攝影：宋雨彤

“鉭鈮是優(yōu)秀的電子功能材料，是優(yōu)良的空間材料，是鋼鐵改性的主要添加元素，在工業(yè)電子、硬質(zhì)合金、化工防腐、高溫爐件、超導(dǎo)技術(shù)、原子能反應(yīng)堆、高能物理和現(xiàn)代武器、航空航天等領(lǐng)域有廣泛的用途，是高科技產(chǎn)業(yè)不可或缺的金屬材料。”誠如中國工程院何季麟院士在《中國鉭鈮工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展》中的總結(jié)，鉭鈮等稀有金屬材料是21世紀(jì)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中最受重視的材料之一，也是高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵材料，被譽(yù)為“工業(yè)味精”。

鉭金屬稀有、性能優(yōu)良，是半導(dǎo)體和軍工不可或缺的金屬材料

鉭屬稀有元素，地殼豐度2ppm，在金屬元素中含量排名較低。鉭金屬具有質(zhì)地堅(jiān)硬、熔點(diǎn)高、韌性好、延展性好、冷加工性能好、熱膨脹系數(shù)小、耐腐蝕能力強(qiáng)及表面氧化膜介電常數(shù)大的特性。

圖表1：鉭元素地殼豐度2ppm，屬于含量偏低元素

資料來源：冷聚變世界

鉭主要應(yīng)用于電容器、高溫合金和半導(dǎo)體等領(lǐng)域。鉭的以上特性決定了鉭的終端應(yīng)用領(lǐng)域：1.表面氧化膜介電常數(shù)大的特性使其常被用于制作成電容器，鉭電容占鉭終端消費(fèi)的34%；2.高熔點(diǎn)特性使其可被用來制備高溫合金，高溫合金占鉭終端消費(fèi)的18%；3.化學(xué)穩(wěn)定性好的特性使其被常用作半導(dǎo)體的金屬阻擋層和化工用材料，其中半導(dǎo)體濺射靶材占比16%；4.鉭較好的延展性和冷加工特性使其也被用作軋制品；5.質(zhì)地堅(jiān)硬的特性使得碳化鉭常被用來制作硬質(zhì)合金。鉭金屬全球市場規(guī)模約百億元。

圖表2：鉭主要應(yīng)用于電容器、高溫合金和半導(dǎo)體等領(lǐng)域

資料來源：Roskill，有色金屬工業(yè)協(xié)會

鉭金屬已經(jīng)被發(fā)達(dá)國家劃分為關(guān)鍵戰(zhàn)略金屬。由于鉭在國防、能源、高科技工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域有著重要應(yīng)用且很難被取代，加之鉭資源儲量和開采生產(chǎn)較為集中，供應(yīng)容易受到當(dāng)?shù)貎?nèi)亂、環(huán)境問題、市場操縱、自然災(zāi)害和政治變革等因素的潛在影響和破壞。美國政府在2018年將鉭鈮列入關(guān)鍵礦產(chǎn)目錄，隨后美國地調(diào)局于2022年再次將鉭鈮等稀有金屬列入《對美國安全至關(guān)重要的50種關(guān)鍵礦物目錄》。此外，歐洲、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家也已將鉭鈮列為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)。

圖表3：美國將鉭列入供應(yīng)限制影響大的金屬品種

資料來源：USGS

鉭產(chǎn)業(yè)鏈上游看巴西和非洲地區(qū)，中游看中國和歐洲，下游看日本、美國及中國臺灣

鉭產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游礦石采選，中游冶煉加工和下游深加工應(yīng)用。在礦石資源分布集中和產(chǎn)業(yè)鏈全球一體化發(fā)展的背景下，鉭鈮行業(yè)呈現(xiàn)出集中度越來越高的發(fā)展趨勢。

礦產(chǎn)采選環(huán)節(jié)集中于澳大利亞、巴西和非洲中部：全球重要鉭礦主要分布于西澳大利亞、南美洲的巴西、非洲的剛果（金）和盧旺達(dá)等地，其中西澳大利亞的Wodgina、Greenbushes、Bald Hill、Mount Cattlin四大礦山鉭儲量最高，在這四座礦山中，鉭礦作為鋰礦的伴生礦，供給易受到鋰礦開發(fā)的影響。

圖表4：全球鉭礦供給經(jīng)歷了由澳大利亞向非洲和巴西轉(zhuǎn)向

資料來源：USGS

2011年以來，隨著非洲中部實(shí)施了礦物可追溯性計(jì)劃，非洲大湖地區(qū)（包括剛果（金）、盧旺達(dá)和布隆迪）的手工采礦供應(yīng)量占主導(dǎo)地位，超過市場供應(yīng)量的一半，且近年占比逐漸增加。非洲中部的手工和小規(guī)模礦山能如此迅速發(fā)展的原因是低成本與高回收率：與澳大利亞和巴西的高開采成本硬巖相比，非洲中部的礦床風(fēng)化程度高，質(zhì)地相對較軟。當(dāng)巖石隨著時(shí)間的流逝而自然分解時(shí)，含鉭的鉭鐵礦晶體基本上保持完好無損。此類巖石可以通過簡單洗滌和處理生產(chǎn)出回收率高達(dá)85％的鉭礦，其回收率遠(yuǎn)高于那些須將主體巖石爆破并壓碎母巖提取出的50-60％回收率的礦石。

圖表5：盧旺達(dá)H&B礦風(fēng)化偉晶巖經(jīng)過簡單洗滌可得到含35%氧化鉭的

鉭精礦

資料來源：USGS

中游濕法與火法冶金環(huán)節(jié)集中于中國、歐美和日本。鉭產(chǎn)業(yè)鏈中游主要包括濕法冶金工藝及對應(yīng)產(chǎn)品氧化鉭和氟鉭酸鉀，火法冶金工藝及對應(yīng)產(chǎn)品鉭粉、鉭絲、鉭條、鉭錠、鉭合金和碳化鉭。中游的濕法、火法冶金生產(chǎn)主要集中在中國、日本、德國、美國、巴西、泰國等地區(qū)。中游制品生產(chǎn)商主要以美國GAM、Materion，日本JX日礦等企業(yè)為主。鉭絲生產(chǎn)商除以上提及的行業(yè)龍頭，還包括奧地利PLANSEE。

美國GAM、Materion和日本JX日礦通過收并購實(shí)現(xiàn)規(guī)模壯大躋身全球第一梯隊(duì)。20世紀(jì)80年代中期，德國H.C.Starck公司兼并了美國NRC公司及日本V-TECH公司，美國Cabot公司兼并了日本昭和電工鉭生產(chǎn)相關(guān)資產(chǎn)，1989-1990年，美國FANSTEEL公司被泰國的TTA公司收購，1995年德國H.C.Starck公司又兼并了泰國TTA公司，從而在國際上形成了德國H.C.Starck公司、美國Cabot公司兩大體系集團(tuán)。進(jìn)入2010年之后，行業(yè)集中度進(jìn)一步提升，2012年美國GAM收購了美國Cabot超級金屬業(yè)務(wù)部（包括鉭金屬業(yè)務(wù)），2018年日本JX日礦收購了H.C.Strack的鉭鈮粉末業(yè)務(wù)板塊，包括其在德國、美國、日本、泰國的四大工廠。2021年9月，美國Materion收購了德國H.C.Strack的鉭鈮冶煉和鉭鈮制品業(yè)務(wù)。至此，德國H.C.Starck徹底退出了鉭鈮行業(yè)。

圖表6：美國GAM、Materion和日本JX日礦通過并購獲得德國H.C.Starck公司、美國Cabot公司鉭鈮業(yè)務(wù)

資料來源：東方鉭業(yè)定增公告, 各公司官網(wǎng)

下游深加工產(chǎn)品及終端應(yīng)用集中于美國、日本以及中國臺灣，下游鉭靶材、高溫合金與超級合金需求增長將持續(xù)帶動(dòng)鉭需求：鉭作為小金屬類別，需求量較小，卻是電子、汽車、軍工等行業(yè)缺一不可的必需品，市場空間不容小覷。鉭終端應(yīng)用民用領(lǐng)域包括消費(fèi)電子、冶煉金屬、超導(dǎo)技術(shù)、汽車、鉭靶材、醫(yī)療器械等。其中電容在鉭下游需求占比最高，約為34%。鉭電容作為下游場景中占比最高的產(chǎn)品，主要由三大巨頭所壟斷——美國Vishay、中國臺灣被動(dòng)元件龍頭國巨旗下的基美Kemet、日本京瓷AVX。鉭靶材方面，日本JX日礦應(yīng)用于電子材料的高純鉭粉全球市場占有率第一，同時(shí)還是全球最大的半導(dǎo)體濺射靶材廠商。

圖表7：美日靶材制造商占據(jù)了全球半導(dǎo)體芯片用靶材市場約90%份額

資料來源：《半導(dǎo)體芯片行業(yè)用金屬濺射靶材市場分析》

產(chǎn)業(yè)發(fā)展新趨勢：聚合物鉭電容器和高溫合金用鉭前景可期

MLCC憑借性能、成本和安全性優(yōu)勢搶占部分傳統(tǒng)鉭電容器市場。片式多層陶瓷電容器（MLCC）是一種簡單的平行板電容器，具有電氣性能好、可小型化、大容量和低成本等優(yōu)點(diǎn)，可替代其他一些介質(zhì)電容器，其中大容量的MLCC已經(jīng)替代了部分鉭電容市場。此外，由于二氧化錳易燃易冒煙，導(dǎo)致普通鉭電容只要一過壓，就會引發(fā)起火冒煙甚至爆炸等隱患，這也是許多電路設(shè)計(jì)放棄普通鉭，改用MLCC的重要原因。

圖表8：鉭電容器體積小容量大可靠性高，大量應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)據(jù)存儲、醫(yī)療設(shè)備和軍工電子設(shè)備

價(jià)格是MLCC替代鉭電容的主要驅(qū)動(dòng)力。MLCC小型化高容飛速發(fā)展，且其價(jià)格可以做到同規(guī)格鉭電容的1/5-1/6，目前MLCC正在沖擊47μF手機(jī)市場份額，0805/47μF MLCC價(jià)格已顯著低于鉭電容，而更高技術(shù)含量的0603/47μF/6.3V的MLCC，當(dāng)前只有頭部廠商村田推出量產(chǎn)產(chǎn)品，且價(jià)格仍高于polymer鉭電容器。

鉭電容在大比容領(lǐng)域具備絕對優(yōu)勢，仍將在被動(dòng)元件領(lǐng)域長期占有一席之地。MLCC與鉭電容交戰(zhàn)的主陣地主要分布于1μF-100μF容值區(qū)間，且場面上MLCC更占優(yōu)。但對于100μF以上，特別是220μF以上的容值區(qū)間，MLCC并不具備價(jià)格優(yōu)勢，甚至更貴。此外，鉭電容很容易實(shí)現(xiàn)1000μF-2200μF容值區(qū)間，而MLCC目前最大容值是太陽誘電開發(fā)的1000μF產(chǎn)品，但耐壓僅2.5V，且尺寸很大、成本極高，根本無法與鉭電容正面競爭，因此鉭電容仍將在被動(dòng)元件領(lǐng)域長期占有一席之地。

圖表9：鉭電容器相較于陶瓷電容器具有更小體積和更高比容，相較于鋁電容器具有更好的耐溫特性和可靠性

資料來源：火炬電子招股說明書

鉭電容聚合物化（polymer）成當(dāng)前鉭電容發(fā)展方向。為了阻止MLCC的替代步伐，鉭電容總體演變趨勢是順應(yīng)市場，不斷進(jìn)行polymer化。使用polymer鉭電容，可以摒棄MnO2材質(zhì)消除安全隱患增加電壓工作范圍，ESR值更低，直流偏置特性更好。例如，在英偉達(dá)Blackwell AI服務(wù)器GB200和GB300中，均大量應(yīng)用美國威世(Vishay)生產(chǎn)的聚合物鉭電容來實(shí)現(xiàn)分鐘級放電。

鉭的另一大應(yīng)用新趨勢是在單晶高溫合金中的添加占比持續(xù)上升。鎳基高溫合金的成分由Ni-Cr-Al三元系發(fā)展而來，而單晶高溫合金通常還包含Co、Mo、W、Ti、Nb、Ta、Re等合金元素。

高溫合金發(fā)展至今已經(jīng)進(jìn)入到第六代，鉭元素添加量穩(wěn)中有升。自20世紀(jì)70年代末GELL等開發(fā)了以PWA1480為代表的第一代單晶高溫合金以來，單晶高溫合金至今已經(jīng)發(fā)展到了第六代。隨著代次的提升，高溫合金承溫能力逐步提高，各元素含量發(fā)生明顯變化：第一至第三代單晶高溫合金Re含量依次升高，相應(yīng)難熔元素Mo、W、Ta和Re的總含量增加；而為了保證組織穩(wěn)定性，Cr含量相應(yīng)降低，并在第四代單晶中引入了Ru元素；第五、第六代單晶高溫合金則依靠進(jìn)一步增加Re和Ru的含量，并平衡其他元素來保證合金的組織穩(wěn)定性、抗氧化性能和抗蠕變性能。由于鉬合金的低溫脆性極大和鎢合金室溫下的加工成型性能較差等特性，鉭在高溫合金中一直占據(jù)較高的添加比例，在第六代高溫合金中的添加量更是超過了鈷和錸等元素。

圖表10：隨著代次升高，合金承溫能力逐步提高

資料來源：《航空發(fā)動(dòng)機(jī)用單晶高溫合金成分設(shè)計(jì)研究進(jìn)展》, 五礦證券研究所

圖表11：鉭在高溫合金中的添加量長期保持較高水平

資料來源：《航空發(fā)動(dòng)機(jī)用單晶高溫合金成分設(shè)計(jì)研究進(jìn)展》, 五礦證券研究所

針對鉭電容器和高溫合金市場，國內(nèi)領(lǐng)先的鉭冶煉與加工企業(yè)可以與國內(nèi)下游企業(yè)聯(lián)合開展原料制備、成型加工工藝的開發(fā)研究，提升高端產(chǎn)品力，力爭在產(chǎn)業(yè)變革中搶占機(jī)遇。

作者 | 祁巖 中國金屬礦業(yè)經(jīng)濟(jì)研究院（五礦產(chǎn)業(yè)金融研究院）

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