的化合物砷化镓(GaAs)在集成电路方面得到了大规模的应用。
经研究,相比于传统的硅基集成电路,砷化镓可以大幅度提高集成电路在数据传输方面的速度,同时降低信号延迟,使得集成在高速、高频、低噪声等方面的性能进一步提升。
所以目前广泛应用于5G通信的基站放大器、手机终端的射频前端部件,可以有效地提高信号发射功率和接收灵敏度,也是未来研发6G的重要材料。
镓及相关化合物还广泛用来制造光电器件,最常见的是日常用的发光二极管,也就是LED。其中,氮化镓可以用来制造高亮度的蓝绿光LED和紫外光LED,用于照明、显示和杀菌消毒。磷化镓则可以造出黄、绿、红光的LED,在数码管和大屏幕显示中使用。
砷化镓除了用在集成电路中,还可以用来制造激光二极管,主要用途是在光纤通信中作为光信号发射源,以及激光打印、光存储等。
近年来比较火的太阳能电池也有它的身影。铜铟镓硒薄膜太阳能电池就是第二代太阳能电池的典型代表,因为镓的特性,可以提高对太阳光的吸收效率,从而广泛地用在分布式光伏发电、建筑一体化光伏等地方。
除了在半导体领域,镓在合金方面的运用也非常广泛,最为典型的是在航天领域的使用。基于镓高沸点的特性,如果在合金材料中添加镓,就可以提高合金的高温强度、抗氧化性和抗腐蚀性,从而满足航空发动机等高温部件的要求。
与之类似的,镓的液态合金,比如镓铟锡合金,具有良好的流动性、导电性和导热性,所以较多用于电子封装。
可以用来填充电子元件间比较微小的间隙,以此提高散热效果和电气连接性能。还可以利用它的特性来作为高效的散热系统,在数据中心的液冷散热设备中作为热交换介质。此外,镓的化合物和合金材料还广泛运用于医疗、化工、新型电池等方面。
我国储量独占大头
可以看出,镓及其化合物因为独特的属性,被广泛运用在半导体材料制造等方面,是当今科技发展不可或缺的重要金属材料。
而对这样重要的材料,2023年7月3日,我国的商务部、海关总署发布了《关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告》,引起了世界各方的强烈反应,而针对诸多质疑,外交部仅是轻描淡写地回应,只是为了维护国家利益,参照国际的通行做法,不针对任何特定的国家。其中原因又何在?
原来,镓在地壳中的含量为0.0015%,是非常典型的稀有分散金属。虽然镓的含量相比其他稀有金属较为丰富,但关键的是分布极为分散,而且在自然界中并没有单独的镓矿物存在。
就是说,不像铜矿石、铁矿石一样,直接用这些矿石就可以提炼出纯度比较高的铜和铁,镓主要是以杂质的形式分散在铝土矿、铅锌矿等其他矿物中,所以要提炼镓并不容易。
除此之外,还有一个重要原因是,我国的镓储量占了世界的绝大部分。已探明镓的世界总储量为27.93万吨,中国的镓储量不仅位于世界首位,而且占了68%,也就是说,世界上绝大部分镓的储量都在中国。
不仅储量大,中国也是世界上最重要的镓生产国,据有关数据,2023年全球镓产量达730吨,而中国则是701吨,占到全世界的96%。再结合镓在半导体领域的广泛用途,中国限制出口镓,各方能不着急么?
面对这样的一个中国独具优势的广阔市场,早有很多企业盯上了。快人一步就能先发制人,获得先手优势。其中,在山东省就有那么两家企业,凭借着和镓相关的生产链条,在山东的企业中占据一席之地。
这就是文章开头提到的两家山东的隐形“富豪”——山东魏桥创业有限公司和信发集团。在2024年度中国民营企业500强榜单中,魏桥创业有限公司以5200万元的营收总额位居榜单第9位,山东省内第一;信发集团以2900万元的营收总额位居榜单第18位,山东省内第二。
说起这两家民营企业,或许并不如京东、阿里、华为等企业广为世人所知。但不可否认的是,一个全国第9、一个全国第18,其实力不容小觑。虽说都有生产镓的产业链,但在发展历程上,两家企业又各有不同。
魏桥创业集团的前身,只是1951年的山东邹平县魏桥镇的一个小油棉厂,一开始主要从事的只是棉花和大豆的采购及简单加工,这种状态一直持续了30年。直到1981年,张士平开始担任厂长,逐步开始扩展业务,由棉花、大豆采购和加工,逐渐先后发展出了榨油和纺织业。
1997年组建山东魏桥纺织集团有限责任公司,从名字就可以看出,当时公司的主要业务还是以纺织为主,是一家非常传统的轻工业企业。直到2002年以后,魏桥集团才发展出了铝业,2004年才建成电解铝生产线。2006年,氧化铝的年产量达到了200万吨。
镓主要是以杂质的形式分散在铝土矿、铅锌矿等其他矿物中,自然界的中镓并不能直接提炼。目前比较常见的办法都是在生产氧化铝的过程中,通过萃取或者电解的方法间接获得金属镓。
所以,能生产氧化铝就是生产镓的基础。所以,魏桥集团是在轻工业纺织的基础上,逐渐增加了重工业铝业及氧化铝和金属镓的生产。
而信发集团涉足铝业要更早一些。信发集团的前身是1972年的一个发电厂,并以发电为业持续了26年,1998年成立了鲁西铝厂,开始搞铝电联营,为后续的铝产业发展奠定了基础,实际上,其后该企业已经主要以经营铝业为主了。2004年,成立了信发华宇氧化铝有限公司,标志着信发已经具备了生产镓的能力。
虽然两家企业发展历程有异,但大致都是2000年前后都看到铝业的巨大前景,从而进军该领域,至今已经20年了,并以此均位列全国民营企业前20,说明确实带来了巨大的效益。
提炼耗能难以复制
应该说,虽然镓的储量主要集中在中国,但其他国家也有一些,在已探明的储量中,中国为19万吨,而非洲也有5.39万吨、欧洲1.95万吨、南美洲1.14万吨,美国一家也有0.45万吨。
但从2023年的全球产量730吨的产量看,中国一家就占了96%,美国仅生产了几吨,这和储量的比例也严重不符。所以,美国等国家才会为中国禁止镓的出口而焦虑。这又是什么原因?美国为什么不能自己生产?
原因就在电解铝上。如上文提到的,镓不能提炼,而要通过电解铝,以目前的技术看,每生产1吨的镓大约需要20万吨的电解铝。而电解铝是一个高耗能产业,目前看,国内的水平是产生1吨电解铝平均需要13,500度电,那生产一吨镓就需要27亿度电,这真是一个天文数字了。
所以,我们现在能看到的2023年度城市用电排行中,用电量前五名的城市分别是上海、苏州、北京、广州、滨州,前四名都是中国有名的城市,但是看到第五名,是不是有些陌生?而这是因为,魏桥集团的电解铝项目就位于山东滨州。
而北京的用电是1357亿度,滨州则是1178.96亿度,但是北京是直辖市,实际上地位等同于一个省,也就是说,魏桥集团的电解铝项目的耗电量已经和一个省差不多了。
再看信发集团,它的电解铝项目分布比较广,以早期的位于广西百色市的项目为例,2023年用电量在全国城市排名52位,是广西境内的第一位,已经超过了它的省会南宁,为436亿,如果滨州和百色的用电量相加,实际上就已经超过了北京。可见,电解铝,或者说镓的生产,确实是一个非常高耗能的产业。
这就是美国无法复制我们的原因。在发电这方面,美国显然是不能与中国相比的。中国2023年的发电量为9.4564万亿度,位居全球第一,而美国则是4.4万亿度,仅为中国的一半。
我国在发电方面的产能是非常充足的,尤其是光伏发电方面的产能已经极度过剩,2023年光伏组件产能约为国内需求量的4倍,全球需求量的近2倍。
此外,我国在发电技术和设施方面也有优势,基于后发优势,我国拥有特高压输电技术,能够实现长距离、低损耗输电。而美国的电力方面的基础设施由于年代较早,电网老化,电网面对极端的天气非常容易出现大规模断电现象。
再从成本的角度看,因为中国的煤炭等资源的供应相对稳定,同时加之大规模的基础设施建设和技术发展使得发电的规模效应明显,发电成本得到较好控制。
目前看,估计美国一年要消耗大约80吨镓,如果都是自己提炼,一年就需生产1600万吨电解铝。但美国现在一年的电解铝产量也就只有200万吨,还有1400万吨的缺口。
这么大的一个缺口,这又需要多少电呢?所以,从商业价值的角度看,美国不敢建镓的产业链,而更多是以进口为主。但是中国限制了镓的出口,那美国的出路又在哪里呢?