稀土磁铁供应和成本问题

用于永磁(PM)电机和发电机的稀土磁铁材料最近价格大幅上涨。从这些材料中提取的永磁体的用户也可能面临供应短缺。由于创新设计的改变，替代磁铁材料，简化了漫长的稀土磁铁加工过程，以及开发新的资源，大的图景可能并不像一些人所认为的那样暗淡。然而，这一挑战没有短期解决方案。

通过弗兰克·j·巴托斯，体育 2011年8月9日

稀土永磁体(pm)的主要工业消费者——如风力涡轮机和其他大型电机的发电机——受到了关注，但供应和成本的影响要广泛得多。数据存储设备、医疗设备、电动汽车和太阳能电池板等众多行业受到影响。这个问题也是战略性的，因为许多高科技军事和国防系统依赖于稀土(RE)磁铁。

数百万个设备需要相对少量的稀土材料，而数千个大型PM发生器需要大量的稀土材料。风力涡轮机的直驱(DD)发电机受影响最大，每兆瓦(MW)的电力输出需要265公斤(585磅)的稀土材料。这是由于转速为4-20 rpm的低速发电机需要很高的扭矩(见2011年8月)控制工程关于“直接驱动风力涡轮机”的文章)。

随着发电机运行速度的提高，所需的稀土材料明显减少。例如，根据Switch Controls & Converters Inc.的数据，“高速发电机”(通常用于传统的(齿轮传动的)风力涡轮机)对稀土材料的要求大约是DD发电机的十分之一。

为什么“稀有”吗?

稀土材料实际上在正常意义上并不稀有。稀土在世界各地都有发现，但稀土元素的浓缩形式并不广泛，而浓缩形式是将稀土元素加工成当今最强永磁体所必需的。在大约17个稀土元素中，钕最常用的，最常用的铁而且硼形成钕铁硼永磁体。

关于中国在稀土材料领域的主导地位，已经说了很多。the Switch公司副总裁兼总经理安德斯·特罗德森(Anders Troedson)在最近于内华达州拉斯维加斯举行的2011年金属能源与环境会议上发表的一篇论文中解释说，据估计，中国的稀土储量仅占全球总储量的40%左右。特罗德森提到了中国以外6个国家的9个稀土矿或已知资源。

中国确实主导着稀土矿的开采，据说稀土金属的产量占全球供应量的95-97%。这不是偶然发生的。世界发达国家允许这些重要材料的供应和加工控制权转移到中国，因为短视使得此举在经济上可行。

美国曾一度是稀土磁铁生产的主要力量。如今，稀土生产已经非常少，美国的稀土氧化物(REO)开采才刚刚重启。随着中国开始限制稀土材料的出口，以满足本国高科技产业快速增长的需求，这种情况可能正在改变。

总部位于科罗拉多州的莫利矿业公司(Molycorp minerals)是troedson提到的资源之一，今年又开始采矿，以满足有限的生产需求。采用新工艺的全面生产(以每年2万吨REO的速度)将于2012年上线。随着稀土材料需求和价格的加速，上述矿山(或其他休眠矿山)的重新开采和新矿山的勘探成为可能。

选择

如2011年8月所述控制工程关于直接驱动风力涡轮机的文章，原始设备制造商正在寻找设计替代方案。西门子风力发电公司首席技术官Henrik Stiesdal提到了一种不使用稀土磁铁的直接驱动发电机设计“变体”的可能性，以应对稀土材料短缺的情况。但是，没有提供进一步的细节。

在2010年苏黎世汽车峰会上(参考文献2)，瑞士MagnetDrives AG的负责人Stefan Berchten博士总结说，PM生产方法必须“重新发明”，其中包括增加除最高额定稀土磁铁以外的材料的磁功率。直接驱动风力涡轮机是讨论的一部分，尽管Berchten的中心主题是PM电机。

风力涡轮机尺寸的进一步增长加剧了直驱发电机的问题。the Switch公司的Troedson解释说，除了对PM的需求较大外，DD发电机在接近8到10兆瓦的功率范围时还会遇到机械设计的限制。他在八月。“11CE风力涡轮机的文章认为，一个替代的中速发电机-只有一级齿轮-减少了重量和尺寸，同时提供了一些DD优势。该设计的附加优势是所需的稀土磁铁材料大大减少。

替代品的研究是另一个有前景的领域。例如，美国能源部(DOE)在2011年6月底宣布为6个组织的6个研究和开发项目提供资金，重点是“下一代风力涡轮机传动系统的设计”。其中四个研发项目将包括PM或非PM类型的直接驱动发电机。有几个项目适用于10兆瓦的风力涡轮机，目标是减少或消除发电机中对稀土磁铁的需求。美国能源部的一个项目解决了单级变速箱和发电机的组合，类似于the Switch提到的，但采用了非pm发电机设计。

稀土磁铁的长期前景

最近的各种技术会议证实了人们对这些战略材料可用性的担忧。除了参考文献1(上面)，第26届国际稀土研究会议，圣达菲，NM(参考文献3)是值得注意的。稀土工业和技术协会(REITA)执行董事基思·德莱尼(Keith Delaney)在题为“2011-2020年稀土行业面临的挑战”的全体会议上概述了相关问题，并提出了缓解当前状况的长期措施。

德莱尼说:“中国没有动力支持境外的供应链。”“到2015年，中国可能成为稀土材料的净进口国，仅仅是为了满足自己的清洁能源需求。”

稀土项目公司面临的主要问题是向原始设备制造商证明稀土材料的“可靠供应”。德莱尼解释说，这包括缩短开发和商业化一种新的可再生资源的5到12年的过程。“必须有足够的发展资金来加速商业化进程。”由于财政资源紧张，Delaney建议从贷款、资本市场和贸易公司等渠道为新的可再生能源项目提供资金和支持。

至于原始设备制造商，Delaney建议他们充分了解并解决特定供应链中的漏洞，并计划实现供应多元化。“整车厂还必须与房地产开发商以及‘下游供应链的其他环节’进行互动。原始设备制造商可以通过贷款、利息通知书和合资企业来展示他们的商业承诺。(REITA的使命是促进建立一个商业上可持续的稀土工业和技术基地，以满足全球对稀土材料和产品日益增长的需求。)

德莱尼还指出了“全球合作”的主要领域，这些领域可以使与稀土材料有关的所有利益相关者受益。行业合作是实现上述建议的关键: