中國粉體網(wǎng)訊 常見的永磁材料通常分為三類，分別是稀土永磁材料、鐵氧體永磁材料和金屬永磁材料。稀土永磁材料是一類以稀土金屬元素RE和過渡族金屬元素TM所形成的金屬間化合物為基礎(chǔ)的永磁材料。其應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，涉及汽車工業(yè)、節(jié)能家電、消費電子、工業(yè)應(yīng)用、風(fēng)力發(fā)電等，其中汽車行業(yè)是稀土永磁材料的第一大消費領(lǐng)域。以“中國制造2025”五大工程的核心高端裝備創(chuàng)新工程為例，其十大重點領(lǐng)域中，個個都有稀土永磁材料應(yīng)用的身影，“工業(yè)味精”也成了他們的贊譽。
（來源：廈門鎢業(yè)）
稀土永磁材料在新能源汽車上的應(yīng)用
新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展為稀土永磁產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了良機，稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)有望迎來爆發(fā)式的增長空間。
不管是混合動力汽車、純電動汽車還是剛剛起步的燃料電池汽車，永磁電機都是必不可少的核心器件之一。稀土永磁材料不但可以促進永磁電機向著輕型化和小型化的方向發(fā)展，也可以使其性能大大提高。以10kW的電機為例，采用稀土永磁材料制作的電機重量為90kg左右，而采用常規(guī)永磁材料制作的電機重量可達220kg，相當(dāng)于永磁電機的2.5倍。在體積上，70W的稀土永磁微電機是電流勵磁微電機的1/4，是鐵氧體勵磁微電機的1/2。所以，稀土永磁電機無論是在重量上還是在體積上，都比其他同性能的電機更具優(yōu)勢，是新能源汽車驅(qū)動電機的首選產(chǎn)品。
劍橋大學(xué)開發(fā)出不使用稀土元素的高性能磁鐵制造方法
據(jù)彭博社報道，劍橋大學(xué)的一個團隊和來自奧地利的合作者找到了一種可能替代稀土磁鐵的新方法——鐵-鎳（Tetrataenite）。根據(jù)該大學(xué)的一篇研究論文，這可能成為稀土永磁的替代品。
（來源：彭博社）
根據(jù)中國科學(xué)院此前公布的資料顯示，Tetrataenite由50％的鐵和50％的鎳組成，鐵和鎳原子交替排列，為規(guī)則的周期性晶體結(jié)構(gòu)。它產(chǎn)生一種硬磁，即磁化方向不會輕易改變，其磁性能接近稀土磁體。1960年代，研究人員通過用中子轟擊鐵鎳合金來人工制造鐵-鎳，使原子形成有序堆疊，但這種技術(shù)并不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
在這項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，通過添加常見的磷元素，有望大規(guī)模地人工制造鐵-鎳，而無需進行任何專門處理或使用高成本技術(shù)。研究人員表示，隕石中存在的磷，可以使鐵和鎳原子移動得更快，從而形成必要的有序堆疊，而無需等待數(shù)百萬年。通過混合適量的鐵、鎳和磷，可將鐵-鎳的形成速度提高11-15個數(shù)量級。這一簡單的鑄造過程只需幾秒即可完成。
（來源：劍橋大學(xué)）
盡管這種鐵-鎳生產(chǎn)方法富有前景，但研究人員還需進一步確定其是否適用于高性能磁鐵。該團隊希望，能與主要磁鐵制造商達成合作。如果劍橋大學(xué)發(fā)現(xiàn)的這種生產(chǎn)工藝在商業(yè)上被證明可行，它可能會替代稀土永磁在電動汽車上的應(yīng)用。
欲擺脫對中國稀土永磁材料依賴的歐盟
中國不僅稀土儲量最多，同時具備全球最完備的稀土永磁產(chǎn)業(yè)鏈，也是全球最重要的稀土永磁生產(chǎn)基地。根據(jù)中國稀土行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2021年中國稀土永磁材料產(chǎn)量及消耗量分別達到21.33、16.07萬噸，居全球首位。
中國是歐盟最大的稀土供應(yīng)國，滿足了歐盟98%的稀土進口需求。隨著新能源汽車時代的到來，中國在稀土永磁材料方面的強勢，卡住了歐盟新能源汽車的脖子，也影響了歐盟2030年減排55%的目標(biāo)及2050年的碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)。為擺脫對中國稀土的依賴，歐盟此前已采取一系列措施。
一是致力于增強自身的稀土永磁材料供應(yīng)能力
2020年年底歐盟建立了歐洲原材料聯(lián)盟（ERMA），以確保歐盟在減少碳排放的同時擁有所需的一系列關(guān)鍵礦物原料，并將稀土作為重中之重。歐盟的目標(biāo)是在當(dāng)?shù)貏?chuàng)建稀土開采、加工和磁鐵行業(yè)，以減少對中國供應(yīng)商的依賴。尤其稀土永磁，到2050年，歐盟對這種材料的需求將激增10倍。
去年9月，歐盟公布了一項總額達到17億歐元的稀土產(chǎn)業(yè)投資計劃，呼吁歐盟各成員國政府和制造商通過補貼及銷售配額等方式支持稀土開采和加工，從而減少歐盟對中國稀土出口的依賴。歐洲原材料聯(lián)盟（ERMA）稱，這項投資計劃包含14個項目，涉及從采礦到稀土永磁材料生產(chǎn)等多個領(lǐng)域。該機構(gòu)還建議歐盟每年投資2億歐元以提高歐盟的稀土永磁材料產(chǎn)量，希望到2030年歐盟的稀土永磁產(chǎn)量能達到區(qū)內(nèi)需求的五分之一。
今年9月，馮德萊恩宣布了《歐洲關(guān)鍵原材料法案》，該法案強調(diào)將明確“整個供應(yīng)鏈上的戰(zhàn)略項目”——包括開采、提煉、加工和回收——以便在“供應(yīng)面臨風(fēng)險”的行業(yè)積累戰(zhàn)略儲備。
二是發(fā)展新項目、新工藝
進入21世紀(jì)以來，歐盟國家稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展止步不前。目前歐盟正與SUSMAGPRO（以工業(yè)為基礎(chǔ)的財團， 由 19 個項目合作伙伴和一個來自 9 個歐洲國家的關(guān)聯(lián)伙伴組成）聯(lián)手開展循環(huán)經(jīng)濟中稀土磁體的可持續(xù)回收、再加工和再利用等方面的項目。
SUSMAGPRO是2019年6月啟動的項目，該項目分為4個回收試點和4種再處理路線。其中4個回收試點分別為：STENA（瑞典哈爾姆斯塔德，計劃每年6噸釹鐵硼粉末）、University of Birmingham（英國伯明翰學(xué)校，于2021年年初計劃建設(shè)， 計劃容量50噸/年釹鐵硼粉末）、Magneti Ljubljana d.d.（瑪涅蒂盧布爾雅那，計劃50噸 /年釹鐵硼粉末）和Min Plus（MIMplus技術(shù)，10噸/年釹鐵硼粉末）。4 種再處理路線分別是Magneti Ljubljana d.d.（斯洛文尼亞）、Kolektor（德國）、Mimplus Technologies （德國）和Less Common Metal（英國）。所有四種路線的成熟計劃產(chǎn)能：大于100噸/年的鑄造合金和永磁體。
此外，為了避免對Pr、Nd、Dy、Tb 等稀缺稀土元素的依賴，一些新配方（SmFeN 永磁材料）、新工藝（結(jié)晶擴散、晶粒細化、熱壓/熱變形技術(shù)）成為開發(fā)重點，同時繼續(xù)通過新的專利申請維持在行業(yè)內(nèi)的技術(shù)壟斷地位。
三是尋找稀土永磁的替代材料
除了上述劍橋大學(xué)的研究，早在2018年，由法國圖盧茲納米物體物理化學(xué)實驗室的莉薩-瑪麗·拉克羅伊領(lǐng)導(dǎo)的一個小組便通過使用鈷納米棒而不是稀土元素開發(fā)了一種特性類似于釹基配方的稀土永磁材料。鈷納米棒是一種新型磁性材料，與樂高積木相似的是，研究人員將鈷納米棒排列在一個外部磁場中，并在冷高壓下將其壓實，以產(chǎn)生宏觀磁鐵。這種強磁結(jié)構(gòu)有望用于制造未來的永磁發(fā)電機、微型馬達以及其他一些需要大電流且具有高能量密度的器件。不過鈷硬磁材料并不完備，而且鈷礦有毒，在提取生產(chǎn)過程中面臨著不小的環(huán)境和道德問題，但可以減少對中國稀土礦的依賴。
2020年，英國利茲大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種鈷的混合薄膜，具有天然的磁性。同時，它上面還有覆蓋了巴克明斯特富勒烯分子。這是一種獨特形態(tài)的碳結(jié)構(gòu)，也正是因為這一結(jié)構(gòu)，讓鈷的磁性強度得到了巨大的增強。這種新型材料的發(fā)現(xiàn)，讓人們看到了替代稀土永磁體的希望。但是科學(xué)家們?nèi)孕枰M一步進行研究，因為現(xiàn)在這一特殊材料需要在低溫條件下才會有強磁場，所以研究人員下一步就要研制出在常溫下的混合性磁性材料。
參考資料：
1、鄒婧玲，《乘風(fēng)破浪——稀土永磁新時代發(fā)展淺析》
2、吉力強等，《輕稀土資源現(xiàn)狀及在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用》
3、蓋世汽車，《劍橋大學(xué)開發(fā)高性能磁鐵制造方法無需使用稀土元素》
4、觀察者網(wǎng)《為減少對中國稀土依賴，歐盟計劃投17億歐元》
5、有色冶金節(jié)能，《為減少對中國稀土依賴，歐盟計劃投17億歐元》
6、中國白銀網(wǎng)，《利茲大學(xué)研發(fā)新型無稀土環(huán)保磁體 可用于消費電子產(chǎn)品/電動汽車等》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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