鍺是重要的半導(dǎo)體材料,在半導(dǎo)體、航空航天測(cè)控、核物理探測(cè)、光纖通訊、紅外光學(xué)、太陽(yáng)能電池、化學(xué)催化劑、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛而重要的應(yīng)用。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局?jǐn)?shù)據(jù)顯示(2015)全球鍺終端用戶所占比例如下:纖維光纖30%;紅外光纖20%;聚合催化劑20%;電子和太陽(yáng)能器件15%和其他(熒光粉、冶金、和化療)15%。
全球鍺終端用戶所占比例
光纖
摻鍺光纖具有容量大、光損小、色散低、傳輸距離長(zhǎng)及不受環(huán)境干擾等優(yōu)良特性,是目前唯一可以工程化應(yīng)用的光纖,是光通訊網(wǎng)絡(luò)的主體,此外,GeCl4也用于高速光纖網(wǎng),鏈路,光纖傳感器,光纖制導(dǎo)及光纖系留裝置等,近年來(lái)發(fā)展迅速。
紅外光學(xué)
鍺作為紅外光學(xué)材料,具有紅外折射率高,紅外透過(guò)波段范圍寬,吸收系數(shù)小、色散率低、易加工、閃光及腐蝕等優(yōu)點(diǎn),特別適用于軍工及重大民用中的熱成像儀與紅外雷達(dá)及其他紅外光學(xué)裝置的窗口、透鏡、棱鏡與濾光片的材料;高純鍺或鍺鋰用于天文學(xué)的γ-譜儀,核反應(yīng)能譜儀及等離子物理X-射線儀;Si-Ge10與摻汞、鎘、銅與鎵的鍺單晶用于紅外探測(cè)器。
聚合催化劑
二氧化鍺(GeO2)是生產(chǎn)聚對(duì)笨二甲酸乙二醇酯(PET)的催化劑,具有長(zhǎng)纖維,由其制備的飲料與食用液體的各式容器,無(wú)毒、透明且氣密性好。
電子太陽(yáng)能部件
鍺半導(dǎo)體器件用作二極管、晶體三極管及復(fù)合晶體管、鍺半導(dǎo)體光電器件作光電、霍耳及壓阻效應(yīng)的傳感器,作光電導(dǎo)效應(yīng)的放射線檢測(cè)器等,廣泛用于彩電、電腦、電話及高頻設(shè)備中,鍺管特別適用于高頻大功率器件中,且在強(qiáng)輻射與-40℃下運(yùn)轉(zhuǎn)正常;Ge-Si與Ge-Te作溫差發(fā)電用于宇航、衛(wèi)星與空間站的啟動(dòng)電源等。
鍺在半導(dǎo)體器件上的應(yīng)用已大部分被硅取代,僅在高頻大功率器件上有一定用量,其他以光電雪崩二極管用量較大。
用鍺作為襯底制作的GaAs/Ge太陽(yáng)能電池,其性能與GaAs/GaAs電池接近,機(jī)械強(qiáng)度要更高,單片電池面積更大。在空間應(yīng)用環(huán)境下,抗輻射閾值比硅電池高,性能衰退小,其應(yīng)用成本接近于同樣功率的硅電池板,已應(yīng)用于各型軍用衛(wèi)星和部分商業(yè)衛(wèi)星中,逐步成為主要的空間電源。
其他應(yīng)用
鍺用于醫(yī)藥,如Ge-132[β-羧乙基鍺倍半氧化物-(GeCH2CH2COOH)2O3]臨床應(yīng)用于防治癌癥。BGO作X-射線、CT-儀、PCT-儀,用于診斷腫瘤及骨骼結(jié)構(gòu)與組織壞死等。鍺化合物及其有機(jī)化合物可作牙膏與高效止痛膏等。
鍺還應(yīng)用于冶金、熒光粉等其它領(lǐng)域。
鍺產(chǎn)業(yè)鏈
鍺的產(chǎn)業(yè)鏈如下圖所示:
鍺的產(chǎn)業(yè)鏈
鍺產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的資源提煉、中游的提純和深加工以及下游紅外、光纖等方面的高端應(yīng)用。
從技術(shù)難度上來(lái)看,上游的提煉壁壘最低,但環(huán)保壓力最大;中間環(huán)節(jié)的深加工技術(shù)難度大,高純鍺的制備工藝要求高,也是產(chǎn)業(yè)鏈中利潤(rùn)較為豐厚的部分;下游的應(yīng)用由于涉及領(lǐng)域廣,技術(shù)進(jìn)步快,保持持續(xù)高盈利較難,行業(yè)波動(dòng)大。目前鍺產(chǎn)業(yè)的核心仍在中下游的深加工和應(yīng)用,若是主要資源大國(guó)政策加碼導(dǎo)致產(chǎn)量收縮,鍺資源將會(huì)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要的因素。
行業(yè)供給端市場(chǎng)分析
1.鍺供應(yīng)出現(xiàn)增速下滑態(tài)勢(shì)
鍺資源極分散地存在于多種礦物及巖石中,世界上大多數(shù)鍺生產(chǎn)企業(yè)都是從鉛鋅冶煉過(guò)程中提取鍺,大約有30%來(lái)自回收部分,因此鍺的產(chǎn)量增長(zhǎng)受鉛鋅礦的生產(chǎn)規(guī)模及鉛鋅的含鍺品位限制。而當(dāng)前鉛鋅行業(yè)下游需求疲軟,鉛鋅庫(kù)存不斷上升,鉛鋅價(jià)格低迷,導(dǎo)致全球鉛鋅產(chǎn)量增速出現(xiàn)下滑,中國(guó)2012年11月鉛鋅產(chǎn)量甚至出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng),鍺供應(yīng)出現(xiàn)增速下滑態(tài)勢(shì)。
2.企業(yè)數(shù)量少,且各有所長(zhǎng),競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)緩和
整體來(lái)看,國(guó)際上專注于金屬鍺行業(yè)的大廠商并不多,產(chǎn)品主要集中于金屬鍺行業(yè)的深加工領(lǐng)域。目前全球領(lǐng)先的金屬鍺行業(yè)企業(yè)是比利時(shí)的優(yōu)美科公司(umicore),全球產(chǎn)量較大的企業(yè)還有中鍺科技、云南鍺業(yè),加拿大的Teck Cominco,俄羅斯的Fuse、GEAPP,德國(guó)的Photonic Sense,美國(guó)的AXT等。從中下游產(chǎn)品的生產(chǎn)來(lái)看,集中度更高些,主要生產(chǎn)企業(yè)為umicore、德國(guó)的Photonic Sense、美國(guó)的AXT、俄羅斯的GEAPP,中國(guó)的中鍺科技、國(guó)晶輝、北方紅外。從產(chǎn)量上來(lái)看,國(guó)內(nèi)涉鍺企業(yè)的規(guī)模不算小,但高附加值鍺產(chǎn)品與國(guó)外企業(yè)的差距仍然非常大,如光纖級(jí)四氯化鍺、大尺寸低位錯(cuò)鍺單晶等產(chǎn)品,另外,國(guó)內(nèi)后端應(yīng)用(除光纖)發(fā)展相對(duì)滯后,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)的深加工主要以出口為主,國(guó)內(nèi)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力仍需提高。
行業(yè)下游市場(chǎng)分析
1.需求穩(wěn)定增長(zhǎng):鍺主要應(yīng)用于光纖、PET 催化劑、紅外光學(xué)及太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。近年來(lái)紅外光學(xué)和太陽(yáng)能電池占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。太陽(yáng)能、紅外光學(xué)、光纖等對(duì)鍺需求均穩(wěn)定增長(zhǎng)。
2.光纖需求回暖成為鍺消費(fèi)主要增長(zhǎng)點(diǎn)。鍺在光纖通信領(lǐng)域主要起光纖摻雜和光電轉(zhuǎn)換的作用,是其他長(zhǎng)波光纖材料無(wú)法替代的戰(zhàn)略性光信息材料。一般多模光纖消耗四氯化鍺量為10g/km,單模光纖消耗四氯化鍺量為2g/km。光纖用鍺占全球鍺總需求的30%。
3. 太陽(yáng)能電池需求分析
鍺在太陽(yáng)能電池中的作用:a、在砷化鎵電池的襯底材料,延長(zhǎng)使用效用。b、在第二代的硅基薄膜中,鍺作為硅鍺合金使用,降低成本。大約1GW硅基薄膜需金屬鍺30-50噸。
4. 紅外光學(xué)鍺潛在需求大:總規(guī)模538噸年均77噸
軍用領(lǐng)域潛在鍺需求量為258噸。我國(guó)現(xiàn)有軍隊(duì)規(guī)模約230萬(wàn)人,如果未來(lái)我軍人均紅外熱像儀數(shù)為0.1臺(tái)/人(美國(guó)海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中人均配為1.7臺(tái)/人)且機(jī)載紅外需求達(dá)到陸軍需求的60%,則我國(guó)軍用紅外熱像儀的需求量為36.8萬(wàn)臺(tái),按每臺(tái)鍺需求量700克計(jì)算,軍用領(lǐng)域潛在鍺需求量為258噸。
民用領(lǐng)域潛在鍺需求量為280噸。在國(guó)外,紅外熱像儀在預(yù)防檢測(cè)、制程控制、消防、安防及夜視等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,例如在歐美紅外熱像儀已經(jīng)成為部分奧迪、寶馬車型的標(biāo)配。隨著技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)紅外熱像儀特性的理解,我國(guó)紅外熱像儀的民用領(lǐng)域也將逐步拓寬。據(jù)估計(jì)國(guó)內(nèi)民用紅外熱像儀潛在需求量為94萬(wàn)臺(tái),鍺潛在需求量為280噸。
上述潛在市場(chǎng)規(guī)模為存量市場(chǎng),以紅外熱像產(chǎn)品更換周期6~8年測(cè)算,則年均市場(chǎng)鍺需求規(guī)模為77噸。
紅外光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹俏磥?lái)鍺需求的最主要增長(zhǎng)點(diǎn),代表著鍺未來(lái)增長(zhǎng)方向。從美國(guó)鍺應(yīng)用數(shù)據(jù)來(lái)看,美國(guó)鍺紅外光學(xué)應(yīng)用占比高達(dá)50%,而世界平均水平僅為25%,美國(guó)紅外光學(xué)應(yīng)用占比是全球平均水平的2 倍,全球紅外光學(xué)應(yīng)用占比有望不斷提升的趨勢(shì)。