2021—2035年世界锗矿产品供需形势分析

陈星全，屈金芝，张艳松，武丽丽，王 兰

(1.香港浸会大学工商管理学院，香港 999077；2.中国人民大学商学院，北京 100872；3.中国地质大学(武汉)资源学院，湖北 武汉 430074；4.中国工程院战略咨询中心，北京 100088；5.浪潮软件科技有限公司，山东 济南 250000)

锗是一种重要的稀散稀有金属，在新兴产业和国防军工领域具有广泛而重要的作用。20世纪以来其应用领域逐步扩大，当前主要应用于光纤和红外设备生产，未来在芯片、太阳能电池、生物科技和武器制造中具有极其重要的潜在价值。我国是全球最大的锗生产国，近十年来累计供应全球68.5%的锗，但我国锗产品主要集中在上游矿产品和中游初级产品，资源价值未充分挖掘。研究全球背景下锗资源供需和产业发展形势对指导资源开发、产业发展和战略布局具有十分重要的现实意义。

当前，锗资源的相关研究主要集中在资源开发、储量分析、消费趋势、二次回收前景和产业发展情况，张洪川等[1]、马奎等[2]研究了全球范围内资源赋存、供需和消费趋势；张明燕等[3]、叶霖等[4]、林博磊[5]和李芳琴[6]对锗煤中赋存情况及地区化学进行分析，提出锗资源开采方法；林博磊[5]和李芳琴[6]分析锗应用前景，分别对常规资源和二次回收利用提出若干建议。综合来看，以往研究多是情报分析和资源描述，针对锗资源开发和加工利用过程环境污染问题鲜有关注，更缺少长周期尺度下资源供需形势的定量研究。本文以全球供需为视角，定量预测2020—2035年全球锗资源需求形势，并分析环境保护制约下锗资源供应情况，为我国科技研发和产业发展政策制定和规划提供参考。

1 锗矿开发利用现状

1.1 锗资源分布利用情况

锗资源在自然界中很难单独成矿，常以化合物的形式与铅锌矿、黄铁矿、煤炭等共存，全球储量约8 600 t(单位为金属t，下同)，其中我国储量3 526 t，占全球41%，仅次于美国。随着锗应用范围的扩大，锗资源产量大幅增加，由2000年的71 t增加到2019年的130 t，增长83.1%。 全球锗生产主要特征：一是生产集中度较高，中国、美国和俄罗斯三国产量占全球75%，其中中国2019年产量占全球的65.4%；二是中国自2004年起取代美国，成为全球最大锗生产国，近十年贡献了全球68.5%的锗(图1～图3)。

图1 全球锗储量分布情况

图2 全球锗产量分布情况

图3 2000—2019年全球锗产量及中国占比情况

中国锗生产主要集中在云南、内蒙古和江苏等省(区)，产能主要集中在云南锗业、中储科技、四环锌锗等企业，主要锗产品有四氧化锗、二氧化锗、高纯锗和锗单晶，其中四氧化锗主要应用于生产光纤材料，二氧化锗用于催化剂、保健品和化妆品生产，锗单晶用于红外设备、半导体设备和太阳能电池生产。中国锗产量由2000年约18 t增长至最高2014年的120 t，近年来受环保政策和整体市场环境的影响，我国锗产品产量有所回落，逐渐降低至2019年的85 t。我国锗资源虽然丰富，但我国锗产业仍以中上游产品为主，资源深加工能力不足。近年来我国逐渐重视锗高精尖产品研发和深加工，芯片级、光伏级、红外级锗产品等生产技术有望获得突破。

1.2 中国锗矿生产来源

随着5G兴起等新兴产业的发展，锗资源需求将大量增加，从相关废弃产品中回收锗可增加资源来源，并且有效减少环境污染。当前全球锗产量的30%来自回收，主要回收来源有炼锌废渣、燃煤烟气、含锗废料[7]。炼锌废渣和含锗烟气是最常见的锗制取来源，分别占60%和30%；据世界金属协会预计[8]，随着含锗废料回收技术逐步进步，大约60%的锗光学产品可以回收锗，其中美国一般从废弃坦克等军用车辆和武器中回收，而我国锗回收锌渣和含锗烟气为主，近年来出现若干从光纤、废弃设备中回收锗的公司，但整体规模较小。 2019年我国二次回收锗约21 t(图4)，占全球二次回收的87.5%。

图4 中国锗金属二次回收产量情况

1.3 锗产品生产过程主要污染

锗金属在推动新兴产业发展和方便人类生活的同时，也带来很多环境问题。 锗生产包含上游锗矿开采、中游初级产品加工、下游高端研发等环节，其中污染主要来自上游和中游，所涉及污染物主要是废水、废气、废渣。锗矿开采环节主要环境影响是废水、固废和土壤破坏等问题；锗一般伴生于其他矿产，但在实际开采过程中取富弃贫不注重综合利用，造成资源浪费；另外锗矸石一般富含金属矿物，露天堆放经雨水冲洗，容易造成水体重金属污染，对脆弱的云南喀斯特生态造成不可逆转破坏。锗金属精炼一般采用火法和湿法工艺，过程中酸液、切磨抛和清洗等环节产生多种废水，因含有铅锌镉砷氟等有害元素，对地下水产生不利影响；而锗矿石破碎和精制过程产生烟尘、氮氧化物、二氧化硫、氟化物的烟尘和废气，往往造成大气污染，对居民生活产生不利影响。

当前锗生产企业对涉及污染物一般进行脱污处理，但所参照的排放标准一般是在2000年前后制定颁布，其中部分标准要求已不符合当前环保形势。未来，伴随环境保护的重视，锗生产行业面临环保收紧，对我国锗生产带来不利影响。

2 全球锗资源需求预测

2.1 锗矿产品消费结构

锗具有良好的光学性质和力学性质，是一种半导体，广泛应用于红外光学、光纤通信、太阳能电池及聚合催化等新兴产业，在信息通信、航天航空、军事武器和新能源领域具有很重要的潜在价值。

锗的工业应用主要起始于1950年前后，前期主要用于生产二极管、晶体管和PET催化剂。1980年代起随着新应用的研发，锗主要消费领域逐步转移到光纤电缆、红外设备和太阳能电池；2005年以来，全球锗金属消费结构中，光纤和红外产品中消费占比持续扩大，光纤产品由2005年的20%增加到2019年34%；红外设备占比由25%增加到36%；催化剂由2005年36%减小至2019年的4%，大幅下降(图5～图8)。未来锗在战略信息产业和国防军工产业具有极其重要的应用潜力，战略信息产业主要是生产芯片、太阳能电池、传感器、滤光器，在国防军工领域主要应用于生产军用透镜、红外雷达、热成像仪、放射线检测仪、核反应能谱仪。

当前锗主要应用于光纤、PET催化剂、红外光学及太阳能电池等领域，占锗总需求的91%，其中红外光学和太阳能电池占据着越来越重要的地位，光纤、红外光学、太阳能等对锗需求均稳定增长。

图5 2005年全球锗消费结构

图6 2010年全球锗消费结构

图7 2015年全球锗消费结构

图8 2019年全球锗消费结构

2.2 锗矿产品消费部门

由于锗资源消费主要集中于光纤、红外设备、太阳能电池和催化剂，本文利用部门消费预测法和行业需求趋势分析来对锗资源需求量进行预测。

光纤是锗最大消费领域，当前已进入5G时代，5G网络建设对光纤需求量将是4G的1.4倍，2020年全球约消费光纤5.5亿芯km，消费锗60.5 t；光纤消费与通信技术发展具有一致性，表现在以8～10年为一个周期。据统计，全球2010—2015年、2016—2020年光纤年均增长分别为13.1%和9.3%，未来五年全球进入5G光纤铺设期，预计2020—2035年光纤需求高速的情形下将保持12.0%、8.0%和7.0%的年均增长速度，而低增长情形下仍会保持5.0%、4.0%和2.0%的增速，本文选择中间情形，即保持年均8.5%、6.2%和3.7%的年均增长速度[9]，即2025年、2030年、2035年全球锗光纤需求分别为90.8 t、122.5 t和147.0 t。

表1 全球光纤消费年均增长率及预测增速

在红外领域，随着大国竞争的加剧和中国军事变革的推进，我军对信息化建设将提出更高要求，为满足基本的信息化战争需要，我军夜视仪需求达6.5万台，每台约需要0.3 kg锗，总计折合锗需求19.5 t[2]；而我国国防军工领域雷达、镜头、探测仪等需锗约11 t，预计全球军工需求锗约61 t。另外，红外成像逐渐成为车载标配，随着新能源汽车的崛起，未来全球红外热像仪需求94万台，合计锗需求280 t[10]。 综合来看，红外领域锗需求年均增长6.2%，由2020年54 t增长至2025年73.4 t，而2030年需求约95.5 t，2035年需求114.5 t。

太阳能电池用锗主要用于卫星，未来民用航天逐渐兴起，但卫星属于高端产品，消费领域较窄，预计太阳能电池整体对锗需求年均增长3.5%[11]，即2025年、2030年、2035年分别需求28.4 t、33.8 t和40.1 t。锗催化剂消费主要集中在日本，约占全球68.9%，锗催化剂具有性能好、污染小、稳定性强的优势，未来新技术新产业会促进锗催化剂需求，但考虑到锗催化剂价格较高且可被替代，预计催化剂锗需求整体年均增长2%，即2025年、2030年、2035年分别需求5.9 t、6.4 t和6.9 t。

2.3 中国锗矿产品需求形势

根据锗主要产品中国产量全球占比，可以推算出中国锗需求量。据国家统计局2018年我国光纤产量4.18亿芯km[12]，占全球总产量的66%；据Evsales统计数据，2019年全球新能源汽车生产221万辆，而中国汽车工业协会发布的信息显示中国新能源汽车产量130万辆，即中国新能源汽车产量占全球的62%；2019年中国运载火箭发射34次[13]，占全球33%。 由此可知，中国锗需求将增长至占全球的58.8%，年均增长约7.0%，预计2025年、2030年、2035年分别需求115.1 t、151.3 t和181.3 t(图9)。

2.4 锗矿产品供需平衡情况

未来锗需求快速增长已成定局，未来资源供应将面临新的形势。一是供不应求现象逐步突出，当前全球锗资源基本供需平衡，随着全球锗需求的增长中国锗产量将同步增加，但受环保和资源出口政策限制，中国锗产量增幅有限，预计中国锗产量至2028年逐渐增加并稳定至170 t，自2025年起全球锗缺口逐步明显。 二是锗二次回收产量将增加(表3)，随着锗缺口增加锗价格将随之上涨，将进一步刺激回收锗产业的发展，预计2025年、2030年、2035年全球锗二次回收产量分别为43.5 t、88.1 t、138.6 t，锗二次回收比重将从当前30%升至2035年的45%。另外，未来中国作为全球最大锗资源供应国的地位很难改变，未来锗资源供应增量主要来自二次回收，作为全球最大的消费地区，中国有巨量的回收来源，另外当前我国国内已经出现若干锗回收企业，锗回收技术和企业成熟度逐步完善，国内回收锗行业会进一步发展壮大。

表2 全球锗消费需求预测

图9 2020—2035年全球锗需求量预测及中国占比

表3 2020—2035年全球锗产品供需形势

3 结论和建议

3.1 结论

1) 锗资源主要与铅锌矿、煤炭等矿物伴生共存，单独矿物较少；全球锗资源分布较为集中，主要赋存于美国(45%)、中国(41%)和俄罗斯(10%)。中国是全球最大锗资源供应国，近十年来供应全球68%的资源，未来中国仍将是全球最重要的锗供应国，增量主要来自资源二次回收。

2) 锗广泛应用于红外光学、光纤通信、太阳能电池及聚合催化等新兴产业，且已初具规模；当前正处于锗产业变革的起飞点，未来锗在信息通信、航天航空、军事武器和新能源领域具有很重要的潜在价值。 全球锗资源需求将快速增加，年均增长约6.6%，2025年、2030年和2035年的需求量预计分别为198.5 t、258.1 t和308.6 t，其中红外设备锗产品需求73.4 t、95.5 t和114.5 t；光纤系统锗产品需求90.8 t、122.5 t和147.0 t；太阳能锗产品需求分别为28.9 t、34.8 t和42.0 t。

3) 锗资源供不应求现象在2025年起逐步凸显，届时资源二次回收将成为重要的来源，预计2025年、2030年、2035年全球锗二次回收产量分别为43.5 t、88.1 t、138.6 t，锗二次回收比重将从当前30%升至2035年的45%。

3.2 建议

1) 锗资源开发和加工污染主要集中在资源冶炼提取环节，当前主要规范标准已无法满足新的环保要求，相关管理机构和行业协会应着手修订制定新的标准。相关企业应当我国应加大锗资源深加工能力，提升行业竞争力。

2) 未来锗资源在战略信息产业和国防军工行业具有潜在价值，作为我国优势矿产，应当发挥自身的战略价值：一是鼓励科技研发，瞄准下一代产业开发高技术产品；二是加强行业联合，提高国际竞争力和话语权；三是制定严格的出口管控政策，严防资源流失。

3) 随着锗资源需求量增加，资源二次回收将是重要的资源来源，我国当前锗资源二次回收虽然有所起步，但整体仍较弱，为此我国政府和社会应引导和扶持资源二次回收行业发展，巩固自身资源大国地位。