2021—2035年世界鍺礦產品供需形勢分析

陳星全，屈金芝，張艷松，武麗麗，王 蘭

(1.香港浸會大學工商管理學院，香港 999077；2.中國人民大學商學院，北京 100872；3.中國地質大學(武漢)資源學院，湖北 武漢 430074；4.中國工程院戰略咨詢中心，北京 100088；5.浪潮軟件科技有限公司，山東 濟南 250000)

鍺是一種重要的稀散稀有金屬，在新興產業和國防軍工領域具有廣泛而重要的作用。20世紀以來其應用領域逐步擴大，當前主要應用于光纖和紅外設備生產，未來在芯片、太陽能電池、生物科技和武器制造中具有極其重要的潛在價值。我國是全球最大的鍺生產國，近十年來累計供應全球68.5%的鍺，但我國鍺產品主要集中在上游礦產品和中游初級產品，資源價值未充分挖掘。研究全球背景下鍺資源供需和產業發展形勢對指導資源開發、產業發展和戰略布局具有十分重要的現實意義。

當前，鍺資源的相關研究主要集中在資源開發、儲量分析、消費趨勢、二次回收前景和產業發展情況，張洪川等[1]、馬奎等[2]研究了全球范圍內資源賦存、供需和消費趨勢；張明燕等[3]、葉霖等[4]、林博磊[5]和李芳琴[6]對鍺煤中賦存情況及地區化學進行分析，提出鍺資源開采方法；林博磊[5]和李芳琴[6]分析鍺應用前景，分別對常規資源和二次回收利用提出若干建議。綜合來看，以往研究多是情報分析和資源描述，針對鍺資源開發和加工利用過程環境污染問題鮮有關注，更缺少長周期尺度下資源供需形勢的定量研究。本文以全球供需為視角，定量預測2020—2035年全球鍺資源需求形勢，并分析環境保護制約下鍺資源供應情況，為我國科技研發和產業發展政策制定和規劃提供參考。

1 鍺礦開發利用現狀

1.1 鍺資源分布利用情況

鍺資源在自然界中很難單獨成礦，常以化合物的形式與鉛鋅礦、黃鐵礦、煤炭等共存，全球儲量約8 600 t(單位為金屬t，下同)，其中我國儲量3 526 t，占全球41%，僅次于美國。隨著鍺應用范圍的擴大，鍺資源產量大幅增加，由2000年的71 t增加到2019年的130 t，增長83.1%。 全球鍺生產主要特征：一是生產集中度較高，中國、美國和俄羅斯三國產量占全球75%，其中中國2019年產量占全球的65.4%；二是中國自2004年起取代美國，成為全球最大鍺生產國，近十年貢獻了全球68.5%的鍺(圖1～圖3)。

圖1 全球鍺儲量分布情況

圖2 全球鍺產量分布情況

圖3 2000—2019年全球鍺產量及中國占比情況

中國鍺生產主要集中在云南、內蒙古和江蘇等省(區)，產能主要集中在云南鍺業、中儲科技、四環鋅鍺等企業，主要鍺產品有四氧化鍺、二氧化鍺、高純鍺和鍺單晶，其中四氧化鍺主要應用于生產光纖材料，二氧化鍺用于催化劑、保健品和化妝品生產，鍺單晶用于紅外設備、半導體設備和太陽能電池生產。中國鍺產量由2000年約18 t增長至最高2014年的120 t，近年來受環保政策和整體市場環境的影響，我國鍺產品產量有所回落，逐漸降低至2019年的85 t。我國鍺資源雖然豐富，但我國鍺產業仍以中上游產品為主，資源深加工能力不足。近年來我國逐漸重視鍺高精尖產品研發和深加工，芯片級、光伏級、紅外級鍺產品等生產技術有望獲得突破。

1.2 中國鍺礦生產來源

隨著5G興起等新興產業的發展，鍺資源需求將大量增加，從相關廢棄產品中回收鍺可增加資源來源，并且有效減少環境污染。當前全球鍺產量的30%來自回收，主要回收來源有煉鋅廢渣、燃煤煙氣、含鍺廢料[7]。煉鋅廢渣和含鍺煙氣是最常見的鍺制取來源，分別占60%和30%；據世界金屬協會預計[8]，隨著含鍺廢料回收技術逐步進步，大約60%的鍺光學產品可以回收鍺，其中美國一般從廢棄坦克等軍用車輛和武器中回收，而我國鍺回收鋅渣和含鍺煙氣為主，近年來出現若干從光纖、廢棄設備中回收鍺的公司，但整體規模較小。 2019年我國二次回收鍺約21 t(圖4)，占全球二次回收的87.5%。

圖4 中國鍺金屬二次回收產量情況

1.3 鍺產品生產過程主要污染

鍺金屬在推動新興產業發展和方便人類生活的同時，也帶來很多環境問題。 鍺生產包含上游鍺礦開采、中游初級產品加工、下游高端研發等環節，其中污染主要來自上游和中游，所涉及污染物主要是廢水、廢氣、廢渣。鍺礦開采環節主要環境影響是廢水、固廢和土壤破壞等問題；鍺一般伴生于其他礦產，但在實際開采過程中取富棄貧不注重綜合利用，造成資源浪費；另外鍺矸石一般富含金屬礦物，露天堆放經雨水沖洗，容易造成水體重金屬污染，對脆弱的云南喀斯特生態造成不可逆轉破壞。鍺金屬精煉一般采用火法和濕法工藝，過程中酸液、切磨拋和清洗等環節產生多種廢水，因含有鉛鋅鎘砷氟等有害元素，對地下水產生不利影響；而鍺礦石破碎和精制過程產生煙塵、氮氧化物、二氧化硫、氟化物的煙塵和廢氣，往往造成大氣污染，對居民生活產生不利影響。

當前鍺生產企業對涉及污染物一般進行脫污處理，但所參照的排放標準一般是在2000年前后制定頒布，其中部分標準要求已不符合當前環保形勢。未來，伴隨環境保護的重視，鍺生產行業面臨環保收緊，對我國鍺生產帶來不利影響。

2 全球鍺資源需求預測

2.1 鍺礦產品消費結構

鍺具有良好的光學性質和力學性質，是一種半導體，廣泛應用于紅外光學、光纖通信、太陽能電池及聚合催化等新興產業，在信息通信、航天航空、軍事武器和新能源領域具有很重要的潛在價值。

鍺的工業應用主要起始于1950年前后，前期主要用于生產二極管、晶體管和PET催化劑。1980年代起隨著新應用的研發，鍺主要消費領域逐步轉移到光纖電纜、紅外設備和太陽能電池；2005年以來，全球鍺金屬消費結構中，光纖和紅外產品中消費占比持續擴大，光纖產品由2005年的20%增加到2019年34%；紅外設備占比由25%增加到36%；催化劑由2005年36%減小至2019年的4%，大幅下降(圖5～圖8)。未來鍺在戰略信息產業和國防軍工產業具有極其重要的應用潛力，戰略信息產業主要是生產芯片、太陽能電池、傳感器、濾光器，在國防軍工領域主要應用于生產軍用透鏡、紅外雷達、熱成像儀、放射線檢測儀、核反應能譜儀。

當前鍺主要應用于光纖、PET催化劑、紅外光學及太陽能電池等領域，占鍺總需求的91%，其中紅外光學和太陽能電池占據著越來越重要的地位，光纖、紅外光學、太陽能等對鍺需求均穩定增長。

圖5 2005年全球鍺消費結構

圖6 2010年全球鍺消費結構

圖7 2015年全球鍺消費結構

圖8 2019年全球鍺消費結構

2.2 鍺礦產品消費部門

由于鍺資源消費主要集中于光纖、紅外設備、太陽能電池和催化劑，本文利用部門消費預測法和行業需求趨勢分析來對鍺資源需求量進行預測。

光纖是鍺最大消費領域，當前已進入5G時代，5G網絡建設對光纖需求量將是4G的1.4倍，2020年全球約消費光纖5.5億芯km，消費鍺60.5 t；光纖消費與通信技術發展具有一致性，表現在以8～10年為一個周期。據統計，全球2010—2015年、2016—2020年光纖年均增長分別為13.1%和9.3%，未來五年全球進入5G光纖鋪設期，預計2020—2035年光纖需求高速的情形下將保持12.0%、8.0%和7.0%的年均增長速度，而低增長情形下仍會保持5.0%、4.0%和2.0%的增速，本文選擇中間情形，即保持年均8.5%、6.2%和3.7%的年均增長速度[9]，即2025年、2030年、2035年全球鍺光纖需求分別為90.8 t、122.5 t和147.0 t。

表1 全球光纖消費年均增長率及預測增速

在紅外領域，隨著大國競爭的加劇和中國軍事變革的推進，我軍對信息化建設將提出更高要求，為滿足基本的信息化戰爭需要，我軍夜視儀需求達6.5萬臺，每臺約需要0.3 kg鍺，總計折合鍺需求19.5 t[2]；而我國國防軍工領域雷達、鏡頭、探測儀等需鍺約11 t，預計全球軍工需求鍺約61 t。另外，紅外成像逐漸成為車載標配，隨著新能源汽車的崛起，未來全球紅外熱像儀需求94萬臺，合計鍺需求280 t[10]。 綜合來看，紅外領域鍺需求年均增長6.2%，由2020年54 t增長至2025年73.4 t，而2030年需求約95.5 t，2035年需求114.5 t。

太陽能電池用鍺主要用于衛星，未來民用航天逐漸興起，但衛星屬于高端產品，消費領域較窄，預計太陽能電池整體對鍺需求年均增長3.5%[11]，即2025年、2030年、2035年分別需求28.4 t、33.8 t和40.1 t。鍺催化劑消費主要集中在日本，約占全球68.9%，鍺催化劑具有性能好、污染小、穩定性強的優勢，未來新技術新產業會促進鍺催化劑需求，但考慮到鍺催化劑價格較高且可被替代，預計催化劑鍺需求整體年均增長2%，即2025年、2030年、2035年分別需求5.9 t、6.4 t和6.9 t。

2.3 中國鍺礦產品需求形勢

根據鍺主要產品中國產量全球占比，可以推算出中國鍺需求量。據國家統計局2018年我國光纖產量4.18億芯km[12]，占全球總產量的66%；據Evsales統計數據，2019年全球新能源汽車生產221萬輛，而中國汽車工業協會發布的信息顯示中國新能源汽車產量130萬輛，即中國新能源汽車產量占全球的62%；2019年中國運載火箭發射34次[13]，占全球33%。 由此可知，中國鍺需求將增長至占全球的58.8%，年均增長約7.0%，預計2025年、2030年、2035年分別需求115.1 t、151.3 t和181.3 t(圖9)。

2.4 鍺礦產品供需平衡情況

未來鍺需求快速增長已成定局，未來資源供應將面臨新的形勢。一是供不應求現象逐步突出，當前全球鍺資源基本供需平衡，隨著全球鍺需求的增長中國鍺產量將同步增加，但受環保和資源出口政策限制，中國鍺產量增幅有限，預計中國鍺產量至2028年逐漸增加并穩定至170 t，自2025年起全球鍺缺口逐步明顯。 二是鍺二次回收產量將增加(表3)，隨著鍺缺口增加鍺價格將隨之上漲，將進一步刺激回收鍺產業的發展，預計2025年、2030年、2035年全球鍺二次回收產量分別為43.5 t、88.1 t、138.6 t，鍺二次回收比重將從當前30%升至2035年的45%。另外，未來中國作為全球最大鍺資源供應國的地位很難改變，未來鍺資源供應增量主要來自二次回收，作為全球最大的消費地區，中國有巨量的回收來源，另外當前我國國內已經出現若干鍺回收企業，鍺回收技術和企業成熟度逐步完善，國內回收鍺行業會進一步發展壯大。

表2 全球鍺消費需求預測

圖9 2020—2035年全球鍺需求量預測及中國占比

表3 2020—2035年全球鍺產品供需形勢

3 結論和建議

3.1 結論

1) 鍺資源主要與鉛鋅礦、煤炭等礦物伴生共存，單獨礦物較少；全球鍺資源分布較為集中，主要賦存于美國(45%)、中國(41%)和俄羅斯(10%)。中國是全球最大鍺資源供應國，近十年來供應全球68%的資源，未來中國仍將是全球最重要的鍺供應國，增量主要來自資源二次回收。

2) 鍺廣泛應用于紅外光學、光纖通信、太陽能電池及聚合催化等新興產業，且已初具規模；當前正處于鍺產業變革的起飛點，未來鍺在信息通信、航天航空、軍事武器和新能源領域具有很重要的潛在價值。 全球鍺資源需求將快速增加，年均增長約6.6%，2025年、2030年和2035年的需求量預計分別為198.5 t、258.1 t和308.6 t，其中紅外設備鍺產品需求73.4 t、95.5 t和114.5 t；光纖系統鍺產品需求90.8 t、122.5 t和147.0 t；太陽能鍺產品需求分別為28.9 t、34.8 t和42.0 t。

3) 鍺資源供不應求現象在2025年起逐步凸顯，屆時資源二次回收將成為重要的來源，預計2025年、2030年、2035年全球鍺二次回收產量分別為43.5 t、88.1 t、138.6 t，鍺二次回收比重將從當前30%升至2035年的45%。

3.2 建議

1) 鍺資源開發和加工污染主要集中在資源冶煉提取環節，當前主要規范標準已無法滿足新的環保要求，相關管理機構和行業協會應著手修訂制定新的標準。相關企業應當我國應加大鍺資源深加工能力，提升行業競爭力。

2) 未來鍺資源在戰略信息產業和國防軍工行業具有潛在價值，作為我國優勢礦產，應當發揮自身的戰略價值：一是鼓勵科技研發，瞄準下一代產業開發高技術產品；二是加強行業聯合，提高國際競爭力和話語權；三是制定嚴格的出口管控政策，嚴防資源流失。

3) 隨著鍺資源需求量增加，資源二次回收將是重要的資源來源，我國當前鍺資源二次回收雖然有所起步，但整體仍較弱，為此我國政府和社會應引導和扶持資源二次回收行業發展，鞏固自身資源大國地位。