美企联手押注色谱法稀土分离技术 本土产业链构建成效引关注

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界面新闻记者 | 田鹤琪

美国正加速推进稀土产业链本土化布局,近期两家本土企业的深度合作引发行业关注。

8月19日,高性能稀土磁体制造商火神元素(Vulcan Elements)官网发布公告,宣布与稀土精炼企业新元素技术(ReElement Technologies)达成商业规模的轻重稀土氧化物长期供应协议。此次合作旨在快速提升火神元素在美国本土的稀土磁体商业化产能,完善磁体制造供应链体系。

火神元素强调,双方将共同致力于美国磁体供应链的本土化建设,为美国下一代经济发展和国防科技优势提供关键支撑。不过,交易具体财务条款未对外披露。

成立于2023年的火神元素是一家总部位于北卡罗来纳州的初创企业,专注高性能稀土磁体研发生产,现有员工不足50人。该公司已在北卡州"研究三角园区"建成小型商业化制造及研发基地,其产品广泛应用于国防军工、卫星通信、人工智能数据中心、半导体设备、工业电机及消费电子等战略领域。

作为产业链上游关键企业,新元素技术是美国资源公司(American Resources Corp,纳斯达克股票代码:AREC)的全资子公司,核心业务聚焦稀土精炼环节。与传统矿业企业不同,该公司专注于稀土原料的高技术加工处理,通过先进工艺生产高纯度单一稀土氧化物,为火神元素等下游磁体厂商提供关键原材料。

新元素技术旗下拥有新元素非洲(ReElement Africa)和肯塔基锂业(Kentucky Lithium)两家专业子公司。前者重点在非洲矿产资源富集地区推广应用其专利精炼技术;后者则专注于利用肯塔基州东部闲置煤矿基础设施,将全球采购的锂矿石加工提炼为电池级碳酸锂产品。

早在2022年,新元素技术就与美国稀土磁体公司(USA Rare Earth)签署合作备忘录,共同构建了美国首条完全本土化的稀土永磁材料供应链,为此次与火神元素的合作奠定了技术基础。

母公司美国资源公司总部位于印第安纳州费舍尔斯,是美国重要的原材料及基础设施供应商,核心业务聚焦对美国基础设施建设和能源转型具有战略意义的矿产资源与能源资产的收购、开发和运营。

被誉为"工业维生素"的稀土元素,是元素周期表中镧系元素及钪、钇等17种金属元素的总称,具体包括镧、铈、镨、钕4种轻稀土,钐、铕、钆3种中稀土,以及铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇8种重稀土。

其中中重稀土作为电动汽车、新能源产业、国防安全等领域不可或缺的关键原材料,具有极高的经济价值和战略意义。

长期以来,美国在重稀土供应链方面存在显著短板。

一方面,美国本土稀土资源储量相对匮乏。美国地质调查局(USGS)数据显示,中国稀土储量居全球首位,2024年中国稀土氧化物(REO)已知储量达4400万吨,占全球总储量(9000多万吨)的近50%。相比之下,美国稀土储量仅为190万吨,供应链高度依赖进口渠道。

图片来源:statista

另一方面,美国稀土加工冶炼能力严重不足。

同济大学国家创新发展研究院今年7月发布的《海外智库研究:中美稀土之争将如何演进?》报告指出,中国长期占据全球重稀土加工99%的市场份额,唯一能提供少量产出的越南精炼厂因税务纠纷已停产一年,导致美国在重稀土供应方面对中国形成高度依赖。

报告显示,2025年美国MP Materials公司在五角大楼资助下,钕硼铁磁体年产能仅为1000吨;而中国早在2018年钕铁硼磁体年产量就已达13.8万吨。2024年MP Materials宣布氧化钕产量1300吨,同期中国钕铁硼磁体产量约30万吨,产能差距悬殊。

稀土从矿山开采到制备成氧化物,需经过选矿、精矿分解、冶炼分离、材料制备等复杂工艺流程。

值得注意的是,由于稀土元素间物理化学性质极为相似,从含稀土废料中实现高效分离一直是行业公认的技术难题。

界面新闻查阅知网学术论文发现,当前国内稀土资源萃取分离技术主要集中在化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、萃取色层法和液膜分离法等方向,其中溶剂萃取法是商业领域应用最广泛的主流技术,而色谱法相关研究相对较少。

新元素技术采用的稀土分离工艺基于其专利的色谱法精炼技术,该技术由普渡大学研发设计,新元素技术已实现美国本土化商业化应用。

新元素技术表示,色谱分离与提纯技术是公司回收关键金属的核心竞争力,其研发的提纯分离柱可生产纯度99.95%以上的稀土氧化物产品,重新投入全球磁性材料供应链体系。

该公司主要通过两种渠道获取原材料:一是回收利用渠道,处理从废弃电子产品中回收的材料,可从硬盘驱动器、电动汽车发动机等废旧设备中提取已精炼的稀土元素;二是采矿场地提取渠道,直接处理来自采矿作业的稀土精矿,分离制备成单一稀土氧化物。

官网信息显示,新元素技术目前可生产镨、钕、镝、铽等稀土氧化物产品,其中镨钕属于轻稀土元素,镝铽则为重稀土元素,产品覆盖稀土产业链关键环节。

色谱法又称"色谱分析"、"色谱分析法"或"层析法",其基本原理是利用不同物质在不同相态的选择性分配特性,通过流动相对固定相中的混合物进行洗脱,使混合物中不同组分以不同速度沿固定相移动,从而实现分离纯化。

这项起源于20世纪初的技术,自1950年代后得到飞速发展,现已广泛应用于石油化工、有机合成、医药卫生、环境保护乃至空间探索等多个领域,展现出强大的技术适应性。

目前色谱法在稀土分离中的主要应用形式包括纸色谱与薄层色谱法、气相色谱法、超临界色谱法和液相色谱法等。

新元素技术指出,与传统溶剂萃取法相比,色谱法具有显著效率优势,其关键在于色谱法的界面面积高出几个数量级——1克吸附剂内部表面积可达数百平方米,这使得分离效率大幅提升,同时降低化学品和能源消耗,减少占地面积。

"从近几年研究现状看,色谱分离法具有快速、高效、操作简单、检测灵敏度高等特点,在稀土分离中应用越来越广泛。"湖南省地质测试研究院博士研究生彭君等人在2017年发表于中国知网的《基于稀土离子色谱分离法的研究方法进展》一文中指出。

新元素技术官网同时披露,色谱系统在具备优势的同时也存在技术复杂性,例如一个简单的三元分离系统设计优化就涉及20多个参数,由于每次实验可能需要数天时间,无法通过反复试验找到涵盖所有参数的最佳操作条件,技术门槛较高。

去年11月,新元素技术更新了其位于马里恩园区的美国最大稀土和锂精炼联合工厂建设进度。

据美国资源公司消息,马里恩园区初始目标产能将扩展至每年5000吨超纯(>99.9%)氢氧化锂或碳酸盐,以及每年1000吨超纯(>99.5%)稀土氧化物,原料将来自原矿和再生资源,包括高效电机、电动汽车、风力涡轮机、电动工具和硬盘中的磁铁等,目标成为中国境外最大的重稀土元素生产商。

界面新闻对比数据显示,新元素技术当前产能与中国稀土企业存在明显差距:2024年北方稀土(600111.SH)稀土氧化物生产量15487.79吨,广晟有色(600259.SH)为4443吨,盛和资源(600392.SH)达21758吨,均远超新元素技术规划产能。

成本方面,新元素技术表示其色谱柱采用模块化设计,可根据合作伙伴具体需求扩展系统,从而节省资本支出,稀土产品售价计划低于110美元/公斤。

2024年中国氧化镨钕价格从年初约45万元/吨下降至年底约40万元/吨,折合56-63美元/公斤。由此可见,新元素技术产品需定价低于56美元/公斤才能形成成本优势,目前其成本与中国同类产品仍存在较大差距。

为减少对中国稀土供应链的依赖,美国近年来持续加大对本土稀土产业的投资力度。

今年7月,美国国防部宣布以4亿美元收购美国最大稀土生产商MP Materials的可转换优先股,成为该公司最大股东,彰显政府对稀土产业的战略支持。

在全球稀土供应链竞争加剧的背景下,作为美国稀土产业"后起之秀"的火神元素和新元素技术近期也获得大额融资支持。

8月11日,火神元素宣布完成6500万美元(约合4.65亿元人民币)A轮融资,由知名投资机构Altimeter Capital领投。

火神元素表示,将利用这笔融资在未来几年内将磁铁年产量扩大到数百吨,本世纪末目标达到数千吨规模,且公司所有材料和设备均来自美国及其盟友国家,确保供应链安全。

今年6月,新元素技术获得美国进出口银行(EXIM)1.5亿美元(约合10.74亿元人民币)融资意向书支持,用于稀土、关键矿物和国防矿物精炼项目扩建,该项目有望成为美国最大的多矿物、多原料稀土和关键矿物精炼厂。

新元素技术依托高校科研体系提供技术支撑,火神元素管理层则集结了国防、高端制造与供应链领域资深人才,形成"技术+管理"双重优势。

火神元素CEO John Maslin曾任美国海军核推进项目财务经理,CTO Piotr Kulik博士是美国仅有的四位磁学教授之一,建立了美国20年来首个稀土磁学实验室,曾为美国特种作战司令部等机构提供技术支持,COO Jake Bowles则是前SpaceX高级工程师和Ursa Major总监,团队专业背景雄厚。

美国打造稀土本土产业链的战略意图显而易见,但其在产能规模、技术成熟度等方面与中国仍存在不小差距。《海外智库研究:中美稀土之争将如何演进?》报告指出,MP Materials相关设施计划到2027年才能满足美国国防需求。

就在本周一,美国前总统特朗普声称,中国必须确保美国的稀土磁铁供应,否则将面临200%的关税。

中国外交部发言人郭嘉昆对此回应称,中方已就关税问题多次阐明立场。中方一贯按照相互尊重、和平共处、合作共赢的原则处理和推进中美关系,同时坚定维护自身主权安全和发展利益,希望美方相向而行,共同推动中美关系稳定、健康、可持续发展。