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利用稀土提升香港創新及科技工業的策略可行性研究 - 香港工業總會

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本 土 經 濟 體 系 的 金 礦 :<br />

利 用 稀 土 提 升 香 港 創 新 及<br />

科 技 工 業 的 策 略 可 行 性 研 究<br />

“Gold Mines” for Local Economy :<br />

A Strategic Feasibility Study for Hong Kong<br />

to Upgrade Innovation and Technology<br />

Industries Through Rare Earth Elements<br />

「 創 新 及 科 技 基 金 」 撥 款 資 助 研 究 機 構<br />

Funded by Innovation and Technology Fund<br />

Research Agent


“Gold Mines” for Local Economy: A Strategic Feasibility Study for Hong Kong to Upgrade Innovation and<br />

Technology Industries Through Rare Earth Elements (REEs) is a project of the Federation of Hong Kong<br />

Industries. It was funded by the Innovation and Technology Fund of the Innovation and Technology<br />

Commission, HKSAR Government, and undertaken by Hong Kong Productivity Council.<br />

《 本 土 經 濟 體 系 的 金 礦 : 利 用 稀 土 提 升 香 港 創 新 及 科 技 工 業 的 策 略 可 行 性 研 究 》 乃 香 港 工 業 總 會<br />

的 研 究 專 案 , 香 港 特 別 行 政 區 政 府 創 新 科 技 署 「 創 新 及 科 技 基 金 」 撥 款 資 助 , 香 港 生 產 力 促 進 局<br />

獲 工 總 委 託 負 責 研 究 工 作 。<br />

Copyright 2012 Federation of Hong Kong Industries. All rights reserved.<br />

©2012 年 香 港 工 業 總 會<br />

No part of this publication may be reproduced or distributed in any form or by any means, or stored in<br />

a database or retrieval system, without the prior written permission of the Federation of Hong Kong<br />

Industries.<br />

本 刊 物 版 權 屬 香 港 工 業 總 會 , 除 獲 書 面 允 許 外 , 不 得 在 任 何 地 區 , 以 任 何 方 式 或 任 何 文 字 翻 印 、<br />

仿 製 或 轉 載 本 刊 物 的 文 字 、 圖 片 或 圖 表 。<br />

Published by<br />

Federation of Hong Kong Industries<br />

31/F, Billion Plaza, 8 Cheung Yue Street, Cheung Sha Wan, Kowloon, Hong Kong<br />

Tel : (852) 2732 3188<br />

Fax : (852) 2721 3494<br />

Website : www.industryhk.org<br />

Email : fhki@fhki.org.hk<br />

出 版 : 香 港 工 業 總 會<br />

香 港 九 龍 長 沙 灣 長 裕 街 8 號 億 京 廣 場 31 樓<br />

電 話 : (852) 2732 3188<br />

傳 真 : (852) 2721 3494<br />

網 址 : www.industryhk.org<br />

電 郵 : fhki@fhki.org.hk<br />

Disclaimer: any opinions, findings, conclusions or recommendations expressed in this material/event<br />

(or by members of the Project team) do not reflect the views of the Government of the Hong Kong<br />

Special Administrative Region, Innovation and Technology Commission or the Vetting Committee for<br />

the Innovation and Technology Fund. Informative material of a professional nature is provided by this<br />

publication and certain statements may be deemed “forward looking statements”, which are intended<br />

to be as accurate as possible at the time of publication. Federation of Hong Kong Industries and Hong<br />

Kong Productivity Council assume no responsibility for any losses or damages that might result<br />

because of reliance on this publication.<br />

免 責 聲 明 : 在 此 刊 物 上 / 活 動 內 ( 或 項 目 小 組 成 員 ) 表 達 的 任 何 意 見 、 研 究 成 果 、 結 論 或 建 議 ,<br />

並 不 代 表 香 港 特 別 行 政 區 政 府 、 創 新 科 技 署 及 創 新 及 科 技 基 金 評 審 委 員 會 的 觀 點 。 本 出 版 物 所 提<br />

供 的 報 導 資 料 的 專 業 性 和 某 些 陳 述 可 能 被 視 為 「 前 瞻 性 陳 述 」, 在 出 版 時 盡 可 能 準 確 , 香 港 工 業<br />

總 會 及 香 港 生 產 力 促 進 局 將 不 會 為 因 依 賴 本 出 版 物 所 造 成 的 任 何 損 失 或 損 害 承 擔 任 何 責 任 。


Contents<br />

目 錄<br />

Foreword<br />

前 言 ............................................................................................................................................4‐5<br />

Executive Summary<br />

行 政 摘 要 ....................................................................................................................................6‐7<br />

Chapter 1 : Introduction<br />

第 1 章 : 簡 介 .......................................................................................................................8‐9<br />

Chapter 2 : Overview of the Rare Earth Industry, Market and Policy of Mainland China<br />

第 2 章 : 中 國 稀 土 行 業 概 況 、 市 場 及 政 策 ......................................................................10‐20<br />

Chapter 3 : Gap Analysis on Rare Earth Processing Technologies<br />

第 3 章 : 稀 土 加 工 技 術 的 差 距 分 析 .................................................................................21‐56<br />

Chapter 4 : Rare Earth Specialty Intermediate Materials Industry –<br />

The Hong Kong Perspectives<br />

第 4 章 : 香 港 在 稀 土 特 種 中 介 材 料 工 業 的 前 景 ..............................................................57‐64<br />

Chapter 5 : Rare Earth Industry: From Current Environment in Mainland China<br />

to Opportunities for Hong Kong SAR<br />

第 5 章 : 稀 土 工 業 : 從 目 前 國 內 的 環 境 到 香 港 特 區 的 機 遇 ...........................................65‐73<br />

Reference<br />

參 考 文 獻 .................................................................................................................................................74<br />

Acknowledgment<br />

鳴 謝 ........................................................................................................................................75‐76<br />

3


Foreword<br />

This report is the product of a five-month study initiated by the Federation of Hong Kong<br />

Industries (FHKI) in collaboration with the Hong Kong Productivity Council to look into the feasibility<br />

of developing Hong Kong into a strategic processing hub for the production of high value-added rare<br />

earth specialty intermediate materials. We hope that by establishing such a new industry, it would help<br />

expand our industrial landscape and spur the advancement of the local technological sectors.<br />

Over the years, the FHKI has repeatedly called on the Government to diversify the economic<br />

structure and cultivate more home-grown industries to add impetus to Hong Kong’s economic<br />

growth and provide suitable job opportunities for graduates in science and engineering fields. In fact,<br />

with Hong Kong’s favourable business environment and its robust R&D infrastructure, we believe new<br />

industries especially those with high value-added, non-labour intensive operations are well suited for<br />

development in the SAR.<br />

Because of their special properties and wide industrial applications, rare earth elements (REEs)<br />

are extensively used in the manufacture of technological products and the global demand for REEs<br />

has seen a rapid increase. Although China is the largest supplier of raw REEs in the world, it has not<br />

been able to reap the full economic potential of these valuable resources as foreign technologically<br />

advanced economies dominate the production of high-priced high-purity REEs-based specialty<br />

intermediate materials, like sputtering targets, master alloys and fine chemicals.<br />

This prompted us to embark on the present study to examine whether Hong Kong can tap into<br />

this lucrative market by taking advantage of its unique status as a SAR of China and its proximity<br />

to the PRD manufacturing base which has high consumption of REEs-based specialty intermediate<br />

materials. With this in mind, the research team reviewed China’s export policy on REEs and<br />

assessed the technological, infrastructural and management gaps between Hong Kong and overseas<br />

technologically-advanced economies. They also analysed Hong Kong’s strengths in developing a REE<br />

processing industry in the light of four aspects: incentives for Hong Kong-overseas partnership;<br />

availability of local expertise; mechanism for environmental protection; and economic synergy<br />

between Hong Kong and the Mainland.<br />

The publication of this study report is the first step of an ambitious project that helps push<br />

Hong Kong towards a knowledge-based, technology-intensive economy. Its realisation needs wider<br />

participation of the Hong Kong industrial community as well as a firm policy commitment by the<br />

Central and SAR Governments. We will engage more deeply with the stakeholders and the authorities<br />

and enlist their support in taking forward the recommendations in our report.<br />

Our study would not have been possible without the funding support of the Innovation and<br />

Technology Fund and the sponsors. I wish to express my earnest appreciation to them. My gratitude<br />

is also extended to members of the Steering Committee, who provided careful guidance and<br />

insightful advice in the course of the study. Last but not least, I would like to thank the research team<br />

for carrying out the study professionally and diligently.<br />

Roy Chung<br />

Chairman<br />

Federation of Hong Kong Industries<br />

4


前 言<br />

由 香 港 工 業 總 會 聯 同 香 港 生 產 力 促 進 局 進 行 了 一 項 研 究 , 探 討 將 香 港 發 展 為 具 策 略 性 地 位<br />

的 高 增 值 稀 土 特 種 中 介 材 料 加 工 中 心 , 以 擴 大 工 業 版 圖 、 促 進 提 高 本 地 技 術 的 可 能 性 。 此<br />

份 報 告 便 是 這 項 為 期 五 個 月 的 研 究 成 果 。<br />

一 直 以 來 , 工 總 不 斷 促 請 政 府 , 將 本 地 經 濟 結 構 多 樣 化 , 培 育 更 多 在 本 地 扎 根 的 工 業 , 從<br />

而 為 經 濟 增 長 注 入 更 多 動 力 , 並 為 理 工 科 的 畢 業 生 提 供 就 業 機 會 。 香 港 有 著 良 好 的 營 商 環<br />

境 和 完 備 的 研 發 基 礎 設 施 , 我 們 相 信 香 港 適 宜 發 展 高 增 值 、 非 勞 工 密 集 型 的 新 興 工 業 。<br />

稀 土 元 素 有 著 獨 特 的 特 性 和 廣 泛 的 工 業 應 用 , 大 量 地 應 用 於 科 技 產 品 製 造 ; 因 而 有 見 全 球<br />

對 稀 土 的 需 求 急 增 。 儘 管 中 國 是 世 界 最 大 的 稀 土 原 材 料 供 應 國 , 卻 並 未 完 全 得 到 這 些 資 源<br />

的 潛 在 經 濟 利 益 ; 而 外 國 科 技 強 國 , 卻 控 制 著 高 價 、 高 純 度 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 生 產 , 如<br />

濺 射 靶 材 、 特 種 合 金 和 精 細 化 學 品 。<br />

這 促 使 我 們 進 行 是 次 研 究 , 審 視 香 港 是 否 能 透 過 作 為 中 國 的 特 別 行 政 區 、 緊 鄰 珠 三 角 這 一<br />

需 要 大 量 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 工 業 基 地 的 優 勢 , 在 這 利 潤 豐 厚 的 市 場 上 佔 據 一 席 位 。 研 究<br />

團 隊 檢 視 了 中 國 的 稀 土 出 口 政 策 , 評 估 了 香 港 與 海 外 技 術 強 國 之 間 在 技 術 、 基 礎 設 施 建 設<br />

和 管 理 方 面 的 差 距 , 還 分 析 了 香 港 發 展 稀 土 加 工 業 的 四 個 優 勢 , 即 吸 引 海 外 公 司 建 立 合 作<br />

夥 伴 關 係 、 擁 有 科 技 人 才 、 環 保 機 制 以 及 香 港 、 內 地 的 經 濟 協 同 作 用 。<br />

促 進 香 港 發 展 成 知 識 型 、 技 術 型 的 經 濟 體 , 是 一 個 宏 大 的 工 程 , 而 本 研 究 報 告 的 編 寫 和 出<br />

版 , 正 是 踏 出 了 這 一 工 程 的 第 一 步 。 這 一 願 景 的 實 現 需 要 香 港 工 業 界 的 廣 泛 參 與 , 以 及 中<br />

央 和 特 區 政 府 強 有 力 的 政 策 支 持 。 我 們 會 與 持 份 者 及 當 局 進 行 更 深 層 次 的 交 流 , 爭 取 他 們<br />

支 持 , 落 實 這 份 報 告 提 出 的 建 議 。<br />

我 們 的 報 告 得 到 了 創 新 及 科 技 基 金 的 資 助 和 其 他 企 業 的 贊 助 。 在 此 , 我 向 他 們 表 示 最 衷 心<br />

的 感 謝 。 我 還 感 謝 督 導 委 員 會 在 研 究 進 行 中 的 精 心 指 導 , 給 予 了 有 見 地 的 意 見 。 最 後 , 我<br />

衷 心 感 謝 研 究 團 隊 勤 奮 、 專 業 地 進 行 是 次 調 查 研 究 。<br />

香 港 工 業 總 會 主 席<br />

鍾 志 平<br />

5


Executive Summary<br />

Despite there being many industries that utilize rare<br />

earth elements (REEs) as raw materials, most of these<br />

industries rely on supplies from overseas high-tech<br />

regions, such as USA, Japan and Europe. These countries<br />

provide manufacturers with highly purified and high<br />

quality specialty intermediate materials, which are usually<br />

very expensive. Although the rare earth resources in<br />

China are abundant, there is a lack of critical technologies<br />

to process REEs into highly purified form such as<br />

high-tech industries require. Together with stringent<br />

export restrictions of critical processing technology and<br />

intellectual property protection issues, there have not<br />

been many partnership projects between overseas<br />

high-tech countries and China for developing the<br />

REEs-based specialty intermediate materials processing<br />

industry. This results in the current situation of China<br />

exporting rare earth materials low-to-medium purity to<br />

high-tech countries and re-importing highly purified<br />

specialty intermediates from these countries to fuel its<br />

own manufacturing demands.<br />

The purpose of this study is to review the current rare<br />

earth trade policy. It will evaluate the feasibility of<br />

developing Hong Kong as a strategic industrial hub for<br />

manufacturing of high value-added rare earth specialty<br />

intermediate materials to supply the global demands of<br />

high-tech industries.<br />

REEs have diverse industrial applications, such as catalysts,<br />

metal alloys, polishing powders, glass additives, lighting<br />

phosphors, electroceramics, etc, which render a wide<br />

spectrum of high-tech consumer products possible, such<br />

as smart phones, tablet computers, etc. There is also a<br />

growing importance of REEs in environmental<br />

technologies and clean energy, such as permanent<br />

magnets in wind turbines, photovoltaic panels,<br />

energy-saving light bulbs and hybrid vehicles, etc. In view<br />

of the wide range of applications for REEs and the<br />

growing demand for these materials in global markets,<br />

China has recently decreased the export of rare earth<br />

resources. In addition to the lack of critical processing<br />

technologies from low-to-medium to high purity to<br />

capture the lucrative markets of specialty intermediates,<br />

the rare earth restriction imposed by China has<br />

decreased exports from 45,000 metric tonnes (t) five<br />

years ago to around 31,000 t this year. This has resulted<br />

in the recent price increase of rare earth materials in the<br />

global markets.<br />

The price of rare earth specialty intermediate materials,<br />

such as fine chemicals, sputtering targets and master<br />

alloys, can be a few hundred times higher than the<br />

corresponding low-to-medium purity concentrates of<br />

oxides or metals in the global markets. Take yttrium (Y)<br />

as an example, the price of pure metal is around US$160<br />

per kg, but its associated phosphors applied in LED<br />

lighting are about US$77,000 per kg.<br />

行 政 摘 要<br />

儘 管 許 多 工 業 利 用 稀 土 作 為 原 材 料 , 這 些 工 業 大 多 依 靠<br />

國 外 高 科 技 的 地 區 , 如 歐 美 及 日 本 , 提 供 高 純 度 和 高 品<br />

質 的 特 種 中 介 材 料 , 讓 它 們 發 展 製 造 業 務 , 這 些 特 種 中<br />

介 材 料 通 常 都 是 非 常 昂 貴 的 。 雖 然 中 國 的 稀 土 資 源 豐<br />

富 , 但 缺 乏 把 稀 土 資 源 加 工 成 高 純 度 的 關 鍵 技 術 , 以 供<br />

應 高 新 技 術 產 業 的 需 要 。 加 上 海 外 對 關 鍵 加 工 技 術 作 出<br />

嚴 格 出 口 限 制 和 知 識 產 權 保 護 等 措 施 , 使 海 外 高 科 技 國<br />

家 與 中 國 之 間 為 開 發 稀 土 特 種 中 介 材 料 加 工 行 業 的 合<br />

作 項 目 不 多 , 形 成 當 前 中 國 的 形 勢 : 出 口 低 到 中 等 純 度<br />

的 稀 土 材 料 到 高 科 技 國 家 , 並 從 這 些 國 家 再 進 口 高 純 度<br />

的 特 種 中 介 材 料 , 以 供 應 國 內 的 生 產 需 求 。<br />

當 前 研 究 的 目 的 是 檢 討 現 行 的 稀 土 貿 易 政 策 , 以 及 評 估<br />

香 港 發 展 為 製 造 高 附 加 值 稀 土 特 種 中 介 材 料 策 略 工 業<br />

中 心 的 可 行 性 , 以 供 應 全 球 高 科 技 產 業 的 需 求 。<br />

稀 土 有 多 元 化 的 工 業 用 途 , 如 催 化 劑 、 金 屬 合 金 、 拋 光<br />

粉 、 玻 璃 添 加 劑 、 照 明 螢 光 粉 、 電 磁 等 。 亦 廣 泛 使 用 在<br />

高 科 技 的 消 費 類 產 品 , 如 智 能 手 機 、 平 板 電 腦 等 。 同 時 ,<br />

稀 土 在 環 保 技 術 和 清 潔 能 源 的 重 要 性 亦 日 益 增 加 , 如 風<br />

力 渦 輪 機 中 的 永 久 磁 鐵 、 太 陽 能 光 伏 板 、 節 能 燈 泡 、 混<br />

合 動 力 汽 車 等 。 鑒 於 稀 土 應 用 的 範 圍 廣 泛 和 全 球 的 需 求<br />

日 增 , 最 近 中 國 正 在 減 少 稀 土 資 源 的 出 口 。 再 加 上 中 國<br />

缺 少 從 低 到 中 純 度 到 高 純 度 特 種 中 介 材 料 的 關 鍵 工 藝<br />

技 術 , 以 捕 捉 有 利 的 市 場 , 中 國 的 稀 土 出 口 從 五 年 前 約<br />

45,000 公 噸 下 降 到 今 年 大 約 31,000 公 噸 , 此 舉 最 近 令 全<br />

球 的 稀 土 價 格 上 升 。<br />

在 全 球 市 場 , 稀 土 特 種 中 介 材 料 如 精 煉 化 工 品 、 濺 射 靶<br />

材 及 母 合 金 的 價 格 與 低 到 中 等 純 度 的 稀 土 氧 化 物 或 金<br />

屬 精 礦 相 比 , 價 格 可 以 高 幾 百 倍 。 以 釔 (Y) 為 例 子 ,<br />

純 金 屬 的 價 格 是 每 公 斤 160 美 元 左 右 , 但 與 其 相 關 、 應<br />

用 於 LED 照 明 的 螢 光 粉 價 格 卻 在 每 公 斤 約 77,000 美 元<br />

的 範 圍 。<br />

香 港 一 方 面 有 國 家 供 應 稀 土 原 料 的 戰 略 優 勢 , 另 一 方<br />

面 , 香 港 先 進 的 應 用 技 術 , 國 際 金 融 中 心 地 位 、 經 營 管<br />

理 方 面 的 經 驗 , 對 知 識 產 權 保 護 、 物 流 、 檢 測 、 認 證 及<br />

基 礎 設 施 等 的 配 套 , 足 以 提 供 一 個 合 適 的 營 商 環 境 , 吸<br />

引 外 國 夥 伴 一 同 發 展 利 潤 豐 厚 的 稀 土 特 種 中 介 材 料 市<br />

場 。 香 港 背 靠 珠 江 三 角 洲 , 這 個 生 產 基 地 對 這 些 特 種 材<br />

料 需 求 甚 殷 。 而 這 種 中 介 材 料 是 一 種 非 勞 動 密 集 、 知 識<br />

型 和 低 土 地 使 用 量 的 工 業 , 香 港 絕 對 有 能 力 抓 住 稀 土 特<br />

種 中 介 材 料 市 場 中 的 商 機 , 從 而 為 本 地 提 供 更 多 的 就 業<br />

6


China would have strategic advantages in supplying rare<br />

earth raw materials to Hong Kong. Apart from these,<br />

Hong Kong offers a comprehensive support system for<br />

advanced applied technology, international finance,<br />

operation management, intellectual property protection,<br />

logistics, testing and certification and infrastructures. So,<br />

Hong Kong is able to provide a suitable business<br />

environment to attract foreign partnerships for industrial<br />

development of the lucrative rare earth specialty<br />

intermediate materials market. It is also in close<br />

proximity to the manufacturing bases in Pearl River Delta<br />

Region where there is a strong demand for these<br />

specialty materials. Hong Kong possesses the ability to<br />

grasp business opportunities in the rare earth specialty<br />

intermediate materials market, which is a non-labour<br />

intensive, knowledge-based and low land-use industry,<br />

having a strong potential to provide job opportunities<br />

and to diversify the local economy.<br />

With suitable industrial conditions in Hong Kong, this<br />

study recommends to develop a specific industry<br />

roadmap for rare earth specialty intermediate materials<br />

to guide research and development activities,<br />

infrastructure developments and technology<br />

partnerships. This roadmap should be in terms of<br />

timeframes of the next 5-10 years on specific products<br />

that possess high potential to achieve the best<br />

technological and economic outcomes. In addition, four<br />

intermediate materials have been identified: sputtering<br />

targets, permanent magnets, lighting phosphors<br />

and automotive catalysts. These possess strong<br />

potential to fuel the local demand in prominent<br />

industries, such as electronics, lighting and display, and<br />

automotive components. Such industries require a total<br />

amount of 1,400 tons annually of rare earth (oxide)<br />

materials (about 4% of China total REO export 2010) to<br />

be imported at reduced rates from the Mainland China<br />

without any restrictions. Finally, government support at<br />

local and/or national level is recommended to formulate<br />

specific policies on investment, infrastructure and<br />

technical training in order to provide sufficient economic<br />

incentives to further attract participation from local<br />

industries and foreign partners for the development of<br />

the rare earth specialty intermediate materials industry.<br />

機 會 及 使 本 土 經 濟 多 元 化 。<br />

因 著 香 港 擁 有 適 合 的 工 業 條 件 , 本 研 究 建 議 特 別 制 定 一<br />

個 稀 土 特 種 中 介 材 料 行 業 發 展 藍 圖 , 以 5-10 年 時 間 ,<br />

針 對 那 些 能 達 到 最 佳 技 術 和 經 濟 成 果 的 產 品 , 從 事 研<br />

發 、 加 強 發 展 基 礎 設 施 及 技 術 合 作 等 事 宜 。 此 外 , 四 種<br />

被 確 認 發 展 的 中 介 材 料 分 別 是 : 濺 射 靶 材 、 永 久 磁 鐵 、<br />

照 明 螢 光 粉 和 汽 車 催 化 劑 。 它 們 在 香 港 的 行 業 如 電 子 、<br />

照 明 和 顯 示 器 、 汽 車 零 部 件 等 行 業 具 有 強 大 潛 力 。 這 些<br />

行 業 每 年 對 稀 土 ( 氧 化 物 ) 的 總 需 求 量 為 1,400 噸 ( 大<br />

約 是 中 國 2010 年 出 口 量 的 4%), 建 議 以 低 稅 率 無 限<br />

制 地 從 國 內 進 口 。 最 後 , 我 們 建 議 本 地 和 / 或 國 內 政 府<br />

支 持 制 訂 具 體 投 資 、 基 礎 設 施 和 技 術 培 訓 政 策 , 以 提 供<br />

足 夠 的 經 濟 誘 因 及 完 善 的 營 商 環 境 , 進 一 步 吸 引 來 自 本<br />

地 工 業 及 外 國 合 作 夥 伴 參 與 發 展 稀 土 特 種 中 介 材 料 產<br />

業 。<br />

7


Chapter 1: Introduction<br />

Demand for rare earth elements (REEs) in China and<br />

worldwide has been growing rapidly because of their<br />

special electronic, magnetic, optical, thermal and<br />

mechanical properties. Their use fuels the parts of the<br />

global economy based on manufacturing a diverse range<br />

of high technology products such as smart phones and<br />

tablet computers, clean-energy products, hybrid vehicles<br />

and wind power turbines. Some REEs have been<br />

categorized by global major powers as strategic<br />

resources because of their special properties. They are<br />

being utilized in the production of defence-related<br />

weapons and surveillance systems, such as cruise missiles,<br />

precision guided munitions, radar systems and reactive<br />

armour.<br />

These REEs are not widely known by the public because<br />

they are seemingly low on the production chain of our<br />

daily-used consumer products. Despite this China has a<br />

dominant position as the major producer of the world<br />

output of REEs with approximately 92% of the global<br />

market.<br />

Since the reform of economic development in 1979,<br />

China has emerged to become the major manufacturer<br />

of high-value added goods from low skilled labour<br />

intensive products, demanding huge consumption of<br />

REEs. As an effort to continue the economic growth in<br />

these lucrative sectors and to decrease the level of<br />

environmental degradation due to the mining of REEs,<br />

China has recently tightened up export restrictions on<br />

REEs, resulting in supply concerns and uncertainties for<br />

major overseas high-tech economies, such as Japan, US<br />

and countries in the European Union, and consequently<br />

higher prices for this material.<br />

Despite recent price hikes, China usually exports REEs<br />

mostly in the form of concentrates of moderate purity,<br />

but imports specialty intermediate materials of REEs.<br />

These are fine chemicals, sputtering targets and specialty<br />

master alloys, imported from overseas processors that<br />

possess cutting-edge materials processing technologies,<br />

for manufacturing of consumer electronics, advanced<br />

display and lighting and automotive component products.<br />

Prices for these intermediate materials are usually up to<br />

a few hundred times more expensive than raw REE<br />

concentrates.<br />

Critical technologies are yet to be prominent in China<br />

because national research and development endeavours<br />

have accumulated less practical experience in obtaining<br />

sensitive production technologies to process the raw<br />

REE concentrates into high quality and highly purified<br />

form. Only in this form are they suitable to mass produce<br />

lucrative specialty intermediate materials of REEs to fuel<br />

the growing demand in the electronics, lighting and<br />

display as well as automotive industries. In addition,<br />

foreign advanced processing technology providers are<br />

also reluctant to establish joint ventures to manufacture<br />

第 1 章 : 簡 介<br />

稀 土 元 素 有 著 特 殊 的 電 、 磁 、 光 、 熱 和 機 械 性 能 , 它 們<br />

在 中 國 及 環 球 的 需 求 迅 速 增 長 , 以 生 產 廣 泛 高 科 技 產<br />

品 , 如 智 能 手 機 、 平 板 電 腦 、 清 潔 能 源 裝 置 、 混 合 動 力<br />

汽 車 、 風 力 發 電 等 。 鑒 於 稀 土 的 特 殊 性 質 , 其 中 一 些 元<br />

素 也 被 世 界 大 國 的 軍 方 列 為 戰 略 資 源 , 用 作 研 究 及 生 產<br />

與 國 防 有 關 的 武 器 及 監 視 系 統 , 如 巡 航 導 彈 、 精 確 制 導<br />

武 器 、 雷 達 系 統 及 反 應 裝 甲 等 。<br />

儘 管 我 們 很 難 在 日 常 消 費 品 中 察 覺 稀 土 的 存 在 , 而 且 這<br />

種 元 素 並 未 廣 泛 為 公 眾 認 識 , 中 國 卻 是 全 球 稀 土 市 場 的<br />

主 要 生 產 地 , 擁 有 全 世 界 稀 土 92% 左 右 的 產 量 。<br />

自 1979 年 經 濟 改 革 以 來 , 中 國 已 漸 漸 從 生 產 低 技 術 及<br />

勞 動 密 集 型 產 品 轉 向 發 展 高 增 值 消 費 品 , 對 稀 土 的 需 求<br />

日 益 增 加 。 為 了 令 這 些 利 潤 豐 厚 的 行 業 繼 續 帶 來 經 濟 增<br />

長 及 減 少 對 環 境 的 損 害 , 中 國 最 近 加 強 了 對 稀 土 資 源 的<br />

出 口 限 制 , 導 致 海 外 主 要 的 高 科 技 、 高 經 濟 體 系 , 如 日<br />

本 及 歐 美 等 地 都 擔 憂 稀 土 的 供 應 , 並 因 此 令 價 格 上 漲 。<br />

中 國 主 要 出 口 純 度 低 等 或 中 等 的 稀 土 材 料 到 海 外 主 要<br />

的 高 科 技 、 高 經 濟 體 系 , 而 這 些 海 外 國 家 卻 擁 有 尖 端 的<br />

加 工 技 術 , 可 以 製 造 出 高 純 度 及 高 品 質 的 稀 土 特 種 中 介<br />

材 料 , 如 精 煉 化 工 品 、 濺 射 靶 材 、 母 合 金 等 等 , 以 生 產<br />

高 增 值 消 費 品 , 如 電 子 產 品 、 先 進 顯 示 器 和 照 明 裝 置 ,<br />

及 汽 車 零 部 件 等 。 中 國 需 要 從 外 國 進 口 稀 土 特 種 中 介 材<br />

料 , 但 這 些 中 介 材 料 在 市 場 的 價 格 通 常 比 原 材 料 昂 貴 得<br />

多 , 有 時 可 高 達 幾 百 倍 。<br />

由 於 國 家 研 發 累 計 外 國 敏 感 生 產 科 技 由 中 低 純 度 加 工<br />

到 高 純 度 及 高 品 質 稀 土 材 料 化 工 品 的 經 驗 相 對 較 少 , 中<br />

國 暫 時 未 有 掌 握 到 大 部 分 生 產 利 潤 豐 厚 的 稀 土 特 種 中<br />

介 材 料 的 關 鍵 科 技 , 以 供 應 日 益 增 長 的 電 子 、 照 明 及 顯<br />

示 和 汽 車 零 部 件 行 業 。 此 外 , 鑒 於 對 知 識 產 權 及 監 管 問<br />

題 的 關 注 , 國 外 先 進 材 料 加 工 技 術 的 供 應 商 亦 未 完 全 得<br />

到 信 心 在 中 國 建 立 合 資 企 業 , 以 生 產 稀 土 特 種 中 介 材 料<br />

及 對 此 新 興 行 業 共 同 發 展 。<br />

此 可 行 性 研 究 的 主 要 目 的 是 通 過 對 香 港 整 體 供 應 鏈 、 加<br />

工 技 術 、 基 礎 建 設 及 綜 合 管 理 的 分 析 以 評 估 香 港 是 否 可<br />

以 作 為 稀 土 特 種 中 介 材 料 加 工 的 戰 略 性 產 業 中 心 。 香 港<br />

擁 有 豐 富 的 經 驗 與 海 外 敏 感 技 術 供 應 商 建 立 合 資 企 業<br />

及 合 作 夥 伴 關 係 , 並 對 工 業 應 用 技 術 奠 定 了 堅 實 的 基<br />

礎 , 而 且 資 訊 發 達 , 掌 握 著 環 球 最 新 的 科 技 及 市 場 資<br />

訊 。 基 於 多 方 面 的 分 析 , 此 可 行 性 研 究 會 建 議 在 香 港 建<br />

8


such specialty intermediate materials in China because of<br />

their concerns on potential intellectual property<br />

violations and regulatory issues.<br />

The main purpose of this feasibility study is to evaluate<br />

whether Hong Kong could serve as a strategic industrial<br />

hub to establish the industry of processing rare earth<br />

specialty intermediate materials from the perspectives of<br />

supply chains, availability of technologies, infrastructural<br />

supports and general management. Hong Kong has<br />

extensive experience in establishing joint ventures and<br />

partnerships with overseas technology providers on<br />

sensitive technologies and has developed a strong<br />

foundation in applied technologies with more updated<br />

global market information available. Based on the analysis<br />

of these distinct aspects, targeted industrial policy will be<br />

recommended to realize the establishment of this new<br />

industry.<br />

Chapter 2, firstly, discusses the available resources and<br />

market of REEs in China as compared to reserves<br />

globally. Secondly, it provides a comparison and analysis of<br />

the REEs production and consumption data between<br />

China and other producers. Finally, it reviews the existing<br />

export policy on REEs in China and comments on the<br />

corresponding recent changes that affect the global<br />

supply of these critical materials and it analyses the<br />

industrial applications and demands of REEs specialty<br />

intermediate materials in Hong Kong.<br />

立 稀 土 特 種 中 介 材 料 加 工 行 業 的 具 體 政 策 。<br />

第 二 章 討 論 中 國 現 有 稀 土 元 素 的 資 源 與 儲 備 , 並 與 全 球<br />

市 場 作 相 應 的 對 比 。 跟 著 會 列 出 中 國 及 其 它 稀 土 生 產 國<br />

的 生 產 及 消 耗 數 據 , 並 作 出 相 對 的 比 較 和 分 析 。 最 後 ,<br />

本 章 會 探 討 中 國 現 今 的 稀 土 出 口 政 策 及 最 近 影 響 全 球<br />

稀 土 供 應 鏈 的 變 化 , 並 分 析 稀 土 特 種 中 介 材 料 在 香 港 工<br />

業 的 應 用 及 需 求 。<br />

第 三 章 分 析 如 何 從 稀 土 礦 石 加 工 成 精 煉 化 學 品 , 如 螢 光<br />

粉 及 催 化 劑 等 , 並 討 論 利 用 各 種 稀 土 精 煉 化 學 品 以 關 鍵<br />

加 工 技 術 生 產 特 種 中 介 材 料 , 如 濺 射 靶 材 及 母 合 金 等 。<br />

其 次 , 它 為 中 國 和 海 外 一 些 現 有 的 加 工 科 技 進 行 技 術 差<br />

距 分 析 , 並 提 供 一 些 現 有 的 技 術 解 決 方 案 。<br />

第 四 章 分 析 稀 土 特 種 中 介 材 料 在 香 港 工 業 的 耗 量 , 以 評<br />

估 稀 土 材 料 從 國 內 進 口 到 香 港 的 需 求 。 然 後 , 評 論 香 港<br />

對 建 立 新 興 稀 土 加 工 行 業 的 優 勢 及 所 需 的 資 源 。<br />

第 五 章 建 議 可 行 的 產 業 政 策 , 讓 中 央 及 特 區 政 府 考 慮 。<br />

Chapter 3 will provide an illustration of how rare earth<br />

concentrates are processed from ore into fine chemicals,<br />

such as phosphors and catalysts, and how conventional<br />

processing technologies leverage various rare earth<br />

concentrates and/or fine chemicals to produce other<br />

specialty intermediate materials, such as sputtering<br />

targets and master alloys. Analysis on the technology gaps<br />

between China and some of the available overseas<br />

technologies will be provided and some of the readily<br />

available technological solutions will be presented.<br />

Chapter 4 analyses the consumption of rare earth<br />

specialty intermediate materials in Hong Kong industries<br />

in order to provide an estimate of the potential supply<br />

requirement of rare earth concentrates to be imported<br />

from the Mainland China. It will then comment on the<br />

advantages of Hong Kong in providing the required<br />

resources to establish this new rare earth processing<br />

industry.<br />

Chapter 5 recommends feasible industrial policy for<br />

consideration by Central and SAR Governments.<br />

9


Chapter 2: Overview of the Rare Earth Industry,<br />

Market and Policy of Mainland China<br />

2.1 Resources and Markets of REEs in China and<br />

the World<br />

2.1.1 REEs Resources and Market in China<br />

China possesses about 16.6% of the global REEs<br />

resources and is a major producer of a variety of REEs<br />

materials products contributing to 92% of the global<br />

production share in 2011. Historically, China discovered<br />

the existence of REEs resources in Bayan Obo in Inner<br />

Mongolia in 1927, which has been the main source of<br />

REEs until now. With the commencement of production<br />

of REEs concentrates since 1957 and more than 8<br />

decades of exploration, it has been discovered that there<br />

are 193 deposits of REEs in China located in 21 Provinces<br />

and Autonomous Regions: Inner Mongolia, Jilin, Shandong,<br />

Jiangxi, Fujian, Henan, Hubei, Hunan, Guangdong, Guangxi,<br />

Hainan, Guizhou, Sichuan, Yunnan, Shaanxi, Gansu, Qinghai,<br />

Zhejiang, Xinjiang, Liaoning and Shanxi.<br />

In general, the systems of China’s REEs are categorized<br />

into mineral resources and reserves, of which the mineral<br />

resources are the total REEs yet to be mined and divided<br />

into groups of measured, indicated and inferred. The<br />

reserves can be further divided into proven extractable<br />

reserves, probable extractable reserves and basic<br />

reserves. It is estimated that China has total reserves of<br />

about 47 Mt of REO.<br />

The Bayan Obo in Inner Mongolia, China REEs ore, which<br />

is mixed with iron-niobium deposits, mainly consisting of<br />

the mineral bastnasite, represents the largest known<br />

deposit in the world. It is estimated that Bayan Obo<br />

contains approximately 900 million metric tonnes (Mt) of<br />

ore. These deposits are graded with a range from 3% to<br />

6% of rare earth oxides (REO) on average, so the ore of<br />

Bayan Obo corresponds to around 35 – 45 Mt of REO.<br />

Table 1 summarises the typical rare earth composition of<br />

the Bayan Obo mine. The table has been compiled by<br />

obtaining data from various sources and calculating an<br />

average. Bayan Obo ore is rich in LREEs (98.9% of the<br />

total).<br />

The mainly bastnasite deposit of Weishan in the<br />

Shandong province represents the second largest LREEs<br />

resource of China with approximately 160 Mt of ore and<br />

a REO grade of 1.6%, supplying about 2.6 Mt of REO in<br />

the market.<br />

In the Sichuan province, there is the third largest ore<br />

deposit of LREEs (~99.6%) in China situated in Mianning,<br />

Liangshan prefecture: Maoniuping. The Maoniuping mine<br />

consists of a 57.4 Mt ore with a high content of<br />

bastnasite in a carbonatite-syenite complex, which is<br />

graded at 2.8% REO with around 1.6 Mt of REO. Table 2<br />

shows the typical rare earth composition of the<br />

Maoniuping ore.<br />

第 2 章 : 中 國 稀 土 行 業 概 況 、 市 場 及 政 策<br />

2.1 中 國 和 世 界 的 稀 土 資 源 和 市 場<br />

2.1.1 中 國 的 稀 土 資 源 和 市 場<br />

中 國 擁 有 全 球 約 16.6% 的 稀 土 資 源 , 是 世 界 主 要 稀 土 材<br />

料 的 生 產 國 , 在 2011 年 達 全 球 生 產 量 的 92%。 從 歷 史<br />

上 看 , 中 國 早 在 1927 年 在 內 蒙 古 的 白 雲 鄂 博 已 發 現 了<br />

稀 土 資 源 , 到 現 在 為 止 , 藏 在 白 雲 鄂 博 的 礦 產 還 是 國 內<br />

稀 土 元 素 的 主 要 來 源 。 自 1957 年 起 , 國 家 已 經 開 始 生<br />

產 稀 土 精 礦 , 經 過 80 多 年 的 探 索 , 國 家 現 在 已 發 現 193<br />

個 稀 土 礦 床 , 分 佈 在 21 個 省 和 自 治 區 , 分 別 是 內 蒙 古 、<br />

吉 林 、 山 東 、 江 西 、 福 建 、 河 南 、 湖 北 、 湖 南 、 廣 東 、<br />

廣 西 、 海 南 、 貴 州 、 四 川 、 雲 南 、 陝 西 、 甘 肅 、 青 海 、<br />

浙 江 、 新 疆 、 遼 寧 和 山 西 。<br />

國 家 的 稀 土 系 統 分 為 礦 產 資 源 和 儲 量 。 礦 產 資 源 定 義 為<br />

未 被 開 採 的 稀 土 總 量 , 並 分 為 已 測 量 、 被 顯 示 及 被 推<br />

斷 。 儲 備 可 進 一 步 分 為 已 探 明 可 提 取 儲 備 、 可 能 提 取 儲<br />

備 及 基 礎 儲 備 。 國 家 的 稀 土 總 儲 量 估 計 約 4,700 萬 噸 。<br />

內 蒙 古 白 雲 鄂 博 的 稀 土 礦 是 世 界 上 已 知 最 大 的 稀 土<br />

礦 , 主 要 是 氟 碳 鈰 鑭 礦 混 合 於 鐵 鈮 礦 。 據 估 計 , 白 雲 鄂<br />

博 包 含 約 9 億 公 噸 的 礦 石 , 這 些 礦 床 的 稀 土 氧 化 物 含 量<br />

平 均 等 級 為 3-6%, 所 以 白 雲 鄂 博 約 有 3,500-4,500 萬 公<br />

噸 的 稀 土 。 表 1 總 結 了 白 雲 鄂 博 稀 土 礦 的 元 素 分 佈 。 此<br />

表 的 資 料 是 從 不 同 的 管 道 獲 得 , 並 利 用 平 均 計 算 編 制 ,<br />

白 雲 鄂 博 礦 主 要 含 輕 稀 土 元 素 , 佔 總 數 的 98.9%。<br />

山 東 省 微 山 縣 的 氟 碳 鈰 鑭 礦 是 國 家 第 二 大 的 輕 稀 土 資<br />

源 礦 , 擁 有 大 約 1 億 6 千 萬 公 噸 礦 石 , 礦 床 的 稀 土 氧 化<br />

物 含 量 平 均 等 級 為 1.6%, 為 市 場 提 供 大 約 260 萬 公 噸<br />

稀 土 。<br />

國 家 第 三 大 輕 稀 土 礦 位 於 四 川 省 涼 山 州 冕 寧 縣 的 犛 牛<br />

坪 礦 , 它 擁 有 大 約 5 千 740 萬 公 噸 的 礦 石 , 主 要 是 藏 於<br />

複 雜 的 碳 酸 岩 及 黑 花 崗 中 的 高 氟 碳 鈰 鑭 含 量 礦 , 礦 床 的<br />

稀 土 氧 化 物 含 量 平 均 等 級 為 2.8%, 擁 有 大 約 160 萬 公<br />

噸 稀 土 。 表 2 總 結 犛 牛 坪 礦 的 稀 土 元 素 分 佈 。<br />

此 外 , 廣 東 省 擁 有 獨 居 石 礦 ( 表 3), 這 礦 石 帶 有 比 較 低<br />

濃 度 的 輕 稀 土 (91%), 但 它 亦 擁 有 一 些 少 量 的 重 稀 土 。<br />

據 估 計 , 廣 東 省 的 獨 居 石 礦 含 有 150 萬 公 噸 的 稀 土 。<br />

10


Table 1: Bayan Obo, Inner Mongolia,<br />

China – Typical Ore Composition<br />

表 1: 白 雲 鄂 博 稀 土 礦 的 元 素 分 佈<br />

REO ( 稀 土 氧 化 物 ) Percent<br />

Cerium ( 鈰 ) 50.5<br />

Lanthanum ( 鑭 ) 24.8<br />

Neodymium ( 釹 ) 17.0<br />

Praseodymium ( 鐠 ) 5.6<br />

Samarium ( 釤 ) 1.0<br />

Gadolinium ( 釓 ) 0.6<br />

Europium ( 銪 ) 0.2<br />

Terbium ( 鋱 ) 0.1<br />

Dysprosium ( 鏑 ) 0.1<br />

Yttrium ( 釔 ) 0.1<br />

Holmium ( 鈥 ) 0.0<br />

Erbium ( 餌 ) 0.0<br />

Thulium ( 銩 ) 0.0<br />

Ytterbium ( 鐿 ) 0.0<br />

Lutetium ( 鑥 ) 0.0<br />

Total ( 總 和 ) 100.0<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

Furthermore, monazite ores are also present in China in<br />

the Guangdong Province, shown in Table 3. These<br />

deposits have lower concentrations of LREEs in<br />

comparison to the ores already mentioned (91%), but<br />

they possess some small amounts of heavy rare earth<br />

elements (HREEs). It is estimated that these ores<br />

contribute to about 1.5 Mt of REO.<br />

On the other hand, some parts of southern China, such<br />

as Guangdong, Jiangxi and Fujian, are rich in the less<br />

commonly known heavy rare earth elements (HREEs) in<br />

the form of ion-adsorption clays, which generally forms<br />

another main source of REEs. The contribution of these<br />

ores of ion-adsorption clays is estimated to consist of<br />

240 Mt by weight graded between 0.3% and 0.6% of REO,<br />

amounting to about 1 Mt of REO.<br />

Table 4 provides a summary of China’s rare earths<br />

resources. These resources collectively contain 47.2 Mt<br />

of REO.<br />

2.1.2 Global REEs Resources<br />

The distribution of global REEs resources varies in<br />

geographical locations, which are scattered worldwide,<br />

with differing degrees of amounts and concentrations,<br />

shown in Table 5.<br />

Based on the analysis of seven major regions, it has been<br />

found that the total REO reserves worldwide currently<br />

consists of 283.65 Mt with the top five countries in<br />

descending order of reserve relative to the worldwide<br />

total being Brazil (27.2%), Russia (17.7%), China (16.6%),<br />

Namibia (7.1%) and Norway (7.1%).<br />

Table 2: Maoniuping, Sichuan,<br />

China – Typical Ore Composition<br />

表 2: 犛 牛 坪 礦 的 稀 土 元 素 分 佈<br />

REO ( 稀 土 氧 化 物 ) Percent<br />

Cerium ( 鈰 ) 48.8<br />

Lanthanum ( 鑭 ) 35.1<br />

Neodymium ( 釹 ) 11.2<br />

Praseodymium ( 鐠 ) 3.8<br />

Samarium ( 釤 ) 0.7<br />

Gadolinium ( 釓 ) 0.2<br />

Europium ( 銪 ) 0.1<br />

Yttrium ( 釔 ) 0.1<br />

Terbium ( 鋱 ) 0.0<br />

Dysprosium ( 鏑 ) 0.0<br />

Holmium ( 鈥 ) 0.0<br />

Erbium ( 餌 ) 0.0<br />

Thulium ( 銩 ) 0.0<br />

Ytterbium ( 鐿 ) 0.0<br />

Lutetium ( 鑥 ) 0.0<br />

Total ( 總 和 ) 100.0<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

Table 3: Guangdong Province,<br />

China – Typical Ore Composition<br />

表 3: 廣 東 省 獨 居 石 礦 的 稀 土 元 素 分 佈<br />

REO ( 稀 土 氧 化 物 ) Percent<br />

Cerium ( 鈰 ) 43.2<br />

Lanthanum ( 鑭 ) 23.3<br />

Neodymium ( 釹 ) 17.2<br />

Praseodymium ( 鐠 ) 4.2<br />

Samarium ( 釤 ) 3.1<br />

Ytterbium ( 鐿 ) 2.4<br />

Yttrium ( 釔 ) 2.4<br />

Gadolinium ( 釓 ) 2.0<br />

Dysprosium ( 鏑 ) 0.8<br />

Terbium ( 鋱 ) 0.7<br />

Erbium ( 餌 ) 0.3<br />

Lutetium ( 鑥 ) 0.2<br />

Europium ( 銪 ) 0.1<br />

Holmium ( 鈥 ) 0.1<br />

Thulium ( 銩 ) 0.0<br />

Total ( 總 和 ) 100.0<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

另 一 方 面 , 國 家 南 部 的 一 些 地 區 , 如 廣 東 、 江 西 、 福 建<br />

等 , 擁 有 稱 為 離 子 吸 附 粘 土 的 重 稀 土 礦 , 這 些 離 子 吸 附<br />

粘 土 礦 估 計 擁 有 2 億 4,000 萬 公 噸 礦 石 , 礦 床 的 稀 土 氧<br />

化 物 含 量 平 均 等 級 由 0.3% 到 0.6% 不 等 , 含 有 大 約 100<br />

萬 公 噸 的 稀 土 。<br />

表 4 列 出 中 國 稀 土 資 源 的 總 結 , 這 些 資 源 總 共 包 含 4,720<br />

萬 公 噸 的 稀 土 氧 化 物 。<br />

11


Table 4: China Rare Earth Resources, 2011<br />

表 4: 中 國 的 稀 土 資 源 (2011)<br />

Main Deposits or Mines<br />

主 要 礦 床<br />

Mineral<br />

礦 物<br />

Identified<br />

Resources (Mt)<br />

已 知 資 源<br />

( 百 萬 公 噸 )<br />

REO Grade<br />

(% Content in<br />

Mine)<br />

稀 土 等 級<br />

( 稀 土 在 礦 的 百<br />

分 比 )<br />

REO Content<br />

(Mt)<br />

稀 土 含 量<br />

( 百 萬 公 噸 )<br />

Bayan Obo,<br />

Inner Mongolia<br />

Bastnasite<br />

氟 碳 鈰 鑭 礦 900 3-6 35-45<br />

內 蒙 古 白 雲 鄂 博<br />

Weishan,<br />

Shandong province<br />

Bastnasite<br />

氟 碳 鈰 鑭 礦 160 1.6 2.6<br />

山 東 省 微 山 縣<br />

Maoniuping,<br />

Sichuan province<br />

Bastnasite<br />

氟 碳 鈰 鑭 礦 57.4 2.8 1.6<br />

四 川 省 犛 牛 坪 礦<br />

Guangdong<br />

(LREEs and HREEs)<br />

Monazite<br />

獨 居 石 礦 1.5<br />

廣 東 省 獨 居 石 礦<br />

Guangdong, Jiangxi and<br />

Fujian<br />

(HREEs)<br />

Ion-adsorption<br />

Clays<br />

離 子 吸 附<br />

240 0.3-0.6 1.0<br />

廣 東 、 江 西 及 福 建<br />

重 稀 土 礦<br />

粘 土 礦<br />

Total ( 總 和 ) 47.2<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

Through the assumption of 55% as the average recovery<br />

rate of these REO reserves and of static materials<br />

consumption rate of approximately 120,000 metric<br />

tonnes per year (i.e. 0.12 Mt per year), the available REO<br />

resources for technological applications are estimated to<br />

amount to 156.1 Mt satisfying the global demand for 1,300<br />

years! This shows that the name “rare earth” is itself<br />

misleading as these materials are in the end not entirely<br />

rare by analysis of the actual numbers. Nevertheless, most<br />

of these global reserves are currently uneconomical for<br />

mining and exploration, which exacerbates the<br />

commercial viability as sources of REEs production. For<br />

example, Brazil currently has the largest total amount of<br />

REEs reserves in the world, but the development of these<br />

resources is at best primitive in the very early stages of<br />

conducting feasibility studies in mining and exploration for<br />

economical production in the decades to come.<br />

2.2 Production and Consumption of REEs between<br />

China and the World<br />

Similar to the level of reserves, the REEs production<br />

activities in China concentrate in regions having an<br />

abundance of REO deposits, such as Inner Mongolia,<br />

Shandong, Sichuan and in the southern provinces of<br />

Guangdong, Jiangxi and Fujian. Since 2000, the production<br />

in Inner Mongolia has accounted for 50%-60% of the total<br />

REEs concentrate output, making it the largest national<br />

producer, while Sichuan represents the second largest<br />

2.1.2 全 球 稀 土 資 源<br />

如 表 5 所 示 , 全 球 稀 土 資 源 分 散 在 世 界 各 地 , 有 著 不 同 程<br />

度 的 數 量 和 濃 度 。<br />

根 據 世 界 七 大 地 區 的 資 料 分 析 , 目 前 全 球 的 總 稀 土 儲 量 約<br />

為 2 億 836 萬 公 噸 , 全 球 五 大 稀 土 儲 備 的 國 家 為 巴 西<br />

(27.2%)、 俄 羅 斯 (17.7%)、 中 國 (16.6%)、 納 米 比 亞 (7.1%)<br />

及 挪 威 (7.1%)。 假 設 稀 土 儲 存 的 平 均 複 得 率 為 55% 及 全<br />

球 稀 土 的 平 均 消 耗 率 固 定 為 每 年 12 萬 公 噸 , 可 供 給 科 技<br />

應 用 的 稀 土 總 量 估 計 達 1 億 5,600 萬 公 噸 , 足 夠 供 應 1,300<br />

年 的 需 求 ! 這 顯 示 「 稀 土 」 本 身 這 個 名 稱 有 點 誤 導 成 分 ,<br />

因 為 這 些 材 料 不 是 那 麼 稀 有 。 然 而 , 大 部 分 稀 土 儲 備 的 開<br />

採 與 勘 探 現 今 並 未 符 合 經 濟 原 則 , 從 而 加 劇 了 商 業 上 的 可<br />

行 性 。 例 如 , 巴 西 目 前 擁 有 世 界 上 最 大 的 稀 土 儲 量 總 額 ,<br />

但 這 些 資 源 暫 時 只 是 在 非 常 早 期 的 開 採 及 勘 探 可 行 性 研<br />

究 階 段 。<br />

2.2 中 國 及 世 界 的 稀 土 製 造 與 消 耗<br />

國 家 的 稀 土 生 產 活 動 與 儲 備 水 平 類 似 , 集 中 在 稀 土 儲 量 高<br />

的 地 區 如 內 蒙 古 、 山 東 、 四 川 及 廣 東 、 江 西 與 福 建 等 南 方<br />

12


with 24-30% of the total output. With Inner Mongolia and<br />

Sichuan producing essentially LREEs, the southern<br />

provinces of Guangdong, Jiangxi and Fujian contribute<br />

most of the remaining output of China with mainly HREEs<br />

production.<br />

A summary of the growth of production of REEs over the<br />

past two decades is shown in Table 6. It reveals that<br />

production in China grew by over 450% from about<br />

16,000 t to 73,000 t between 1990 and 2000, while other<br />

countries, notably US, reduced their production from<br />

around 44,000 t to 16,000 t, a 60% decrease, resulting in a<br />

total global increase of production from around 60,000 t<br />

to 89,000 t during the same period. In the years between<br />

2000 and 2009, China increased the production of REEs<br />

by 77% to 129,000 t, while the global production grew by<br />

45% to about 132,000 t, with other countries decreasing<br />

their production to about 3,000 t in 2009. However, the<br />

production in China has reduced by about 8% since 2009<br />

amounting to 119,000 t in 2011, while other countries<br />

experienced a rapid catching up of production to about<br />

10,300 t. The reason for this was the production and<br />

export quotas of REEs related products in China that<br />

rendered the increase in production from other countries<br />

to fuel the growing demand.<br />

省 份 。 自 2000 年 以 來 , 內 蒙 古 的 稀 土 精 礦 產 量 為 全 國 最<br />

高 , 達 總 量 的 50-60%, 而 四 川 的 產 量 排 第 二 , 達 總 產 量<br />

的 24-30%。 內 蒙 古 和 四 川 主 要 生 產 輕 稀 土 , 然 而 , 廣 東 、<br />

江 西 與 福 建 等 南 方 省 份 主 要 生 產 重 稀 土 , 亦 為 國 家 貢 獻 剩<br />

餘 的 稀 土 輸 出 。<br />

分 析 稀 土 過 去 二 十 年 來 的 產 量 , 表 6 摘 要 了 中 國 及 其 它 生<br />

產 國 的 稀 土 增 長 。 中 國 的 稀 土 生 產 量 從 1990 年 約 16,000<br />

公 噸 增 長 到 2000 年 約 73,000 公 噸 , 增 長 超 過 450%, 而 其<br />

它 國 家 , 特 別 是 美 國 , 卻 降 低 了 整 體 產 量 , 從 1990 年 約<br />

44,000 公 噸 到 2000 年 約 16,000 公 噸 , 下 降 了 60%, 令 全<br />

球 同 期 生 產 總 量 由 60,000 公 噸 增 長 至 89,000 公 噸 。 在 2000<br />

年 和 2009 年 之 間 , 中 國 的 稀 土 產 量 增 幅 達 77% 至 129,000<br />

公 噸 , 而 其 它 國 家 卻 降 低 產 量 至 約 3,000 公 噸 , 期 間 全 球<br />

的 產 量 增 長 為 45% 至 約 132,000 公 噸 。 自 2009 年 起 到 2011<br />

年 , 由 於 中 國 對 稀 土 相 關 原 材 料 產 品 的 生 產 及 出 口 配 額 日<br />

益 收 縮 , 中 國 的 稀 土 產 量 減 少 了 8% 左 右 至 119,000 公 噸 ,<br />

而 其 它 生 產 國 為 了 提 供 稀 土 材 料 供 應 需 求 , 卻 快 速 追 趕 產<br />

量 至 約 10,300 公 噸 。<br />

Table 5: Worldwide Rare Earth Resources, 2011<br />

表 5: 環 球 稀 土 資 源 分 佈 (2011)<br />

Region 地 區 Country 國 家 REO Content (Mt)<br />

稀 土 含 量 ( 百 萬 公 噸 )<br />

North America ( 北 美 洲 )<br />

U.S. ( 美 國 ) 7.6<br />

Canada ( 加 拿 大 ) 7.3<br />

South America ( 南 美 洲 )<br />

Brazil ( 巴 西 ) 77.3<br />

Argentina ( 阿 根 廷 ) 0.1<br />

Norway ( 挪 威 ) 20.0<br />

Denmark-Greenland<br />

9.2<br />

( 丹 麥 - 格 陵 蘭 )<br />

Europe ( 歐 洲 )<br />

Sweden ( 瑞 典 ) 0.89<br />

Turkey ( 土 耳 其 ) 0.41<br />

Finland ( 芬 蘭 ) 0.08<br />

Namibia ( 納 米 比 亞 ) 20.0<br />

South Africa ( 南 非 ) 1.8<br />

Africa ( 非 洲 )<br />

Kenya ( 肯 雅 ) 1.0<br />

Gabon ( 加 蓬 ) 0.54<br />

Commonwealth of Independent States<br />

( 獨 聯 體 )<br />

Others ( 其 他 ) 0.66<br />

Russia ( 俄 羅 斯 ) 50.3<br />

Kyrgyzstan( 吉 爾 吉 斯 ) 0.22<br />

Kazakhstan ( 哈 薩 克 ) 0.15<br />

Oceania ( 大 洋 洲 ) Australia ( 澳 洲 ) 13.9<br />

China ( 中 國 ) 47.2<br />

Vietnam ( 越 南 ) 20.2<br />

Asia ( 亞 洲 )<br />

India ( 印 度 ) 2.5<br />

Mongolia ( 蒙 古 ) 2.3<br />

Total ( 總 和 ) 283.65<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

13


Table 6: The Growth of the REEs Production (Metric Tons)<br />

表 6: 中 國 及 其 他 生 產 國 的 稀 土 增 長 摘 要 ( 公 噸 )<br />

Country<br />

Growth Growth Growth<br />

國 家<br />

Rate Rate Rate<br />

1990 2000 2009 2011<br />

增 長 率 % 增 長 率 % 增 長 率 %<br />

1990-2000 2000-2009 2009-2011<br />

China<br />

中 國<br />

16,000 73,000 129,000 119,000 +450 +77 -8<br />

Other<br />

Countries 44,000 16,000 3,000 10,300 -60 -81 +243<br />

其 他 國 家<br />

Global<br />

全 球<br />

60,000 89,000 132,000 129,300 +150 +45 -2<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

It is forecast that REEs production in China will continue<br />

to be reduced in 2012 as the level of production and<br />

export quotas is similar to that of 2011. Moreover, the<br />

corresponding environmental regulations have become<br />

more stringent and are forecast to be tightened in the<br />

years to come. The effect will be a further reduction in the<br />

overall production of REEs in China as existing businesses<br />

will have to improve polluting manufacturing processes in<br />

order to abide by these regulations which will surely<br />

undermine production efficiency. Furthermore, China will<br />

attempt to preserve its REO resources as strategic<br />

materials to prepare for its economic growth through the<br />

development and consolidation of its high-tech and<br />

innovation sectors. However, it is forecast to increase in<br />

the years following 2012 at a slower rate.<br />

The REEs production of China as a proportion of the<br />

global production increased from about 27% in 1990 to<br />

about 92% in 2011, contributing to the global supply of<br />

over 80% of the REEs as concentrates, intermediate<br />

materials and chemicals. With a continuous increase in<br />

production capacity in other countries, such as US,<br />

Australia, South Africa, India, Russia, Vietnam, Turkey, Brazil,<br />

etc, the total global production is expected to amount to<br />

about 360,000 t in 2016. Although still being acknowledged<br />

as the largest producer of REEs, the production in China is<br />

expected to contribute around 35% of the total global<br />

production only to about 126,000 t, with the second<br />

largest producer to be Australia at around 13% of the total<br />

global production, followed by Denmark-Greenland at<br />

approximately 12% and the US at about 11% (Figure 1).<br />

Despite the fact that production of REEs in China grew<br />

rapidly in terms of volume, quite a number of these REEs<br />

producers in China have suffered from marginal<br />

profitability. The rationale behind has been due to the fact<br />

that national guidelines on REEs by the Central<br />

Government have not been properly followed as local<br />

governments have been relying heavily on REEs producing<br />

enterprises to sustain local employment and income<br />

generation for economic growth, leading to high levels of<br />

production activities that have depressed the overall price<br />

situation. Consequently, REEs concentrates have been<br />

over-produced and continuously far beyond the<br />

國 家 在 2011 及 2012 年 的 生 產 及 出 口 配 額 將 會 相 約 , 但 國 家<br />

的 稀 土 產 量 預 測 在 2012 年 將 繼 續 減 少 。 此 外 , 相 應 的 環 保<br />

法 規 越 來 越 嚴 格 , 這 將 進 一 步 降 低 國 家 現 有 的 稀 土 生 產 ,<br />

相 關 企 業 將 要 改 善 污 染 的 製 造 技 術 , 以 適 應 這 些 法 規 , 但<br />

這 必 將 生 產 效 率 帶 來 負 面 的 影 響 。 再 者 , 國 家 將 嘗 試 以 維<br />

護 其 稀 土 等 戰 略 物 資 及 資 源 , 以 發 展 及 鞏 固 高 科 技 和 創 新<br />

領 域 的 經 濟 增 長 。 據 估 計 , 預 計 從 2012 年 開 始 接 下 來 的 幾<br />

年 , 這 些 產 業 的 增 長 速 度 將 會 放 緩 。<br />

中 國 生 產 的 稀 土 ( 包 括 精 礦 、 中 介 材 料 和 化 學 品 ) 佔 全 球<br />

產 量 的 比 例 從 1990 年 的 約 27% 增 加 至 2011 年 的 約 92%,<br />

佔 全 球 產 量 的 八 成 以 上 。 然 而 其 它 國 家 如 美 國 、 澳 洲 、 南<br />

非 、 印 度 、 俄 羅 斯 、 越 南 、 土 耳 其 及 巴 西 等 的 產 量 不 斷 增<br />

加 , 全 球 產 量 在 2016 年 預 計 將 達 到 約 360,000 公 噸 。 雖 然<br />

中 國 仍 能 成 為 最 大 的 稀 土 生 產 國 , 但 中 國 的 生 產 在 2016 年<br />

預 計 將 佔 全 球 總 產 量 的 35% 左 右 , 而 澳 洲 將 會 成 為 第 二 大<br />

生 產 國 , 產 量 達 約 126,000 公 噸 , 佔 全 球 總 產 量 的 13% 左<br />

右 , 丹 麥 格 陵 蘭 卻 佔 12% 左 右 , 而 美 國 佔 11% 左 右 ( 圖 1)。<br />

Figure 1: Rare Earths Global Production Share by Country,<br />

2016<br />

圖 1: 全 球 稀 土 產 量 在 2016 年 的 預 測<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

14


production target set by the Central Government. The<br />

corresponding REEs policies and regulations in China have<br />

been strengthened and enforced in increasing degrees of<br />

stringency over the years since 2006. Consequently a<br />

number of illegal mines in Sichuan and the southern<br />

Provinces of Guangdong and Jiangxi have been closed<br />

down, resulting in relatively consistent production<br />

volumes from 2007 to 2011 around 119,000 t annually.<br />

On the consumption side, China started off to be a mild<br />

consumer of REEs in 1990 and developed itself to be a<br />

moderate consumer in 2000 at around 19,000 t with the<br />

global consumption at 91,000 t (~21%). China’s<br />

consumption grew rapidly in the 2000s and increased by a<br />

total of over 630%, 120,000 t (estimated) in 2011,<br />

compared to that in 2000 (Table 7). The major industrial<br />

sectors consuming REEs as raw materials in China are<br />

shown in Figure 2. The mechanical/metallurgical sector<br />

(~45%) mainly consists of industries for manufacturing of<br />

permanent magnets, master alloys and high-performance<br />

alloys, while energy/clean technologies (~15%) and<br />

chemicals (~10%) industries span the manufacturing of<br />

nickel metal hydride (NiMH) and catalysts for automotive<br />

and petroleum applications. The glass/ceramics sector<br />

(~10%) includes industries in manufacturing of polishing<br />

media and glass additives, whereas the<br />

electronics/optics/optoelectronics sector (~8%) divides<br />

into a variety of manufactured goods in terms of<br />

phosphors for advanced display technologies and lighting<br />

devices.<br />

The National Twelfth Five-Year Plan for 2011-2015 has put<br />

significant focus on developing the new materials industry<br />

for innovation and technology enhancement in China,<br />

which includes the production of catalysts, magnets,<br />

phosphors, polishing powders, etc. REEs applied in the<br />

production of these new materials amounted to less than<br />

1% of the total consumption in the 1990s, but increased to<br />

over 62% in 2011. It is speculated that the consumption of<br />

REEs in these new materials sectors will continue to<br />

increase at a faster rate compared to that of the<br />

traditional industrial sectors.<br />

儘 管 中 國 稀 土 的 生 產 迅 速 增 長 , 不 少 在 國 內 的 稀 土 生 產 商<br />

的 利 潤 卻 不 高 。 理 由 是 因 為 地 方 政 府 沒 有 遵 循 中 央 政 府 對<br />

稀 土 元 素 的 指 導 方 針 。 地 方 政 府 一 直 依 靠 稀 土 生 產 企 業 ,<br />

以 維 持 當 地 的 就 業 和 經 濟 增 長 , 導 致 稀 土 生 產 過 量 , 壓 低<br />

了 其 整 體 價 格 水 平 。 因 此 , 稀 土 精 礦 的 生 產 不 斷 超 出 了 中<br />

央 政 府 的 生 產 目 標 。 自 2006 年 以 來 , 相 應 的 稀 土 政 策 和 法<br />

規 已 被 加 強 及 執 行 , 多 年 來 政 府 已 在 四 川 、 廣 東 、 江 西 等<br />

南 方 省 份 關 閉 了 很 多 非 法 礦 坑 , 令 產 量 從 2007 年 到 2011<br />

年 回 復 平 衡 , 至 每 年 約 119,000 公 噸 。<br />

在 消 耗 方 面 , 國 家 在 1990 年 時 的 稀 土 消 耗 量 很 低 , 但 在 2000<br />

年 已 經 發 展 成 為 一 個 中 等 的 消 耗 國 。 當 時 全 球 消 耗 量 大 約<br />

為 91,000 公 噸 , 中 國 佔 了 約 19,000 公 噸 (~21%)。 自 2000<br />

年 起 , 國 家 的 稀 土 消 耗 快 速 增 長 , 到 2011 年 , 國 家 的 稀 土<br />

消 耗 達 120,000 公 噸 ( 估 計 數 字 ), 共 有 超 過 630% 的 增 長<br />

( 表 7)。 圖 2 摘 要 了 國 家 主 要 稀 土 原 材 料 在 工 業 的 消 耗 。<br />

機 械 / 冶 金 業 (45%) 主 要 包 括 永 久 磁 鐵 、 母 合 金 和 高 性 能<br />

合 金 製 造 行 業 , 而 能 源 / 清 潔 技 術 (~15%) 和 化 學 品<br />

(~10%) 產 業 跨 越 製 造 鎳 金 屬 氫 化 物 (NiMH) 和 汽 車 和<br />

石 油 應 用 的 催 化 劑 。 玻 璃 / 陶 瓷 行 業 (10%) 包 括 在 拋 光 材<br />

料 和 玻 璃 添 加 劑 製 造 行 業 , 而 電 子 / 光 學 / 光 電 業 (8%) 包<br />

括 多 種 類 先 進 顯 示 器 設 備 應 用 的 螢 光 粉 及 其 相 關 製 成 品 。<br />

Figure 2: The Major Industrial Sectors Consuming REEs as<br />

Raw Materials in China<br />

圖 2: 國 內 稀 土 原 材 料 消 耗 的 主 要 工 業 應 用 摘 要<br />

Table 7: REEs Consumption in China (Metric Tons)<br />

表 7: 國 內 稀 土 的 消 耗 ( 公 噸 )<br />

Country<br />

國 家<br />

2000 2005 2009 2011<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

Consumption Growth<br />

Rate<br />

消 耗 增 長 率 %<br />

2000-2011<br />

China<br />

19,000 52,000 73,000 120,000 +630<br />

中 國<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

15


In contrast to the consumption of REEs in China, the<br />

global REEs consumption has been generated by, in<br />

descending order of proportion, mechanical/metallurgical<br />

(~32%), glass/ceramics (~25%), energy/clean technologies<br />

(~17%), chemicals (~16%), electronics/optics/<br />

optoelectronics (~8%) and agriculture, textiles and others<br />

(~2%), as shown in Figure 3.<br />

Owing to the growing demand in the energy, electronics,<br />

optics and optoelectronics sectors, it is expected that the<br />

global consumption of REEs will continue to rise in the<br />

next 5 years. Strong demand for REEs will be of particular<br />

prominence in manufacturing of rare earth batteries for<br />

hybrid electric vehicles in the energy sector. Emerging as<br />

REEs consuming industries in clean energy technologies, it<br />

is forecast that a small, but growing, share of REEs will be<br />

used in the production of high-temperature<br />

semiconductors and solar cells. The global demand of<br />

REEs in the energy sector is expected to grow from about<br />

27,000 t in 2011 to 62,000 t in 2016, suggesting a total<br />

increase of about 230%.<br />

There will be significant demand growth in the<br />

consumption of REEs in the production of phosphors for<br />

advanced display as well as solid-state light technologies in<br />

the electronics, optics and optoelectronics sectors. As an<br />

estimate, the global demand of REEs applied in these<br />

sectors is forecast to reach about 21,000 t in 2016 from<br />

about 12,000 t in 2011 increasing by around 75%. The<br />

global consumption in other sectors applying REEs is<br />

expected to experience increase from 2011 to 2016 by a<br />

growth of 30% to 50% up as shown in Table 8.<br />

Consequently, it is projected that the total global<br />

consumption of REEs between 2011 and 2016 will<br />

increase from about 158,000 t to 258,000 t with a total<br />

percentage increase of 63%.<br />

2.3 Existing and Recent Changes of Rare Earth<br />

Policies in China<br />

Since the 1990s, China has realized the strategic nature of<br />

REEs in terms of technological and military advancements.<br />

Thus, the Chinese Government has imposed a number of<br />

policy initiatives to protect these strategic resources. This<br />

has been done in such a way that it has tended to avoid<br />

mining activities and restrict smelting and separation<br />

projects of REEs by foreign companies, except those that<br />

have joint ventures with Chinese companies. However,<br />

these development projects have been found to be rather<br />

conservative in nature by western standards because all<br />

the mining and smelting projects of REEs, be they small or<br />

large scale, require approval from the State Development<br />

and Planning Commission (SDPC). All joint venture<br />

projects on REEs between foreign and Chinese<br />

enterprises have to be approved by both the SDPC and<br />

the Ministry of Commerce (MOC) (approval is required<br />

to be sought from the Ministry of Foreign Trade and<br />

Economic Cooperation (MOFTEC) from 2003 onwards<br />

for Chinese-Foreign joint venture projects).<br />

2011-2015 國 家 「 十 二 五 」 規 劃 提 出 主 要 發 展 新 材 料 產 業 的<br />

創 新 和 技 術 提 升 , 其 中 包 括 生 產 催 化 劑 、 磁 鐵 、 螢 光 粉 、<br />

拋 光 粉 等 。 在 90 年 代 , 這 些 新 材 料 在 生 產 中 應 用 及 消 耗 的<br />

稀 土 還 不 到 1%, 但 在 2011 年 便 上 升 到 62% 以 上 。 據 推 測 ,<br />

這 些 新 材 料 領 域 消 耗 稀 土 的 速 度 會 比 傳 統 加 工 行 業 更 快 。<br />

相 比 中 國 稀 土 的 消 耗 , 全 球 稀 土 在 不 同 工 業 的 消 耗 量 順 序<br />

為 : 機 械 / 冶 金 (~32%)、 玻 璃 / 陶 瓷 (~25%)、 能 源 /<br />

清 潔 技 術 (~17%)、 化 學 (16%)、 電 子 / 光 學 / 光 電<br />

(~8%) 和 農 業 、 紡 織 品 和 其 它 (1~2%)( 圖 3)。<br />

由 於 能 源 、 電 子 、 光 學 和 光 電 子 工 業 對 稀 土 的 需 求 日 益 增<br />

長 , 預 計 全 球 稀 土 消 耗 量 在 未 來 5 年 將 繼 續 上 升 。 在 能 源<br />

工 業 的 領 域 , 製 造 混 合 動 力 電 動 汽 車 的 電 池 將 令 稀 土 需 求<br />

特 別 突 出 。 因 著 清 潔 能 源 技 術 的 興 起 , 稀 土 的 用 量 預 計 在<br />

高 溫 半 導 體 和 太 陽 能 電 池 生 產 中 越 來 越 多 。 稀 土 在 能 源 領<br />

域 的 全 球 需 求 預 計 增 幅 約 為 230%, 由 2011 年 約 27,000 公<br />

噸 至 2016 年 約 62,000 公 噸 。<br />

稀 土 電 子 、 光 學 和 光 電 子 學 領 域 中 生 產 螢 光 粉 供 給 先 進 顯<br />

示 器 及 固 態 照 明 技 術 的 消 耗 將 會 顯 著 增 長 。 據 估 計 , 由 2011<br />

年 到 2016 年 , 在 這 些 領 域 中 全 球 需 求 的 稀 土 將 由 2011 年 約<br />

12,000 公 噸 增 長 到 2016 年 約 21,000 公 噸 , 預 計 增 長 75%。<br />

如 表 8b 所 示 , 其 它 行 業 中 的 稀 土 消 耗 亦 預 計 從 2011 年 至<br />

2016 年 增 長 30% 至 50%。 因 此 ,2011 年 至 2016 年 之 間 全<br />

球 稀 土 的 總 消 耗 量 預 計 由 158,000 公 噸 增 加 到 258,000 公<br />

噸 , 預 計 增 幅 為 63%。<br />

Figure 3: Global REEs Consumption by Industry<br />

圖 3: 全 球 稀 土 在 不 同 工 業 的 消 耗 量<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

16


Table 8a: Global Demand for REOs by Application 2005-2010 (Metric Tons)<br />

表 8a: 從 2005 年 到 2010 年 全 球 稀 土 氧 化 物 的 應 用 需 求 ( 公 噸 )<br />

Application<br />

Average Annual Growth<br />

應 用 2005 2010 Rate %<br />

平 均 年 增 長 率 %<br />

Rare Earth Magnets<br />

稀 土 磁 石<br />

17,150 31,100 12.6<br />

NiMH Batteries<br />

鎳 氫 電 池<br />

7,200 27,300 30.5<br />

Catalysts 催 化 劑 21,230 25,960 3.8<br />

Phosphors 螢 光 粉 4,700 7,512 13.0<br />

Polishing Compounds<br />

打 磨 化 合 物<br />

15,150 23,500 9.2<br />

Glass Additives<br />

玻 璃 添 加 劑<br />

13,590 13,990 0.6<br />

All Other 其 他 16,935 24,950 8.0<br />

Total 總 和 95,955 154,312 10.1<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

Table 8b: Global Demand for Rare Earths by Industry through 2016 (Metric Tons)<br />

表 8b: 全 球 工 業 從 2011 到 2016 年 對 稀 土 的 需 求 ( 公 噸 )<br />

Industry<br />

工 業 2011 2016<br />

Growth Rate %<br />

增 長 率 %<br />

2011-2016<br />

Energy 能 源 27,000 62,000 +230<br />

Electronics, Optics, and<br />

Optoelectronics<br />

12,000 21,000 +75<br />

電 子 、 光 學 及 光 電 子<br />

Mechanical/Metallurgical<br />

機 械 / 冶 金<br />

51,000 77,000 +51<br />

Glass and Ceramics<br />

玻 璃 及 陶 瓷<br />

40,000 60,000 +50<br />

Chemicals 化 工 25,000 33,000 +32<br />

Others 其 他 3,900 5,200 +33<br />

Total 總 和 158,900 258,200 +63<br />

(Source 資 料 來 源 :BCC Research, June 2011)<br />

The Ministry of Land and Resources (MLR) is a Central<br />

Government agency that is accountable to and oversees<br />

the development of production plans for most of the<br />

strategic commodities in China, including the production<br />

quotas of REEs at the national and provincial levels since<br />

the 1990s. Such quotas are managed by provincial<br />

governments in order to allocate separate quotas to<br />

individual mining companies. Nevertheless, production of<br />

REEs in China has generally been exceeding the targets<br />

set by the Central Government with a significant amount<br />

of over-production by companies that have mined and<br />

produced without proper licences and have adopted<br />

out-of -date production technologies resulting in dreadful<br />

environmental damage, especially in the Guangdong,<br />

Jiangxi and Sichuan Provinces.<br />

The Ministry of Industry and Information Technology<br />

(MIIT) has taken up the responsibility of managing the<br />

Rare Earth Office in China since 2008 in order to issue a<br />

2.3 中 國 現 有 的 稀 土 政 策 及 近 期 的 變 化<br />

自 20 世 紀 90 年 代 以 來 , 國 家 已 經 意 識 到 稀 土 在 技 術 和 軍 事<br />

發 展 的 戰 略 重 要 性 。 因 此 , 政 府 已 實 施 一 系 列 的 措 施 來 保 護<br />

這 些 戰 略 性 資 源 , 避 免 過 分 開 採 , 除 了 與 中 國 公 司 合 資 的 企<br />

業 外 , 限 制 外 資 稀 土 冶 煉 分 離 項 目 。 然 而 , 這 些 發 展 項 目 已<br />

被 西 方 國 家 認 為 過 於 保 守 , 因 為 所 有 的 稀 土 開 採 和 冶 煉 項<br />

目 , 無 論 規 模 大 小 都 需 要 獲 得 國 家 發 展 計 劃 委 員 會 ( 計 委 )<br />

的 批 准 。 此 外 , 所 有 外 國 企 業 和 中 國 企 業 之 間 對 稀 土 的 合 資<br />

項 目 必 須 由 國 家 計 委 及 商 務 部 批 准 ( 從 2003 年 起 須 由 對 外 貿<br />

易 經 濟 合 作 部 〔 以 下 簡 稱 「 外 經 貿 部 」〕 批 准 中 外 合 營 項<br />

目 )。<br />

國 土 資 源 部 是 一 個 中 央 政 府 機 構 , 專 門 負 責 和 監 督 國 家 的 戰<br />

略 物 資 , 包 括 稀 土 的 生 產 配 額 和 國 家 及 省 兩 級 的 生 產 計 劃 的<br />

17


REEs-related production quota. This was much higher<br />

than the quota set by MLR, resulting in early confusion<br />

for REEs producers in the years of 2008 and 2009. Since<br />

2010, both MLR and MIIT have reached consensus in<br />

setting the same production quota for REEs.<br />

Besides production quotas, China has also imposed<br />

export quotas in order to restrict the amount of REEs<br />

that can be exported. Prior to 2003, the SDPC was<br />

responsible for determining the export quotas for REEs,<br />

distributed by the State Economic and Trade<br />

Commission (SETC), with the licenses issued by the<br />

MOFTEC. Since then the MOC has been responsible for<br />

the distribution and issuing of export licences after the<br />

abolition of SETC and MOFTEC. There have been<br />

separate arrangements on export quotas for domestic<br />

and Chinese-Foreign joint venture REEs producers,<br />

which are permitted to export their own products under<br />

a licensing system. However, the Chinese Government<br />

has gradually tightened the export quota in the past few<br />

years as a result of the growing demand in China. The<br />

landscape of the export quota issues has changed rapidly<br />

since 2006 when the Chinese Government allowed 47<br />

domestic and 12 Chinese-foreign REEs producers and<br />

traders to export products of REEs, but now reduced to<br />

only 22 domestic and 9 Chinese-foreign enterprises in<br />

2011 (Table 9). On top of export quotas, the<br />

Government has encouraged domestic enterprises to<br />

export downstream products that are of higher added<br />

value and discouraged the export of raw REEs materials.<br />

The Government has since specified the tonnage limit of<br />

specific REEs products that Chinese-foreign joint<br />

ventures are allowed to export, such as oxides, salts, or<br />

metal.<br />

Between 2005 and 2007, the Chinese Government<br />

allocated more than 40,000 t of REEs production quotas<br />

to domestic producers and traders and about 16,000 t to<br />

Chinese-foreign joint-venture producers (Table 10). The<br />

REEs export quotas for domestic producers and traders<br />

have been reduced by 21.6% in 2008 and by an additional<br />

2.5% in 2009, while the export quota of REEs for<br />

Chinese-foreign joint-venture producers remained at the<br />

level of 16,000 t in 2008 and 2009. In 2010, the Chinese<br />

Government allocated the export quota on REEs, a year<br />

total of 30,258 t (22,512 t to domestic and 7,746 t to<br />

Chinese-foreign enterprises), which was less than the<br />

total of 48,155 t (31,310 t to domestic and 16,845 t to<br />

Chinese-foreign enterprises) that was allocated for 2009,<br />

with the total annual decrease of 37.1% in one year’s<br />

time. In 2011, the Government established the total REEs<br />

export quota at 29,824 t (22,983 t to domestic and 7,201<br />

t to Chinese-foreign enterprises), which was virtually<br />

unchanged compared with the quota of 2010. Looking<br />

into 2012, the first tranche of REEs export quota has<br />

been set by the Chinese Government at 24,904 t (17,926<br />

t to domestic and 6,978 t to Chinese-foreign<br />

enterprises). It is estimated that the full-year quota in<br />

2012 will be similar to that of 2011 at around 30,000 t.<br />

發 展 。 省 級 配 額 是 由 省 級 政 府 管 理 , 以 分 配 給 個 別 礦 業 公<br />

司 。 然 而 , 國 家 稀 土 生 產 已 普 遍 超 過 中 央 政 府 的 指 標 , 這 些<br />

超 標 的 生 產 是 由 很 多 沒 有 適 當 牌 照 的 公 司 開 採 和 生 產 , 這 些<br />

公 司 通 常 活 躍 於 廣 東 、 江 西 及 四 川 等 省 份 , 並 因 著 採 用 舊 的<br />

生 產 技 術 而 對 環 境 造 成 破 壞 。<br />

自 2008 年 以 來 , 工 業 和 信 息 化 部 ( 工 信 部 ) 接 收 了 中 國 稀 土<br />

辦 公 室 的 管 理 工 作 , 發 出 稀 土 相 關 的 生 產 配 額 , 但 是 這 配 額<br />

遠 遠 比 由 國 土 資 源 部 所 設 定 的 為 高 , 在 2008 年 和 2009 年 早<br />

期 對 稀 土 生 產 商 造 成 混 亂 。2010 年 以 來 , 國 土 資 源 部 和 工 信<br />

部 已 就 稀 土 生 產 配 額 達 成 共 識 。<br />

除 了 生 產 配 額 , 國 家 還 實 行 出 口 配 額 , 以 限 制 稀 土 的 出 口 。<br />

在 2003 年 之 前 , 國 家 計 委 負 責 制 定 稀 土 的 出 口 配 額 數 目 , 並<br />

由 國 家 經 貿 委 分 配 這 些 配 額 及 由 外 經 貿 部 頒 發 許 可 證 。 自 國<br />

家 經 貿 委 和 外 經 貿 部 被 廢 除 後 , 商 務 部 就 成 為 擔 任 分 配 配 額<br />

和 發 放 出 口 許 可 證 的 部 門 。 國 內 和 中 外 合 資 稀 土 生 產 商 有 不<br />

同 的 出 口 配 額 安 排 , 在 不 同 的 發 牌 制 度 下 , 都 被 允 許 出 口 自<br />

己 的 產 品 。 然 而 , 國 家 對 稀 土 的 需 求 在 過 去 幾 年 不 斷 增 長 ,<br />

中 央 政 府 正 在 逐 步 收 緊 稀 土 的 出 口 配 額 。 中 國 的 稀 土 出 口 配<br />

額 景 觀 改 變 迅 速 , 自 2006 年 以 來 , 中 央 政 府 允 許 47 家 國 內<br />

和 12 家 中 外 合 資 稀 土 生 產 商 和 貿 易 商 出 口 稀 土 產 品 , 但 在<br />

2011 年 減 少 到 只 有 22 家 國 內 和 9 家 中 外 合 資 企 業 ( 表 9)。<br />

除 了 出 口 配 額 外 , 政 府 還 鼓 勵 國 內 企 業 作 高 增 值 稀 土 下 游 材<br />

料 產 品 的 出 口 及 阻 礙 純 原 材 料 的 出 口 , 政 府 已 限 制 中 外 合 資<br />

企 業 出 口 指 定 的 特 種 稀 土 產 品 如 氧 化 物 、 鹽 類 或 金 屬 的 數<br />

量 。<br />

Table 9: No. of Companies Allowed to Export<br />

Products of REEs in China<br />

表 9: 國 內 可 出 口 稀 土 產 品 的 公 司 數 目<br />

Producer 生 產 商 2006 2009 2010 2011<br />

Domestic Producers 47 23 22 22<br />

國 內 生 產 商<br />

Chinese-foreign<br />

12 11 10 9<br />

Producers and Traders<br />

中 外 合 資 生 產 及 貿 易 商<br />

Total 總 數 59 34 32 31<br />

(Source 資 料 來 源 :USGS 2011)<br />

在 2005 年 和 2007 年 間 , 中 央 政 府 已 撥 出 超 過 40,000 公 噸 的<br />

稀 土 生 產 配 額 給 國 內 生 產 商 和 貿 易 商 及 約 16,000 公 噸 給 中 外<br />

合 資 的 生 產 商 ( 表 10)。 國 內 生 產 商 和 貿 易 商 的 稀 土 出 口 配<br />

額 在 2008 年 減 少 了 21.6% 及 在 2009 年 減 少 多 2.5%, 而 中 外<br />

合 資 生 產 商 的 稀 土 出 口 配 額 在 2008 年 及 2009 年 均 維 持 在<br />

16,000 公 噸 。 在 2010 年 , 中 央 政 府 分 配 的 稀 土 出 口 配 額 總 和<br />

18


Table 10: The Chinese REEs Export Quota Allocations (Metric Tons)<br />

表 10: 中 國 稀 土 出 口 配 額 分 配 ( 公 噸 )<br />

Enterprises 2005-<br />

企 業 類 型 2007<br />

2008 2009 2010 2011 2012<br />

Sub-group<br />

分 組 ( 上 半 年<br />

H1 H2 H1 H2 H1 H2 H1 H2<br />

/ 下 半 年 )<br />

4,482<br />

Domestic<br />

15,043 16,267 16,304 6,208 10,762 12,221 17,926<br />

>40,000 34,156<br />

(Est. 估 計 )<br />

國 內 企 業<br />

31,310 22,512 22,983 22,408 (Est. 估 計 )<br />

Chinese-<br />

1,744<br />

6,685 10,160 5,978 1,768 3,746 3,517 6,978<br />

foreign JV ~16,000 15,834<br />

(Est. 估 計 )<br />

中 外 合 資<br />

16,845 7,746 7,263 8,722 (Est. 估 計 )<br />

Sub-total<br />

6,226<br />

21,728 26,427 22,282 7,976 14,508 15,738 24,904<br />

小 計<br />

(Est. 估 計 )<br />

Total 總 和 56,000 49,990 48,155 30,258 30,246 ~31,130 (Est. 估 計 )<br />

(Source 資 料 來 源 :USGS 2011)<br />

2.4 Market Situation in Hong Kong from the<br />

Perspectives of REEs<br />

Hong Kong Industries have only ventured into making<br />

products from REEs through import from non-local<br />

suppliers. Unfortunately they manufacture products that<br />

add significantly less value compared to the high margin of<br />

these imported materials. This is despite the many<br />

applications that REEs make possible in the new era of<br />

technological advancement. A number of traditional and<br />

emerging industries in Hong Kong possess demands in<br />

securing supply at reasonable cost of these intermediate<br />

materials, such as electronics, lighting and display,<br />

automotive components, tooling, jewellery, watch and<br />

clock, medical devices, etc. Local supply of high-quality<br />

intermediate materials barely exists to fuel the demand.<br />

Even if it does, the total amount is insignificant and only<br />

supplies for internal product development and<br />

manufacturing.<br />

Through analysis of the Hong Kong industrial landscape<br />

from the application regimes and consumption volume,<br />

the industries of electronics, lighting and display and<br />

automotive components contribute to the largest demand<br />

of specialty intermediate materials for product<br />

manufacturing. In the electronics, lighting and display<br />

industries, REEs have been routinely applied with a<br />

growing rate in energy devices, data storage devices,<br />

microelectronic circuitries, advanced display units, sensor<br />

devices, photoluminescence devices, etc, in a diverse<br />

variety of forms, such as permanent magnet alloys,<br />

sputtering targets leading to optical and sensing coatings,<br />

phosphors for coloured light-emission diodes (LED),<br />

televisions and computer monitors. On the other hand,<br />

there are also a myriad of industrial applications of REEs<br />

in the automotive component industry, such as catalytic<br />

converters for motor vehicles, nickel metal-hydride<br />

automotive batteries, electrodes for rechargeable<br />

lithium-based automotive batteries, permanent magnets<br />

30,258 公 噸 ( 國 內 企 業 22,512 公 噸 和 中 外 合 資 企 業 7,746 公<br />

噸 ), 少 於 2009 年 的 48,155 公 噸 分 配 ( 國 內 企 業 31,310 公 噸<br />

和 中 外 合 資 企 業 16,845 公 噸 ), 在 一 年 的 時 間 內 減 少 了<br />

37.1%。 在 2011 年 , 政 府 設 立 的 稀 土 出 口 配 額 為 30,246 公 噸<br />

( 國 內 企 業 22,983 公 噸 和 中 外 合 資 企 業 7,263 公 噸 ), 與 2010<br />

年 相 比 幾 乎 不 變 。 展 望 到 2012 年 , 第 一 批 稀 土 出 口 配 額 定<br />

於 24,904 公 噸 ( 國 內 企 業 17,926 公 噸 和 中 外 合 資 企 業 6,978<br />

公 噸 ),2012 年 的 整 體 全 年 配 額 估 計 與 2011 年 相 約 , 大 概<br />

31,000 公 噸 。<br />

2.4 稀 土 在 香 港 市 場 的 現 況<br />

儘 管 稀 土 廣 泛 應 用 於 很 多 全 球 的 新 科 技 中 , 但 香 港 的 工 業<br />

才 剛 開 始 利 用 這 種 關 鍵 材 料 作 生 產 , 尤 其 是 特 種 中 介 材 料<br />

的 形 式 ( 如 精 煉 化 工 、 濺 射 靶 材 及 母 合 金 等 )。 而 這 些 特<br />

種 中 介 材 料 多 數 從 非 本 地 供 應 商 進 口 , 附 加 值 比 香 港 工 業<br />

的 產 品 相 對 高 利 潤 。 香 港 一 些 傳 統 和 新 興 產 業 , 如 電 子 、<br />

照 明 和 顯 示 器 、 汽 車 零 部 件 、 模 具 、 珠 寶 首 飾 、 鐘 錶 、 醫<br />

療 器 械 等 , 對 高 品 質 及 價 格 合 理 的 特 種 中 介 材 料 有 著 一 定<br />

的 需 求 , 但 香 港 幾 乎 沒 有 高 品 質 的 中 介 材 料 供 應 商 , 即 使<br />

有 企 業 有 能 力 製 造 高 質 中 介 材 料 , 選 擇 也 不 多 , 而 且 亦 可<br />

能 只 提 供 材 料 給 內 部 產 品 研 發 及 生 產 之 用 , 不 作 銷 售 。<br />

通 過 分 析 香 港 工 業 境 況 的 應 用 和 消 耗 量 , 電 子 、 照 明 和 顯<br />

示 器 、 汽 車 零 部 件 行 業 對 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 需 求 最 大 。<br />

在 電 子 、 照 明 和 顯 示 器 產 業 , 稀 土 的 應 用 增 長 速 度 迅 速 ,<br />

以 多 樣 的 形 式 , 如 永 磁 合 金 、 靶 材 、 光 學 和 遙 感 塗 料 、 彩<br />

色 光 發 射 二 極 體 (LED)、 電 視 和 電 腦 顯 示 器 的 螢 光 粉 等 ,<br />

應 用 於 能 源 設 備 、 資 料 儲 存 設 備 、 微 電 子 設 計 電 路 、 先 進<br />

顯 示 裝 置 、 感 應 裝 置 、 發 光 裝 置 等 。 另 一 方 面 , 稀 土 也 應<br />

19


for automotive motors, rare-earth added magnesium<br />

alloys for vehicle bodies, etc.<br />

The wide range of industrial applications and market<br />

growth in these sectors signify the strong increasing<br />

demand of high-quality specialty intermediate materials of<br />

REEs. Apart from the market segments in raw materials<br />

and intermediate materials with low-to-medium level of<br />

concentration and purification, the rare earth industry in<br />

China has yet to develop the full capability of processing<br />

the intermediate materials with the highest quality, i.e.<br />

highest concentration and purification (from 99.0% to<br />

99.99%+), fine particle sizes and microstructures, etc,<br />

which a number of overseas high-tech economies, such as<br />

Japan, the US and Europe, have mastered. Therefore, if<br />

China is to leverage the full advantage of having one of the<br />

largest reserves of REEs in order to gain lucrative<br />

economic returns, the identification of technology gaps<br />

with overseas high-tech economies is imminent. This<br />

should cover separation and purification technologies for<br />

rare earth fine chemicals production and subsequent<br />

alloying technologies for sputtering targets and master<br />

alloys.<br />

用 於 無 數 的 汽 車 零 部 件 中 , 如 鎳 金 屬 氫 化 物 汽 車 電 池 、 可<br />

充 電 鋰 離 子 汽 車 電 池 的 電 極 , 用 於 汽 車 馬 達 的 永 久 磁 鐵 、<br />

催 化 轉 換 器 、 稀 土 鎂 合 金 車 身 等 。<br />

這 些 廣 泛 的 工 業 應 用 領 域 和 市 場 增 長 , 意 味 著 對 高 品 質 的<br />

稀 土 特 種 中 介 材 料 的 需 求 不 斷 增 加 。 除 了 稀 土 原 材 料 及 低<br />

到 中 等 純 度 中 介 材 料 市 場 , 中 國 稀 土 行 業 尚 未 開 發 及 掌 握<br />

到 加 工 最 高 品 質 ( 即 最 高 純 度 〔 從 99.0% 到 99.99% 以<br />

上 〕、 微 細 粒 子 和 微 觀 結 構 等 ) 的 稀 土 特 種 中 介 材 料 , 但<br />

大 部 分 關 鍵 加 工 技 術 已 為 一 些 海 外 高 科 技 經 濟 系 , 如 日 本<br />

和 歐 美 所 掌 握 。 因 此 , 如 果 中 國 要 利 用 其 龐 大 的 稀 土 儲<br />

量 , 獲 得 豐 厚 的 經 濟 回 報 , 識 別 國 內 與 海 外 高 科 技 經 濟 體<br />

系 的 技 術 差 距 是 迫 在 眉 睫 的 事 , 其 中 應 包 括 稀 土 分 離 和 淨<br />

化 技 術 、 稀 土 精 煉 化 學 品 的 生 產 和 隨 後 的 合 金 靶 材 和 母 合<br />

金 加 工 技 術 。<br />

20


Chapter 3: Gap Analysis on Rare Earth Processing<br />

Technologies<br />

第 3 章 : 稀 土 加 工 技 術 的 差 距 分 析<br />

This chapter will explore the production processes of<br />

rare earth from ore to concentrates and then into fine<br />

chemicals, such as phosphors and catalysts, and will<br />

provide an in-depth review on processing technologies<br />

from rare earth fine chemicals to specialty intermediate<br />

materials, such as sputtering targets and master alloys.<br />

Some of the prominent technology gaps in rare earth<br />

related materials between China and other overseas<br />

high-tech economies will be analyzed and some of the<br />

readily available technological solutions in processing<br />

these materials will be discussed.<br />

3.1 Overview of Refining Process of Rare Earth<br />

Fine Chemicals<br />

本 章 將 探 討 從 稀 土 礦 石 經 過 精 礦 加 工 , 然 後 到 精 煉 化 學 品<br />

( 如 螢 光 粉 和 催 化 劑 等 ) 的 生 產 過 程 , 並 會 提 供 一 個 對 從<br />

稀 土 精 細 化 學 品 至 特 種 中 介 材 料 ( 如 磁 控 濺 射 靶 材 和 母 合<br />

金 等 ) 加 工 技 術 的 深 入 審 查 。 本 章 將 分 析 一 些 有 關 中 國 及<br />

其 它 海 外 高 科 技 經 濟 體 之 間 在 稀 土 材 料 加 工 上 技 術 的 差<br />

距 , 及 討 論 一 些 海 外 現 有 的 材 料 加 工 技 術 解 決 方 案 。<br />

3.1 稀 土 精 煉 化 工 工 藝 技 術 概 況<br />

稀 土 已 成 為 現 代 生 活 中 不 可 缺 少 的 一 部 分 , 在 日 常 用 品 如<br />

電 腦 、 相 機 鏡 頭 和 高 效 率 的 燈 泡 , 以 至 在 光 學 、 醫 療 和 國<br />

防 領 域 中 的 複 雜 及 新 興 技 術 中 都 可 以 找 到 。 但 稀 土 元 素 在<br />

Rare earth elements (REEs) have become an indispensable 與 日 常 用 品 結 合 前 , 它 們 需 要 被 轉 化 成 高 度 加 工 、 高 純 度<br />

part of modern life, found in everyday items like<br />

的 化 合 物 、 氧 化 物 或 金 屬 , 這 是 一 個 相 當 複 雜 及 要 求 高 技<br />

computers, camera lenses and high efficiency light bulbs to<br />

complex, emerging technologies in the optics, medical and 術 的 過 程 。<br />

defence spheres. But before these elements end up in<br />

daily life products, they need to be transformed into highly 圖 4 概 述 稀 土 原 料 礦 到 稀 土 精 煉 化 工 品 的 生 產 流 程 。<br />

processed, high-purity compounds, oxides and/or metals.<br />

This is a rather complex and technologically demanding<br />

process.<br />

Figure 4: A Flowchart for Rare Earth Element Production Process<br />

圖 4: 稀 土 原 料 礦 到 稀 土 精 煉 化 工 品 的 生 產 流 程<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產 力 促 進 局 )<br />

A brief overview on what is involved in converting the<br />

raw material that comes out of the ground, into usable<br />

rare earth fine chemicals is introduced below and a<br />

flowchart for rare earth element production process is<br />

shown in Figure 4.<br />

第 1 步 : 採 礦 石<br />

首 先 , 用 正 常 的 開 採 程 式 把 礦 石 從 地 面 取 出 。 這 些 礦 石 含<br />

有 稀 土 氟 碳 鈰 鑭 礦 和 獨 居 石 等 礦 物 , 但 一 般 的 稀 土 元 素 含<br />

量 都 非 常 低 。 即 使 是 相 對 高 等 級 的 礦 石 亦 只 含 2% 左 右 的<br />

21


Step 1: Mining the Ore<br />

First, ore is taken out of the ground using normal mining<br />

procedures. These ores contain rare earth bearing<br />

minerals like bastnasite and monazite, but generally<br />

contain very low concentrations of REEs themselves. Even<br />

a relatively high grade ore only contains about two<br />

percent Rare Earth Oxides (REOs). Depending on the<br />

grade, it can take anywhere from 6 to 86 tons of ore to<br />

produce a single ton of rare earth mineral product.<br />

Step 2: Producing Rare Earth Concentrates<br />

The next step is to mill the ore, a process otherwise<br />

known as beneficiation or mineral dressing. Here, the ore<br />

is ground up to form fine particles (usually less than 1 mm<br />

or even less than 0.1 mm) using crushers and rotating<br />

grinding mills. Once the ore is ground down through a mill<br />

into a fine sand or silt, the different mineral grains become<br />

separated from each other. The valuable minerals are then<br />

concentrated using separation techniques such as froth<br />

flotation, magnetic separation, and gravity or electrostatic<br />

concentration. The milling process produces a<br />

concentrate of rare earth minerals, which usually contains<br />

five or more times the original rare earth concentration in<br />

the mined ore. The milling equipment – the crushers,<br />

grinding mills, flotation devices, and magnetic, gravity, and<br />

electrostatic separators – all have to be configured in a<br />

way that suits the type of rare earth ore being mined.<br />

Step 3: Producing Rare Earth Compounds<br />

At this stage, the concentrate contains rare earths of a<br />

higher grade than the raw ore (up to five times as much),<br />

but it is still in the form of the original natural minerals.<br />

These minerals have to undergo chemical treatment to<br />

allow further separation. The process, called cracking,<br />

includes techniques like roasting, salt or caustic fusion,<br />

high temperature sulphation, and acid leaching which<br />

allows the REEs within a concentrate to be dissolved.<br />

Because REEs are so similar to one another, they are often<br />

produced initially in an undifferentiated REO product with<br />

large amounts of Light Rare Earths like cerium and<br />

lanthanum, and smaller amounts of the others according<br />

to their proportions in the ore mineral. Processing<br />

techniques such as selective precipitation, ion exchange,<br />

and solvent extraction technologies are now required to<br />

remove most of the impurities and produce the desired<br />

combinations of rare earth compounds.<br />

The equipment used here – sophisticated analytical<br />

devices, furnaces, filters, and the vast array of collection,<br />

evaporation and clarification tanks required in ion<br />

exchange and multi-stage solvent extraction technology –<br />

are usually configured in a way that best suit a particular<br />

rare earth concentrate. Each rare earth element has its<br />

own unique extraction steps and chemical processes and<br />

at times, these elements will require reprocessing to<br />

achieve the ideal purity. Because each concentrate has a<br />

different combination of minerals, each rare earth<br />

workflow is typically unique.<br />

稀 土 氧 化 物 。 根 據 礦 的 等 級 , 一 公 噸 的 稀 土 單 產 品 需 要 6<br />

到 86 公 噸 的 稀 土 礦 石 作 提 煉 。<br />

第 2 步 : 生 產 稀 土 精 礦<br />

下 一 步 就 是 要 磨 礦 。 在 這 階 段 , 破 碎 機 和 旋 轉 磨 機 把 礦 石<br />

磨 成 細 顆 粒 ( 通 常 小 於 1 毫 米 或 甚 至 小 於 0.1 毫 米 )。 當<br />

礦 石 被 研 磨 成 細 砂 或 淤 泥 狀 , 不 同 的 礦 物 顆 粒 會 彼 此 分<br />

開 , 然 後 採 用 如 浮 選 、 磁 選 、 重 力 或 靜 電 濃 度 法 等 分 離 技<br />

術 , 把 有 價 值 的 礦 物 質 集 中 起 來 。 磨 礦 過 程 中 產 生 的 稀 土<br />

礦 物 通 常 包 含 比 原 礦 石 濃 度 高 五 倍 或 更 多 倍 的 精 礦 。 所 有<br />

制 粉 設 備 ─ 破 碎 機 、 磨 機 、 浮 選 設 備 、 磁 力 、 重 力 和 靜<br />

電 分 離 ─ 必 須 配 置 適 合 稀 土 礦 類 型 開 採 的 模 式 。<br />

第 3 步 : 生 產 稀 土 化 合 物<br />

在 這 個 階 段 , 精 礦 含 有 的 稀 土 元 素 濃 度 比 原 礦 高 達 5 倍 之<br />

多 , 但 它 仍 然 是 跟 原 有 的 天 然 礦 屬 同 一 種 物 質 , 這 些 礦 物<br />

質 必 須 經 過 化 學 處 理 , 以 作 進 一 步 分 離 。 這 個 分 裂 過 程 包<br />

括 像 燒 、 鹽 性 或 腐 蝕 性 的 融 合 、 高 溫 硫 化 及 酸 浸 技 術 , 使<br />

精 礦 中 的 稀 土 元 素 被 溶 解 出 來 。 由 於 不 同 的 稀 土 元 素 性 質<br />

相 似 , 根 據 礦 石 中 礦 物 的 比 例 , 它 們 往 往 最 初 被 製 造 成 帶<br />

有 大 量 輕 稀 土 ( 如 鈰 和 鑭 ) 和 少 量 其 它 稀 土 的 未 分 化 稀 土<br />

氧 化 物 產 品 。 然 後 , 需 要 加 工 技 術 , 如 選 擇 性 沉 澱 、 離 子<br />

交 換 、 溶 劑 萃 取 技 術 , 以 去 除 大 部 分 雜 質 和 製 造 所 需 的 稀<br />

土 化 合 物 組 合 。<br />

這 步 驟 所 使 用 的 設 備 ─ 先 進 的 分 析 設 備 、 熔 爐 、 篩 檢 程<br />

式 、 離 子 交 換 和 多 級 溶 劑 萃 取 技 術 用 的 收 集 及 蒸 發 槽 等<br />

─ 通 常 只 被 配 置 到 適 合 一 種 特 定 稀 土 精 礦 。 每 個 稀 土 元<br />

素 都 有 其 獨 特 的 萃 取 步 驟 和 化 學 過 程 , 有 時 候 這 些 稀 土 元<br />

素 需 要 重 新 處 理 , 以 達 到 理 想 的 純 度 。 因 為 每 個 精 礦 有 不<br />

同 的 礦 物 組 合 , 每 個 稀 土 流 程 通 常 都 是 獨 一 無 二 的 。<br />

第 4 步 : 生 產 稀 土 氧 化 物<br />

稀 土 加 工 的 主 要 增 值 工 序 在 於 生 產 高 純 度 稀 土 氧 化 物 和<br />

金 屬 , 但 製 造 應 用 於 螢 光 粉 、 催 化 劑 、 永 久 磁 鐵 和 濺 射 靶<br />

材 等 高 純 度 (99.9% 甚 至 更 高 ) 的 稀 土 產 品 並 不 容 易 。 把<br />

輕 稀 土 精 礦 分 離 成 單 一 的 稀 土 氧 化 物 可 能 需 要 50 次 不 同<br />

的 化 工 槽 技 術 , 至 於 重 稀 土 則 需 要 高 達 1000 次 不 同 的 化<br />

工 槽 技 術 , 連 續 溶 劑 萃 取 分 離 出 單 一 的 稀 土 氧 化 物 。<br />

典 型 的 稀 土 精 煉 技 術 是 使 用 離 子 交 換 和 / 或 多 級 溶 劑 萃 取<br />

技 術 來 分 離 及 純 化 稀 土 元 素 。 圖 5 是 一 個 典 型 的 稀 土 分 離<br />

過 程 的 流 程 圖 。 這 些 過 程 通 過 詳 細 分 析 稀 土 元 素 之 間 的 性<br />

質 差 別 , 並 根 據 其 原 子 量 來 分 解 混 合 稀 土 化 合 物 , 如 鑭 系<br />

元 素 週 期 表 排 第 一 和 蘊 藏 量 最 高 的 鈰 是 被 首 先 分 離 的 。 為<br />

了 得 到 更 有 價 值 的 重 稀 土 如 鏑 、 鋱 及 釔 等 , 週 期 表 內 其 它<br />

22


Step 4: Producing Rare Earth Oxides<br />

A major value-adding step in rare earth processing lies in<br />

the production of high purity rare earth oxides and<br />

metals. But producing the high purity (99.9% or even<br />

higher) rare earth oxides and metals required to make<br />

phosphors, catalysts, permanent magnets, sputtering<br />

targets, etc, is not simple. Separating the concentrates into<br />

their individual oxides may take 50 chemical tanks to<br />

separate Light Rare Earth Elements (LREEs), and up to<br />

1,000 tanks of sequential solvent extraction to properly<br />

separate Heavy Rare Earth Elements (HREEs).<br />

The typical rare earth refinery uses ion exchange and/or<br />

multi-stage solvent extraction technology to separate and<br />

purify the REEs. A typical separation process flow chart<br />

for REEs is shown in Figure 5. These processes break the<br />

mixed rare earth compounds down through the<br />

exploitation of the subtle differences between the REEs. It<br />

is according to their atomic weight like cerium, the first of<br />

lanthanides on the periodic table and the most abundant<br />

of the Rare Earths, is separated first. To get the more<br />

valuable HREEs like dysprosium, terbium and yttrium,<br />

other REEs on the periodic table must be separated out<br />

beforehand.<br />

的 稀 土 元 素 必 須 先 被 分 離 出 來 。<br />

第 5 步 : 生 產 稀 土 金 屬<br />

科 學 技 術 飛 速 的 進 步 令 一 些 應 用 產 品 需 要 個 別 純 度 非 常<br />

高 ( 高 達 99.99% 或 以 上 ) 的 稀 土 , 對 於 這 些 應 用 產 品 ,<br />

工 業 一 般 都 採 用 多 級 溶 劑 萃 取 技 術 把 稀 土 氧 化 物 提 煉 成<br />

其 需 用 的 金 屬 形 態 。 這 些 稀 土 金 屬 可 以 單 獨 使 用 或 與 其 它<br />

元 素 結 合 , 形 成 合 金 應 用 于 尖 端 及 先 進 的 產 品 。 光 學 或 質<br />

譜 的 技 術 常 用 於 評 估 稀 土 產 品 純 度 。 稀 土 金 屬 或 早 期 階 段<br />

的 產 品 像 精 礦 或 混 合 元 素 化 合 物 , 現 已 應 用 於 最 終 的 製 成<br />

品 中 。<br />

3.2 稀 土 精 煉 化 工 品 當 前 的 製 造 技 術<br />

高 等 級 及 高 純 度 的 稀 土 精 煉 化 學 品 是 生 產 下 游 稀 土 特 種<br />

中 介 材 料 不 可 缺 少 的 原 材 料 , 一 些 科 技 上 的 應 用 ( 如 螢 光<br />

粉 和 靶 材 需 要 99.99% 以 上 純 度 ) 對 材 料 的 等 級 有 嚴 格 的<br />

要 求 , 因 為 稀 土 精 煉 化 學 品 的 純 度 對 產 品 的 性 能 有 莫 大 的<br />

影 響 。 然 而 ,99.99% 或 以 上 純 度 的 稀 土 精 煉 化 學 品 市 場 ,<br />

Figure 5: A Typical Separation Process Flow Chart for REEs 圖 5: 典 型 的 稀 土 分 離 過 程 流 程 圖<br />

(Source 資 料 來 源 :http://www.stansenergy.comrare-earth-processing/, 7 Feb, 2012)<br />

23


Step 5: Producing Rare Earth Metals<br />

The rapid advance of science and technology has led to<br />

some rare earth applications that require very high<br />

purities of individual REEs, as much as 99.99%. For these<br />

applications, multi-stage solvent extraction is generally<br />

used to refine the REOs into their essential metal form.<br />

These rare earth metals can be used on their own in end<br />

products, or combined with other elements to form<br />

alloys for advanced technology applications. Techniques<br />

such as optical or mass spectrometry are commonly used<br />

to assess the purity of rare earth products. Rare earth<br />

metals, or earlier stage products like an REO concentrate<br />

or mixed element compound, are now ready for use in<br />

the end product.<br />

3.2 Current Manufacturing Technologies of Some<br />

Fine Chemicals<br />

High grade and high purity rare earth fine chemicals are<br />

essential starting materials for the production of<br />

downstream rare earth specialty intermediates. Some<br />

applications have strict requirements on grade of<br />

materials (e.g. phosphors and sputtering targets need<br />

99.99%+ purity) because the performance of the end<br />

product strongly depends on the purity of the rare earth<br />

fine chemicals. However, the market of 99.99%+ rare<br />

earth fine chemicals is currently dominated by overseas<br />

suppliers (Japan, US, and UK) because most of the local<br />

large scale manufacturers from China can only provide<br />

products up to 99.9% purity due to non-availability of<br />

critical technology and technology knowhow. Major<br />

global suppliers of rare earth fine chemicals and the purity<br />

of their products are summarized in Table 11.<br />

3.2.1 LED Phosphor Processing<br />

Phosphors are used in cathode ray tube displays,<br />

fluorescent lamps, and other applications that require<br />

colour in the light exhibited. The light emitting diode<br />

(LED) industry uses a wide and growing range of<br />

phosphor materials to convert the light emission from<br />

LED chips into a different wavelength spectrum. The most<br />

common use is the combination of phosphors in blue, red<br />

and green in order to produce a white-coloured LED.<br />

Many of the phosphors used in LEDs contain REEs. The<br />

global market of REOs applied as phosphors amounted to<br />

around 8,500 t in 2011, of which yttrium oxide<br />

contributed 69%; cerium oxide, 11%; lanthanum oxide,<br />

8.5%; europium oxide, 4.9%; terbium oxide, 4.6%; and<br />

gadolinium oxide, 1.8% (Figure 6).<br />

Overview of Process Technology<br />

The synthesis method of phosphors has played a<br />

significant role in determining the microstructure,<br />

luminescence properties, and quantum efficiency.<br />

Phosphors were synthesized conventionally via a<br />

solid-state reaction process, using powdered raw<br />

materials as the starting materials and the process<br />

requires a relatively high sintering temperature to obtain<br />

phosphors with designed compositions and desired<br />

目 前 主 要 由 海 外 供 應 商 ( 如 日 本 及 歐 美 ) 佔 有 , 中 國 暫 時<br />

因 缺 乏 相 關 的 關 鍵 技 術 , 所 以 大 部 分 中 國 大 型 的 廠 商 只 能<br />

提 供 純 度 達 99.9% 的 產 品 。 表 11 摘 要 了 全 球 主 要 稀 土 精<br />

煉 化 學 品 的 供 應 商 及 其 產 品 純 度 。<br />

Table 11: Global Suppliers of Rare Earth Fine<br />

Chemicals<br />

表 11: 全 球 主 要 稀 土 精 煉 化 學 品 的 供 應 商 及<br />

其 產 品 純 度 摘 要<br />

Suppliers Country<br />

供 應 商 國 家<br />

HEBE<br />

Corporation<br />

Double Pilots<br />

Group<br />

Holdings Co.,<br />

Limited<br />

乘 風 集 團 控 股<br />

有 限 公 司<br />

Shin-Etsu<br />

Chemical Co.,<br />

Ltd.<br />

信 越 化 工<br />

有 限 公 司<br />

Advanced<br />

Material Japan<br />

Corporation<br />

日 本 先 進 材 料<br />

有 限 公 司<br />

Tandof Global<br />

Limited<br />

American<br />

Elements<br />

Ningbo,<br />

China<br />

中 國 寧 波<br />

Guangdong,<br />

China<br />

中 國 廣 東<br />

Japan<br />

日 本<br />

Japan<br />

日 本<br />

London,<br />

UK<br />

英 國 倫 敦<br />

USA<br />

美 國<br />

REO Content (%)<br />

稀 土 氧 化 物 含 量 (%)<br />

99-99.9<br />

99-99.9<br />

99.9-99.9999<br />

99.9-99.9999<br />

99-99.999<br />

99-99.999<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

3.2.1 發 光 二 極 體 螢 光 粉 製 造<br />

螢 光 粉 通 常 使 用 於 陰 極 射 線 管 顯 示 器 、 螢 光 燈 和 其 他 需 要<br />

發 出 不 同 顏 色 的 光 線 的 裝 置 , 發 光 二 極 體 (LED) 行 業 使<br />

用 的 螢 光 粉 材 料 的 類 別 廣 泛 , 把 LED 晶 片 發 放 的 光 線 轉<br />

換 成 不 同 波 長 的 光 譜 產 生 不 同 的 顏 色 , 最 常 見 的 用 途 是 利<br />

用 藍 色 、 綠 色 及 紅 色 的 螢 光 粉 組 合 產 生 白 光 LED。 許 多 在<br />

LED 使 用 的 螢 光 粉 含 都 有 稀 土 元 素 , 在 2011 年 , 全 球 稀<br />

土 在 螢 光 粉 市 場 的 耗 量 大 約 8,500 公 噸 , 其 中 氧 化 釔 佔<br />

69%、 氧 化 鈰 11%、 氧 化 鑭 8.5%、 氧 化 銪 4.9%、 氧 化 鋱<br />

4.6% 和 氧 化 釓 1.8%( 圖 6)。<br />

工 藝 技 術 概 況<br />

螢 光 粉 的 合 成 方 法 對 確 定 其 微 觀 結 構 、 發 旋 光 性 能 及 量 子<br />

24


performances. In the past few years, wet-chemistry<br />

methods were developed with lower sintering<br />

temperature, including hydrothermal synthesis, chemical<br />

co-precipitation, sol-gel process, combustion synthesis,<br />

etc. However, it is difficult to produce large batches by<br />

using most of the wet-chemical solution processing<br />

routes. Therefore, exploring alternative methods for the<br />

preparation of phosphors is still of technological as well as<br />

scientific significance.<br />

效 率 是 很 重 要 的 , 傳 統 螢 光 粉 合 成 通 常 通 過 固 態 反 應 過<br />

程 , 並 使 用 粉 末 作 為 起 始 原 料 , 其 技 術 要 求 相 對 高 的 燒 結<br />

溫 度 從 而 製 造 設 計 所 需 的 螢 光 粉 成 分 及 性 能 。 在 過 去 的 幾<br />

年 中 , 濕 化 學 方 法 ( 其 中 包 括 水 熱 合 成 法 、 化 學 共 沉 澱 法 、<br />

溶 膠 ─ 凝 膠 法 及 燃 燒 合 成 法 等 ) 的 開 發 使 燒 結 溫 度 減 低 ,<br />

但 此 方 法 難 以 作 大 批 量 生 產 。 因 此 , 探 索 替 代 製 造 螢 光 粉<br />

的 方 法 在 科 技 發 展 上 仍 具 重 大 意 義 。<br />

Figure 6: Distribution of Rare Earth Oxide Consumption within the Phosphor Market in 2011<br />

圖 6:2011 年 螢 光 粉 市 場 的 稀 土 耗 量<br />

(Source 資 料 來 源 :USGS 2011)<br />

Solid-State Reaction<br />

The solid-state reaction, which occurs between powders<br />

in the solid state, has been used partly to synthesize<br />

inorganic materials because of the facile operation. Up to<br />

now, this method has been the most widely and<br />

intensively used commercially for the preparation of<br />

phosphors including oxides, (oxy)nitrides, and fluorides<br />

because it is comparatively simple, low cost and very<br />

suitable for mass production.<br />

This method involves chemical reactions among solid<br />

constituents of raw powders at high temperature, which<br />

includes the following steps: (i) diffusion at interfaces of<br />

solid particles; (ii) chemical reaction at atomic levels; (iii)<br />

nucleation; and (iv) material transportation and growth of<br />

nuclei. Because of the refractory nature of rare earth<br />

oxides, conventional solid-state reaction synthesis of<br />

oxide-based phosphors like YAG requires temperature<br />

higher than 1000℃. A controlled atmosphere is essential<br />

to master the valence of the activator and the<br />

stoichiometry of the host lattice. For the preparation of<br />

phosphors by this method, three types of synthetic<br />

facilities including gas-pressure sintering furnace,<br />

radio-frequency furnace, and horizontal tube furnace are<br />

predominantly employed. After mixing raw materials<br />

powder and the rare-earth oxide with solvent, the<br />

固 態 反 應<br />

固 態 反 應 ( 固 態 粉 末 之 間 發 生 的 反 應 ) 部 分 已 用 於 合 成 無<br />

機 材 料 , 因 為 其 操 作 簡 便 , 到 現 在 為 止 , 在 商 業 上 , 這 種<br />

方 法 已 經 被 最 廣 泛 和 深 入 地 用 於 製 造 螢 光 粉 , 包 括 氧 化<br />

物 、( 氧 ) 氮 化 物 及 氟 化 物 。 因 為 它 相 對 簡 單 , 成 本 低 ,<br />

非 常 適 合 大 規 模 生 產 。<br />

這 種 方 法 涉 及 在 高 溫 為 固 體 成 分 原 料 粉 末 之 間 進 行 化 學<br />

反 應 , 其 中 包 括 以 下 步 驟 :( 一 ) 擴 散 於 固 體 顆 粒 的 介 面 ;<br />

( 二 ) 原 子 化 學 反 應 ;( 三 ) 物 化 集 結 現 象 及 ( 四 ) 物 料<br />

供 給 集 結 增 長 。 由 於 稀 土 氧 化 物 屬 耐 火 性 , 傳 統 稀 土 氧 化<br />

物 螢 光 粉 的 固 態 反 應 ( 如 釔 鋁 石 榴 石 〔YAG〕) 合 成 要 求<br />

的 溫 度 超 過 1000℃, 可 調 控 氣 壓 是 必 須 的 , 以 掌 握 的 激 價<br />

和 化 學 晶 格 。 用 這 種 方 法 製 造 螢 光 粉 , 主 要 利 用 三 種 類 型<br />

合 成 的 設 施 , 包 括 氣 體 壓 力 燒 結 爐 、 無 線 電 頻 爐 及 橫 管 式<br />

爐 。 混 合 原 料 粉 、 稀 土 氧 化 物 及 溶 劑 後 , 需 要 經 過 在 1400<br />

至 1600℃ 左 右 燒 結 2-4 小 時 , 然 後 經 過 冷 卻 和 過 濾 , 就 得<br />

到 螢 光 粉 。<br />

固 態 法 製 造 的 螢 光 粉 具 有 良 好 的 晶 體 、 表 面 缺 陷 少 及 發 光<br />

25


mixture undergoes sintering at around 1400-1600℃ for<br />

2-4 hours. Phosphors are then obtained after cooling and<br />

filtering.<br />

The phosphors prepared by solid-state method have good<br />

crystallinity, less surface defects and high luminous<br />

efficiency. However, this process often results in poor<br />

homogeneity and requires high calcinations temperature.<br />

Besides, the grain size of phosphor powders prepared by<br />

this method is several tens of micrometers. Phosphors of<br />

small particles could be obtained by grinding the larger<br />

phosphor particles.<br />

Solution-based Chemical Synthesis<br />

Solution-based chemical syntheses, namely wet-chemical<br />

methods, are defined as techniques which do not<br />

comprise of the normal mixing, calcinations, and grinding<br />

operations. In fact, solution-based chemical synthesis is<br />

often used as its lower temperature and shorter sintering<br />

periods give rise to smaller-sized grain particles, and also<br />

better crystallinity and grain uniformity of phosphors.<br />

(A) Hydrothermal Synthesis<br />

Hydrothermal synthesis refers to the preparation by<br />

chemical reaction of a substance in a sealed heated<br />

solution above ambient temperature and pressure. The<br />

hydrothermal method is a promising synthetic route<br />

which can be better controlled from the molecular<br />

precursor to the reaction parameters, such as the<br />

reaction time and temperature, to give highly pure and<br />

homogeneous products. The technique allows low<br />

reaction temperature, and controllable size, phase, and<br />

morphology of the products. Hydrothermal synthesis is a<br />

new method for phosphors preparation.<br />

(B) Chemical Co-Precipitation<br />

Chemical co-precipitation has been used to fabricate<br />

oxide-based and fluoride-based phosphors. All the raw<br />

materials can be dissolved in solutions and all the cations<br />

are co-precipitated by adding some certain reagent. The<br />

precipitates are separated, heat treated to decompose the<br />

precursor and finally annealed to crystallize the powder.<br />

Co-precipitation synthesis results in smaller grains and<br />

more homogeneous distribution of dopant ion. However,<br />

co-precipitation processes involve repeated washing to<br />

eliminate the anions coming from the precursor salts<br />

used, making the process complicated and<br />

time-consuming. Also, calcination is usually required to get<br />

fine crystalline phosphors.<br />

(C) Sol-Gel Synthesis<br />

The sol-gel method has been widely used to prepare a<br />

number of phosphors for displays and other materials of<br />

technical importance. The basic processing steps of this<br />

method can be summarized as follows:<br />

Solution hydrolysis reactive monomer <br />

condensation sol gelation gel further heat<br />

treatment<br />

In general, a sol is defined as a colloid of solid particles<br />

效 率 高 , 然 而 , 這 方 法 的 均 勻 性 差 , 需 要 較 高 的 煅 燒 溫 度 。<br />

此 外 , 用 這 種 方 法 製 造 的 螢 光 粉 晶 粒 尺 寸 為 數 十 微 米 , 把<br />

較 大 顆 粒 的 螢 光 粉 加 以 打 磨 可 製 成 小 顆 粒 螢 光 粉 。<br />

溶 劑 型 化 學 合 成<br />

溶 劑 型 化 學 合 成 ( 即 濕 化 學 方 法 ) 被 定 義 為 不 包 括 正 常 的<br />

混 合 、 煅 燒 及 粉 磨 作 業 的 技 術 , 事 實 上 , 溶 劑 型 化 學 合 成<br />

因 著 其 較 低 溫 度 和 較 短 燒 結 時 間 的 特 性 , 經 常 被 用 來 製 備<br />

顆 粒 細 小 、 更 好 結 晶 度 和 晶 粒 均 勻 的 螢 光 粉 。<br />

(A) 水 熱 合 成 法<br />

水 熱 合 成 法 是 指 在 周 邊 的 溫 度 和 壓 力 以 上 的 環 境 , 並 在 一<br />

個 密 封 的 溶 液 加 熱 及 進 行 化 學 反 應 來 製 造 一 種 物 質 。 水 熱<br />

法 是 一 種 功 效 很 高 的 合 成 方 法 , 可 以 從 分 子 前 體 更 好 地 控<br />

制 反 應 參 數 , 如 反 應 時 間 和 溫 度 , 以 製 備 高 純 度 和 同 質 化<br />

的 產 品 。 這 項 技 術 的 反 應 溫 度 低 、 產 品 的 顆 粒 尺 寸 、 相 位<br />

和 形 態 容 易 控 制 , 是 一 種 製 造 螢 光 粉 的 新 方 法 。<br />

(B) 化 學 共 沉 澱 法<br />

化 學 共 沉 澱 法 已 被 用 於 製 造 氧 化 物 和 氟 化 物 為 主 的 螢 光<br />

粉 。 所 有 的 原 料 被 可 以 在 溶 液 中 被 溶 解 , 而 所 有 的 陽 離 子<br />

在 加 入 試 劑 後 均 可 被 沉 澱 。 然 後 , 沉 澱 物 被 分 離 及 加 熱 處<br />

理 以 分 解 前 體 , 最 後 以 退 火 方 法 結 晶 製 成 粉 末 。 共 沉 澱 合<br />

成 能 製 成 較 小 的 顆 粒 及 令 摻 雜 離 子 分 佈 得 更 均 勻 。 然 而 ,<br />

共 沉 澱 過 程 涉 及 反 復 洗 滌 以 消 除 來 自 前 體 鹽 中 釋 放 的 陰<br />

離 子 , 製 作 過 程 較 複 雜 及 耗 時 , 此 外 , 這 方 法 通 常 需 要 焙<br />

燒 來 製 備 細 晶 螢 光 粉 。<br />

(C) 溶 膠 ─ 凝 膠 法<br />

溶 膠 ─ 凝 膠 法 已 被 廣 泛 應 用 於 製 備 顯 示 器 和 其 他 重 要 技<br />

術 的 螢 光 粉 , 這 種 方 法 的 基 本 製 造 步 驟 可 以 概 括 如 下 :<br />

溶 液 水 解 活 性 單 體 凝 結 溶 膠 凝 膠 凝 膠 進 一<br />

步 熱 處 理<br />

一 般 情 況 下 , 溶 膠 被 定 義 為 一 個 懸 浮 在 液 體 中 的 固 體 膠 顆<br />

粒 ; 這 些 顆 粒 包 含 緻 密 的 氧 化 物 或 由 前 體 和 試 劑 形 成 聚 合<br />

物 集 群 組 成 。 另 一 方 面 , 凝 膠 是 一 種 複 合 物 質 , 包 含 由 溶<br />

膠 組 成 的 連 續 固 態 結 構 ; 令 凝 膠 形 式 的 細 小 單 位 把 膠 狀 液<br />

體 封 裝 , 然 後 , 溶 質 可 以 通 過 熱 處 理 從 凝 膠 中 被 拿 出 來 ,<br />

製 成 玻 璃 或 陶 瓷 。 在 過 去 二 十 年 , 溶 膠 ─ 凝 膠 技 術 發 展 迅<br />

速 , 並 被 應 用 於 光 電 子 材 料 的 合 成 , 這 種 方 法 特 別 有 用 於<br />

製 造 納 米 螢 光 粉 嵌 入 式 複 合 材 料 、 發 光 薄 膜 及 納 米 粉 體 的<br />

螢 光 粉 。<br />

溶 膠 ─ 凝 膠 法 可 利 用 低 加 工 溫 度 製 備 高 同 質 性 和 高 均 勻<br />

性 的 螢 光 粉 , 但 是 , 製 備 過 程 亦 相 對 複 雜 和 難 以 控 制 。 此<br />

26


suspended in a liquid; the particles consist of dense oxide<br />

or polymetric clusters formed by the precursors and<br />

reagents. A gel, on the other hand, is a composite<br />

substance consisting of a continuous solid skeletal<br />

structure, which results from the gelation of the sol; the<br />

gel forms cells that encapsulate colloidal liquids. This<br />

solute can be driven from the gel through thermal<br />

treatment and solid glass or ceramic is produced. In the<br />

last two decades, sol-gel technology has developed rapidly<br />

and has been applied to the synthesis of a number of<br />

photoelectronic materials. This method is especially useful<br />

for preparing nanophosphor-embedded composites,<br />

luminescent thin films, and nano powders of phosphors.<br />

Sol-gel method can produce phosphor powders with high<br />

homogeneity, high uniformity and low processing<br />

temperature. However, the processes are quite<br />

complicated and difficult to control. Moreover, it is an<br />

expensive technique among most of the phosphor<br />

preparation methods.<br />

(D) Combustion Synthesis<br />

Solution combustion synthesis is another wet-chemical<br />

method, which has been proved to be an excellent<br />

technique for preparing several grams<br />

micro/nanocrystalline phosphors due to its short<br />

processing time, low processing temperature, low cost,<br />

and high yield, as well as good ability to achieve high purity<br />

in making single or multiphase complex oxide powders at<br />

the as-synthesized state. This technique is based on<br />

exothermic redox reactions that undergo self-sustaining<br />

combustion. Mixtures of oxidizer (usually metal nitrides)<br />

and reducer (e.g. urea, citric acid or glycine as fuel)<br />

undergo spontaneous combustion under heating, and the<br />

chemical energy from the exothermic reaction heats the<br />

precursor mixture to high temperature.<br />

Such a high temperature leads to formation and<br />

crystallization of phosphor materials. In comparison with<br />

other methods, the products obtained by the combustion<br />

synthesis method are generally more homogeneous, have<br />

less impurity, and have higher surface areas than powders<br />

prepared by conventional methods.<br />

Freeze Granulation<br />

Another efficient production method of phosphors for<br />

LED is freeze granulation, which is also known as spray<br />

freeze drying. Freeze granulation offers a unique<br />

technology to produce homogeneous LED phosphor<br />

materials resulting in improved photoluminescence<br />

properties, thus freeze granulation will result in high<br />

power LEDs with superior final properties. Most LEDs<br />

that are emitting a soft white light have been covered by a<br />

yellowish phosphor coating or plate usually made of<br />

cerium doped yttrium aluminium garnet (YAG:Ce)<br />

crystals, which have been processed using powder<br />

processing techniques and bound into a ceramic plate,<br />

glass or with a resin. Figure 7 shows the schematic<br />

process of how phosphors are fabricated by spray<br />

freezing and freeze drying.<br />

外 , 它 是 在 眾 多 螢 光 粉 製 作 方 法 中 比 較 昂 貴 的 一 種 。<br />

(D) 燃 燒 合 成<br />

溶 液 燃 燒 合 成 是 另 一 種 濕 化 學 方 法 , 由 於 其 製 備 時 間 短 、<br />

加 工 溫 度 低 、 成 本 低 、 產 量 高 , 以 及 其 製 造 高 純 度 的 單 或<br />

多 相 複 合 氧 化 物 粉 末 的 合 成 狀 態 能 力 好 , 所 以 這 方 法 已 被<br />

證 明 是 製 作 以 幾 克 量 計 的 微 / 納 米 螢 光 粉 的 優 秀 技 術 。 此<br />

技 術 是 基 於 放 熱 氧 化 還 原 反 應 而 維 持 燃 燒 , 氧 化 劑 ( 通 常<br />

是 金 屬 氮 化 物 ) 和 還 原 劑 ( 如 尿 素 、 檸 檬 酸 或 作 為 燃 料 的<br />

甘 氨 酸 ) 的 混 合 物 經 過 自 燃 , 並 從 放 熱 反 應 釋 放 的 化 學 能<br />

量 令 前 驅 體 混 合 物 加 熱 到 高 溫 。<br />

這 高 溫 會 形 成 螢 光 粉 材 料 和 使 螢 光 粉 結 晶 。 與 其 它 方 法 相<br />

比 , 使 用 燃 燒 合 成 法 製 造 的 產 品 一 般 都 比 較 均 勻 及 少 雜<br />

質 , 並 比 按 常 規 方 法 製 造 的 粉 末 有 較 高 的 比 表 面 積 。<br />

凍 結 造 粒 法<br />

LED 螢 光 粉 的 另 一 有 效 生 產 方 法 是 凍 結 造 粒 法 , 亦 被 稱 為<br />

噴 霧 冷 凍 乾 燥 法 。 凍 結 造 粒 法 提 供 了 一 個 獨 特 的 技 術 , 以<br />

產 生 均 勻 的 LED 螢 光 粉 材 料 , 並 改 進 其 光 致 發 光 特 性 ,<br />

從 而 帶 出 優 越 性 能 的 高 功 率 LED。 多 數 散 發 出 柔 和 白 光 的<br />

LED 都 被 一 種 黃 色 帶 有 鈰 摻 雜 釔 鋁 石 榴 石 (YAG:Ce) 晶<br />

體 的 螢 光 粉 塗 層 覆 蓋 , 這 些 螢 光 粉 是 通 過 粉 末 加 工 技 術 處<br />

理 , 並 結 合 到 陶 瓷 板 、 玻 璃 或 樹 脂 。 圖 7 顯 示 如 何 利 用 噴<br />

霧 冷 凍 和 冷 凍 乾 燥 製 備 法 製 造 螢 光 粉 。<br />

Figure 7: Schematic Diagram of the Spray Freezing and<br />

Freeze Drying Process<br />

圖 7: 噴 霧 冷 凍 和 冷 凍 乾 燥 製 備 法<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產<br />

力 促 進 局 )<br />

這 些 年 來 , 微 波 輻 射 法 、 等 離 子 噴 塗 、 氣 相 沉 積 法 ( 如 有<br />

機 金 屬 化 學 氣 相 沉 積 或 分 子 束 外 延 ) 等 的 螢 光 粉 合 成 方 法<br />

已 被 發 展 , 然 而 , 與 新 開 發 的 方 法 相 比 , 濕 化 學 製 備 法 更<br />

易 及 更 廉 宜 地 控 制 及 統 一 納 米 晶 體 的 大 小 和 形 狀 。 在 各 種<br />

27


Other methods are developed these years for phosphors<br />

synthesis such as microwave irradiation process, plasma<br />

spraying, vapour deposition processes like MOCVD<br />

(Metal Organic Chemical Vapour Deposition) or MBE<br />

(Molecular Beam Epitaxy) etc. However, the chemical wet<br />

process may be more easily and inexpensively performed,<br />

compared to newly developed methods, uniformly<br />

controlling the size and shape of the nanocrystals. Among<br />

various preparation methods, wet-chemical methods are<br />

considerably rare because few desired phosphors can be<br />

crystallized at room temperature. Although wet chemistry<br />

methods, such as co-precipitation, hydrothermal, and<br />

sol-gel, are extensively used to prepare better phosphor,<br />

most of the phosphors emit luminescence only after<br />

sintering the precursor at high temperature, which is<br />

similar to conventional solid-state method. Therefore, wet<br />

chemical methods are still not common for manufacturing<br />

rare earth phosphors.<br />

After the mining company extracts and concentrates the<br />

rare earth elements, the mining company or a third party<br />

usually further processes it into a mixed rare earth<br />

powder. The most important rare earth phosphors are<br />

yttrium, europium and terbium. These three elements are<br />

used in different combinations of phosphors to emit blue,<br />

red and green light. Very high levels of purity are necessary<br />

for these phosphors in lighting applications at around<br />

99.99%. It is forecast that there is a stable market of<br />

europium, terbium and yttrium phosphors globally of at<br />

least around 450, 420, and 7,600 t per year, respectively.<br />

However, current production of the key phosphors is not<br />

sufficient to meet consumption demand.<br />

3.2.2 Rare Earth Catalyst Production<br />

Overview of Rare Earth Catalyst Production and Market<br />

There are several criteria to render metals and/or<br />

corresponding compounds to be good catalysts. These<br />

criteria include chemistry-related areas such as activity,<br />

selectivity and thermal characteristics, and non-chemistry<br />

related aspects such as stability, morphology, mechanical<br />

properties, originality and cost. There is a wide range of<br />

preparation methods available in the market, such as:<br />

• Precipitation<br />

• Adsorption<br />

• Sol-gel synthesis<br />

• Flame pyrolysis<br />

• Impregnation<br />

• Co-precipitation<br />

Also, there is a wide range of state-of-the-art equipment<br />

in key catalyst forming areas, such as pelletising,<br />

extrusion, granulating, spray drying and encapsulation. For<br />

catalyst finishing, a comprehensive range of drying,<br />

calcination, reduction and passivation equipment (static,<br />

rotating, moving, fluidized bed) operated under a broad<br />

spectrum of conditions are available.<br />

製 造 方 法 中 , 濕 化 學 方 法 仍 然 相 當 罕 見 , 因 為 很 少 螢 光 粉<br />

可 以 在 室 溫 下 結 晶 。 儘 管 濕 化 學 方 法 如 共 沉 澱 法 、 水 熱 法<br />

及 溶 膠 ─ 凝 膠 法 被 廣 泛 應 用 於 製 備 更 好 螢 光 粉 , 但 這 些 螢<br />

光 粉 都 需 要 在 高 溫 燒 結 後 才 能 發 光 , 跟 傳 統 的 固 態 法 類<br />

似 , 因 此 , 濕 化 學 方 法 在 生 產 稀 土 螢 光 粉 領 域 當 中 仍 未 普<br />

遍 。<br />

採 礦 公 司 提 取 和 濃 縮 稀 土 元 素 後 , 礦 業 公 司 或 第 三 方 通 常<br />

把 這 些 元 素 進 一 步 加 工 成 混 合 稀 土 粉 末 。 最 重 要 的 稀 土 螢<br />

光 粉 包 含 釔 、 銪 和 鋱 , 這 三 個 元 素 被 用 於 不 同 組 合 , 組 成<br />

螢 光 粉 發 出 藍 色 、 紅 色 和 綠 色 的 光 。 照 明 用 的 螢 光 粉 需 要<br />

非 常 高 的 純 度 , 約 99.99%。 據 預 測 , 全 球 銪 、 鋱 及 釔 的<br />

螢 光 粉 市 場 將 穩 定 發 展 , 每 年 的 需 求 量 分 別 為 至 少 450、<br />

420 和 7,600 公 噸 。 然 而 , 當 前 的 關 鍵 螢 光 粉 生 產 並 不 能<br />

滿 足 消 耗 需 求 。<br />

3.2.2 稀 土 催 化 劑 生 產<br />

稀 土 催 化 劑 生 產 及 市 場 概 述<br />

工 業 應 用 大 致 上 有 幾 個 標 準 來 製 備 良 好 金 屬 和 / 或 相 應 化<br />

合 物 的 催 化 劑 , 這 些 標 準 包 括 化 學 相 關 領 域 如 活 性 、 選 擇<br />

性 和 熱 特 性 , 以 及 非 化 學 的 相 關 方 面 如 穩 定 性 、 形 態 、 力<br />

學 性 能 、 原 創 性 和 成 本 等 , 市 場 上 應 用 的 催 化 劑 有 廣 泛 的<br />

製 備 方 法 , 例 如 :<br />

• 沉 澱 法<br />

• 吸 附 作 用<br />

• 溶 膠 ─ 凝 膠 合 成<br />

• 火 焰 裂 解<br />

• 浸 漬<br />

• 共 沉 澱 法<br />

此 外 , 還 有 廣 泛 革 新 的 關 鍵 催 化 劑 形 成 技 術 發 展 如 造 粒 、<br />

擠 壓 、 噴 霧 乾 燥 及 封 裝 。 對 於 催 化 劑 精 加 工 , 市 場 亦 有 多<br />

方 面 乾 燥 、 焙 燒 、 還 原 反 應 和 鈍 化 的 設 備 ( 靜 態 、 旋 轉 、<br />

移 動 及 流 化 床 ) 在 不 同 的 條 件 下 運 作 。<br />

比 較 成 熟 的 稀 土 氧 化 物 最 終 消 費 品 市 場 包 括 催 化 劑 、 玻 璃<br />

工 業 、 冶 金 及 螢 光 粉 。 稀 土 催 化 劑 中 的 氧 化 物 濃 度 通 常 在<br />

1.5 和 5.0% 之 間 的 重 量 , 平 均 為 3.5%, 在 2011 年 , 全 球<br />

稀 土 催 化 劑 市 場 集 中 在 流 體 開 裂 和 汽 車 催 化 轉 換 器 應 用<br />

領 域 中 , 共 約 27,400 公 噸 , 其 中 氧 化 鑭 佔 66%、 氧 化 鈰<br />

32%、 氧 化 釹 0.8% 及 氧 化 鐠 0.6%( 圖 8)。<br />

關 於 汽 車 催 化 轉 換 器 , 稀 土 氧 化 物 不 是 主 要 催 化 劑 , 而 是<br />

作 為 主 要 催 化 元 素 ( 如 鈀 和 鉑 金 ) 的 保 護 塗 層 , 這 些 元 素<br />

一 般 都 具 更 高 價 值 及 用 量 更 大 。 稀 土 催 化 劑 的 需 求 直 接 受<br />

28


The mature REOs end-use markets include catalysts, glass<br />

industry, metallurgy, phosphors etc. For catalyst, REO<br />

concentration varies between 1.5 and 5.0% by weight and<br />

averages 3.5%. Most of the global market on REO catalysts<br />

is concentrated on fluid cracking and automobile catalytic<br />

converters totaling around 27,400 t in 2011, of which<br />

lanthanum oxide contributed 66%; cerium oxide, 32%;<br />

neodymium oxide, 0.8%; and praseodymium oxide, 0.6%<br />

(Figure 8).<br />

With regard to automotive catalytic converters, REOs<br />

are not the major catalyst, but rather function as a<br />

protective coating for the major catalytic elements<br />

(palladium and platinum), which are generally more<br />

valuable and are used in much larger quantities for this<br />

end use. Growth in the demand for REOs that is<br />

generated by a catalyst’s category of usage will likely be<br />

tied directly to worldwide growth in automobile<br />

production and fluid cracking. Growth is expected to<br />

depend upon general economic conditions and can vary<br />

by region.<br />

Processing Technology<br />

The goal of a catalyst manufacturer is to produce stable,<br />

active and selective catalysts by tuning the products with<br />

high surface area, good porosity and suitable mechanical<br />

strength.<br />

全 球 汽 車 產 量 和 流 體 裂 化 的 需 求 增 長 所 影 響 , 而 估 計 這 些<br />

增 長 又 取 決 於 整 體 經 濟 狀 況 , 並 因 不 同 的 地 區 而 有 所 分<br />

別 。<br />

Figure 8: Distribution of Rare Earth Oxide Consumption<br />

within the Catalysts Market<br />

圖 8: 全 球 催 化 劑 市 場 的 稀 土 消 耗 分 佈<br />

(Source 資 料 來 源 :USGS 2011)<br />

加 工 技 術<br />

催 化 劑 製 造 商 的 目 標 是 通 過 微 調 材 料 性 能 而 生 產 穩 定 、 活<br />

躍 及 富 選 擇 性 的 催 化 劑 , 令 其 具 有 高 表 面 積 、 良 好 的 多 孔<br />

度 和 適 當 的 機 械 強 度 。<br />

圖 9 中 的 兩 個 方 向 確 定 了 在 製 造 催 化 劑 中 的 傳 統 程 序 : 沉<br />

澱 ( 共 沉 澱 的 變 種 方 法 ) 和 浸 漬 ( 離 子 交 換 、 沉 積 、 移 植<br />

等 變 種 方 法 ), 有 時 沉 澱 及 浸 漬 會 結 合 起 來 製 造 催 化 劑 。<br />

Figure 9: Simplified Diagram Summarising Methods of Blending, Transforming, and Mounting Catalytic Components<br />

圖 9: 融 合 、 改 造 及 結 合 催 化 元 件 簡 圖<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產 力 促 進 局 )<br />

29


Figure 10: Flow Chart for a Production Process of Catalysts by Precipitation<br />

圖 10: 沉 澱 催 化 劑 工 廠 的 生 產 流 程 圖<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產 力 促 進 局 )<br />

In Figure 9, two preparation routes define the extremes<br />

of traditional procedures used in catalyst preparation:<br />

precipitation (with the variant of co-precipitation) and<br />

impregnation (with such variants as ion exchange,<br />

deposition, grafting). Sometimes the processes are<br />

combined.<br />

Precipitation<br />

Precipitation is the best known and most widely used<br />

procedure for synthesis of both monometallic and<br />

multimetallic oxides. Precipitated catalysts are generally<br />

prepared by rapid mixing of concentrated solutions of<br />

metal salts. In this method, rare-earth oxides and metal<br />

salts were dissolved in distilled water according to the<br />

required molar ratio. Co-precipitation of the components<br />

was carried out by mixing with hydroxides or carbonates.<br />

The precipitate was filtered, washed several times and<br />

then dried. The precipitation process outlined above<br />

represents the simplest form. Many catalyst production<br />

processes involve more complex or additional steps. The<br />

addition of a solid component either during or just after<br />

precipitation is common. A flow chart for a production<br />

plant of catalysts by precipitation is shown in Figure 10.<br />

Impregnation<br />

The mounting of dissolved aqueous precursors on oxide<br />

supports is generally accomplished by the so-called<br />

impregnation method. The impregnation method involves<br />

three steps: (1) contacting the support with the<br />

impregnating solution for a certain period of time;<br />

(2) drying the support to remove the imbibed liquid;<br />

(3) activating the catalyst by calcinations, reduction or<br />

沉 澱<br />

沉 澱 是 最 著 名 及 最 被 廣 泛 使 用 的 單 金 屬 和 多 金 屬 氧 化 物<br />

的 合 成 過 程 。 沉 澱 催 化 劑 一 般 是 以 快 速 混 合 高 濃 度 溶 液 中<br />

的 金 屬 鹽 而 製 成 的 , 此 方 法 根 據 所 需 的 摩 爾 比 率 把 稀 土 氧<br />

化 物 和 金 屬 鹽 溶 解 在 蒸 餾 水 中 , 共 沉 澱 把 氫 氧 化 物 或 碳 酸<br />

鹽 混 合 , 然 後 , 沉 澱 物 被 過 濾 、 清 洗 幾 次 及 再 烘 乾 。 上 述<br />

的 沉 澱 過 程 是 最 簡 單 的 形 式 , 許 多 其 它 催 化 劑 生 產 過 程 涉<br />

及 更 複 雜 或 額 外 的 步 驟 , 另 外 , 在 沉 澱 期 間 或 沉 澱 後 立 刻<br />

加 入 固 體 成 分 是 常 見 的 。 圖 10 展 示 一 所 沉 澱 催 化 劑 工 廠 的<br />

生 產 流 程 圖 。<br />

浸 漬<br />

於 氧 化 物 載 體 上 架 設 溶 解 水 性 的 先 驅 體 一 般 都 通 過 所 謂<br />

的 浸 漬 法 來 製 成 , 浸 漬 方 法 包 括 三 個 步 驟 :(1) 在 一 定<br />

的 時 間 內 利 用 內 浸 漬 液 接 觸 載 體 ;(2) 把 載 體 烘 乾 以 除 去<br />

吸 脹 的 液 體 ;(3) 以 焙 燒 , 還 原 或 其 它 適 當 的 方 法 啟 動 催<br />

化 劑 。 浸 漬 技 術 的 一 大 優 點 是 能 把 活 躍 相 位 和 載 體 相 位 分<br />

離 , 這 是 在 沉 澱 催 化 劑 生 產 的 情 況 下 不 可 能 的 , 載 體 通 常<br />

是 多 孔 的 耐 火 氧 化 物 , 常 用 高 溫 燒 制 以 穩 定 結 構 。 浸 漬 的<br />

缺 點 是 其 可 放 與 載 體 中 的 材 料 分 量 有 限 , 可 應 用 多 種 浸 漬<br />

/ 烘 乾 / 燒 成 週 期 以 增 加 活 躍 成 分 的 含 量 , 因 而 使 催 化 劑 生<br />

產 的 成 本 顯 著 增 加 。<br />

浸 漬 過 程 可 謂 相 當 簡 單 , 圖 11 展 示 一 般 浸 漬 催 化 劑 的 製 造<br />

流 程 圖 。 首 先 , 先 把 含 有 催 化 劑 元 素 溶 在 溶 液 中 , 然 後 ,<br />

把 載 體 浸 入 溶 液 中 或 把 溶 液 噴 上 ( 或 直 接 加 入 ) 載 體 中 。<br />

在 這 兩 種 方 法 中 , 載 體 的 孔 隙 度 主 宰 著 載 體 的 吸 收 , 因 此<br />

30


other appropriate treatment. The great virtue of<br />

impregnation processes is the separation of the active<br />

phase and the support phase, which is not possible in the<br />

case of precipitated catalyst manufacture. The support is<br />

normally a porous refractory oxide, usually fired at high<br />

temperature to give stability. The disadvantage of<br />

impregnation lies in the limited amount of material which<br />

can be incorporated in a support by an impregnation<br />

stage. Multiple impregnation/drying/firing cycles can be<br />

used to increase the levels of active components, but only<br />

at a significant cost in catalyst manufacture.<br />

催 化 劑 中 的 活 性 成 分 水 平 取 決 於 溶 液 的 濃 度 和 載 體 的 孔<br />

隙 度 。 當 載 體 的 孔 隙 吸 收 溶 液 , 整 個 系 統 會 被 烘 乾 以 除 去<br />

水 分 , 如 果 正 確 完 成 整 個 過 程 , 載 體 的 孔 隙 將 含 有 浸 漬 成<br />

分 的 結 晶 體 , 而 這 些 結 晶 體 通 常 是 金 屬 硝 酸 鹽 的 晶 體 , 經<br />

過 烘 乾 後 , 大 部 分 浸 漬 催 化 劑 都 在 空 氣 中 被 焙 燒 , 把 可 溶<br />

性 鹽 轉 換 成 不 溶 性 氧 化 物 。 在 浸 漬 過 程 中 , 浸 漬 液 和 載 體<br />

之 間 的 相 互 作 用 是 常 見 及 確 實 有 用 的 。<br />

Figure 11: Flow Chart for a Production Process of Catalysts by Impregnation<br />

圖 11: 浸 漬 催 化 劑 生 產 工 藝 流 程 圖<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產 力 促 進 局 )<br />

The impregnation process stages can be described quite<br />

simply and a flow chart for a plant to manufacture<br />

catalysts by impregnation is shown in Figure 11. A<br />

solution is made up containing the component to be put<br />

on the catalyst. In the next stage, either the support is<br />

dipped into a tank of this solution or the solution is<br />

sprayed on (or added to) the support. In both methods,<br />

the take-up of the solution is governed by the porosity of<br />

the support, so the level of active component<br />

incorporated in the catalyst is a function of the solution<br />

concentration and support porosity. After absorption of<br />

the solution into the pore system of the support, a drying<br />

stage is used to remove water. If this stage is done<br />

correctly, the support then has crystallites of the<br />

impregnated component, typically a metal nitrate, in the<br />

interstices of the pore system. Most impregnated<br />

catalysts are calcined in air after drying, this converting<br />

the soluble salt to insoluble oxide. Interactions between<br />

impregnating solution and support are commonplace, and<br />

indeed useful, in the impregnation process.<br />

Catalyst Forming<br />

Precipitated catalyst and impregnated catalyst need to be<br />

formed into suitably sized particles for further use. The<br />

size and shape of the catalyst pieces is a compromise<br />

催 化 劑 成 型<br />

在 適 合 使 用 前 , 沉 澱 和 浸 漬 催 化 劑 需 要 被 進 一 步 磨 成 適 當<br />

大 小 的 顆 粒 , 然 而 , 儘 量 減 少 催 化 劑 顆 粒 孔 隙 擴 散 效 應 和<br />

整 個 反 應 堆 壓 力 下 降 之 間 的 平 衡 是 取 決 於 催 化 劑 本 身 的<br />

大 小 和 形 狀 。 例 如 , 較 小 的 顆 粒 雖 然 增 加 活 躍 度 但 也 令 床<br />

壓 下 降 的 機 會 增 加 , 因 此 , 最 好 的 工 業 催 化 劑 有 適 當 的 形<br />

狀 和 大 小 以 取 得 最 佳 的 經 濟 權 衡 。<br />

在 催 化 劑 生 產 中 , 主 要 使 用 壓 片 、 擠 壓 及 造 粒 這 三 個 工 藝<br />

過 程 把 粉 末 製 成 合 適 尺 寸 的 物 料 。 選 擇 採 用 哪 種 方 法 在 於<br />

催 化 劑 所 需 的 大 小 、 形 狀 和 密 度 , 及 其 所 需 強 度 和 起 始 粉<br />

末 的 屬 性 。<br />

(A) 壓 片<br />

在 這 個 塑 造 的 過 程 中 , 已 烘 乾 的 粉 末 在 壓 片 機 中 的 兩 個 壓<br />

頭 之 間 被 加 壓 , 壓 片 產 生 的 強 度 粒 子 需 要 受 到 一 個 合 理 統<br />

一 的 三 軸 壓 力 , 在 這 種 壓 力 下 , 它 們 被 壓 成 一 塊 密 集 的 片<br />

材 , 然 後 在 接 觸 點 進 行 焊 接 。 加 入 添 加 劑 如 潤 滑 劑 和 粘 合<br />

劑 以 調 配 適 當 的 粉 末 素 質 。 與 其 它 成 型 方 法 相 比 , 壓 片 是<br />

一 個 相 當 昂 貴 的 方 法 。 它 被 廣 泛 用 作 初 步 成 型 方 法 , 以 製<br />

31


etween the wish to minimize pore diffusion effects in the<br />

catalyst particles and pressure drop across the reactor.<br />

For instance, a smaller particle size increases activity but<br />

also increases bed pressure drop. The best operational<br />

catalyst, therefore, has the shape and size that represent<br />

the optimum economic trade off.<br />

The three main processes used in catalyst manufacture to<br />

make conveniently sized materials from powders are<br />

tabletting, extrusion and granulation. The choice of<br />

method depends on the size, shape and density of the<br />

catalyst particle required, on the strength required and<br />

on the properties of the starting powder.<br />

(A) Tabletting<br />

In this shaping process a dry powder is pressed between<br />

two punches in a tabletting press. The production of<br />

strong particles by tabletting requires that the particles of<br />

the tablet feed be subjected to a reasonably uniform<br />

triaxial pressure and that under this pressure they are<br />

crushed together to form a dense bed which then welds<br />

at points of contact. Additives such as lubricants and<br />

binders may be added to give the powders proper<br />

qualities. Compared to other shaping methods, tabletting<br />

is quite expensive. It is widely used as a preliminary<br />

forming method in order to prepare samples for catalyst<br />

testing in reactors. Figure 12 shows a typical machine<br />

used in the manufacture of catalyst tablet.<br />

(B) Extrusion<br />

Extrusion is the most commonly applied shaping<br />

technique for catalyst and catalyst support. A wet paste is<br />

forced through a die. As the ribbon of the extruded paste<br />

emerges from the die, it is cut to the desired length by a<br />

proper device. If the extrusion is performing wet, the<br />

particles formed are very regular, hard, and uniform.<br />

However, if the extrusion is uneven and the rate of<br />

extrusion from one section of the die is different from<br />

that of another section, the particle length can be varied<br />

as can the hardness and sharpness of the ends. Extrusion<br />

equipment can be classed in one of two categories: press<br />

extruders (for wet pressing) and screw extruders. The<br />

operating variables include: mixing time, additives<br />

content, water content, paste ageing, and extrusion<br />

temperature, etc. The quality of the extrusion will also<br />

depend on the drying and calcining procedure. This<br />

forming method can rapidly produce great quantities of<br />

product of various shapes and as a consequence is<br />

relatively inexpensive in comparison with the tabletting<br />

method for making shaped catalysts. Figure 13 shows a<br />

typical machine used to extrude catalysts.<br />

(C) Granulation<br />

Granules are particles with more or less spherical shape.<br />

The diameter of these particles ranges between 2-30 mm.<br />

The principle of the shaping method is best described by<br />

the snowball effect. A round dish rotating on an inclined<br />

axis is used. Small particles are fed into the dish. At the<br />

same time cohesive slurry is sprayed onto the particles.<br />

The particle surface becomes wet and granules begin to<br />

造 反 應 器 的 催 化 劑 測 試 樣 品 。 圖 12 顯 示 了 一 部 製 造 催 化<br />

劑 片 材 的 典 型 機 器 。<br />

Figure 12: A Typical Machine Used in the Manufacture of<br />

Catalyst Tablets<br />

圖 12: 製 造 催 化 劑 片 材 的 典 型 機 器<br />

(Source 資 料 來 源 :<br />

http://www.peicorp.comROTARY_TABLET_PRESS.html/,<br />

7 Feb, 2012)<br />

(B) 擠 壓<br />

擠 壓 是 最 普 遍 被 應 用 於 催 化 劑 和 催 化 劑 載 體 的 整 形 技<br />

術 。 首 先 , 一 個 濕 潤 的 膏 狀 材 料 被 強 行 壓 進 模 具 , 從 模 具<br />

擠 出 的 成 型 材 透 過 適 當 的 設 備 切 割 成 所 需 的 長 度 。 如 果 在<br />

濕 潤 的 環 境 作 擠 壓 , 形 成 的 粒 子 是 非 常 有 規 律 、 質 硬 和 統<br />

一 的 , 但 是 , 如 果 擠 壓 的 技 術 不 平 均 及 擠 壓 從 模 具 一 節 的<br />

速 度 與 另 一 節 不 同 , 則 顆 粒 的 長 度 會 各 有 不 同 , 兩 端 的 硬<br />

度 和 清 晰 度 也 會 產 生 變 化 。 擠 壓 設 備 可 分 為 兩 類 : 壓 力 擠<br />

出 機 ( 濕 壓 ) 和 螺 杆 擠 出 機 。 指 令 引 數 包 括 : 攪 拌 時 間 、<br />

添 加 劑 含 量 、 含 水 量 、 粘 貼 老 化 率 及 擠 出 溫 度 等 。 擠 壓 品<br />

質 也 視 乎 烘 乾 和 煅 燒 過 程 , 這 種 成 型 方 法 可 以 迅 速 產 生 大<br />

量 不 同 形 狀 的 產 品 , 與 壓 片 方 法 比 較 亦 相 對 便 宜 。 圖 13<br />

是 一 部 擠 壓 催 化 劑 的 典 型 機 器 。<br />

(C) 造 粒<br />

顆 粒 大 多 呈 現 球 形 , 直 徑 約 為 2-30 毫 米 , 形 容 顆 粒 的 成<br />

型 方 法 最 好 是 雪 球 效 應 。 首 先 , 把 小 顆 粒 放 進 一 個 轉 軸 傾<br />

斜 的 圓 盤 旋 , 同 時 利 用 凝 聚 劑 噴 到 顆 粒 中 , 顆 粒 的 表 面 開<br />

始 變 得 濕 潤 並 開 始 發 大 , 旋 轉 中 的 顆 粒 一 層 又 一 層 地 變 成<br />

更 大 的 球 形 顆 粒 , 經 過 烘 乾 後 , 再 把 球 形 顆 粒 的 綠 件 作 煅<br />

燒 以 獲 得 更 高 的 強 度 。 有 時 候 , 為 了 令 一 層 層 的 顆 粒 有 更<br />

好 的 粘 結 狀 態 , 亦 會 採 用 一 些 粘 結 劑 和 水 泥 。 由 於 造 粒 或<br />

擠 壓 與 壓 片 相 比 可 更 易 製 造 出 更 小 的 顆 粒 , 所 以 它 們 都 是<br />

催 化 劑 形 成 的 首 選 方 法 。 圖 14 顯 示 一 部 製 造 催 化 劑 顆 粒<br />

的 典 型 機 器 。<br />

32


grow. The rotating particles develop layer by layer into<br />

larger spherical particles. After drying, the green spheres<br />

are calcined to obtain higher mechanical strength.<br />

Sometimes some binder and cement are used to make<br />

the layers adhere better. As smaller particles can be made<br />

more easily by granulation or extrusion than by tabletting,<br />

these are the preferred methods of forming. Figure 14<br />

shows a typical machine used to form catalyst particles by<br />

granulation.<br />

Figure 13: A Typical Machine Used to Extrude Catalysts<br />

圖 13: 擠 壓 催 化 劑 的 典 型 機 器<br />

(D) Spray drying<br />

Spray drying is a technique which is used to produce<br />

spherical materials. It can be used as an intermediate<br />

process for drying and producing free-flowing powders,<br />

or as a real shaping technique producing<br />

attrition-resistant spherical particles with a diameter<br />

between 10 and 100 m.<br />

In spray drying, a hydrogel or sol solution is sprayed<br />

through nozzles into a heated zone. Depending on the<br />

temperature, either drying or both drying and calcination<br />

occur as the drops fall. Two different types of spray<br />

dryers are shown in Figure 15 for reference. The<br />

difference between the two types is the way in which the<br />

small droplets are formed or atomized. The type of liquid<br />

atomizer is very important for the maximum attainable<br />

particle size and the broadness of the particle size<br />

distribution. Spray drying is also an important technique<br />

for catalyst forming.<br />

(Source 資 料 來 源 :http://www.cabofswitzerland.com/,<br />

7 Feb, 2012)<br />

Figure 14: A Typical Machine Used to Form Catalyst<br />

Particles by Granulation<br />

圖 14: 製 造 催 化 劑 顆 粒 的 典 型 機 器<br />

The formation of catalysts involves many steps and unit<br />

operations, which are preparation of the support,<br />

formulation of the support particles, deposition of the<br />

active components, and catalyst activation. After the<br />

formation of catalysts, there are several general<br />

approaches to their finishing, including washing, drying,<br />

calcination, and activation.<br />

3.3 Emerging Rare Earth Fine Chemical<br />

Technologies<br />

3.3.1 Separation and Purification Technologies<br />

into Purified Metals<br />

Unlike common metals like copper and zinc with standard<br />

and well-established separation processes from rocks as<br />

single-phase minerals, the REEs are usually found in two<br />

or more mineral phases with multiple REEs co-existing in<br />

the same mineral, resulting in a series of steps of<br />

separation processes to obtain pure metals of REEs.<br />

Consequently, the refinement of REEs requires<br />

extraction, smelting and separation processing steps that<br />

are tailored for a particular ore, which usually result in an<br />

inherent increase in development cost. The technical<br />

aspects of these processes have become even more<br />

complex, pushing the costs up further, because the ores<br />

of REEs often possess radioactive elements, such as<br />

thorium and uranium, requiring special environmental and<br />

disposal handling procedures in accordance with the<br />

increasingly strict environmental regulations.<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

(D) 噴 霧 乾 燥<br />

噴 霧 乾 燥 法 是 一 種 用 來 生 產 球 形 材 料 的 技 術 , 它 可 以 用 來<br />

弄 乾 及 製 備 自 流 粉 末 的 中 間 過 程 或 作 為 一 個 真 正 的 成 型<br />

技 術 , 以 生 產 耐 磨 及 球 形 直 徑 為 10-100 微 米 的 顆 粒 。<br />

在 噴 霧 乾 燥 過 程 中 , 通 過 噴 嘴 把 水 凝 膠 或 溶 膠 溶 液 噴 塗 到<br />

一 個 加 熱 區 。 當 被 噴 塗 的 材 料 降 下 , 因 應 著 不 同 的 溫 度 會<br />

出 現 乾 燥 或 乾 燥 和 焙 燒 的 過 程 。 圖 15 展 示 兩 個 不 同 類 型<br />

的 噴 霧 乾 燥 器 。 兩 種 類 型 霧 化 之 間 的 差 別 在 於 它 們 把 噴 塗<br />

液 形 成 或 粒 子 化 的 方 式 。 因 為 要 怎 樣 才 可 得 到 最 高 可 粒 徑<br />

和 細 微 性 分 佈 的 廣 泛 性 , 是 取 決 於 採 用 哪 種 方 法 。 此 外 ,<br />

噴 霧 乾 燥 是 形 成 催 化 劑 的 一 個 重 要 技 術 。<br />

催 化 劑 的 成 型 涉 及 許 多 步 驟 和 單 元 操 作 , 包 括 製 造 載 體 、<br />

研 製 載 體 粒 子 、 活 性 成 分 沉 積 及 催 化 劑 活 化 。 催 化 劑 成 型<br />

33


China currently lacks the most environmental-friendly<br />

and efficient means of separation of neighbouring REEs<br />

(e.g. praseodymium and neodymium) from ores as the<br />

industry tends to apply solvent extraction techniques<br />

owing to the large volume processing available. However,<br />

standard solvent extraction techniques apply an aqueous<br />

solution containing the rare earth metal element to be<br />

separated, which reacts with an organic phase containing<br />

an extractant in order to remove the special metal and<br />

another organic solvent to dilute the said extractant.<br />

Given that these extractants are mostly organic based and<br />

reagents, such as tributyl phosphate (TBP), carboxylic<br />

acid, phosphoric acid esters, and phosphinic acid<br />

compounds, the standard solvent extraction practices<br />

require environmental control and a succession of steps<br />

that undermine energy efficiency.<br />

後 , 工 業 一 般 會 利 用 幾 種 方 法 作 之 後 處 理 , 包 括 洗 滌 、 乾<br />

燥 、 煅 燒 及 啟 動 。<br />

Figure 15: Two Different Spray Dryers. Top: With a<br />

Spray Nozzle. Bottom: With a Rotating Wheel<br />

圖 15: 兩 個 不 同 類 型 的 噴 霧 乾 燥 器 。<br />

上 : 含 噴 嘴 。 下 : 含 轉 盤 。<br />

Rare Earth Industries (REI)<br />

(www.rareearthindustries.com) based in Vancouver,<br />

Canada, a wholly owned subsidiary of Seymour Ventures,<br />

has committed to provide environmentally sensitive<br />

methods of solvent extraction technology, based on a<br />

biodegradable and hydrochloric or nitric acid based<br />

organic solvent rather than standard reagents in the<br />

industry, reducing the number of separation steps while<br />

improving efficiency, costs and sustainability.<br />

On the other hand, Shin-Etsu Chemical Company<br />

Limited (www.shinetsu.co.jp) based in Tokyo, Japan,<br />

provides a new technology in solvent extraction based on<br />

its development of an organic phase containing a<br />

diglycolamic acid as an extractant that is being subjected<br />

to reaction with an aqueous phase containing rare earth<br />

metals in a counter-current flow reactor. This new<br />

separation technology provides an effective process in<br />

separating a particular REE from a mixture of REEs<br />

selectively.<br />

3.3.2. Stabilization of High-Efficiency Rare Earth<br />

Doped Powders for White LEDs<br />

Although there are a number of companies producing<br />

rare earth based fine chemical powders for white LEDs in<br />

China, the industry as a whole has room for<br />

improvement. That is particularly so on the stability,<br />

homogeneity and defect levels of unwanted oxygen<br />

dopants of these powders in order to increase the<br />

photoluminescence efficiency, colour efficacy and stability<br />

in such a way that the LEDs illuminate white light with a<br />

high comfort level. Table 12 lists major overseas and<br />

China suppliers of rare earth phosphors.<br />

A novel solution-based approach pioneered by Osram<br />

Sylvania (www.sylvania.com) through the formation of a<br />

mixed hydroxide of aluminium and dysprosium, terbium,<br />

europium or thulium or a combination of these REEs has<br />

developed a ultra-white aluminium nitride powder.<br />

Through the conversion of mixed hydroxide into an<br />

ammonium metal fluoride, the ammonolysis of such<br />

ammonium metal fluoride can then be processed into<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

3.3 新 興 的 稀 土 精 煉 化 工 技 術<br />

3.3.1 純 淨 金 屬 的 分 離 及 提 純 技 術<br />

常 見 的 金 屬 ( 如 銅 和 鋅 ) 可 以 經 過 從 單 相 礦 物 岩 石 的 標 準<br />

和 行 之 有 效 的 分 離 過 程 作 為 提 純 。 而 稀 土 元 素 被 發 現 通 常<br />

在 兩 個 或 兩 個 以 上 的 相 位 , 在 同 一 礦 物 內 有 多 種 稀 土 元 素<br />

共 存 , 使 其 分 離 過 程 需 要 一 系 列 的 步 驟 提 純 稀 土 金 屬 。 因<br />

此 , 精 煉 稀 土 元 素 需 要 為 一 個 特 定 的 礦 石 作 開 採 、 冶 煉 和<br />

分 離 等 步 驟 , 這 通 常 會 增 加 開 發 成 本 。 由 於 稀 土 礦 石 往 往<br />

具 有 放 射 性 元 素 , 如 釷 和 鈾 , 為 了 遵 守 日 益 嚴 格 的 特 殊 環<br />

境 和 廢 物 處 理 等 環 保 法 規 , 這 些 技 術 已 變 得 更 加 複 雜 , 以<br />

至 成 本 再 被 推 高 。<br />

由 於 溶 劑 萃 取 技 術 可 從 礦 石 作 大 批 量 加 工 , 故 業 界 往 往 採<br />

用 這 種 方 法 , 以 致 中 國 目 前 缺 乏 最 環 保 和 高 效 的 技 術 去 分<br />

離 化 學 元 素 表 中 屬 接 壤 的 稀 土 元 素 ( 如 鐠 和 釹 )。 然 而 ,<br />

標 準 的 溶 劑 萃 取 技 術 應 用 帶 有 稀 土 金 屬 元 素 的 水 溶 液 作<br />

分 離 , 經 過 與 含 有 萃 取 劑 的 有 機 相 作 反 應 , 以 提 取 特 殊 的<br />

金 屬 和 其 它 有 機 溶 劑 來 稀 釋 萃 取 劑 , 鑒 於 這 些 萃 取 劑 主 要<br />

是 有 機 物 質 和 試 劑 , 如 磷 酸 三 丁 酯 (TBP)、 甲 酸 、 磷 酸<br />

酯 及 膦 酸 化 合 物 , 標 準 的 溶 劑 萃 取 法 需 要 環 境 控 制 和 一 系<br />

34


forming a rare earth-activated aluminium nitride powder.<br />

The rationale behind this is that the application of the<br />

ammonium metal fluoride as the reaction precursor can<br />

prevent the attachments of oxygen defects during the<br />

ammonolysis step. Therefore a highly homogeneous<br />

distribution of rare earth dopants can be achieved<br />

through this process, resulting in the ultra-white colour<br />

that the industry demands, exhibiting desired properties<br />

of photoluminescence and colour efficacy suitable for<br />

high-efficiency white LEDs.<br />

3.3.3 Rare Earth Based Nanomaterials<br />

The development of processing techniques in producing<br />

ultra-fine rare earth based nanomaterials for industrial<br />

applications in high-efficiency catalytic converters, energy<br />

storage in forms of fuel cells, and nano-electronic and<br />

optical devices have committed significant research<br />

efforts, both in academia and industries, without major<br />

technological breakthroughs in China.<br />

Due to the unique electronic configuration of REEs<br />

leading to special electrical, magnetic, optical and nuclear<br />

properties, the incorporation of REEs with conventional<br />

nanomaterials, such as nanotubes and nanorods, has<br />

created strong industrial potential in the electronics,<br />

lighting and display as well as automotive components<br />

industries.<br />

Antaria Limited (www.antaria.com) based in<br />

Welshpool, Australia, has developed a process for<br />

producing cerium oxide and doped cerium oxide<br />

nanorods in order to provide enhanced oxygen storage<br />

capacity, redox properties and ionic conductivity because<br />

the surface area of the fine materials is increased<br />

extensively. The process involves preparation of an<br />

aqueous solution of trivalent rare earth metal cations<br />

followed by the gradual increase of pH to precipitate<br />

trivalent rare earth hydroxide nanoparticles with<br />

hexagonal crystal structure. The rare earth hydroxide<br />

nanorods will then be grown at a temperature below 120<br />

O C from the seed hexagonal nanoparticles, followed by<br />

the final calcination to produce nanorods of an equivalent<br />

rare earth sulfide or oxysulfide. The process by Antaria<br />

has the capability to produce hydrated cerium oxide<br />

nanorods with a surface area up to 175 m 2 /g that<br />

tremendously enhance the catalytic activities and energy<br />

storage capability.<br />

Air pollution in China has become an increasingly serious<br />

social problem, undermining the health of ordinary<br />

citizens. The reason is the rapid growth in traffic by<br />

vehicles, airplanes and ships that are based on the<br />

application of combustion engines, which often lead to<br />

incomplete combustion of hydrocarbon fuels. This results<br />

in much higher concentrations of toxic and mutagenic<br />

pollutants, such as carbon monoxide, soot, nitrogen<br />

oxides, etc, in the atmosphere.<br />

Nano-enabled environmental technologies have<br />

列 的 步 驟 , 令 到 能 源 效 益 降 低 。<br />

總 部 設 在 加 拿 大 溫 哥 華 的 Rare Earth Industries (REI)<br />

(www.rareearthindustries.com), 是 西 摩 創 投 風 險 投 資 公 司 的<br />

全 資 子 公 司 , 一 直 致 力 於 提 供 一 種 敏 感 於 環 境 、 可 被 生 物<br />

降 解 的 鹽 酸 或 硝 酸 有 機 溶 劑 萃 取 技 術 , 以 減 少 分 離 步 驟 的<br />

數 量 , 同 時 提 高 效 率 、 可 持 續 性 及 減 低 成 本 , 而 不 是 同 業<br />

中 採 用 的 標 準 試 劑 。<br />

另 一 方 面 , 總 部 設 在 日 本 東 京 的 信 越 化 工 有 限 公 司<br />

(Shin-Etsu Chemical Company Limited)(www.shinetsu.co.jp)<br />

則 提 供 一 項 創 新 的 溶 劑 萃 取 技 術 。 這 種 技 術 是 發 展 一 個 帶<br />

有 diglycolamic 酸 作 萃 取 劑 有 機 相 體 , 與 一 個 在 逆 流 反 應<br />

器 內 帶 有 稀 土 金 屬 的 水 溶 相 體 作 化 學 反 應 。 這 為 從 一 些 混<br />

合 稀 土 元 素 中 分 離 某 個 特 定 的 稀 土 元 素 提 供 了 一 個 有 效<br />

的 技 術 。<br />

3.3.2 穩 定 的 白 光 發 光 二 極 體 的 高 效 稀 土 摻 雜 粉 末<br />

雖 然 中 國 也 有 一 些 公 司 生 產 以 稀 土 為 基 礎 的 精 煉 化 工 粉<br />

材 , 供 白 光 LED 使 用 , 但 在 粉 末 的 穩 定 性 、 均 勻 性 及 有<br />

害 的 氧 摻 雜 的 水 平 , 整 體 行 業 仍 有 進 步 的 空 間 , 以 增 加 發<br />

光 的 效 率 、 有 效 性 和 穩 定 性 , 使 白 光 燈 的 顏 色 以 舒 適 的 方<br />

式 釋 放 出 來 。 表 12 列 出 了 主 要 的 海 外 和 中 國 稀 土 螢 光 粉<br />

供 應 商 。<br />

Table 12: Global Suppliers of Rare Earth<br />

Phosphors<br />

表 12: 主 要 的 海 外 和 中 國 稀 土 螢 光 粉 供 應 商<br />

Supplier 供 應 商<br />

Country 國 家<br />

Phosphor Technology Ltd England 英 國<br />

Fremont, USA<br />

Intematix Corp.<br />

美 國<br />

Nichia Corporation<br />

Japan 日 本<br />

Shanghai Keyan Phosphor<br />

Technology Co.Ltd. (KPT)<br />

上 海 科 潤 光 電 技 術 有 限 公 司<br />

IRICO Group Electronics Co.Ltd.<br />

彩 虹 集 團 電 子 股 份 有 限 公 司<br />

Shanghai, China<br />

中 國 上 海<br />

Shaanxi , China<br />

中 國 陝 西<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

Osram Sylvania 公 司 (www.sylvania.com) 研 發 了 一 個 以 溶<br />

液 為 基 礎 的 新 方 法 。 通 過 形 成 一 個 混 合 氫 氧 化 鋁 和 鏑 、<br />

鋱 、 銪 、 銩 或 結 合 這 些 稀 土 元 素 組 合 , 開 發 出 一 種 超 白 的<br />

氮 化 鋁 粉 末 。 透 過 混 合 氫 氧 化 物 轉 換 成 銨 氨 屬 氟 化 物 , 然<br />

後 , 把 銨 氨 屬 氟 化 物 進 行 氨 解 作 用 , 加 工 成 稀 土 啟 動 氮 化<br />

35


contributed to only minor commercial activities in China<br />

partly because of the lack of critical chemical processing<br />

technology to fabricate fine rare earth nanomaterials with<br />

the desired sizes and grain structures to be integrated<br />

into catalytic converters, particle traps and filters at the<br />

outset of combustion engines.<br />

The University of Central Florida Research<br />

Foundation (www.research.ucf.edu) based in Orlando,<br />

USA, has recently been granted a US Patent to engineer a<br />

nano-sized rare earth oxide nanoparticles based on the<br />

use of cerium oxide to reduce soot formation during fuel<br />

combustion from aqueous reverse micelles, which are<br />

fabricated by continuous mixing and agitation of an<br />

aqueous solution of rare earth metal salt (cerium nitrate)<br />

and a non-polar solution with a surfactant. The<br />

as-fabricated nanoparticles of cerium oxide, usually of<br />

sizes varying between 2 nm and 10 nm, have large<br />

surfaces to volume ratios and a high concentration of<br />

oxygen vacancies on the surface, resulting in high<br />

efficiency in trapping pollutant particulates when<br />

intermixed with combustible fuel.<br />

3.4 Emerging Sputtering Target Production<br />

Technologies<br />

3.4.1 Overview of the Global Sputtering Target<br />

Market<br />

Sputtering process of rare earth based coating materials is<br />

routinely applied in many high-tech developments,<br />

especially prominent in the electronics, lighting and<br />

display industries and sputtering targets are critical<br />

components to enable successful product development<br />

and manufacturing through the sputtering process.<br />

Sputtering targets are fabricated in a variety of shapes,<br />

sizes and materials to obtain thin-film coatings used in<br />

many advanced devices. In essence, a total of 1.16 million<br />

sputtering targets were sold globally in 2011. The<br />

electronics and advanced lighting and display industries<br />

are the largest consumers of sputtering targets,<br />

amounting to around 54% of the total sputtering target<br />

revenue in 2011. However, the energy sector, including<br />

automotive battery and solar cells, is the fastest-growing<br />

segment.<br />

Despite over 60% of the global revenue generated by<br />

trading sputtering targets has taken place in the<br />

Asia-Pacific regions, where both Japan and China are the<br />

two most significant stakeholders, most of the advanced<br />

rare earth based sputtering target materials, such as<br />

lanthanum oxide, praseodymium oxide, samarium oxide,<br />

yttrium oxide, etc, are manufactured in either US or<br />

Japan. The major technology gap between China and<br />

overseas high-tech economies is considered to be the<br />

capability of producing high purity and uniform<br />

sputtering targets with minimal variation in density of<br />

the material. Without this the sputtered coating would be<br />

unable to perform the desired electronic and/or optical<br />

functions properly and sustainably. Also, effective target<br />

鋁 粉 末 。 背 後 的 技 術 理 據 是 因 為 以 氨 金 屬 氟 化 物 作 為 反 應<br />

前 驅 體 , 可 防 止 氨 解 作 用 在 產 品 內 產 生 的 帶 氧 缺 陷 。 此<br />

外 , 通 過 這 個 過 程 稀 土 摻 雜 的 分 佈 高 度 均 勻 , 產 生 行 業 所<br />

需 的 超 白 顏 色 , 適 用 于 高 效 率 白 光 LED 所 需 的 光 致 發 光<br />

和 顏 色 的 功 效 及 性 能 。<br />

3.3.3 稀 土 納 米 材 料<br />

雖 然 學 術 界 和 工 業 界 都 致 力 為 科 技 應 用 中 的 高 效 率 催 化<br />

轉 換 器 、 燃 料 電 池 的 能 源 儲 存 、 納 米 電 子 和 光 學 裝 置 等 開<br />

發 新 型 超 細 稀 土 為 基 礎 的 納 米 材 料 加 工 , 但 這 些 加 工 科 技<br />

在 中 國 暫 時 未 有 重 大 技 術 突 破 。<br />

由 於 稀 土 元 素 獨 特 的 電 子 排 列 令 其 擁 有 特 殊 的 電 子 、 磁 、<br />

光 及 核 性 能 , 把 稀 土 加 入 傳 統 的 納 米 材 料 , 如 納 米 管 和 納<br />

米 棒 等 , 在 電 子 、 照 明 和 顯 示 以 及 汽 車 零 部 件 行 業 中 擁 有<br />

強 大 的 工 業 潛 力 。<br />

在 澳 洲 Welshpool 的 Antaria 有 限 公 司 (www.antaria.com) 已<br />

開 發 生 產 氧 化 鈰 及 摻 雜 氧 化 鈰 納 米 棒 , 使 細 小 材 料 表 面 面<br />

積 廣 泛 增 加 , 以 提 供 增 強 的 儲 氧 能 力 、 氧 化 還 原 性 質 和 離<br />

子 電 導 率 。 此 工 藝 涉 及 製 造 三 價 稀 土 金 屬 陽 離 子 的 水 溶<br />

液 , 然 後 把 其 酸 堿 值 逐 漸 增 加 , 使 六 角 晶 體 結 構 的 三 價 稀<br />

土 氫 氧 化 物 納 米 微 粒 得 以 沉 澱 。 然 後 , 稀 土 氫 氧 化 物 納 米<br />

棒 在 溫 度 低 於 120℃ 的 環 境 下 將 生 長 在 六 角 形 種 子 上 , 最<br />

終 它 們 被 焙 燒 成 稀 土 硫 化 物 或 硫 氧 化 物 的 納 米 棒 。Antaria<br />

的 技 術 過 程 有 能 力 生 產 與 水 合 的 氧 化 鈰 納 米 棒 , 表 面 面 積<br />

高 達 175 平 方 米 / 克 , 大 大 地 提 高 催 化 劑 的 活 性 和 能 量 存 儲<br />

能 力 。<br />

由 於 使 用 內 燃 機 推 動 的 車 輛 、 飛 機 和 船 舶 數 量 快 速 增 長 ,<br />

導 致 烴 燃 料 不 完 全 燃 燒 的 情 況 , 大 大 提 高 污 染 物 ( 如 一 氧<br />

化 碳 、 煙 塵 、 氮 氧 化 物 等 ) 在 大 氣 中 的 濃 度 及 毒 性 , 損 害<br />

市 民 的 健 康 , 使 國 內 的 空 氣 污 染 成 為 日 益 嚴 重 的 社 會 問<br />

題 。<br />

國 家 在 納 米 環 保 技 術 領 域 中 的 商 業 活 動 只 屬 輕 微 , 部 分 原<br />

因 是 由 於 缺 乏 關 鍵 的 化 學 處 理 技 術 , 以 製 備 優 良 的 稀 土 納<br />

米 材 料 , 達 到 所 需 尺 寸 和 顆 粒 結 構 , 供 催 化 轉 化 器 和 顆 粒<br />

篩 檢 程 式 在 內 燃 機 使 用 。<br />

美 國 佛 羅 里 達 中 央 大 學 研 究 基 金 會 (www.research.ucf.edu)<br />

總 部 設 在 奧 蘭 多 , 最 近 利 用 氧 化 鈰 研 製 出 納 米 稀 土 氧 化 物<br />

微 粒 , 並 獲 得 美 國 專 利 , 以 水 性 反 向 分 子 組 纓 在 燃 料 燃 燒<br />

過 程 中 減 少 煙 塵 的 產 生 , 這 些 水 性 反 向 分 子 組 纓 是 經 過 含<br />

有 稀 土 金 屬 鹽 ( 硝 酸 鈰 ) 的 水 溶 液 及 非 極 性 表 面 活 性 劑 連<br />

續 混 合 和 攪 拌 製 成 , 製 備 出 來 的 納 米 氧 化 鈰 微 粒 通 常 介 於<br />

36


ack plate bonding technologies are fiercely<br />

demanded for efficient sputtering processing with<br />

acceptable production yield.<br />

3.4.2 Background in Sputtering Process<br />

Sputtering process is involved in many industrial settings<br />

and applications for production of thin-film coatings in<br />

both decorative and functional applications. The main<br />

principle of sputtering is based on the formation of<br />

plasma. Firstly, argon plasma is formed between a<br />

substrate (part to be coated) and target material (coating<br />

material). Atoms constituting the target material are then<br />

sputtered out by energetic argon ions impacting against<br />

the sputtering target. The sputtered atoms are finally<br />

deposited on the substrate, forming a thin film on the<br />

substrate's surface. The principle of the sputtering<br />

process is shown in Figure 16.<br />

3.4.3 Structure and Category of Sputtering<br />

Targets<br />

In general, there are two large families of sputtering<br />

targets: planar and rotatable. Depending on the end-user<br />

application and the geometry of the sputtering system,<br />

both categories are applied to produce various types of<br />

coatings. Planar sputtering target materials are in the<br />

shape of plates and are bonded to the surfaces of<br />

supporting back-plates usually embedded with functions<br />

such as control of magnetic field, cooling and electrical<br />

contacting, etc, whereas rotatable target materials are of<br />

cylindrical shapes.<br />

While planar target materials can be tailored to specific<br />

functions required for high-performance coatings,<br />

rotatable target materials run for longer periods and<br />

enable extended production time, reducing production<br />

line downtime and wastage of materials. Schematic<br />

diagrams of planar and rotatable target materials are<br />

shown in Figure 17 and 18, respectively.<br />

Figure 16: The Principle of Sputtering Process<br />

圖 16: 濺 射 工 藝 的 原 理<br />

2 納 米 和 10 納 米 直 徑 , 並 有 大 的 表 面 體 積 比 及 表 面 高 濃<br />

度 的 缺 氧 空 間 , 與 可 燃 物 混 合 時 , 提 高 污 染 物 微 粒 捕 集 效<br />

率 。<br />

3.4 新 興 濺 射 靶 材 製 造 技 術<br />

3.4.1 全 球 濺 射 靶 材 的 市 場 概 況<br />

稀 土 塗 層 材 料 的 濺 射 技 術 經 常 被 應 用 在 許 多 高 科 技 產 品<br />

的 發 展 上 , 特 別 是 在 電 子 、 照 明 和 顯 示 產 業 , 濺 射 靶 材 是<br />

使 產 品 能 通 過 濺 射 技 術 被 開 發 成 功 的 關 鍵 材 料 , 靶 材 被 製<br />

成 各 種 形 狀 、 大 小 和 材 料 , 以 生 產 許 多 應 用 于 先 進 裝 置 的<br />

薄 膜 塗 料 。2011 年 , 全 球 售 出 116 萬 塊 靶 材 , 電 子 設 備 和<br />

先 進 的 照 明 和 顯 示 器 行 業 是 最 大 的 濺 射 靶 材 消 耗 工 業 , 大<br />

概 佔 總 收 入 的 54% 左 右 。 然 而 , 能 源 相 關 工 業 如 汽 車 電<br />

池 及 太 陽 能 電 池 是 濺 射 靶 材 營 業 額 增 長 最 快 的 部 分 。<br />

儘 管 全 球 濺 射 靶 材 交 易 超 過 60% 在 亞 太 地 區 發 生 , 當 中<br />

日 本 和 中 國 為 此 地 區 中 兩 個 最 重 要 的 國 家 , 但 大 部 分 最 先<br />

進 的 稀 土 靶 材 如 氧 化 鑭 、 氧 化 鐠 、 氧 化 釤 , 氧 化 釔 等 都 在<br />

美 國 或 日 本 製 造 。 中 國 和 海 外 的 高 科 技 經 濟 系 體 之 間 在 製<br />

造 濺 射 靶 材 的 主 要 技 術 差 距 , 主 要 在 於 製 造 高 純 度 、 穩<br />

定 、 最 少 密 度 變 異 的 靶 材 , 若 靶 材 未 能 達 到 這 些 基 本 的 要<br />

求 , 濺 射 鍍 膜 將 無 法 適 當 地 和 持 續 地 達 至 電 子 和 / 或 光 學<br />

功 能 所 需 的 功 能 。 此 外 , 為 了 有 高 效 益 的 生 產 技 術 及 可 接<br />

受 的 產 量 , 巿 場 極 度 需 要 高 效 的 靶 材 焊 接 技 術 。<br />

3.4.2 濺 射 工 藝 的 背 景<br />

濺 射 工 藝 在 許 多 裝 飾 性 和 功 能 性 的 薄 膜 塗 層 生 產 有 廣 泛<br />

的 應 用 , 濺 射 的 主 要 原 理 基 於 等 離 子 體 的 形 成 。 首 先 , 氬<br />

離 子 形 成 基 材 ( 被 鍍 膜 的 工 件 ) 和 靶 材 ( 塗 層 材 料 ) 之 間<br />

先 要 產 生 氬 氣 等 離 子 體 , 然 後 通 過 高 能 氬 離 子 對 靶 材 的 碰<br />

撞 把 靶 材 中 的 原 子 濺 射 出 來 , 被 濺 射 的 原 子 沉 積 在 基 材<br />

上 , 並 在 其 表 面 形 成 薄 膜 。 圖 16 展 示 濺 射 工 藝 的 原 理 。<br />

3.4.3 濺 射 靶 材 的 結 構 及 種 類<br />

濺 射 靶 材 基 本 上 可 以 分 為 兩 大 種 類 : 平 面 和 可 旋 轉 靶 材 ,<br />

這 兩 類 都 適 用 于 生 產 各 類 塗 層 , 視 乎 最 終 用 戶 的 應 用 領 域<br />

和 濺 射 系 統 的 形 狀 。 平 面 濺 射 靶 材 是 平 板 的 形 狀 , 並 焊 接<br />

在 金 屬 背 支 援 板 的 表 面 , 通 常 帶 有 如 磁 場 控 制 、 冷 卻 和 電<br />

氣 接 觸 等 功 能 , 而 可 旋 轉 靶 材 料 通 常 是 圓 柱 形 的 。<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產<br />

力 促 進 局 )<br />

37


Figure 17: Schematic Diagram of Planar Sputtering Target<br />

圖 17: 平 面 靶 材<br />

平 面 靶 材 可 特 別 製 成 高 性 能 塗 層 所 需 要 的 特 定 功 能 , 而 旋<br />

轉 靶 材 操 作 的 時 間 較 長 及 延 長 生 產 時 間 , 減 少 生 產 線 停 機<br />

時 間 和 材 料 的 浪 費 。 圖 17 和 18 分 別 展 示 平 面 和 可 旋 轉 的<br />

靶 材 。<br />

Figure 18: Schematic Diagram of Rotatable Sputtering<br />

Target<br />

圖 18: 可 旋 轉 靶 材<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產<br />

力 促 進 局 )<br />

3.4.4 Industrial Applications of Sputtering Process<br />

and Target Materials<br />

There is a wide range of applications of sputtering of<br />

REEs-based materials in the production of electronics,<br />

lighting and display as well as automotive components.<br />

Here is a list of applications in these industries using<br />

sputtering process for production:<br />

1. Electronics<br />

• Semiconductor and microprocessor<br />

manufacturing (Main REEs: Y, La)<br />

• Interconnections (Main REEs: La, Ce)<br />

• Thermoelectric and thermo-emissive<br />

materials (Main REEs: La, Nd, Y)<br />

• Resistors (Main REEs: Y)<br />

• Permanent magnets (Main REEs: Ce, Pr, Nd,<br />

Sm)<br />

• Magnetostrictive materials (Main REEs: Gd, Tb,<br />

Dy, Ho, Er)<br />

• Magnetic bubble materials (Main REEs: Y, Sm,<br />

Eu, Gd, Tb, Er, Tm, Yb, Lu)<br />

• Magneto-optical materials (Main REEs: Y, Nd,<br />

Gd, Tb, Dy)<br />

2. Lighting and display<br />

• Thin-film transistor-based liquid crystal display<br />

(LCD) (Main REEs: Nd, Y, La)<br />

• Sensors (Main REEs: Y, La)<br />

• Optical glass (Main REEs: Y, La, Ce, Gd, Eu)<br />

• Specialty electro-ceramics (Main REEs: Y, La,<br />

Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd)<br />

• Lasing elements (Main REEs: Y, Nd)<br />

• Phosphors (Main REEs: Y, La, Ce, Nd, Eu, Tb)<br />

3. Automotive components<br />

• Catalytic converters (Main REEs: Y, La, Ce)<br />

• Motor parts (Main REEs: Ce, Pr, Nd, Sm)<br />

• Battery alloys (Main REEs: Y, Ce)<br />

• Vehicle body alloys (Main REEs: La, Ce)<br />

(Source 資 料 來 源 :Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產<br />

力 促 進 局 )<br />

3.4.4 濺 射 工 藝 及 其 靶 材 的 工 業 應 用<br />

稀 土 材 料 的 濺 射 工 藝 在 電 子 、 照 明 和 顯 示 器 以 及 汽 車 零 部<br />

件 的 生 產 中 有 著 廣 泛 的 應 用 , 以 下 是 這 些 行 業 利 用 濺 射 工<br />

藝 生 產 的 一 些 產 品 和 稀 土 材 料 :<br />

1. 電 子<br />

• 製 造 半 導 體 和 微 處 理 器 ( 主 要 稀 土 : 釔 、 鑭 )<br />

• 互 連 ( 主 要 稀 土 : 鑭 、 鈰 )<br />

• 熱 電 和 熱 發 光 材 料 ( 主 要 稀 土 : 鑭 、 釹 、 釔 )<br />

• 電 阻 ( 主 要 稀 土 : 釔 )<br />

• 永 久 磁 鐵 ( 主 要 稀 土 : 鈰 、 鐠 、 釹 、 釤 )<br />

• 超 磁 致 伸 縮 材 料 ( 主 要 稀 土 : 釓 、 鋱 、 鏑 、 鈥 、<br />

鉺 )<br />

• 磁 泡 材 料 ( 主 要 稀 土 : 釔 、 釤 、 銪 、 釓 、 鋱 、<br />

鉺 、 銩 、 鐿 、 鎦 )<br />

• 磁 光 材 料 ( 主 要 稀 土 : 釔 、 釹 、 釓 、 鋱 、 鏑 )<br />

2. 照 明 及 顯 示 器<br />

• 薄 膜 電 晶 體 液 晶 顯 示 器 (LCD)( 主 要 稀 土 :<br />

釹 、 釔 、 鑭 )<br />

• 感 測 器 ( 主 要 稀 土 : 釔 、 鑭 )<br />

• 光 學 玻 璃 ( 主 要 稀 土 : 釔 、 鑭 、 鈰 、 釓 、 銪 )<br />

• 特 種 電 子 陶 瓷 材 料 ( 主 要 稀 土 : 釔 、 鑭 、 鈰 、<br />

鐠 、 釹 、 釤 、 銪 、 釓 )<br />

• 激 射 元 素 ( 主 要 稀 土 : 釔 、 釹 )<br />

• 螢 光 粉 ( 主 要 稀 土 : 釔 、 鑭 、 鈰 、 釹 、 銪 、 鋱 )<br />

38


3.4.5 Review on Manufacturing Technologies of<br />

Sputtering Targets<br />

There are many industrial processes that are able to<br />

convert the raw material of REEs fine chemicals into<br />

compacted sputtering target materials, which can<br />

generally be categorized in three distinctive methods:<br />

casting/melting, powder metallurgy and spray<br />

technology. Figure 19 shows some of the ways to<br />

manufacture sputtering target materials from raw metals.<br />

3. 汽 車 零 部 件<br />

• 催 化 轉 換 器 ( 主 要 稀 土 : 釔 、 鑭 、 鈰 )<br />

• 摩 托 部 件 ( 主 要 稀 土 : 鈰 、 鐠 、 釹 、 釤 )<br />

• 電 池 合 金 ( 主 要 稀 土 : 釔 、 鈰 )<br />

• 車 身 合 金 ( 主 要 稀 土 : 鑭 、 鈰 )<br />

3.4.5 濺 射 靶 材 的 製 造 技 術<br />

有 許 多 工 業 生 產 工 藝 能 把 稀 土 精 煉 化 工 原 料 壓 實 成 濺 射<br />

靶 材 , 這 些 工 藝 一 般 都 可 以 分 成 三 種 不 同 的 方 法 : 鑄 造 /<br />

熔 煉 、 粉 末 冶 金 及 噴 塗 技 術 。 圖 19 顯 示 了 一 些 方 法 從 金<br />

屬 來 原 料 製 造 濺 射 靶 材 。<br />

Figure 19: A Typical Example of Manufacturing Process of Sputtering Targets<br />

圖 19: 濺 射 靶 材 製 造 過 程 的 一 個 典 型 的 例 子<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產 力 促 進 局 )<br />

3.4.5.1 Melting and Casting<br />

(1) Vacuum Induction Melting (VIM)<br />

VIM was originally developed to process specialized alloys,<br />

especially superalloys. It is increasingly becoming applied in<br />

processing rare earth metals for the production of<br />

sputtering target materials. The process involves melting<br />

metals under vacuum conditions, where the melting effect<br />

is facilitated by electromagnetic induction. In simple terms,<br />

induction melting works by inducing electrical eddy<br />

currents in the metals to be melted with induction coil<br />

being subjected to alternating current as the source while<br />

the eddy currents heat up the metals and melting occurs.<br />

3.4.5.1 鑄 造 及 熔 煉<br />

(1) 真 空 感 應 熔 煉<br />

最 初 開 發 的 真 空 感 應 熔 煉 技 術 是 用 來 處 理 特 種 合 金 的 , 尤<br />

其 是 高 溫 合 金 , 它 越 來 越 被 應 用 於 把 稀 土 金 屬 加 工 成 為 濺<br />

射 靶 材 的 過 程 中 。 此 技 術 涉 及 在 真 空 條 件 下 把 金 屬 熔 化 ,<br />

而 其 熔 化 效 果 是 由 電 磁 感 應 產 生 的 。 簡 單 來 說 , 感 應 熔 煉<br />

透 過 交 流 電 源 電 流 與 電 渦 流 感 應 線 圈 , 使 金 屬 本 身 受 渦 流<br />

而 自 然 產 生 熱 力 把 金 屬 熔 化 。<br />

真 空 感 應 熔 煉 技 術 的 熔 爐 利 用 氣 密 水 冷 式 鋼 套 , 能 夠 承 受<br />

39


The furnace consists of an air-tight water-cooled steel<br />

jacket, capable of withstanding the required vacuum<br />

conditions for metal processing. The metals generally are<br />

melted in a crucible housed in a water-cooled induction<br />

coil and the furnace is typically lined with suitable<br />

refractory metals. The molten metal will then be<br />

subjected under vacuum conditions and/or inert gas<br />

environments for casting/pouring. Since the technical<br />

product requirement for REEs-based sputtering target is<br />

stringent to serve high-tech purposes, high purity and low<br />

tolerances in chemical composition variations are<br />

necessary to be enforced in the materials process. REEs<br />

usually have high affinity to gases, such as oxygen and<br />

nitrogen, and therefore they or their associated alloys<br />

require processing and refining in vacuum and/or under<br />

protective gas, of which VIM is highly suitable.<br />

Furthermore, chemical impurities can be removed by<br />

controlling the melt chemistry, such as chemical reactions,<br />

dissociation and flotation, etc. Companies supplying VIM<br />

equipment and related service engineering include<br />

Consarc Engineering (UK), Inductotherm<br />

Corporation (US), Fuji Electric Thermo Systems<br />

Co. Ltd. (Japan), etc. Figure 20 shows a typical VIM<br />

system and its associated parts.<br />

所 需 的 真 空 條 件 下 替 金 屬 加 工 , 金 屬 一 般 在 水 冷 式 感 應 線<br />

圈 內 的 坩 堝 融 化 , 爐 體 通 常 亦 是 用 合 適 的 耐 火 金 屬 製 造 ,<br />

然 後 , 熔 化 的 金 屬 在 真 空 條 件 下 和 / 或 在 惰 性 氣 體 環 境 中<br />

受 到 鑄 造 / 澆 注 。 由 於 稀 土 濺 射 靶 材 對 高 科 技 應 用 的 技 術<br />

及 產 品 要 求 嚴 謹 , 材 料 制 程 必 須 令 其 靶 材 達 至 高 純 度 及 低<br />

化 學 成 分 變 化 。 稀 土 元 素 通 常 對 氣 體 有 高 親 和 力 , 如 氧 氣<br />

和 氮 氣 , 因 此 它 們 或 相 關 合 金 需 要 在 真 空 精 煉 和 / 或 保 護<br />

氣 體 下 加 工 及 精 煉 , 而 真 空 感 應 熔 煉 對 此 非 常 適 合 。 此<br />

外 , 化 學 雜 質 可 通 過 控 制 熔 體 的 化 學 , 如 化 學 反 應 、 分 離<br />

和 浮 選 等 去 除 , 提 供 真 空 感 應 熔 煉 設 備 及 相 關 工 程 服 務 的<br />

公 司 包 括 Consarc Engineering( 英 國 )、Inductotherm<br />

Corporation( 美 國 )、 富 士 電 機 熱 系 統 有 限 公 司 ( 日 本 )<br />

等 等 。 圖 20 展 示 一 套 典 型 的 真 空 感 應 熔 煉 設 備 及 其 元 件 。<br />

(2) 連 鑄<br />

連 續 或 連 鑄 造 最 初 是 發 展 來 鑄 造 有 色 金 屬 條 的 。 圖 21 展<br />

示 連 鑄 系 統 的 例 子 。<br />

Figure 20: Typical Vacuum Induction Melting (VIM) System and Associated Parts<br />

圖 20: 典 型 的 真 空 感 應 熔 煉 設 備 及 其 元 件<br />

(Source 資 料 來 源 : http://www.consarc.com/, 30 Jan, 2012)<br />

(2) Continuous Casting<br />

Continuous or strand casting was originally developed for<br />

casting nonferrous metal strips. An example of a<br />

continuous casting system is shown in Figure 21.<br />

The molten REE is firstly cleaned in the ladle. It is then<br />

subjected to nitrogen blowing for five to ten minutes in<br />

order to equalize the temperature, followed by pouring<br />

into a refractory-lined intermediate vessel (tundish),<br />

where it typically holds up to 3 tonnes of metal, and<br />

impurities are thereby removed. The melt then travels<br />

downward through water-cooled copper moulds and<br />

solidifies into a path supported by the pinch rolls.<br />

A. Overmelt Charger 熔 體 裝 料 機<br />

B. Control Room 控 制 室<br />

C. Isolation Valve 隔 離 閥<br />

D. Isolation Valve (2) 隔 離 閥 (2)<br />

E. Melt Chamber 熔 體 室<br />

F. Hot Tundish Charger 熱 中 間 包 裝 料 機<br />

G. Induction Furnace 感 應 爐<br />

H. Induction Power Supply 感 應 電 源<br />

I. Mold Chamber 模 具 室<br />

J. Ingot Molds 錠 模<br />

首 先 是 把 熔 化 稀 土 在 鋼 包 裡 清 洗 , 然 後 , 稀 土 受 到 氮 氣 風<br />

吹 五 至 十 分 鐘 以 平 衡 溫 度 , 再 澆 入 耐 火 內 襯 的 中 間 容 器<br />

( 中 間 包 ), 容 器 一 般 最 多 可 容 納 3 噸 金 屬 , 並 在 此 除 去<br />

雜 質 。 然 後 , 熔 體 下 降 穿 過 水 冷 銅 模 具 及 被 夾 送 輥 支 持 凝<br />

固 及 鞏 固 。<br />

在 開 始 鑄 造 前 , 模 具 的 底 部 會 插 入 一 個 堅 實 的 引 錠 杆 。 首<br />

先 , 當 熔 融 金 屬 澆 入 引 錠 杆 , 金 屬 會 在 引 錠 杆 上 凍 結 , 然<br />

後 , 引 錠 杆 以 同 樣 在 金 屬 被 澆 的 速 度 被 撤 回 , 冷 卻 速 度 是<br />

根 據 金 屬 凝 固 出 外 殼 , 以 支 持 其 向 下 發 展 。 正 在 凝 固 的 金<br />

屬 被 噴 水 以 提 供 額 外 的 冷 卻 。 模 具 一 般 都 塗 有 石 墨 或 類 似<br />

的 固 體 潤 滑 劑 , 以 減 少 摩 擦 和 粘 附 在 模 具 金 屬 介 面 。 模 具<br />

也 可 受 到 適 當 的 震 動 , 以 減 少 摩 擦 和 粘 附 。<br />

40


Figure 21: An Example of Continuous Casting System<br />

圖 21: 連 鑄 系 統 的 一 個 例 子<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產 力 促 進 局 )<br />

Before commencing the casting process, a solid dummy<br />

bar is inserted into the bottom of the mould. When the<br />

molten metal is first poured, it freezes on to the dummy<br />

bar. The bar is then withdrawn at the same rate at which<br />

the metal is being poured. The cooling rate is based on<br />

that the metal develops a solidified shell so as to support<br />

itself during its travel downward. Additional cooling is<br />

provided by water sprays along the travel path of the<br />

solidifying metal. The moulds are generally coated with<br />

graphite or similar solid lubricants in order to reduce<br />

friction and adhesion at the mould-metal interfaces. The<br />

moulds can also be subjected to vibration in order to<br />

reduce friction and adhesion.<br />

3.4.5.2 Powder Metallurgy<br />

The powder metallurgy process usually consists of the<br />

operations in sequence of (1) powder production;<br />

(2) blending; (3) compaction; (4) sintering; and (5) finishing<br />

operations. There are several methods in making REE<br />

metal or metal oxide powders and most of them can be<br />

produced by more than one method. The choice depends<br />

on the requirements of the end product, such as<br />

microstructure, bulk and surface properties, chemical<br />

purity, porosity, end-shape and size distribution of the<br />

powders, and as a result affecting the flow and<br />

permeability during compaction and subsequent sintering<br />

procedures of the final sputtering target materials.<br />

3.4.5.2 粉 末 冶 金<br />

粉 末 冶 金 技 術 的 序 列 操 作 通 常 包 括 (1) 粉 末 生 產 ;<br />

(2) 混 合 ;(3) 壓 實 ;(4) 燒 結 ;(5) 整 理 操 作 。 有<br />

幾 種 方 法 可 以 生 產 稀 土 元 素 金 屬 或 金 屬 氧 化 物 粉 末 , 其 中<br />

大 部 分 稀 土 粉 末 都 有 一 個 以 上 的 生 產 方 法 。 粉 末 材 料 的 選<br />

擇 取 決 於 對 最 終 產 品 的 要 求 , 如 微 觀 結 構 、 體 積 和 表 面 性<br />

質 、 化 學 純 度 、 孔 隙 度 、 最 終 形 狀 及 大 小 分 佈 等 , 並 因 此<br />

影 響 最 終 濺 射 靶 材 壓 實 及 後 續 燒 結 過 程 中 的 流 動 和 滲 透 。<br />

(1) 霧 化<br />

金 屬 / 金 屬 氧 化 物 的 粉 末 生 產 方 法 有 多 種 , 霧 化 是 市 場 上<br />

比 較 流 行 和 現 成 的 技 術 之 一 。 霧 化 的 概 念 是 由 熔 融 金 屬 通<br />

過 注 入 一 個 小 孔 產 生 液 態 金 屬 流 。 根 據 所 需 粉 末 的 性 質 ,<br />

然 後 由 相 對 強 勁 噴 射 性 的 惰 性 氣 體 / 空 氣 或 水 以 打 破 液 態<br />

金 屬 流 , 它 們 分 別 被 稱 為 燃 氣 及 水 霧 化 。 粉 末 的 大 小 和 形<br />

狀 取 決 於 熔 化 金 屬 的 溫 度 、 流 量 、 噴 嘴 大 小 和 噴 射 特 性<br />

等 。 儘 管 噴 水 使 金 屬 粉 末 泥 漿 化 和 令 液 體 霧 化 室 的 底 部 存<br />

積 液 體 , 令 粉 末 必 須 烘 乾 才 可 以 使 用 , 但 噴 水 可 以 更 快 速<br />

的 為 粉 末 散 熱 , 因 此 一 般 提 升 更 高 的 生 產 速 度 。 另 一 方<br />

面 , 氣 體 霧 化 通 常 會 產 生 更 多 的 球 形 粉 末 。<br />

41


(1) Atomization<br />

There are many methods for metal/metal oxide powders<br />

production. Atomization is one of the more popular and<br />

readily available techniques in the market. The idea of<br />

atomization is that it produces a liquid-metal stream by<br />

injecting molten metal through a small orifice. The<br />

liquid-metal stream will then be broken up by relatively<br />

strong jets of inert gas/air or water, known as gas and<br />

water atomization, respectively, depending on the<br />

properties of the powders desired. The size and shape of<br />

the powders depend on the temperature of the molten<br />

metal, rate of flow, nozzle size and jet characteristics.<br />

Despite the fact that water results in a slurry of metal<br />

powder and liquid at the bottom of the atomization<br />

chamber, and the powders must be dried before they can<br />

be used, water allows more rapid cooling effect for the<br />

powders to be produced and hence generally results in<br />

higher production rates. On the other hand, gas<br />

atomization usually produces more spherical powders.<br />

(2) Blending (Mixing)<br />

Blending or mixing of powders aims to ensure the<br />

uniformity of mechanical properties throughout the<br />

material part. Even when a single metal is being subjected<br />

to atomization, the powders may vary significantly in size<br />

and shape, hence they must be blended to obtain<br />

uniformity from part to part. Powder blending must be<br />

implemented under controlled conditions in order to<br />

avoid contamination or deterioration. Powders can be<br />

mixed in air or inert atmospheres to avoid oxidation, or in<br />

liquids which act as lubricants and make the mix more<br />

uniform. A typical process of atomization and blending is<br />

shown in Figure 22.<br />

(3) Hot Isostatic Pressing (HIP)<br />

Figure 23 shows the schematic process of HIP. The<br />

container for HIP is generally made of a high melting point<br />

sheet metal and the pressurizing medium is<br />

high-temperature inert gas or a vitreous (glasslike) fluid.<br />

HIP process usually undergoes conditions in pressures as<br />

high as 100 – 300 MPa and under temperature of 1200<br />

O C. The main advantage of HIP is its capability in<br />

producing compacts having almost 100% density, decent<br />

metallurgical bonding of the particles and great<br />

mechanical properties. It can close internal porosity of the<br />

metal and improve properties of metal-alloys. The reasons<br />

why isostatic pressing is required is because of the<br />

uniformity of pressure from all directions and the absence<br />

of die-wall friction in such a way that it produces dense<br />

compacts of practically uniform grain structure, toughness<br />

and density, i.e. isotropic properties. Secondly, HIP is<br />

capable of handling large compacts of metal and ceramic<br />

materials.<br />

Major HIP equipment suppliers include Avure<br />

Technologies (US), Pressure Technology Inc. (US),<br />

Bodycote Heat Treatment (UK), etc.<br />

(2) 混 合<br />

粉 末 混 合 的 目 的 是 要 確 保 整 個 材 料 的 機 械 性 能 均 勻 。 即 使<br />

單 一 金 屬 正 接 受 霧 化 , 其 粉 末 可 能 會 有 明 顯 的 大 小 和 形 狀<br />

不 同 , 因 此 , 它 們 必 須 被 混 合 從 而 獲 得 材 料 整 體 的 均 勻<br />

性 。 粉 末 混 合 必 須 在 受 控 條 件 下 進 行 , 以 避 免 污 染 或 變<br />

質 。 粉 末 可 以 在 空 氣 或 惰 性 氣 體 環 境 中 混 合 , 以 避 免 氧<br />

化 , 或 在 液 體 中 混 合 作 潤 滑 作 用 和 使 混 合 更 均 勻 。 圖 22<br />

展 示 一 個 典 型 的 霧 化 和 混 合 過 程 。<br />

Figure 22: A Typical Process of Powder Atomization and<br />

Blending<br />

圖 22: 一 個 典 型 的 霧 化 和 混 合 過 程<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

(3) 熱 等 靜 壓<br />

圖 23 顯 示 了 熱 等 靜 壓 的 原 理 過 程 。 熱 等 靜 壓 的 容 器 一 般<br />

為 高 熔 點 金 屬 板 材 , 其 加 壓 介 質 是 高 溫 的 惰 性 氣 體 或 玻 璃<br />

體 ( 玻 璃 狀 ) 流 體 。 熱 等 靜 壓 技 術 通 常 在 高 達 100 - 300<br />

兆 帕 的 壓 力 及 1200℃ 的 溫 度 條 件 下 進 行 。 熱 等 靜 壓 的 主 要<br />

優 點 是 它 能 使 材 料 達 幾 乎 100% 的 密 度 、 良 好 的 體 面 粒 子<br />

冶 金 結 合 和 巨 大 的 機 械 性 能 。 它 可 以 關 閉 金 屬 內 部 的 孔 隙<br />

度 和 提 高 金 屬 合 金 的 性 質 。 需 要 用 熱 等 靜 壓 的 原 因 是 因 為<br />

其 來 自 四 面 八 方 的 均 衡 壓 力 和 技 術 沒 有 模 具 壁 摩 擦 , 在 這<br />

種 方 式 下 , 能 產 生 幾 乎 均 勻 的 晶 粒 結 構 、 韌 性 和 密 度 的 密<br />

集 材 料 ( 即 各 向 同 性 的 性 質 )。 同 時 , 熱 等 靜 壓 能 夠 處 理<br />

大 量 的 金 屬 和 陶 瓷 的 密 集 材 料 。<br />

主 要 的 熱 等 靜 壓 設 備 供 應 商 包 括 美 國 的 Avure<br />

Technologies 及 Pressure Technology Inc. 及 英 國 的 Bodycote<br />

Heat Treatment 等 等 。<br />

經 過 熱 等 靜 壓 後 , 濺 射 靶 材 的 工 件 會 被 機 械 加 工 及 粘 結 金<br />

屬 板 支 援 , 並 在 運 送 前 進 行 檢 查 及 包 裝 。<br />

42


Figure 23: Schematic Process Diagram for Hot Isostatic Pressing (HIP) Process<br />

圖 23: 熱 等 靜 壓 的 原 理 過 程<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產 力 促 進 局 )<br />

After the HIP step, the work piece of sputtering target<br />

material will undergo mechanical machining and support<br />

bonding before being inspected and packaged for<br />

shipment.<br />

3.4.5.3 Spray Technology<br />

The raw REEs material is first melted in an induction<br />

furnace. The crucible in the furnace has a hole at the<br />

bottom to allow the metal to flow into the chamber<br />

where the molten metal is blown by nitrogen into small<br />

droplets. The droplets are accumulated in liquid form on<br />

a collector and solidify there to form an ingot or a<br />

pre-form. The pre-form is somewhat porous and is<br />

consolidated further by HIP (Hot Isostatic Pressing) to<br />

100% density. The process is featured by its rapid<br />

solidification rate, because the metal solidifies in small<br />

droplets, and by the homogeneity of the solidified metal,<br />

which is the reflection of the uniformity of the molten<br />

state. The microstructure of the spray-formed material is<br />

distinguishably finer and more homogeneous, making the<br />

target material less susceptible to splashes and easier to<br />

use. The processes of melting/casting and powdermetallurgy<br />

can be replaced by the spray forming to<br />

produce target materials with fewer splashes. Figure 24<br />

shows the spray forming method of sputtering target<br />

materials.<br />

3.4.6 Closing the Gap I: Microwave Sintering for<br />

High-Density Sputtering Targets<br />

This method specifically intends to manufacture<br />

sputtering targets from ceramic powder using microwave<br />

sintering technology in order to raise the density level of<br />

3.4.5.3 噴 塗 技 術<br />

首 先 , 稀 土 原 材 料 在 感 應 熔 爐 內 熔 化 , 在 爐 內 的 坩 堝 底 部<br />

有 孔 , 使 金 屬 流 入 腔 內 令 熔 融 金 屬 被 氮 吹 成 小 滴 狀 的 金<br />

屬 。 液 滴 金 屬 在 液 體 形 式 下 累 積 在 一 個 收 集 器 內 , 並 在 收<br />

集 器 內 凝 固 形 成 鋼 錠 或 預 形 式 。 預 形 式 是 有 點 多 孔 的 , 並<br />

需 要 進 一 步 利 用 熱 等 靜 壓 鞏 固 至 100% 的 密 度 。 這 個 工 藝<br />

的 特 點 是 其 快 速 凝 固 的 速 度 , 因 為 金 屬 通 過 液 滴 狀 態 凝<br />

固 。 噴 射 成 形 的 金 屬 材 料 的 微 觀 結 構 更 細 小 及 更 均 勻 , 使<br />

靶 材 不 易 被 飛 濺 和 更 容 易 使 用 。 噴 熔 化 / 鑄 造 和 粉 末 冶 金 工<br />

藝 可 以 被 噴 塗 技 術 取 代 , 以 生 產 減 少 被 飛 濺 的 靶 材 。 圖 24<br />

顯 示 了 濺 射 靶 材 的 噴 射 成 形 方 法 。<br />

3.4.6 縮 小 差 距 1: 微 波 燒 結 高 密 度 靶 材<br />

這 種 方 法 具 體 使 用 微 波 燒 結 技 術 從 陶 瓷 粉 末 製 造 靶 材 , 以<br />

提 高 傳 統 陶 瓷 靶 材 的 密 度 水 平 。 濺 射 薄 膜 表 面 上 形 成 粒 子<br />

的 主 因 之 一 , 是 要 靶 材 呈 現 相 對 較 高 的 孔 隙 度 。 非 常 高 密<br />

度 靶 材 被 認 為 是 製 造 超 光 滑 表 面 必 要 的 元 素 。<br />

設 在 美 國 錢 德 勒 的 賀 利 氏 公 司 (www.heraeus.com) 提 供 微<br />

波 燒 結 技 術 解 決 方 案 以 生 產 高 密 度 的 稀 土 陶 瓷 靶 材 。 利 用<br />

微 波 能 量 加 熱 和 燒 結 陶 瓷 粉 末 , 以 生 產 非 常 高 密 度 靶 材 是<br />

一 個 高 效 率 和 高 成 本 效 益 的 方 法 。 因 為 它 通 過 高 效 率 的 內<br />

部 熱 力 有 效 地 自 我 加 熱 , 迅 速 及 均 勻 地 把 熱 供 給 整 個 材<br />

料 。 此 外 , 它 是 不 依 賴 傳 導 熱 能 的 。 應 用 微 波 能 燒 結 靶 材 ,<br />

如 陶 瓷 、 電 介 質 和 金 屬 陶 瓷 等 , 令 其 產 生 細 晶 粒 、 大 小 均<br />

43


the conventional ceramic targets. One of the main causes<br />

of particle formation on the surface of sputtered films is<br />

that the target materials exhibit relatively high porosity. It<br />

is considered necessary to have very high density<br />

sputtering targets in order to achieve ultra-smooth<br />

surfaces.<br />

勻 及 緻 密 的 微 觀 結 構 , 加 強 相 應 濺 射 工 藝 塗 層 的 性 能 。<br />

Figure 24: Spray Forming Method for Sputtering Targets<br />

圖 24: 靶 材 的 噴 射 成 形 方 法<br />

Heraeus Inc. (www.heraeus.com) based in Chandler,<br />

USA, provides technology solutions in production of<br />

high-density sputtering targets of rare earth ceramics by<br />

microwave sintering. Treating a powder compact green<br />

body of a particular target material with microwave<br />

energy for heating and sintering is an efficient and<br />

cost-effective way to produce very high-density sputtering<br />

targets because it is effective in self-heating through<br />

high-efficiency internal thermal heating, which converts<br />

rapidly and homogeneously throughout the given material<br />

and does not rely on conduction of thermal energy. The<br />

application of microwave energy for sintering target<br />

materials, such as ceramics, dielectrics and cermets,<br />

results in fine grain sizes with homogeneous and dense<br />

microstructures that enhance the performance of the<br />

corresponding sputtering processes of coatings.<br />

In general, the processing steps involved in microwave<br />

sintering of high-density sputtering target materials flow<br />

are as follows:<br />

1. Blending and mixing of raw powder materials with or<br />

without binder<br />

2. Pressing the powder to form the green body through<br />

uni-axial or cold isostatic pressing (CIP)<br />

3. Conducting microwave sintering<br />

4. Machining<br />

3.4.7 Closing the Gap II: Target with Nondendritic<br />

Microstructure<br />

Uniformity of metal target materials is essential for many<br />

high-tech applications that require a fine-grain and cellular<br />

nondendritic microstructure throughout the target.<br />

Recent advances by Howmet Corp. based in Whitehall,<br />

USA, in production of target materials of rare earth<br />

metals and related alloys with the stated requirements<br />

include the following steps:<br />

1. Melting a metal-based material: The melting can be<br />

achieved by VIM or EBM.<br />

2. Controlling the temperature of the molten material<br />

to approximately 10 O C below the melting point in<br />

order to avoid overheating<br />

3. Subjecting the molten material directly into a mould<br />

having the shape of the target, which the mould can<br />

either be metal or ceramic in conventional shape<br />

4. Solidifying the target material with a controlled rate<br />

to obtain an equiaxed, cellular, nondendritic grain<br />

microstructure uniformly throughout the sputtering<br />

target<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

在 一 般 情 況 下 , 微 波 燒 結 高 密 度 濺 射 靶 材 所 涉 及 的 處 理 步<br />

驟 如 下 :<br />

1. 利 用 或 不 利 用 粘 結 劑 混 合 原 料 粉 體 材 料<br />

2. 通 過 單 軸 或 冷 等 靜 壓 成 型 把 粉 材 壓 成 綠 件<br />

3. 進 行 微 波 燒 結<br />

4. 機 械 加 工<br />

3.4.7 縮 小 差 距 2: 含 非 枝 晶 微 觀 結 構 的 靶 材<br />

金 屬 靶 材 的 均 勻 性 在 許 多 高 科 技 的 應 用 中 是 必 不 可 少 的 ,<br />

它 們 很 多 也 需 要 細 顆 粒 和 非 枝 晶 的 微 觀 結 構 。 位 於 美 國 白<br />

廳 的 豪 梅 特 公 司 最 近 在 稀 土 金 屬 和 相 關 合 金 材 料 的 靶 材 生<br />

產 發 展 了 符 合 上 述 要 求 的 生 產 步 驟 :<br />

1. 熔 化 金 屬 基 材 料 : 真 空 感 應 熔 煉 或 電 子 束 熔 煉 可 以 把<br />

金 屬 熔 掉<br />

2. 為 了 避 免 過 熱 , 控 制 熔 融 物 料 的 溫 度 在 低 於 熔 點 約 攝<br />

氏 10 度<br />

3. 把 熔 融 物 料 直 接 放 入 有 靶 材 形 狀 的 模 具 , 模 具 可 以 是<br />

常 規 形 狀 的 金 屬 或 陶 瓷<br />

4. 控 制 靶 材 的 凝 固 率 , 以 令 整 個 濺 射 靶 材 達 到 等 軸 及 均<br />

勻 的 非 枝 晶 晶 粒 組 織<br />

44


3.4.8 Closing the Gap III: Diffusion Bonding for<br />

Large Sputtering Targets<br />

The shapes of large sputtering targets are often billets or<br />

bars in order to conduct sputtering process for large area<br />

coating applications. The production process of large<br />

sputtering targets usually entails the following steps:<br />

1. CIP<br />

2. Sintering<br />

3. Hot rolling<br />

4. Machining<br />

However, the above steps pose problems on rather low<br />

sputtering yield and difficult-to-etch coating. One of the<br />

ways to solve these problems is to have two or more<br />

pre-sintered ingots stacked on one another with metal<br />

powders placed at the joints between the adjacent bodies.<br />

This stack structure is then undergone HIP in order to<br />

form diffusion bonds at each ingot/metal powder/ingot<br />

junction, resulting in large billets or bars by joining<br />

multiple ingots. This process is capable to produce<br />

sputtering targets with dimensions up to 3m long and 22.5<br />

cm wide/thick.<br />

The new process can also be obtained through<br />

technology transfer from Howmet Corp. (US).<br />

3.5 Rare Earth Master Alloys – Emerging<br />

Production Technologies<br />

3.5.1 Overview of Master Alloys<br />

Master alloy is a combination (alloy or mixture) of<br />

elements, added to a metal bath in order to obtain a<br />

particular chemical composition or to bring about a<br />

particular reaction, e.g. deoxidation, desulphurization,<br />

degassing or grain refining. It is usually a base metal such<br />

as aluminum, magnesium, copper, nickel or even precious<br />

metal (such as gold) combined with a relatively high<br />

percentage of one or more elements. Master alloys are<br />

produced in various shapes as semi-finished product for<br />

use as a raw material by the metals industry. Examples<br />

are: ingot, waffle plate, rod, etc. Master alloys are used<br />

worldwide. Invariably they are found in plants where<br />

metal is melted, alloyed with various elements and then<br />

cast into shapes.<br />

There are various reasons for adding master alloys to a<br />

melt. One of the main applications is composition<br />

adjustment, i.e. changing the composition of the liquid<br />

metal to achieve the desired chemical specification.<br />

Another important application is structure control -<br />

influencing the microstructure of a metal during casting<br />

and solidification in order to change its properties. Such<br />

properties include mechanical strength, ductility, electrical<br />

conductivity, castability or surface appearance. A master<br />

alloy is sometimes also referred to as "hardener", "grain<br />

refiner" or "modifier" depending on its application.<br />

3.4.8 縮 小 差 距 3: 大 型 靶 材 的 擴 散 焊 接<br />

大 型 靶 材 的 形 狀 往 往 是 鋼 坯 或 鋼 條 形 , 以 為 大 面 積 塗 層 的<br />

應 用 進 行 濺 射 技 術 。 大 型 靶 材 的 生 產 過 程 通 常 需 要 以 下 步<br />

驟 :<br />

1. 冷 等 靜 壓 成 型<br />

2. 燒 結<br />

3. 熱 軋<br />

4. 機 械 加 工<br />

然 而 , 上 述 步 驟 令 塗 層 技 術 出 現 相 當 低 的 濺 射 產 額 和 難 以<br />

蝕 刻 的 塗 層 等 問 題 。 解 決 這 些 問 題 的 方 法 之 一 , 是 利 用 兩<br />

個 或 兩 個 以 上 的 預 燒 結 錠 相 連 着 , 並 以 金 屬 粉 末 放 在 預 燒<br />

結 錠 間 , 然 後 , 這 個 結 構 將 被 熱 等 靜 壓 處 理 , 以 為 錠 / 金 屬<br />

粉 末 / 錠 交 界 形 成 擴 散 結 合 , 使 多 個 錠 聯 合 形 成 大 型 的 鋼 坯<br />

或 鋼 條 。 這 個 技 術 能 夠 生 產 尺 寸 高 達 3 米 長 及 22.5 釐 米 寬 /<br />

厚 的 靶 材 。<br />

這 個 新 的 工 藝 也 可 以 從 豪 梅 特 公 司 ( 美 國 ) 通 過 技 術 轉 移<br />

獲 得 的 。<br />

3.5 稀 土 母 合 金 — 新 興 製 造 科 技<br />

3.5.1 母 合 金 的 概 況<br />

母 合 金 是 一 種 元 素 的 組 合 ( 合 金 或 混 合 物 ) 加 入 被 熔 煉 的<br />

金 屬 , 以 獲 得 特 定 的 化 學 成 分 或 帶 來 一 個 特 殊 的 反 應 , 例<br />

如 : 去 氧 、 脫 硫 、 脫 氣 或 晶 粒 細 化 等 。 它 通 常 是 由 基 本 金<br />

屬 , 如 鋁 、 鎂 、 銅 、 鎳 或 貴 金 屬 ( 如 金 ) 結 合 , 並 帶 有 相<br />

對 較 高 的 一 個 或 多 個 元 素 比 例 。 母 合 金 生 產 成 各 種 形 狀 的<br />

半 成 品 被 金 屬 業 作 為 原 料 使 用 , 例 如 : 錠 材 、 板 材 、 棒 等 。<br />

母 合 金 在 全 世 界 工 業 得 到 廣 泛 的 使 用 , 它 們 不 約 而 同 地 在<br />

工 廠 裡 被 熔 化 、 與 各 種 元 素 形 成 合 金 以 及 鑄 成 形 狀 。<br />

加 入 母 合 金 到 熔 體 的 主 因 是 要 調 整 金 屬 材 料 的 成 分 , 即 改<br />

變 液 態 金 屬 組 成 以 實 現 所 需 的 化 學 規 範 。 另 一 個 重 要 應 用<br />

是 控 制 結 構 ── 影 響 鑄 造 和 凝 固 過 程 中 金 屬 的 微 觀 結 構 ,<br />

以 改 變 其 屬 性 。 這 些 屬 性 包 括 機 械 強 度 、 延 展 性 、 導 電 性 、<br />

鑄 造 或 表 面 外 觀 。 因 應 著 其 不 同 的 應 用 情 況 , 母 合 金 有 時<br />

也 被 稱 為 「 固 化 劑 」、「 晶 粒 細 化 劑 」 或 「 修 改 劑 」。<br />

使 用 母 合 金 而 不 是 純 金 屬 的 原 因 可 能 是 經 濟 、 技 術 或 兩 者<br />

兼 而 有 之 。 以 純 金 屬 的 形 式 使 用 , 有 些 元 素 顯 示 高 虧 損 或<br />

低 產 , 其 它 元 素 不 會 在 當 時 的 前 爐 爐 溫 被 溶 解 , 母 合 金 往<br />

往 提 供 一 個 環 境 , 讓 溶 液 在 較 低 溫 度 下 更 快 溶 解 , 節 省 了<br />

寶 貴 的 能 源 和 生 產 時 間 。 請 參 考 相 圖 、 蒸 汽 壓 力 曲 線 和 埃<br />

45


Reasons for using a master alloy instead of a pure metal<br />

can be economic, technical or both. Some elements show<br />

high losses - or poor yield - when added in pure form.<br />

Others will not dissolve at all at the furnace temperature<br />

prevailing in a casthouse. A master alloy often provides<br />

the solution, as it dissolves much quicker at lower<br />

temperatures, saving valuable energy and production<br />

time. With reference to phase diagrams, vapour pressure<br />

curves and Ellingham diagrams, engineers have combined<br />

materials technology with manufacturing excellence to<br />

develop production techniques for a vast number master<br />

alloys.<br />

In many cases, REEs are incorporated in the end<br />

product/application as a minor but critical component.<br />

Therefore it is very important to control the precise<br />

amount of REEs present in the raw materials (e.g. alloy<br />

ingot for die casting) for production process. To achieve<br />

high precision while facilitating robust production<br />

processes, a master alloy with REEs is usually applied for<br />

preparation of the starting materials. The master alloy<br />

industry uses specialized equipment such as high<br />

temperature induction furnaces to produce the alloy<br />

composition suitable for use by the regular metals<br />

industry.<br />

Benefits of using master alloy:<br />

1. Facilitate introduction of high temperature<br />

melting elements to a relatively<br />

low-temperature bath of metal, resulting in the<br />

following benefits:<br />

a. Increase recovery and reduce metal<br />

loss by avoiding high bath<br />

temperatures and prolonged periods<br />

of alloying and mixing.<br />

b. Oxidation and/or evaporation rate is<br />

lower than pure metals.<br />

c. Increase refractory life by avoiding high<br />

bath temperatures and prolonged<br />

stirring.<br />

d. Enhance safety by avoiding high alloying<br />

temperatures and handling of reactive<br />

pure elements.<br />

e. Reduce labour cost with a shorter<br />

production cycle.<br />

2. Improve chemistry control, replacing scrap with<br />

known master alloy chemistry and avoid<br />

potential contamination.<br />

3. Cost reduction when compared to use of virgin<br />

metal additions in many cases.<br />

4. Custom specification master alloys allow<br />

introduction of multiple pre-alloyed elements<br />

simultaneously in one addition.<br />

5. Improve alloy homogeneity by eliminating<br />

introduction of single elements.<br />

6. Reduce need for deoxidizers in many cases.<br />

7. Allow last minute chemistry correction<br />

additions, further reducing furnace time.<br />

林 厄 姆 的 圖 表 。 工 程 師 結 合 材 料 技 術 與 製 造 優 勢 , 為 廣 大<br />

母 合 金 材 料 發 展 生 產 技 術 。<br />

在 大 部 分 情 況 下 , 稀 土 被 應 用 於 最 終 產 品 或 作 為 一 個 細 微<br />

但 重 要 組 成 部 分 , 因 此 , 在 生 產 過 程 ( 如 壓 鑄 合 金 錠 ) 中<br />

稀 土 元 素 的 確 切 數 量 控 制 有 非 常 重 要 作 用 。 稀 土 母 合 金 通<br />

常 應 用 在 製 造 起 始 原 料 , 使 其 精 度 高 同 時 促 進 生 產 技 術 。<br />

母 合 金 行 業 使 用 專 用 設 備 , 如 高 溫 感 應 爐 , 以 生 產 適 用 普<br />

通 金 屬 行 業 使 用 的 合 金 成 分 。<br />

使 用 母 合 金 的 好 處 :<br />

1. 促 進 把 高 溫 熔 融 元 素 引 入 相 對 低 溫 金 屬 , 導 致 了<br />

以 下 好 處 :<br />

a. 避 免 高 溫 度 和 過 長 的 合 金 和 混 合 時 間 , 提<br />

高 資 源 回 收 率 , 減 少 金 屬 損 失 。<br />

b. 氧 化 和 / 或 蒸 發 率 低 於 純 金 屬<br />

c. 避 免 高 溫 度 和 延 長 攪 拌 , 提 高 耐 火 性<br />

d. 避 免 高 合 金 溫 度 和 活 性 純 元 素 的 處 理 , 提<br />

高 安 全 性 。<br />

e. 較 短 的 生 產 週 期 , 降 低 勞 動 力 成 本<br />

2. 提 高 化 學 控 制 , 取 代 已 知 的 母 合 金 化 學 廢 料 和 避<br />

免 潛 在 的 污 染<br />

3. 在 許 多 情 況 下 與 增 加 使 用 的 全 新 金 屬 時 相 比 降 低<br />

成 本<br />

4. 可 同 時 引 進 多 個 預 合 金 元 素 為 母 合 金 自 訂 規 格<br />

5. 通 過 消 除 單 一 元 素 的 引 入 , 提 高 合 金 的 均 勻 性<br />

6. 許 多 情 況 下 , 降 低 去 氧 劑 的 需 要<br />

7. 允 許 增 加 最 後 化 學 校 正 , 進 一 步 降 低 在 爐 時 間<br />

3.5.2 稀 土 母 金 屬 的 應 用 例 子<br />

鋁 基 材 母 合 金<br />

鍛 造 和 鑄 造 的 鋁 合 金 世 界 中 , 鋁 基 材 母 合 金 通 常 被 分 為 不<br />

同 的 群 體 , 有 為 了 添 加 而 調 整 成 分 以 滿 足 最 終 化 學 規 範<br />

的 , 它 們 往 往 被 添 加 加 強 合 金 , 因 此 通 常 被 稱 為 「 固 化 劑 」,<br />

例 子 包 括 鋁 錳 、 鋁 鐵 、 鋁 鉻 、 鋁 銅 、 鋁 釩 等 , 形 狀 以 錠 材<br />

形 式 或 粉 末 壓 板 形 式 。<br />

另 一 個 重 要 組 別 是 「 晶 粒 細 化 劑 」, 意 思 是 指 添 加 合 金 作<br />

結 構 控 制 。 晶 粒 細 化 劑 對 鋁 合 金 的 凝 固 階 段 有 正 面 的 影<br />

響 , 其 作 用 是 防 止 裂 開 、 避 免 縮 孔 和 提 高 鑄 造 速 度 , 例 子<br />

有 鋁 鈦 硼 , 有 時 也 被 稱 為 如 品 牌 名 稱 Tibor 或 TiBAl。 另 一<br />

個 例 子 是 鋁 鈦 碳 , 有 時 也 被 稱 為 Ticar 或 TiCAl。 這 些 合 金<br />

主 要 用 於 鑄 造 過 程 中 的 連 續 抽 油 杆 形 式 以 作 連 續 接 種 , 杆<br />

枝 單 元 ( 杆 支 線 ) 是 用 來 確 保 準 確 的 添 加 率 。<br />

46


3.5.2 Application Examples of Master Alloy of<br />

Rare Earths<br />

Aluminium based master alloys<br />

In the aluminium wrought and foundry alloy world,<br />

aluminium based master alloys are usually distinguished<br />

into different groups. There are those added for<br />

composition adjustment to meet the final chemical<br />

specification. They are often added to strengthen the<br />

alloy and are therefore often referred to as "hardeners".<br />

Examples are AlMn, AlFe, AlCr, AlCu, AlV etc. either in the<br />

form of waffle ingot or as a powder compact, i.e. alloying<br />

tablets or briquettes.<br />

Another important group is the "grain refiners", alloys<br />

that are added for structure control. A grain refiner<br />

influences the aluminium alloy during the solidification<br />

stage. Its role is to prevent cracking, combat shrinkage<br />

porosity and increase the casting speed. Examples are<br />

Aluminum-Titanium-Boron or AlTiB for short.<br />

Sometimes also referred to by brand names such as,<br />

Tibor or TiBAl. Another example is Aluminium-<br />

Titanium-Carbon or AlTiC for short, sometimes also<br />

called Ticar or TiCAl. These alloys are predominantly<br />

used in the form of coiled rod for continuous inoculation<br />

during casting. A rod feeding unit (rod feeder) ensures<br />

accurate addition rates.<br />

For foundry alloys an important alloy is the<br />

Aluminium-Strontium or AlSr "Modifier". Modifiers<br />

change the structure of the AlSr eutectic from a needle<br />

into a globular shape thereby markedly increasing alloy<br />

ductility. Strontium modification today has largely<br />

replaced previous Na-modification and is an essential<br />

part of modern melt treatment.<br />

Some master alloys are added for specific purposes<br />

other than the ones listed above. For instance<br />

Aluminium-Boron or AlB or Boral is added to increase<br />

the electrical conductivity of EC grade aluminium, a<br />

procedure often referred to as boron treatment.<br />

Aluminium-Beryllium or AlBe and currently also<br />

Aluminium-Calcium (AlCa) is added to minimise oxide<br />

and spinel formation in AlMg alloys and for instance<br />

Aluminium-Zirconium is used to increase the<br />

recrystallisation temperature of the 7000 series alloys.<br />

Magnesium based Master Alloys<br />

The alloys from which die castings are normally made are<br />

mainly of the magnesium-aluminum-zinc type. Two<br />

versions of this alloy from which die castings have been<br />

made for many years are AZ9lA and AZ9IB.<br />

The most important feature of magnesium castings,<br />

which gives rise to their preferred use compared with<br />

other metals and materials, is their light weight. Because<br />

一 個 重 要 的 鑄 造 合 金 是 鋁 鍶 改 良 成 分 。 改 良 成 分 從 一 根 針<br />

到 一 個 球 狀 的 形 狀 改 變 鋁 鍶 的 共 晶 結 構 , 從 而 顯 著 提 高 合<br />

金 的 塑 性 。 鍶 改 性 現 已 很 大 程 度 上 取 代 了 以 前 的 鈉 修 改 ,<br />

是 一 個 現 代 化 熔 體 處 理 的 重 要 組 成 部 分 。<br />

除 了 上 面 列 出 的 用 途 , 有 些 母 合 金 被 添 加 以 提 供 其 它 特 定<br />

用 途 , 例 如 鋁 硼 或 Boral 加 入 EC 級 鋁 以 增 加 其 導 電 性 , 此<br />

過 程 通 常 被 稱 為 硼 處 理 。 目 前 鋁 鈹 及 鋁 鈣 還 被 添 加 , 以 儘<br />

量 減 少 鋁 鎂 合 金 的 氧 化 物 和 尖 晶 石 形 成 , 另 一 個 例 子 是 鋁<br />

鋯 用 於 增 加 7000 系 列 合 金 的 再 結 晶 溫 度 。<br />

鎂 基 材 母 合 金<br />

由 壓 鑄 所 作 的 工 件 通 常 使 用 鎂 ─ 鋁 ─ 鋅 類 型 的 合 金 。 多 年<br />

來 ,AZ9lA 和 AZ9IB 是 兩 種 從 壓 鑄 製 造 的 合 金 。<br />

鎂 鑄 件 最 重 要 的 特 色 是 輕 , 與 其 它 金 屬 材 料 相 比 時 , 它 們<br />

會 成 為 首 選 , 正 因 如 此 , 自 第 二 次 世 界 大 戰 以 來 , 軍 用 和<br />

商 用 飛 機 和 航 空 航 天 應 用 大 量 鎂 鑄 件 。 最 近 , 作 為 製 造 更<br />

輕 汽 車 的 總 體 要 求 以 節 約 能 源 , 汽 車 工 業 已 越 來 越 多 地 使<br />

用 鎂 為 主 要 的 壓 鑄 件 。<br />

然 而 , 鎂 比 其 它 金 屬 具 有 其 它 重 要 的 鑄 造 優 勢 :<br />

這 是 一 種 存 量 很 足 夠 的 金 屬<br />

鎂 比 鋁 容 易 加 工<br />

鎂 在 乾 燥 的 環 境 下 比 鋁 加 工 的 速 度 快<br />

在 壓 鑄 的 過 程 中 , 壓 鑄 鎂 可 以 比 鋁 快 四 倍 , 其 模 具 的 壽 命<br />

比 鋁 合 金 應 用 的 模 具 為 長 , 因 為 比 較 少 鎂 金 屬 熔 料 焊 接 到<br />

模 具 的 表 面 上 , 當 保 護 得 宜 , 特 別 是 對 電 的 影 響 , 它 的 表<br />

現 是 非 常 令 人 滿 意 的 。 現 代 鑄 造 方 法 和 現 有 防 護 塗 層 的 應<br />

用 能 確 保 設 計 良 好 的 部 件 壽 命 增 長 。<br />

今 天 最 先 進 的 技 術 使 生 產 複 雜 薄 壁 部 件 變 得 可 行 , 最 終 產<br />

品 具 有 高 度 的 穩 定 性 及 較 輕 。 熔 融 鎂 鑄 造 合 金 的 熔 煉 和 收<br />

集 爐 一 般 都 是 像 鑄 造 鋁 合 金 應 用 的 類 似 設 計 , 屬 間 接 加 熱<br />

坩 堝 類 型 的 。 然 而 , 與 鋁 合 金 相 比 , 不 同 的 鎂 合 金 化 學 和<br />

物 理 性 質 令 鎂 合 金 必 須 使 用 不 同 的 坩 堝 材 料 、 耐 火 材 料 內<br />

層 和 技 術 設 備 的 設 計 修 改 。<br />

除 非 已 採 取 審 慎 措 施 防 止 熔 融 金 屬 表 面 氧 化 , 否 則 當 鎂 熔<br />

融 時 , 它 容 易 氧 化 和 爆 炸 。 鋁 合 金 往 往 在 熔 融 的 時 候 形 成<br />

一 個 連 續 及 不 透 水 的 氧 化 層 , 限 制 進 一 步 氧 化 , 但 是 熔 融<br />

的 鎂 合 金 卻 有 不 同 的 表 現 。 鎂 合 金 在 熔 化 的 金 屬 表 面 上 形<br />

成 一 層 鬆 散 而 滲 透 氧 化 膜 , 這 允 許 氧 氣 通 過 和 支 持 在 此 膜<br />

下 氧 化 燃 燒 。 因 此 , 使 用 助 焊 劑 或 保 護 氣 體 覆 蓋 排 除 氧 氣<br />

47


of this, magnesium castings have found considerable use<br />

since World War II in aircraft and aerospace applications,<br />

both military and commercial. More recently, as a result<br />

of a general requirement for lighter weight automobiles<br />

to conserve energy, there has been a growing use of<br />

magnesium in the automotive field, principally as<br />

die-castings.<br />

Magnesium, however, has other important casting<br />

advantages over other metals:<br />

It is an abundantly available metal<br />

It is easier to machine than aluminum<br />

It can be machined much faster than aluminum,<br />

preferably dry<br />

In the die casting process, it can be cast up to four times<br />

faster than aluminium. Die lives are considerably longer<br />

than with the aluminum alloys, because much less<br />

welding onto the die surfaces takes place. When<br />

protected correctly, particularly against galvanic effects, it<br />

behaves in a very satisfactory manner. Modern casting<br />

methods and the application of protective coatings<br />

currently available ensure long life for well-designed<br />

components.<br />

Today’s state-of-the-art technology makes it possible to<br />

produce parts of considerable complexity having<br />

thin-wall sections. The end product has a high degree of<br />

stability as well as being light in weight. Furnaces for<br />

melting and holding molten magnesium casting alloys are<br />

generally the indirectly heated crucible type, of a design<br />

similar to those employed for aluminum casting alloys.<br />

The different chemical and physical properties of the<br />

magnesium alloys in comparison to aluminum alloys,<br />

however, necessitate the use of different crucible<br />

materials and refractory linings and the modification of<br />

process equipment design.<br />

When magnesium becomes molten, it tends to oxidize<br />

and explode, unless care is taken to protect the molten<br />

metal surface against oxidation. Molten magnesium alloys<br />

behave differently from aluminum alloys, which tend to<br />

form a continuous, impervious oxide skin on the molten<br />

bath, limiting further oxidation. Magnesium alloys, on the<br />

other hand, form a loose, permeable oxide coating on<br />

the molten metal surface. This allows oxygen to pass<br />

through and support burning below the oxide at the<br />

surface. Protection of the molten alloy using either a flux<br />

or a protective gas cover to exclude oxygen is therefore<br />

necessary.<br />

Molten magnesium does not attack iron in the same way<br />

as molten aluminium, and the metal can therefore be<br />

melted and held at temperature in crucibles fabricated<br />

from ferrous materials. It is common practice, therefore,<br />

especially with larger castings, to melt and process the<br />

molten magnesium alloy and to pour the casting from the<br />

same steel crucible.<br />

接 觸 熔 融 合 金 的 保 護 是 必 要 的 。<br />

熔 融 鎂 與 鐵 及 鋁 是 以 不 同 的 方 式 作 反 應 , 因 此 熔 融 的 鎂 鐵<br />

金 屬 可 以 被 熔 化 , 並 在 坩 堝 內 可 維 持 高 溫 以 製 造 有 色 金 屬<br />

材 料 。 所 以 , 對 較 大 的 鑄 件 來 說 , 融 化 和 加 工 熔 融 的 鎂 合<br />

金 , 並 倒 入 來 自 同 一 鋼 坩 堝 作 鑄 造 技 術 乃 常 見 的 做 法 。<br />

銅 - 鍺 - 硼 母 合 金 ( 用 作 製 造 銀 銅 合 金 )<br />

世 界 最 大 的 珠 寶 首 飾 公 司 及 製 造 業 大 多 位 於 東 南 亞 或 印 度<br />

等 地 區 , 該 地 區 的 政 府 對 進 口 銀 和 半 成 品 的 銀 製 品 都 徵 收<br />

高 額 稅 金 , 因 此 , 製 造 商 喜 歡 購 買 母 合 金 來 生 產 珠 寶 首 飾 ,<br />

因 為 母 合 金 的 進 口 稅 金 相 對 較 低 。 應 用 於 銀 首 飾 的 母 合 金<br />

包 含 金 屬 元 素 , 如 銅 、 鋅 、 鎳 等 , 珠 寶 製 造 商 把 母 合 金 與<br />

在 當 地 所 採 購 的 銀 一 起 融 化 。 提 供 母 合 金 的 難 處 在 於 它 被<br />

熔 化 時 的 條 件 可 能 有 很 大 的 不 同 , 如 果 不 是 在 最 佳 的 條 件<br />

下 進 行 加 工 , 有 可 能 會 丟 失 一 些 在 合 金 內 的 活 性 元 素 。<br />

銀 ─ 銅 ─ 鍺 合 金 是 需 要 硼 的 晶 細 化 劑 , 但 硼 容 易 與 氧 發 生<br />

反 應 , 因 此 , 確 保 母 合 金 中 有 大 量 的 硼 是 必 要 的 , 這 是 為<br />

了 補 充 在 隨 後 重 新 熔 化 和 熔 模 精 密 鑄 造 中 的 任 何 損 失 。 通<br />

常 硼 是 以 98% 的 銅 及 2% 的 硼 的 母 合 金 添 加 至 銀 ─ 銅 ─ 鍺<br />

合 金 中 , 除 非 謹 慎 使 用 , 否 則 銅 硼 母 合 金 是 不 容 易 使 用 及<br />

很 易 為 最 後 的 合 金 帶 來 硬 點 。 硬 點 可 能 導 致 產 品 最 終 的 缺<br />

陷 , 是 一 個 嚴 重 的 問 題 。 因 為 通 常 到 生 產 的 最 後 階 段 , 才<br />

會 發 現 硬 點 這 問 題 。<br />

鐵 、 鋼 和 高 溫 合 金 產 業 的 添 加 劑<br />

傳 統 的 冶 金 鋼 , 由 於 在 燒 結 鋼 中 的 低 氧 親 和 力 及 良 好 的 機<br />

械 性 能 , 金 屬 如 銅 、 鉬 、 鎳 等 是 常 被 使 用 的 元 素 , 然 而 ,<br />

這 些 金 屬 元 素 的 成 本 增 加 , 結 合 回 收 銅 的 困 難 及 處 理 鎳 所<br />

產 生 的 健 康 問 題 等 , 使 基 於 新 穎 元 素 及 比 較 合 乎 經 濟 效 益<br />

的 新 合 金 系 統 的 研 究 更 為 吸 引 。 利 用 母 合 金 技 術 , 高 氧 親<br />

和 力 的 金 屬 元 素 如 鉻 、 釩 、 錳 、 矽 等 可 以 更 容 易 地 引 入 燒<br />

結 鋼 。<br />

廣 泛 的 母 合 金 被 應 用 於 生 產 不 銹 鋼 、 特 殊 鋼 及 高 溫 合 金 ,<br />

以 提 供 固 溶 強 化 、 沉 澱 硬 化 、 最 終 去 氧 及 脫 硫 、 氮 清 除 、<br />

形 成 碳 化 物 等 材 料 功 效 , 包 括 鐵 鋯 (FeZr)、 鐵 鈮 (FeNb)、<br />

鎳 鉬 (NiMo)、 鎳 鈣 (NiCa)、 鎳 鈮 (NiNb) 和 鎳 硼 (NiB)。<br />

這 些 微 妙 的 合 金 , 通 常 必 須 滿 足 極 其 嚴 格 的 規 範 和 雜 質 含<br />

量 , 及 受 到 非 常 嚴 格 的 品 質 保 證 程 序 。<br />

48


Copper-germanium-boron master alloy (for making<br />

silver-copper based alloys)<br />

Most of the largest manufacturing jewellery companies in<br />

the world are located in South East Asia or India.<br />

Governments in these regions levy high taxes on<br />

imported silver and semi-finished silver products.<br />

Manufacturers therefore prefer to purchase master<br />

alloys for their jewellery production because they attract<br />

much less import duty. Master alloys for silver jewellery<br />

consist of metallic elements, such as copper, zinc, nickel,<br />

etc. The jewellery manufacturer then melts the master<br />

alloy with silver that is sourced from within the region.<br />

The difficulty in supplying master alloy is that the<br />

conditions under which it is melted may vary widely. If<br />

the conditions are not optimal there is a danger that<br />

some of the more reactive elements in the alloy may be<br />

lost.<br />

Silver-copper-germanium alloys always require a grain<br />

refiner in the form of boron. Boron easily reacts with<br />

oxygen and it is necessary to ensure a generous level of<br />

boron is available in the master alloy. This is to allow for<br />

any loss during subsequent re-melting and investment<br />

casting. Boron is normally added to alloys in the form of<br />

its own 98% copper, 2% boron master alloy. CuB master<br />

alloys are not easy to use and are prone to give hard<br />

spots in the final alloy unless used sparingly. Hard spots<br />

can cause finishing defects and are a serious problem<br />

because they are often not discovered until the final<br />

stages of production.<br />

Additives for the Iron, Steel and Superalloy Industry<br />

In conventional metallurgy for steels, elements such us<br />

Cu, Mo and Ni are commonly used due to their low<br />

oxygen affinity and the good mechanical properties<br />

obtained in the sintered steels. However, the increasing<br />

cost of these elements, combined with the difficulty for<br />

recycling Cu and the health problems derived from Ni<br />

handling, makes it interesting to study new alloying<br />

systems based on novel elements, which are more<br />

economical. Using master alloy technique, the elements<br />

with high affinity for oxygen, such us chromium,<br />

vanadium, manganese and silicon can be easily introduced<br />

into sintered steels.<br />

Ranges of master alloys are used in the production of<br />

stainless steels, special steels and superalloys for<br />

precipitation hardening, solid solution strengthening, and<br />

final deoxidation and desulphurisation, nitrogen<br />

scavenging, carbide formation etc. The range includes<br />

Ferro-Zirconium (FeZr), Ferro-Niobium (FeNb),<br />

Nickel-Molybdenum (NiMo), Nickel-Calcium (NiCa),<br />

Nickel-Niobium (NiNb) and Nickel-Boron (NiB). These<br />

delicate alloys must usually meet extremely tight<br />

specifications for impurity levels and are subject to very<br />

stringent quality assurance procedures.<br />

3.5.3 母 合 金 的 加 工 技 術<br />

真 空 感 應 熔 煉 及 鑄 造<br />

真 空 感 應 熔 煉 科 技<br />

許 多 金 屬 和 材 料 的 熱 加 工 技 術 , 尤 其 是 融 化 , 最 好 是 在 真<br />

空 或 可 控 氣 壓 系 統 下 進 行 。 真 空 技 術 在 生 產 合 金 領 域 當 中<br />

是 絕 對 必 要 的 , 因 為 其 氧 化 特 性 只 能 在 真 空 或 惰 性 氣 氛 中<br />

進 行 的 , 可 控 氣 壓 限 制 在 熔 體 內 非 金 屬 氧 化 物 的 夾 雜 物 。<br />

合 金 和 許 多 其 它 先 進 活 性 金 屬 的 創 造 和 鑄 造 , 需 要 先 進 的<br />

真 空 或 可 控 氣 壓 熔 煉 和 重 熔 系 統 , 許 多 高 品 質 的 特 種 金 屬<br />

和 材 料 的 生 產 和 提 煉 , 亦 採 用 當 今 最 先 進 的 真 空 和 可 控 氣<br />

氛 熔 煉 系 統 。<br />

真 空 感 應 熔 煉 是 一 個 高 度 靈 活 的 生 產 稀 土 金 屬 及 相 關 合 金<br />

系 統 的 技 術 , 它 涉 及 在 真 空 或 保 護 氣 壓 下 通 過 電 磁 感 而 熔<br />

化 金 屬 。 熔 煉 是 在 富 耐 火 材 料 作 內 層 的 熔 爐 內 或 水 冷 式 感<br />

應 線 圈 組 成 的 坩 堝 內 進 行 。 熔 爐 的 組 裝 是 完 全 被 一 個 有 水<br />

冷 的 鋼 爐 腔 所 封 閉 的 , 爐 裡 的 空 氣 可 以 通 過 真 空 泵 系 列 被<br />

抽 出 , 使 爐 裡 的 金 屬 可 被 熔 融 、 精 煉 及 在 真 空 或 惰 性 氣 體<br />

的 環 境 被 澆 到 模 具 成 型 。 這 技 術 容 許 強 氣 體 ( 如 氧 ) 親 和<br />

力 的 元 素 作 金 屬 和 合 金 的 精 煉 。 化 學 反 應 、 分 離 和 浮 選 能<br />

把 已 熔 解 和 被 化 學 粘 結 的 雜 質 除 去 , 熔 體 化 學 亦 可 被 精 確<br />

調 整 , 從 而 生 產 潔 淨 和 均 勻 的 最 終 產 品 。<br />

真 空 感 應 熔 煉 的 好 處 :<br />

• 任 擇 的 初 級 產 品 形 式 ( 散 裝 材 料 、 磚 、 粉 材 等 )<br />

• 熔 煉 過 程 中 在 熔 爐 可 以 執 行 初 始 填 充 , 在 融 化<br />

中 的 任 何 時 刻 加 強 氧 化 還 原 和 精 煉 工 藝<br />

• 在 沒 有 氧 氣 的 環 境 下 限 制 非 金 屬 氧 化 物 的 夾 雜<br />

和 防 止 反 應 元 素 被 氧 化<br />

• 可 把 液 態 金 屬 長 時 間 保 持 在 高 真 空 環 境<br />

• 能 達 到 非 常 接 近 的 成 分 容 差 和 氣 體 含 量<br />

• 能 有 效 地 利 用 溫 度 控 制 和 調 節 熔 融 狀 態<br />

• 在 較 高 的 蒸 汽 壓 力 下 能 除 去 不 需 要 的 微 量 元 素<br />

• 能 去 除 溶 解 的 氣 體 , 例 如 氧 、 氫 、 氮<br />

• 由 於 金 屬 的 動 態 攪 拌 , 能 調 整 精 確 和 均 勻 的 合<br />

金 成 分 和 熔 化 溫 度 ,<br />

• 極 具 成 本 效 益 和 生 態 清 潔<br />

• 微 組 織 控 制 是 通 過 仔 細 合 適 鑄 造 條 件 的 挑 選<br />

關 於 新 材 料 科 學 和 工 程 應 用 於 高 科 技 領 域 如 航 空 航 天 、 飛<br />

機 和 汽 車 等 行 業 , 以 上 真 空 感 應 熔 煉 的 好 處 尤 為 重 要 , 對<br />

這 些 原 料 的 額 外 加 強 和 安 全 增 強 , 能 添 加 這 些 行 業 產 品 的<br />

新 功 能 。<br />

49


3.5.3 Processing Technology for Master Alloys<br />

Vacuum Induction Melting (VIM) and Casting<br />

VIM Technology<br />

The thermal processing, most specifically melting, of<br />

many metals and materials is best done in a vacuum or<br />

controlled atmosphere system. Vacuum technologies are<br />

absolutely essential in producing alloys due to the fact<br />

that their oxidation characteristics can only be produced<br />

in the vacuum or inert atmosphere. Controlled<br />

atmosphere limits non-metallic oxide inclusions in the<br />

melt. The creation and casting of alloys and many other<br />

advanced and reactive metals require sophisticated<br />

vacuum or controlled atmosphere melting and<br />

re-melting systems. Many high quality specialty metals<br />

and materials are produced and refined using today's<br />

most advanced vacuum and controlled atmosphere<br />

melting systems.<br />

VIM is a highly flexible process for manufacturing an<br />

extensive range of rare earth based metal and alloy<br />

systems. It involves the melting of metals by means of<br />

electromagnetic induction while under vacuum or<br />

protective atmosphere. Melting takes place within a<br />

furnace consisting of a refractory lining or crucible inside<br />

a water-cooled induction coil. The furnace assembly is<br />

completely enclosed by a steel, water-cooled furnace<br />

chamber that is evacuated by a series of vacuum pumps<br />

so that the charge may be melted down, refined and<br />

poured into moulds under vacuum or inert gas. This<br />

process permits the refining of metals and alloys that<br />

contain elements having a strong affinity for certain gases<br />

such as oxygen. Chemical reaction, dissociation and<br />

flotation remove dissolved and chemically bonded<br />

impurities. Melt chemistry can be accurately adjusted<br />

thereby producing an end product that is clean and<br />

homogeneous.<br />

Advantages of VIM:<br />

• Optional primary products form (bulk<br />

material, bricks, powder form, etc)<br />

• Possibility to execute initial filling of the<br />

furnace during the process of melting, to<br />

intensify the process of de-oxidation and<br />

refining at any moment of melting<br />

• Melting under oxygen-free atmosphere, this<br />

limits formation of non-metallic oxide<br />

inclusions and prevents oxidation of reactive<br />

elements<br />

• Possibility of prolonged keeping of liquid<br />

metal in high vacuum<br />

• Achievement of very close compositional<br />

tolerances and gas contents<br />

• Ability to effectively control and regulate the<br />

melt condition by its temperature<br />

真 空 感 應 熔 煉 的 熔 爐 分 類<br />

真 空 感 應 熔 爐 有 不 同 的 種 類 ,2-100 公 斤 熔 體 是 屬 於 小 規 模<br />

生 產 或 作 研 究 的 應 用 ,100 噸 ( 或 以 上 ) 屬 生 產 規 模 的 機<br />

器 。 圖 25-27 顯 示 不 同 熔 體 的 真 空 感 應 熔 爐 , 從 5 公 斤 到<br />

高 達 250 公 斤 的 都 有 。 綜 合 生 產 控 制 提 供 了 極 好 的 熔 體 重<br />

複 性 , 所 以 大 部 分 數 量 的 批 量 規 模 是 可 行 的 , 可 以 具 有 典<br />

型 的 生 產 批 次 , 從 幾 十 公 斤 到 兩 噸 以 上 等 。<br />

根 據 使 用 者 在 功 能 和 操 作 模 式 的 特 殊 要 求 , 真 空 感 應 熔 爐<br />

基 本 分 類 如 下 :<br />

• 小 型 ( 以 公 斤 算 ) 或 大 型 ( 以 噸 算 )<br />

• 垂 直 型 或 水 平 型<br />

• 間 歇 式 或 半 連 續 式<br />

因 此 , 真 空 感 應 熔 爐 通 常 根 據 使 用 者 特 別 的 要 求 而 設 計 及<br />

製 造 。 表 13 列 出 真 空 感 應 熔 爐 的 主 要 供 應 商 。<br />

Table 13: Global Suppliers of VIM Furnaces<br />

表 13: 真 空 感 應 熔 爐 的 主 要 供 應 商<br />

Suppliers Country Website 網 站<br />

供 應 商 國 家<br />

Consarc<br />

US & UK http://www.consarc.<br />

美 國 及 英 國 com/<br />

ALD Vacuum Germany<br />

Technologies 德 國<br />

http:// www.ald-vt.de/<br />

Retech<br />

Systems<br />

US<br />

美 國<br />

http://www.retechsys<br />

temsllc.com/<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

小 型 真 空 感 應 熔 爐<br />

2-100 公 斤 的 真 空 感 應 熔 爐 在 小 規 模 生 產 或 作 研 究 應 用 , 通<br />

常 帶 有 水 冷 式 真 空 室 , 在 提 供 處 理 模 式 下 進 行 最 佳 的 成<br />

型 。 真 空 室 具 備 可 選 功 能 的 輔 助 設 備 , 以 確 保 最 大 的 靈 活<br />

性 。<br />

這 些 功 能 可 以 包 括 :<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

成 批 裝 料 及 精 細 合 金 加 入<br />

收 取 樣 本<br />

浸 入 式 電 熱 偶<br />

模 具 轉 盤 / 小 車 可 在 一 週 期 內 澆 注 多 個 模 具<br />

離 心 鑄 造<br />

視 鏡 觀 察 口<br />

高 真 空 抽 氣 系 統<br />

光 學 高 溫 計<br />

橋 式 斷 路 器<br />

50


• Removal of undesired trace elements with<br />

high vapour pressures<br />

• Removal of dissolved gases e.g. oxygen,<br />

hydrogen, nitrogen<br />

• Adjustment of precise and homogeneous<br />

alloy-composition and melt temperature due<br />

to the dynamic stirring of the metal<br />

• Highly cost-effective and ecologically clean<br />

• Microstructure control is achieved by careful<br />

selection of appropriate casting conditions<br />

大 型 真 空 感 應 熔 爐<br />

大 型 真 空 感 應 熔 爐 主 要 用 於 生 產 大 錠 以 作 重 熔 ( 電 極 ),<br />

以 及 小 型 圓 鋼 精 密 鑄 造 ( 母 合 金 棒 材 )。 這 些 系 統 通 常 設<br />

計 和 建 設 成 滿 足 獨 特 的 合 金 類 型 、 規 格 及 年 產 量 。 典 型 的<br />

設 計 涉 及 多 腔 及 半 連 續 爐 供 大 型 生 產 使 用 。<br />

Figure 25: Example of Side-opening Type Small Scale VIM<br />

Furnace<br />

圖 25: 側 門 開 幕 式 小 型 真 空 感 應 熔 爐<br />

The above is particularly significant regarding the<br />

application of the new materials in the high-tech fields of<br />

science and engineering such as aerospace, aircraft and<br />

car industries. Extra strengthening and safety<br />

enhancement of these raw materials will add new<br />

features to the products in these industries.<br />

Classification of VIM Furnaces<br />

VIM furnaces vary from 2-100 kg melt capacity for use in<br />

small scale production or research applications; up to<br />

100 tonnes (or more) production scale machines. Figures<br />

25-27 shows VIM machines of various capacities from<br />

5kg up to 250kg. Comprehensive production control<br />

provides excellent melt reproducibility and so individual<br />

batch sizes of any quantity are feasible, with typical<br />

production batches ranging from tens of kilograms up to<br />

two tonnes and above.<br />

Basic classification of VIM furnaces according to user’s<br />

special requirement in features and operation mode:<br />

• Small (kg) or large (tonnes) scale<br />

• Vertical type or horizontal type<br />

• Batch type or semi continuous type<br />

Therefore, VIM furnaces are usually build-to-order<br />

according to users specifications, major VIM suppliers are<br />

listed in Table 13.<br />

(Source 資 料 來 源 : www.consarc.com, 30 Jan, 2012)<br />

垂 下 式 或 水 平 式<br />

帶 有 前 開 檢 修 門 的 水 平 式 熔 爐 或 從 頂 開 蓋 的 垂 直 腔 配 置 可<br />

以 根 據 應 用 程 式 和 可 用 的 車 間 面 積 作 獨 立 設 計 。<br />

間 歇 式 或 半 連 續 式<br />

採 用 組 合 的 設 計 理 念 使 一 批 次 的 真 空 感 應 熔 爐 能 升 級 到 半<br />

連 續 真 空 感 應 爐 或 帶 有 另 一 個 模 具 腔 的 真 空 精 密 鑄 造 爐 。<br />

Figure 26: Large VIM Furnaces are Usually Build-to-order to<br />

Meet Specific Requirements<br />

圖 26: 根 據 獨 特 要 求 而 建 設 的 大 型 真 空 感 應 熔 爐<br />

Small VIM Furnaces<br />

VIM furnaces from 2-100 kg melt capacity for use in small<br />

scale production or research applications usually consist<br />

of a water-cooled vacuum chamber, providing optimum<br />

access for cold charging and servicing in a batch mode of<br />

operation. The chamber facilitates housing of auxiliary<br />

equipment with optional features to ensure maximum<br />

flexibility.<br />

These features can include:<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

Bulk charging and fine alloy additions<br />

Sample taking<br />

Immersion thermocouple<br />

Mould turntable/trolley for pouring multiple<br />

moulds in a single cycle<br />

(Source 資 料 來 源 : www.consarc.com, 30 Jan, 2012)<br />

51


Centrifugal casting<br />

Sight glass viewing port(s)<br />

High vacuum pumping system<br />

Optical pyrometer<br />

Bridge breaker<br />

Figure 27: Typical Component and Layout of a Vacuum<br />

Induction Melting and Casting Furnace<br />

圖 27: 典 型 的 真 空 感 應 熔 爐 及 鑄 造 爐 的 組 件 及 設 計<br />

Large VIM Furnaces<br />

Large VIM furnaces are primarily used for producing large<br />

ingots (electrodes) for re-melting and small round bars<br />

(master alloy barstock) for precision casting. These<br />

systems are usually designed and built to meet unique<br />

alloy types, specifications, and the annual tonnage desire.<br />

Typical design involves a multi-chamber, semi continuous<br />

furnace for large operations.<br />

Vertical type or horizontal type<br />

Horizontal furnaces with front opening access door or<br />

vertical chamber configurations with a top opening lid can<br />

be designed depending on the application and available<br />

floor space.<br />

Batch or Semi-continuous<br />

Using a modular design concept enables this range of<br />

batch VIM furnaces to be upgraded to a semi-continuous<br />

VIM or vacuum precision casting furnace with the addition<br />

of a mould chamber.<br />

Hardware Design Considerations of VIM Furnaces<br />

Induction Power Equipment<br />

Melting power is usually supplied from a solid state<br />

induction power supply. It is taken through the vacuum<br />

chamber by means of a vacuum sealed power<br />

feed-through or power port assembly to the melting coil.<br />

A quick change power port will allow the melting furnace<br />

coil assemblies to be rapidly exchanged in the hot<br />

condition thereby saving production time and increasing<br />

productivity.<br />

Vacuum System<br />

Vacuum pumping systems should be designed to provide<br />

consistent vacuum performance to suit the individual<br />

process requirements. The pumping systems should be<br />

designed with oil sealed rotary pumps, dry pumps, roots<br />

blowers, oil boosters or oil diffusion pumps as required.<br />

Steam ejector systems can also be employed on<br />

the largest systems.<br />

Vacuum Isolation Valves<br />

Custom built water-cooled isolation valves are usually<br />

required to accommodate the chamber shape and size for<br />

larger units.<br />

Material handling and charging systems<br />

There are a variety of materials handling systems for<br />

charging (vertical bucket type chargers and horizontal<br />

vibratory side feeders), sampling, tilting, mould movement,<br />

tundish handling and fast removal and replacement of<br />

induction melting units with their refractories.<br />

A. Immersion Thermal Couple 浸 入 式 熱 電 偶<br />

B. Optical Pyrometer 光 學 高 溫 計<br />

C. Melt Coil 熔 融 線 圈<br />

D. Charger 充 電 器<br />

E. Melt Chamber 熔 體 室<br />

F. Vacuum system 真 空 系 統<br />

G. Isolation Valve 隔 離 閥<br />

H. Mould Chamber 模 具 室<br />

I. Mould Raise/Lower Device 模 具 提 高 / 降 低 設 備<br />

(Source 資 料 來 源 : www.consarc.com, 30 Jan, 2012)<br />

真 空 感 應 爐 的 硬 體 設 計 注 意 事 項<br />

感 應 發 電 設 備<br />

熔 煉 能 量 通 常 是 從 一 個 固 態 感 應 電 源 供 應 , 它 是 通 過 真 空<br />

密 封 饋 電 或 電 源 埠 組 裝 的 方 式 , 在 真 空 室 內 把 電 源 送 到 熔<br />

化 線 圈 , 快 速 變 化 的 電 源 埠 容 許 熔 煉 爐 線 圈 元 件 在 高 溫 的<br />

條 件 下 令 能 量 迅 速 交 換 , 從 而 節 省 了 生 產 時 間 和 提 高 生 產<br />

效 率 。<br />

真 空 系 統<br />

抽 真 空 系 統 的 設 計 應 提 供 一 致 的 真 空 性 能 , 以 適 應 個 別 工<br />

藝 要 求 , 所 需 的 油 密 封 旋 轉 泵 、 乾 燥 泵 、 羅 茨 鼓 風 機 、 油<br />

助 推 器 或 油 擴 散 泵 應 包 括 在 抽 氣 系 統 的 設 計 。 蒸 汽 噴 射 系<br />

統 也 可 以 被 用 於 最 大 的 系 統 。<br />

真 空 隔 離 閥<br />

定 制 水 冷 式 隔 離 閥 通 常 需 要 較 大 的 系 統 , 以 滿 足 爐 腔 的 形<br />

狀 和 尺 寸 。<br />

52


Hot Tundish Insertion<br />

In most large system designs, a hot tundish insertion<br />

system is recommended, without disturbing the vacuum in<br />

the melting chamber, thus improving the quality of the<br />

product. The tundish is a preformed ceramic launder<br />

which incorporates a series of dams, weir and filters with<br />

a pouring nozzle at one end. As metal is poured through<br />

the tundish, dross and potential inclusions are filtered out<br />

ensuring a clean metal stream arrives at the nozzle for<br />

smooth pouring into the moulds.<br />

Controls<br />

VIM furnaces are recommended to incorporate the<br />

programmable logic control (PLC) and supervisory<br />

control and data acquisition (SCADA) to accurately<br />

monitor the melting process and provide extensive data<br />

acquisition of melt process parameters for continuous<br />

process control and quality management.<br />

Maintenance, Cleaning and Productivity<br />

VIM furnaces require special design to accommodate the<br />

harsh environment during operation. An essential part of<br />

the process involves the volatilization of dissolved gases<br />

and harmful metallic trace contaminants. Metallic vapours<br />

are created during the refining process and this generates<br />

a dusty, hazardous environment inside the melting<br />

chamber.<br />

It is necessary to ensure that the VIM furnace and melting<br />

chamber is adequately sized and designed to operate well<br />

in this dusty environment and that the furnace can<br />

operate for many consecutive melting cycles without the<br />

need for comprehensive cleaning between melts. This will<br />

ensure that the VIM furnace offers the highest possible<br />

productivity in operation. Also, when cleaning is required,<br />

the chamber and surrounding platform should facilitate a<br />

simple, safe operation for operators with appropriate<br />

apparatus and safety equipment. Typical specifications for a<br />

VIM casting furnace are listed in Table 14.<br />

Figure 28: Vacuum Induction Melting and<br />

Casting Furnace (5kg)<br />

圖 28: 真 空 感 應 熔 煉 及 鑄 造 爐 (5 公 斤 )<br />

材 料 處 理 及 充 電 系 統<br />

材 料 處 理 系 統 的 種 類 繁 多 , 以 執 行 充 電 ( 垂 直 鬥 式 充 電 器<br />

和 水 平 振 動 側 輸 電 線 )、 採 樣 、 傾 斜 、 模 具 運 動 、 連 鑄 中<br />

間 包 處 理 及 與 感 應 熔 煉 單 位 的 耐 火 材 料 作 快 速 拆 卸 和 更 換<br />

等 相 關 技 術 。<br />

連 鑄 中 間 包 的 熱 嵌 入<br />

在 最 大 型 的 系 統 設 計 中 , 建 議 用 連 鑄 中 間 包 熱 嵌 入 系 統 ,<br />

這 並 不 會 破 壞 熔 煉 室 的 真 空 度 , 從 而 提 高 了 產 品 的 品 質 。<br />

連 鑄 中 間 包 是 一 個 預 製 的 陶 瓷 槽 , 其 中 在 一 端 澆 噴 嘴 包 括<br />

一 系 列 的 水 壩 、 堰 和 篩 檢 程 式 , 當 金 屬 被 澆 進 通 過 連 鑄 中<br />

間 包 , 浮 渣 和 潛 在 的 夾 雜 物 會 被 過 濾 掉 , 以 確 保 乾 淨 的 金<br />

屬 流 到 達 噴 嘴 , 順 利 澆 注 到 模 具 中 。<br />

控 制<br />

真 空 感 應 熔 爐 被 建 議 採 用 可 編 程 式 邏 輯 控 制 (PLC), 監<br />

督 控 制 和 資 料 獲 取 (SCADA) 系 統 以 準 確 地 監 測 熔 化 技 術<br />

的 過 程 , 及 提 供 廣 泛 熔 體 技 術 參 數 的 資 料 獲 取 , 從 而 提 供<br />

連 續 控 制 生 產 流 程 和 品 質 管 制 。<br />

保 養 、 清 洗 及 生 產 力<br />

真 空 感 應 爐 需 要 特 殊 的 設 計 , 以 適 應 在 操 作 過 程 中 的 惡 劣<br />

環 境 。 過 程 中 的 一 個 重 要 組 成 部 分 涉 及 溶 解 氣 體 和 有 害 金<br />

屬 污 染 物 的 揮 發 , 金 屬 蒸 氣 在 熔 煉 室 內 的 精 煉 技 術 會 產 生<br />

一 個 塵 土 飛 揚 及 危 險 的 環 境 。<br />

確 保 真 空 感 應 爐 和 熔 煉 室 有 足 夠 的 大 小 , 以 及 在 這 塵 土 飛<br />

揚 的 環 境 下 , 熔 體 之 間 可 不 需 要 全 面 清 洗 仍 能 進 行 連 續 熔<br />

化 是 必 要 的 , 這 將 確 保 真 空 感 應 爐 提 供 最 高 的 生 產 力 。 另<br />

外 , 要 確 保 清 洗 時 , 熔 煉 室 及 周 邊 平 台 能 提 供 適 當 的 儀 器<br />

和 設 備 , 而 這 些 設 備 的 操 作 是 簡 單 及 安 全 的 。 表 14 列 出 了<br />

真 空 感 應 熔 爐 的 典 型 規 格 。<br />

Figure 29: Vacuum Induction Melting and<br />

Casting Furnace (25kg)<br />

圖 29: 真 空 感 應 熔 煉 及 鑄 造 爐 (30 公 斤 )<br />

(Source 資 料 來 源 : http://www.hhv.in/, 6 Feb, 2012)<br />

(Source 資 料 來 源 : http://www.hhv.in/, 6 Feb, 2012)<br />

53


Figure 30: Vacuum Induction Melting and<br />

Casting Furnace (45kg)<br />

圖 30: 真 空 感 應 熔 煉 及 鑄 造 爐 (45 公 斤 )<br />

Figure 31: Vacuum Induction Melting and<br />

Casting Furnace (250kg)<br />

圖 31: 真 空 感 應 熔 煉 及 鑄 造 爐 (250 公 斤 )<br />

(Source 資 料 來 源 : http://www.hhv.in/, 6 Feb, 2012)<br />

Personnel and Expertise for VIM Technology<br />

Daily operation for production scale VIM processes are<br />

highly automated and facilitated with computer assisted<br />

control which has a low manpower demand. However,<br />

initial process development requires well experienced and<br />

high calibre R&D engineers. Experienced process and<br />

equipment engineers in both metallurgy and vacuum<br />

system are necessary for routine process control and<br />

hardware maintenance to ensure reliable and high quality<br />

products.<br />

3.6 Technology Development of Rare Earth<br />

Processing Industry in China<br />

3.6.1 Current Situation<br />

As the major supplier of rare earth materials, one would<br />

expect China to fuel its domestic needs for rare earth<br />

specialty intermediate products. However, this is not the<br />

actual case. To illustrate this issue, we look at the following<br />

examples.<br />

Take neodymium-iron-boron (NdFeB or NIB) rare earth<br />

permanent magnet as an example, China imports high<br />

quality NdFeB magnets at over US$60,000/t while such<br />

magnets can only be exported from China at<br />

US$45,000/t. This difference in price is due to a lower<br />

magnetic performance of the magnet from China, for<br />

which the main reason is the lack of industrial knowhow<br />

and experience with high value-adding rare earth specialty<br />

intermediate materials.<br />

Another example shows an even more extreme case, in<br />

which it is even impossible for China to “re-import” the<br />

processed rare earth products: the fuel cell produced in<br />

USA. This fuel cell cannot be sold to China because USA<br />

has listed it as a high-tech export restriction item, while<br />

its raw material, high purity scandium oxide is supplied by<br />

the Hunan Rare-Earth Metal Research Institute in China.<br />

(Source 資 料 來 源 : http://www.hhv.in/, 6 Feb, 2012)<br />

Table 14: Typical Specifications for a VIM Furnace<br />

表 14: 真 空 感 應 熔 爐 的 典 型 規 格<br />

Hot Zone Capacity 2 kg up to 100 tonnes<br />

熱 區 容 量<br />

2 公 斤 到 100 噸<br />

Operating<br />

Up to 1,800<br />

Temperature<br />

o C<br />

高 達 攝 氏 1,800 度<br />

工 作 溫 度<br />

Pressure<br />

壓 力<br />

Vacuum<br />

真 空 度<br />

Optional Feature<br />

可 選 功 能<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

真 空 感 應 熔 煉 的 技 術 人 員 及 專 業 技 能<br />

真 空 感 應 熔 煉 的 日 常 生 產 是 高 度 自 動 化 及 以 輔 助 控 制 的 ,<br />

人 力 需 求 不 是 太 大 , 然 而 , 最 初 發 展 時 , 仍 需 要 經 驗 豐 富<br />

和 高 素 質 的 研 發 工 程 師 。 經 驗 豐 富 的 技 術 和 設 備 工 程 師 ,<br />

尤 其 是 在 冶 金 及 真 空 系 統 領 域 方 面 的 專 才 是 必 要 的 , 以 控<br />

制 常 規 工 藝 和 硬 體 維 修 , 確 保 生 產 可 靠 和 高 品 質 的 產 品 。<br />

3.6 中 國 稀 土 加 工 行 業 的 科 技 發 展<br />

3.6.1 現 狀<br />

Vacuum or controlled<br />

atmosphere<br />

真 空 或 可 控 氣 壓<br />

10-5 mbar<br />

10-5 毫 巴<br />

Mould heating with rotational<br />

facility up to 1,000 o C<br />

有 旋 轉 設 備 的 模 具 加 熱 可 達 攝<br />

氏 1,000 度<br />

作 為 稀 土 材 料 的 主 要 供 應 地 , 我 們 可 能 以 為 國 家 會 供 應 國<br />

內 稀 土 特 種 中 介 產 品 的 需 求 , 然 而 , 這 並 不 完 全 是 實 際 情<br />

況 。 為 了 說 明 這 個 問 題 , 我 們 來 看 看 下 面 的 例 子 。<br />

54


3.6.2 Technology Limitations<br />

The rare earth processing industry in China is currently<br />

facing certain difficulties that limit its further<br />

development:<br />

(i)<br />

(ii)<br />

(iii)<br />

Due to export restrictions from overseas<br />

countries, certain advanced patented<br />

technology/equipment is not available in China<br />

to facilitate the processing of high grade rare<br />

earth materials;<br />

Although there are many rare earth processing<br />

R&D activities in research institutes and<br />

universities, they are only limited to small scale<br />

processes, which is not yet applicable for<br />

industrial scale production due to unavailability<br />

of process knowhow and experience in large<br />

scale production;<br />

As a result, product quality issues arise<br />

because of inadequate industrial experience<br />

and technology knowhow;<br />

(iv) Furthermore, without a long term customer<br />

experience record and company reputation, it<br />

is difficult (or takes a long time) for these rare<br />

earth specialty products to pass the<br />

qualification process of demanding industries<br />

(e.g. catalyst in automotive and sputtering<br />

targets in electronic industries).<br />

Certain advanced materials processing technologies for<br />

production scale sintering, bonding and microstructure<br />

control purposes are not yet available in China. Some of<br />

these technologies, such as hot isostatic pressing (HIP)<br />

and spark plasma sintering (SPS), can be critical processes<br />

for advanced aerospace applications.<br />

3.6.3 Environmental Issues<br />

Rare earth industries are usually associated with an image<br />

of pollution. This is because of the mining and primary<br />

refining process for production of low grade rare earth<br />

mineral concentrates, which involves the handling of<br />

radioactive elements and waste water. However,<br />

development of advanced purification for rare earth fine<br />

chemicals (i.e. starting from 99%) is not only a high<br />

value-adding but also a process with low environmental<br />

impact. Since the starting material is already of 99%<br />

purity, it is free of radioactive contamination. Also, solid<br />

waste generated is of high value and recyclable, which<br />

involves little or no exhaust gas while waste water<br />

treatment is not difficult to handle. Typically, 1 ton of rare<br />

earth production will only generate 10 tons of waste<br />

water per day, which could be handled by common<br />

industrial scale water treatment facilities.<br />

以 釹 鐵 硼 (NdFeB 或 NIB) 稀 土 永 磁 為 例 , 國 家 進 口 的 高<br />

品 質 釹 鐵 硼 磁 體 價 格 超 過 60,000 美 元 / 噸 , 而 這 種 磁 鐵 只 能<br />

以 大 約 45,000 美 元 / 噸 從 中 國 出 口 , 這 價 格 的 差 異 是 由 於 大<br />

部 分 國 內 生 產 的 磁 鐵 磁 性 能 較 低 , 原 因 是 國 家 暫 時 對 稀 土<br />

特 種 中 介 材 料 高 增 值 工 業 缺 少 專 有 技 術 和 經 驗 。<br />

另 一 個 例 子 展 示 了 一 個 更 極 端 的 情 況 , 中 國 現 在 不 能 從 美<br />

國 「 再 進 口 」 稀 土 加 工 的 燃 料 電 池 產 品 。 這 是 因 為 美 國 已<br />

經 把 此 燃 料 電 池 列 作 高 科 技 出 口 限 制 項 目 , 而 其 原 料 高 純<br />

度 氧 化 鈧 , 則 由 中 國 湖 南 稀 土 金 屬 研 究 所 提 供 。<br />

3.6.2 科 技 限 制<br />

國 家 稀 土 加 工 行 業 目 前 正 面 臨 著 一 定 的 困 難 , 限 制 了 其 進<br />

一 步 發 展 :<br />

(i) 由 於 出 口 限 制 , 國 家 得 不 到 外 國 某 些 先 進 的 專<br />

利 技 術 / 設 備 , 以 促 進 高 級 的 稀 土 材 料 加 工 ;<br />

(ii) 雖 然 國 家 有 很 多 稀 土 加 工 科 研 院 所 和 高 等 院 校<br />

進 行 研 發 工 作 , 但 是 由 於 無 法 在 大 規 模 生 產 過<br />

程 中 得 到 專 有 的 技 術 和 經 驗 , 它 們 只 限 於 小 規<br />

模 的 加 工 , 尚 未 適 用 於 工 業 規 模 生 產 ;<br />

(iii) 結 果 由 於 缺 乏 行 業 經 驗 和 專 有 技 術 , 產 品 出 現<br />

品 質 問 題 ;<br />

(iv) 此 外 , 沒 有 長 期 的 客 戶 體 驗 記 錄 和 公 司 的 聲<br />

譽 , 是 難 以 ( 或 需 要 較 長 時 間 ) 令 這 些 稀 土 特<br />

種 產 品 通 過 要 求 苛 刻 的 行 業 資 格 審 核 過 程 ( 如<br />

在 汽 車 行 業 的 催 化 劑 和 電 子 行 業 的 濺 射 靶 材<br />

等 )。<br />

某 些 先 進 材 料 加 工 技 術 以 達 到 生 產 規 模 燒 結 、 粘 結 和 微 觀<br />

控 制 目 的 在 中 國 是 找 不 到 的 , 這 些 科 技 如 熱 等 靜 壓 (HIP)<br />

和 放 電 等 離 子 燒 結 (SPS), 可 為 先 進 的 航 天 應 用 作 關 鍵 工<br />

序 。<br />

3.6.3 環 境 因 素<br />

由 於 稀 土 的 開 採 和 低 等 級 精 礦 的 生 產 涉 及 放 射 性 物 質 及 污<br />

水 的 處 理 , 稀 土 行 業 往 往 帶 來 污 染 的 形 象 。 然 而 , 發 展 先<br />

進 的 淨 化 稀 土 精 鏈 化 學 品 ( 即 從 99% 開 始 ), 不 僅 是 一 個<br />

高 增 值 的 產 業 , 亦 為 環 境 帶 來 較 低 的 影 響 。 由 於 起 始 原 料<br />

的 純 度 已 經 達 99%, 屬 無 放 射 性 污 染 。 此 外 , 產 生 的 固 體<br />

廢 物 亦 屬 高 附 加 值 及 可 循 環 再 造 , 其 中 涉 及 很 少 或 根 本 沒<br />

有 廢 氣 , 廢 水 的 處 理 並 不 難 執 行 。 在 通 常 情 況 下 , 生 產 1<br />

噸 稀 土 只 會 每 天 產 生 10 噸 廢 水 , 常 見 工 業 規 模 的 汙 水 處 理<br />

設 施 一 般 已 可 處 理 。<br />

55


3.7 Capital Investment on Rare Earth Processing<br />

Technologies<br />

From the above comprehensive review of rare earth<br />

processing technologies, each application mentioned<br />

involves sophisticated industrial knowhow and<br />

technologies. Production of fine chemicals mainly depends<br />

on unique design of process flow and correspondingly<br />

tailor-made equipment. Apart from that, manufacturing of<br />

sputtering targets and master alloy both require certain<br />

pieces of critical equipment, including VIM and HIP. The<br />

equipment involves advanced technologies, such as<br />

precise control of temperature, pressure and vacuum<br />

level, and are only provided by limited numbers of<br />

overseas suppliers. As the precision requirements of<br />

equipment are quite high and sometimes dependent on<br />

the patented process, the prices of the equipment are<br />

relatively high and usually build-to-order. Depending on<br />

the requirements and specifications, a typical price for<br />

each of them ranges from about US$ 1-3 million.<br />

3.7 稀 土 加 工 科 技 的 資 本 投 資<br />

從 以 上 稀 土 加 工 技 術 的 全 面 檢 討 來 分 析 , 每 個 所 提 及 的 應<br />

用 都 涉 及 精 密 工 業 專 有 技 術 及 科 技 , 精 煉 化 學 品 的 生 產 主<br />

要 依 賴 獨 特 的 技 術 設 計 和 相 應 度 身 訂 造 的 設 備 。 此 外 , 靶<br />

材 和 母 合 金 的 製 造 都 需 要 關 鍵 設 備 , 包 括 真 空 感 應 熔 爐 和<br />

熱 等 靜 壓 爐 , 這 些 設 備 涉 及 先 進 的 技 術 如 精 確 溫 度 、 壓 力<br />

和 真 空 度 的 控 制 , 只 能 由 海 外 數 間 供 應 商 提 供 。 由 於 對 設<br />

備 的 精 度 要 求 相 當 高 , 並 有 時 依 靠 專 利 技 術 , 設 備 的 價 格<br />

比 較 高 , 故 此 供 應 商 通 常 在 收 到 及 確 認 訂 單 後 才 建 造 設<br />

備 。 根 據 不 同 的 要 求 和 規 範 , 每 種 特 種 加 工 設 備 一 般 的 價<br />

格 範 圍 從 100-300 萬 美 元 不 等 。<br />

56


Chapter 4: Rare Earth Specialty Intermediate<br />

Materials Industry – The Hong Kong Perspectives<br />

In this chapter, the consumption of rare earth specialty<br />

intermediate materials in major consumer industries in<br />

Hong Kong for production, such as electronics, advanced<br />

display and lighting, and automotive components, will be<br />

analyzed. The strategic advantages of Hong Kong in<br />

establishing the rare earth specialty intermediate<br />

materials industry will then be discussed.<br />

4.1 Consumption of Rare Earth Specialty<br />

Intermediate Materials in Hong Kong Industries<br />

As discussed previously, rare earth materials possess<br />

special electronics, optical, magnetic, chemical and<br />

mechanical properties that render the possibility in<br />

production of a diverse spectrum of advanced<br />

technological products in various industries. Major<br />

industries in Hong Kong that utilize rare earth specialty<br />

intermediate materials for manufacturing include<br />

electronics, lighting and display, and automotive<br />

components. Since the range of the products is diverse in<br />

these industries, it is instructive to consider and analyze<br />

those major intermediate materials that contribute to a<br />

higher proportion of rare earth related manufacturing<br />

activities.<br />

In the electronics and advanced lighting and display<br />

industries in Hong Kong, the most commonly used<br />

specialty intermediate materials are sputtering targets,<br />

master alloys of permanent magnets, and phosphors,<br />

whereas automotive catalysts applied in catalytic<br />

converters are the most commonly used specialty<br />

intermediate materials in the automotive components<br />

industry of Hong Kong.<br />

4.1.1 Consumption of Sputtering Targets in Hong<br />

Kong Industries<br />

The sputtering process produces thin-film coating<br />

materials on a vast range of advanced electronics as well<br />

as lighting and display products, which the overall<br />

properties and functions depend upon the characteristics<br />

of sputtering targets. These sputtering targets are<br />

manufactured in various shapes, sizes and materials. In<br />

conducting the analysis of the consumption of sputtering<br />

targets, the electronics industry itself can be divided into<br />

microelectronics and data storage device sectors, whereas<br />

the lighting and display industry can be divided into<br />

advanced displays and optical coatings.<br />

Rare earth sputtering targets have various industrial<br />

applications in these industries. In microelectronics,<br />

dielectric layers for microprocessors and capacitors are<br />

produced by a number of choices of electroceramic<br />

materials, such as lanthanum oxide, praseodymium oxide,<br />

samarium oxide, yttrium oxide, lead lanthanum titanate,<br />

cerium fluoride, lanthanum fluoride and yttrium fluoride,<br />

etc, whereas some niche nonvolatile memory devices are<br />

第 4 章 : 香 港 在 稀 土 特 種 中 介 材 料 工 業 的 前 景<br />

在 這 一 章 中 , 將 會 詳 細 分 析 利 用 稀 土 特 種 中 介 材 料 作 生 產<br />

用 途 的 主 要 消 費 品 行 業 ( 如 電 子 、 先 進 顯 示 器 和 照 明 、 汽<br />

車 零 部 件 等 ) 的 稀 土 消 耗 量 , 並 討 論 香 港 在 建 立 稀 土 特 種<br />

中 介 材 料 產 業 的 戰 略 優 勢 。<br />

4.1 香 港 工 業 對 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 消 耗<br />

如 前 所 述 , 稀 土 材 料 具 有 特 殊 的 電 子 、 光 學 、 磁 學 、 化 學<br />

和 機 械 性 能 , 可 被 生 產 各 行 業 的 先 進 技 術 產 品 。 在 香 港 的<br />

製 造 業 中 , 主 要 利 用 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 行 業 包 括 電 子 、<br />

照 明 和 顯 示 器 及 汽 車 零 部 件 , 由 於 這 些 行 業 的 產 品 是 多 樣<br />

的 , 我 們 會 考 慮 和 分 析 稀 土 中 介 材 料 耗 量 比 例 較 高 的 相 關<br />

製 造 業 。<br />

香 港 的 電 子 、 先 進 照 明 和 顯 示 器 行 業 最 常 用 的 特 種 中 介 材<br />

料 是 濺 射 靶 材 、 永 久 磁 鐵 的 母 合 金 以 及 螢 光 粉 ; 而 香 港 汽<br />

車 零 部 件 行 業 最 常 用 的 中 介 材 料 是 在 催 化 轉 換 器 中 的 催 化<br />

劑 。<br />

4.1.1 濺 射 靶 材 在 香 港 工 業 耗 量<br />

濺 射 技 術 為 先 進 電 子 、 照 明 和 顯 示 器 行 業 製 造 廣 泛 的 薄 膜<br />

塗 層 材 料 產 品 , 這 些 產 品 的 整 體 性 能 和 功 能 都 依 賴 靶 材 的<br />

特 質 , 濺 射 靶 材 被 製 造 成 各 種 形 狀 、 大 小 和 材 料 。 為 了 分<br />

析 靶 材 的 消 耗 , 電 子 行 業 可 分 為 微 電 子 和 資 料 儲 存 裝 置 ,<br />

而 照 明 和 顯 示 器 產 業 可 以 劃 分 為 先 進 顯 示 器 和 光 學 塗 層 。<br />

稀 土 靶 材 在 這 些 行 業 中 有 各 種 工 業 應 用 。 在 微 電 子 工 業 、<br />

微 處 理 器 和 電 容 器 的 絕 緣 層 有 著 不 同 的 電 子 陶 瓷 材 料 選<br />

擇 , 如 氧 化 鑭 、 氧 化 鐠 、 氧 化 釤 、 氧 化 釔 、 鑭 鈦 酸 鉛 、 氟<br />

化 鈰 、 氟 化 鑭 及 釔 氟 化 物 等 , 而 一 些 小 眾 非 易 失 性 儲 存 裝<br />

置 在 工 業 是 由 釔 鋁 氧 化 物 塗 層 製 造 的 。 在 資 料 儲 存 設 備 常<br />

用 的 光 儲 存 反 射 層 是 由 一 系 列 釹 金 屬 間 化 物 的 濺 射 靶 材 製<br />

造 , 而 工 業 上 磁 光 儲 存 介 質 的 磁 性 層 則 用 鋱 金 屬 間 化 物 濺<br />

射 靶 材 製 備 。<br />

製 造 先 進 顯 示 幕 的 背 電 極 薄 膜 材 料 , 使 用 的 靶 材 包 括 鋁 釹<br />

合 金 及 鋁 鎳 鈰 硼 , 而 透 明 導 電 氧 化 物 電 極 是 由 銦 錫 鈮 鉺 的<br />

氧 化 物 及 銦 鎢 鈰 的 氧 化 物 靶 材 製 備 。 稀 土 陶 瓷 如 氧 化 鈰 、<br />

氟 化 鑭 、 氟 化 釹 、 氟 化 釔 等 , 已 常 規 地 應 用 於 防 反 射 層 的<br />

光 學 塗 層 上 。<br />

2011 年 , 全 球 靶 材 市 場 估 計 售 出 大 約 120 萬 個 單 位 , 總 消<br />

耗 共 約 7,600 噸 的 材 料 , 總 銷 售 額 達 257 億 港 元 。 據 估 計 ,<br />

57


fabricated by yttrium-aluminium oxide industrially. The<br />

optical storage reflective layers prominent in data storage<br />

devices are produced by a wide selection of neodymium<br />

intermetallic targets, while the magnetic layers in<br />

magneto-optical storage media are fabricated industrially<br />

by terbium intermetallic targets.<br />

Target materials for advanced display fabrication of back<br />

electrode films include aluminium-neodymium alloy and<br />

aluminium-nickel-cerium-boron, whereas the transparent<br />

conductive oxide electrodes are fabricated by<br />

indium-tin-niobium-erbium oxide and indium-tungstencerium<br />

oxide. A number of rare earth ceramics, such as<br />

cerium oxide, lanthanum fluoride, neodymium fluoride,<br />

yttrium fluoride, etc, have been routinely applied as<br />

anti-reflective layers in the optical coatings sector.<br />

The global market of sputtering targets is estimated to be<br />

HK$25.7 billion in 2011 with around 1.2 million units sold<br />

and around 7,600 ton of target materials consumed. It is<br />

estimated that the sputtering targets used in electronics<br />

as well as lighting and display industries globally contribute<br />

to around 54% share of the total market in 2011, i.e.<br />

HK$13.9 billion with around 650,000 units amounting to<br />

about 4,100 ton of sputtering targets. A summary of the<br />

consumption share of sputtering targets is shown in Table<br />

15. It has been increasing in the Asia-Pacific region,<br />

including both China and Hong Kong, from around 60% in<br />

2009 up to 62% in 2011, because many high-tech<br />

manufacturing activities in electronics as well as lighting<br />

and display products have been shifted from the US to<br />

China. This trend is forecast to remain until 2016 with the<br />

consumption share in the US at around 12% and at<br />

around 66% in the Asia-Pacific region.<br />

On the other hand, the share of sputtering targets<br />

production has also been decreasing steadily in the US in<br />

2011 and has been increasing slightly in the Asia-Pacific<br />

region (Table 15). The production of sputtering targets is<br />

expected to grow to about 61% of the global share in<br />

Asia-Pacific region by 2016, whereas the US counterpart<br />

is forecast to decrease its share to about 15%. Overall, the<br />

Asia-Pacific region has been an importer of sputtering<br />

targets from 2009 to 2011, assuming production equals<br />

consumption because its share of consumption has always<br />

been more than that of production.<br />

China represents over 30% of global electronics as well as<br />

advanced lighting and display products in 2011. Based on<br />

the assumption that the consumption of sputtering<br />

targets in China is directly proportional to the production<br />

share of electronics, lighting and display products, it<br />

suggests that at least 1,200 tons of sputtering target<br />

materials have been consumed for production (Table 16).<br />

On the other hand, Hong Kong contributes to a much<br />

smaller share of production in electronics, lighting and<br />

display products globally at around 1% of the market share<br />

in 2011, which is expected to consume around 40 tons of<br />

sputtering targets for production activities.<br />

2011 年 全 球 用 於 電 子 、 照 明 和 顯 示 器 行 業 的 靶 材 佔 市 場 總<br />

份 額 約 54%, 即 65 萬 個 , 總 值 達 139 億 港 元 , 相 當 於 約<br />

4,100 噸 的 靶 材 。 表 15 總 結 了 濺 射 靶 材 市 場 的 消 耗 份 額 。<br />

由 於 許 多 高 科 技 電 子 、 照 明 和 顯 示 產 品 的 生 產 已 從 美 國 轉<br />

移 到 中 國 , 亞 太 地 區 包 括 中 國 和 香 港 的 消 耗 份 額 已 從 2009<br />

年 的 60% 左 右 增 加 到 2011 年 的 62%, 這 趨 勢 預 計 將 持 續<br />

至 2016 年 , 屆 時 亞 太 地 區 佔 約 66% 左 右 , 而 美 國 的 消 耗 份<br />

額 則 佔 約 12% 左 右 。<br />

另 一 方 面 , 美 國 在 2011 年 靶 材 的 生 產 份 額 也 逐 步 減 少 , 並<br />

在 亞 太 地 區 略 有 增 加 ( 表 15)。 在 2016 年 , 預 計 亞 太 地 區<br />

的 靶 材 生 產 將 增 加 到 全 球 市 場 份 額 的 61%, 而 美 國 將 減 少<br />

至 約 15%。 總 體 而 言 , 假 設 生 產 等 於 消 耗 , 從 2009 年 到<br />

2011 年 , 亞 太 地 區 擔 當 著 進 口 靶 材 者 的 角 色 , 因 為 亞 太 地<br />

區 的 靶 材 消 耗 份 額 一 直 超 過 其 生 產 份 額 。<br />

Table 15: Summary of Consumption of<br />

Sputtering Targets (Source: BCC Research)<br />

表 15: 全 球 濺 射 靶 材 市 場 的 消 耗 及 生 產 份 額 的 總 結<br />

The global market of sputtering targets is estimated to<br />

be HK$25.7 billion in 2011 with around 7,600 ton of<br />

target materials consumed.<br />

2011 年 全 球 靶 材 市 場 消 耗 材 料 的 總 量 約 7,600 噸 ,<br />

估 計 總 值 達 257 億 港 元 。<br />

Consumption 消 耗<br />

Market Share<br />

市 場 份 額<br />

2009 2011<br />

2016<br />

(est. 估 計 )<br />

U.S. 美 國 19% 17% 12%<br />

Asia-Pacific Region<br />

(including HK and<br />

China)<br />

亞 太 地 區<br />

( 包 括 香 港 及<br />

中 國 )<br />

60% 62% 66%<br />

Production 生 產<br />

Market Share<br />

市 場 份 額<br />

2009 2011<br />

2016<br />

(est. 估 計 )<br />

U.S. 美 國 21% 18% 15%<br />

Asia-Pacific Region<br />

(including HK and<br />

China)<br />

亞 太 地 區<br />

58% 59% 61%<br />

( 包 括 香 港 及<br />

中 國 )<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

2011 年 , 中 國 佔 全 球 電 子 產 品 、 先 進 照 明 和 顯 示 器 產 品 超<br />

過 30% 的 市 場 份 額 , 假 設 靶 材 的 消 耗 與 中 國 的 電 子 、 照 明<br />

和 顯 示 消 費 品 的 生 產 份 額 成 正 比 , 這 表 示 中 國 至 少 有<br />

58


4.1.2 Consumption of Rare Earth Permanent<br />

Magnets in Hong Kong Industries<br />

There are two well-known rare earth permanent magnets,<br />

samarium-cobalt (Sm-Co) and neodymium-iron-boron<br />

(Nd-Fe-B), which are routinely applied in the electronic<br />

and automotive component industries. Sm-Co is a<br />

versatile permanent magnet applicable to temperaturestable<br />

direct-current motors, high-temperature magnets,<br />

computer disk drives, sensors and linear actuators, and<br />

travelling wave tubes, etc, whereas Nd-Fe-B is industrially<br />

applied in acoustic transducers, magneto-mechanical<br />

devices, hard disk drives, magnetic separators, sensors,<br />

magnetic imaging systems and automotive motors, etc.<br />

Although global production of rare earth permanent<br />

magnets has decreased from 2008 to 2009 owing to the<br />

economic crisis, it has grown steadily from 2009 to 2011<br />

with an average growth rate of about 28% per year during<br />

this period (Table 17). This corresponds to a steady<br />

increase of rare earth oxides consumed to manufacture<br />

the associated permanent magnets from around 22,000<br />

tons in 2009 to 35,000 tons in 2011.<br />

The consumption of Nd-Fe-B permanent magnets for<br />

production of hard-disk drives, DVDs and smart phones,<br />

etc, is expected to continue to grow in the next 5 years in<br />

the electronics industry. However, such growth will be at a<br />

slower rate than the previous 5 years because it is<br />

expected that the Internet and the increase in data<br />

storage with cloud computing will be increasingly popular<br />

leading to a slow down in sales of consumer data storage<br />

devices consisting of rare earth permanent magnets. On<br />

the other hand, the growing industrial activities in<br />

production of environmental friendly vehicles and<br />

renewable energy, such as electric and hybrid vehicles and<br />

wind turbines, represent two of the main demand drivers<br />

of rare earth permanent magnets. In 2011, China<br />

represented about 30% of the share of consumption of<br />

rare earth permanent magnets, amounting to about<br />

10,500 tons of rare earth oxides consumption to<br />

manufacture these permanent magnets (Table 18). Hong<br />

Kong industries contribute to less than 3% of the global<br />

consumption of rare earth permanent magnets, suggesting<br />

a demand of less than 1,050 tons of rare earth oxides<br />

required per year at maximum.<br />

4.1.3 Consumption of Rare Earth Phosphors in<br />

Hong Kong Industries<br />

Many of the advanced lighting and display technologies<br />

require high quality phosphors to increase the<br />

luminescence efficiency and efficacy as well as the comfort<br />

level when consumers look directly at the light generated<br />

by these devices. In the lighting and display industry, the<br />

products using rare earth phosphors are generally divided<br />

into four distinct groups: traditional incandescent;<br />

fluorescent including linear and compact fluorescent<br />

lamps (LFLs and CFLs, respectively); light emitting diodes<br />

(LEDs); and organic light emitting diodes (OLEDs).<br />

1,200 噸 的 濺 射 靶 材 已 為 生 產 而 被 消 耗 ( 表 16)。 另 一 方 面 ,<br />

香 港 在 2011 年 電 子 、 照 明 和 顯 示 產 品 的 生 產 份 額 只 佔 全 球<br />

大 約 1%, 預 計 消 耗 約 40 噸 靶 材 作 生 產 。<br />

Table 16: Consumption of Sputtering Targets in<br />

Hong Kong Industries<br />

表 16: 香 港 工 業 的 濺 射 靶 材 耗 量 分 析<br />

Sputtering target used in electronics, lighting and display<br />

industries, 2011<br />

2011 年 全 球 濺 射 靶 材 在 電 子 及 照 明 和 顯 示 行 業 的 耗 量<br />

Region 地 區<br />

Consumed (ton)<br />

耗 量 ( 噸 )<br />

Global Market<br />

Share<br />

全 球 市 場 份 額<br />

Global<br />

全 球 總 量<br />

4,100 -<br />

China<br />

中 國 耗 量<br />

1,200 >30%<br />

Hong Kong<br />

(est.)<br />

香 港 耗 量<br />

40 1%<br />

( 估 計 )<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

4.1.2 稀 土 永 久 磁 石 在 香 港 工 業 的 耗 量<br />

環 球 市 場 上 有 兩 種 著 名 的 稀 土 永 久 磁 鐵 : 釤 鈷 (Sm-Co)<br />

和 釹 鐵 硼 (Nd-Fe-B), 它 們 經 常 被 應 用 於 電 子 和 汽 車 零 部<br />

件 產 業 。 釤 鈷 是 一 種 多 用 途 的 永 久 磁 鐵 , 適 用 於 溫 度 穩 定<br />

的 直 流 電 動 機 、 高 溫 磁 鐵 、 電 腦 磁 碟 機 、 感 測 器 和 線 性 驅<br />

動 器 及 行 波 管 等 等 。 而 釹 鐵 硼 則 應 用 於 聲 學 中 感 測 器 、 磁<br />

機 械 裝 置 、 硬 碟 驅 動 器 、 磁 選 機 、 感 測 器 、 磁 共 振 成 像 系<br />

統 和 汽 車 電 機 等 工 業 上 。<br />

雖 然 全 球 稀 土 永 磁 生 產 因 經 濟 危 機 從 2008 年 至 2009 年 有<br />

所 下 降 , 但 從 2009 年 到 2011 年 , 稀 土 永 磁 生 產 已 經 穩 步<br />

增 長 , 在 此 期 間 的 平 均 增 長 速 度 為 每 年 28%( 表 17)。 這<br />

相 當 於 稀 土 氧 化 物 消 耗 的 穩 定 增 長 以 生 產 相 關 的 永 久 磁<br />

鐵 , 從 2009 年 的 22,000 噸 左 右 到 2011 年 的 35,000 噸 。<br />

釹 鐵 硼 永 磁 的 消 耗 以 生 產 硬 碟 驅 動 器 、DVD 和 智 能 手 機<br />

等 , 預 計 未 來 5 年 在 電 子 行 業 將 繼 續 增 長 。 然 而 , 這 種 增<br />

長 速 度 比 前 5 年 放 緩 , 因 為 據 估 計 , 互 聯 網 和 資 料 儲 存 與<br />

雲 端 計 算 將 會 越 來 越 流 行 , 並 帶 來 相 對 的 用 量 增 加 , 導 致<br />

含 有 稀 土 永 磁 的 資 料 儲 存 裝 置 等 消 費 品 的 銷 售 放 緩 。 另<br />

外 , 在 環 保 汽 車 和 可 再 生 能 源 產 品 生 產 方 面 的 增 長 , 如 電<br />

動 和 混 合 動 力 汽 車 及 風 力 渦 輪 機 , 亦 代 表 了 兩 個 主 要 對 稀<br />

土 永 磁 的 需 求 。 在 2011 年 , 中 國 在 全 球 的 稀 土 永 磁 消 耗 比<br />

重 約 30%, 合 共 消 耗 約 10,500 噸 稀 土 氧 化 物 來 製 造 永 久 磁<br />

鐵 ( 表 18)。 香 港 工 業 與 全 球 稀 土 永 磁 消 耗 量 相 比 少 於<br />

59


While traditional incandescent lamps do not normally<br />

require the application of rare earth phosphors, the<br />

current generations of LFLs and CFLs use phosphors<br />

containing various concentrations of lanthanum, cerium,<br />

terbium, europium and yttrium. This is in order to<br />

increase the efficiency and lighting effects, with phosphors<br />

being a substantial portion of the overall production cost<br />

of these products. Despite other emerging lighting<br />

technologies having dramatically lower REE content than<br />

fluorescent lamps with white LED designs minimizing the<br />

application of lanthanum and terbium phosphors, many of<br />

these products still use cerium and europium phosphors<br />

to convert blue LEDs to useful white light. Neodymium is<br />

often consumed in fluorescent lamps as a glass<br />

component in order to mimic natural light by shifting the<br />

colour spectrum.<br />

It is expected that the demand for LFLs and CFLs that use<br />

REEs as part of the phosphor formulation will increase in<br />

short and medium term because LFLs have ever more<br />

dominated the commercial lighting market while the<br />

residential counterpart has been witnessing continuous<br />

growth of the application of CFLs. In longer terms, LEDs<br />

and OLEDs are expected to increase the share of the<br />

lighting market as costs and performances on these<br />

products become increasingly competitive compared to<br />

LFLs and CFLs, which will likely sustain the overall demand<br />

of phosphors made of REEs.<br />

The purity level is the most important manufacturing<br />

factor of phosphors made of REEs, which is required to<br />

be 99.999% pure. Consequently, tight control over the<br />

manufacturing process of REE phosphors is necessary<br />

because a few parts per million of impurities presence in a<br />

given REE phosphor would impose deteriorative effects<br />

on the colour characteristics of the light generated. A<br />

series of stringent separation processes is required to<br />

raise the purity of REE phosphors to an acceptable level,<br />

which increases significantly on the cost of production.<br />

Manufacturers of phosphors applied in lighting products<br />

generally produce mass quantities of similar phosphor<br />

materials to be used in television screens, computer<br />

monitors and electronic instrumentation, etc.<br />

The annual global consumption of REE phosphors was<br />

around 11,000 tons in 2011; with the consumption in<br />

China currently amounting to 80% of the global needs to<br />

produce components for major lighting manufacturers,<br />

China subsequently exports the majority of these<br />

components for sales worldwide. Based on this fact, it is<br />

expected that China has consumed about 8,800 tons of<br />

REE phosphors in 2011 (Table 19). It is estimated that<br />

Hong Kong manufacturers in the lighting and display<br />

industry contributed to about 3% of the production<br />

activities. Therefore, the annual consumption of REE<br />

phosphors by Hong Kong manufacturers is expected to<br />

be around 260 tons in 2011.<br />

3%, 因 此 , 據 估 計 , 香 港 工 業 最 大 的 稀 土 氧 化 物 需 求 用 作<br />

生 產 永 久 磁 石 每 年 低 於 1,050 噸 。<br />

Table 17: Summary of Consumption of Rare<br />

Earth Permanent Magnets<br />

表 17: 稀 土 永 久 磁 石 的 耗 量 總 結<br />

2009 2011<br />

Permanent Magnet Production (ton)<br />

永 久 磁 石 產 量 ( 噸 )<br />

Global<br />

Average Growth<br />

Rate per Year<br />

每 年 平 均 增 長 率<br />

59,000 92,000 28%<br />

全 球<br />

Consumption of Rare Earth Oxide for<br />

Manufacturing Permanent Magnets (ton)<br />

稀 土 氧 化 物 耗 量 用 作 永 久 磁 石 的 生 產 ( 噸 )<br />

Global<br />

22,000 35,000 30%<br />

全 球<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

Table 18: Consumption of Rare Earth<br />

Permanent Magnets in Hong Kong Industries<br />

表 18: 香 港 工 業 的 稀 土 永 久 磁 石 耗 量 總 結<br />

Rare Earth Permanent Magnets Consumption, 2011(ton)<br />

2011 年 稀 土 永 久 磁 石 的 耗 量 ( 噸 )<br />

Region 地 區<br />

Consumed<br />

(ton)<br />

耗 量 ( 噸 )<br />

Global Market<br />

Share<br />

全 球 市 場 份 額<br />

Global 全 球 35,000 -<br />

China 中 國 10,500 30%<br />

Hong Kong (est.)<br />

1,050 3%<br />

香 港 ( 估 計 )<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

4.1.3 稀 土 螢 光 粉 在 香 港 工 業 的 耗 量<br />

許 多 先 進 照 明 和 顯 示 科 技 產 品 要 求 高 品 質 的 螢 光 粉 以 提 高<br />

發 光 效 率 和 效 能 , 令 消 費 者 直 接 觀 望 這 些 設 備 所 產 生 的<br />

光 , 來 提 升 其 舒 適 程 度 。 採 用 稀 土 螢 光 粉 的 先 進 照 明 和 顯<br />

示 產 品 , 一 般 分 為 四 個 不 同 的 類 別 : 傳 統 的 白 熾 燈 、 螢 光<br />

燈 包 括 線 性 和 緊 密 型 螢 光 燈 ( 分 別 LFLs 和 CFLs)、 發 光<br />

二 極 體 (LED) 和 有 機 發 光 二 極 體 (OLED)。<br />

傳 統 的 白 熾 燈 通 常 不 需 用 稀 土 螢 光 粉 , 目 前 幾 代 的 線 性 螢<br />

光 燈 和 緊 密 型 螢 光 燈 使 用 的 螢 光 粉 , 含 有 不 同 濃 度 的 鑭 、<br />

鈰 、 鋱 、 銪 及 釔 , 以 提 高 效 率 和 燈 光 效 果 。 然 而 , 螢 光 粉<br />

是 這 些 產 品 的 整 體 生 產 成 本 的 主 要 部 分 。 儘 管 其 它 新 興 照<br />

明 技 術 與 螢 光 燈 相 比 , 大 大 減 少 了 稀 土 元 素 含 量 , 令 白 光<br />

LED 設 計 減 少 應 用 鑭 及 鋱 的 螢 光 粉 , 但 許 多 產 品 仍 使 用 鈰<br />

和 銪 的 螢 光 粉 , 把 藍 光 LED 轉 換 成 有 用 的 白 光 。 另 外 , 釹<br />

60


4.1.4 Consumption of Rare Earth Automotive<br />

Catalysts in Hong Kong Industries<br />

The rare earth fine chemical catalysts sector is usually<br />

divided into petroleum refining and autocatalysts. In<br />

addition to the well known materials of catalysts and<br />

phosphors, rare earth fine chemicals also cover fuel<br />

additives, redox agents, reagents, plastic dopants,<br />

wetting-resistant materials, etc. The most common rare<br />

earth to be applied in catalytic converters for both<br />

gasoline and diesel engines, such as three-way automotive<br />

emission catalysts and fuel-borne diesel particulate<br />

catalysts, is cerium, which is also applied as<br />

de-sulfurization catalyst, petroleum-cracking catalyst and<br />

dyes removal agents in water-based solutions. Lanthanum<br />

also represents in many products of autocatalysts and<br />

petroleum-cracking catalysts.<br />

The global production of catalysts for petroleum refining<br />

consumed approximately 17,000 tons of rare earth oxides<br />

in 2011, representing about 68% of the global<br />

consumption, which has experienced a steady growth of<br />

average over 10% per year from about 14,000 tons in<br />

2009. The average percentage growth of the global<br />

production of autocatalysts is even more prominent from<br />

2009 to 2011 (around 5,900 tons and 7,600 tons,<br />

respectively), at a rate of over 14% per year, despite the<br />

total consumption of rare earth oxides is much less<br />

compared to catalysts for petroleum refining (about 30%<br />

of global total catalyst market).<br />

An automotive catalytic converter is an exhaust system<br />

that reduces the emission of harmful pollutants, such as<br />

carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen<br />

oxides (NO x ), with the catalytic function being activated<br />

by certain oxidation and/or reduction reactions, which<br />

transform the harmful pollutants into less deleterious<br />

substance, such as carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O)<br />

and nitrogen (N 2 ). Since the global and national<br />

environmental regulations on pollutant emissions have<br />

become increasingly stringent, each new vehicle produced<br />

that is based on gasoline or diesel engine has usually to<br />

incorporate a catalytic converter in order to minimize the<br />

pollutants emitted.<br />

China represents about 30% of the global automotive<br />

market in terms of production. The global production of<br />

automobiles in 2011 is expected to be around 47.5 million<br />

units and thus China produced approximately 14.6 million<br />

vehicles in 2011. Since the global production of<br />

autocatalysts amounted to 7,600 tons in 2011, the<br />

corresponding consumption of autocatalysts for<br />

automotive manufacturing in China is estimated to be<br />

about 2,280 tons, given each vehicle has a new catalytic<br />

converter installed (Table 20). There are 117 suppliers of<br />

automotive catalytic converters found in China, whereas<br />

there are few similar manufacturers in Hong Kong<br />

representing about 2.5% of the total in China. Based on<br />

通 常 被 消 耗 在 螢 光 燈 的 玻 璃 元 件 , 以 轉 移 色 彩 的 頻 譜 模 仿<br />

自 然 光 。<br />

據 估 計 , 利 用 稀 土 作 一 部 分 螢 光 粉 配 方 的 線 性 和 緊 密 型 螢<br />

光 燈 , 預 計 短 期 和 中 期 的 需 求 將 會 增 加 , 因 為 線 性 螢 光 燈<br />

越 來 越 多 地 成 為 商 業 照 明 市 場 的 主 導 , 而 大 家 已 看 到 緊 密<br />

型 節 能 螢 光 燈 在 住 宅 的 應 用 上 有 持 續 增 長 的 趨 勢 。 從 長 期<br />

來 說 , 和 線 性 緊 密 型 螢 光 燈 相 比 , 預 計 LED 和 OLED 在 照<br />

明 市 場 的 佔 有 率 持 續 增 加 , 由 於 這 些 產 品 的 成 本 和 性 能 隨<br />

著 時 間 得 以 改 進 , 將 有 可 能 維 持 稀 土 螢 光 粉 的 整 體 市 場 需<br />

求 。<br />

稀 土 的 純 度 是 螢 光 粉 最 重 要 的 生 產 要 素 , 是 需 要 99.999%<br />

純 度 的 , 因 此 , 稀 土 螢 光 粉 生 產 過 程 是 需 要 嚴 格 控 制 的 ,<br />

因 為 在 每 百 萬 份 稀 土 螢 光 粉 中 存 在 幾 份 雜 質 , 將 對 所 產 生<br />

的 光 的 色 彩 及 特 性 帶 來 負 面 的 影 響 。 一 系 列 嚴 格 的 分 離 過<br />

程 是 必 要 的 , 以 提 高 稀 土 螢 光 粉 的 純 度 到 可 接 受 的 水 平 ,<br />

使 生 產 成 本 顯 著 增 加 。 應 用 在 照 明 產 品 的 螢 光 粉 製 造 商 一<br />

般 會 產 生 大 量 類 似 的 螢 光 粉 材 料 , 可 用 於 在 電 視 螢 幕 、 電<br />

腦 顯 示 器 和 電 子 儀 器 儀 錶 等 。<br />

在 2011 年 , 全 球 稀 土 螢 光 粉 的 消 耗 量 約 11,000 噸 , 目 前 中<br />

國 的 消 耗 量 達 全 球 的 80%, 以 為 主 要 照 明 製 造 商 作 元 件 生<br />

產 之 用 , 而 中 國 隨 後 出 口 大 部 分 這 些 元 件 到 全 球 。 基 於 這<br />

個 事 實 , 預 計 中 國 在 2011 年 消 耗 了 約 8,800 噸 稀 土 螢 光 粉<br />

( 表 19)。 據 估 計 , 香 港 在 照 明 和 顯 示 產 業 的 廠 商 佔 全 球<br />

大 約 3% 的 生 產 , 因 此 , 香 港 廠 商 對 稀 土 螢 光 粉 的 年 度 消<br />

耗 量 預 計 在 2011 年 大 約 達 260 噸 。<br />

Table 19: Consumption of Rare Earth Phosphors<br />

in Hong Kong Industries<br />

表 19: 香 港 工 業 稀 土 螢 光 粉 消 耗 的 總 結<br />

Rare Earth Phosphors Consumption, 2011<br />

2011 年 稀 土 螢 光 粉 的 耗 量<br />

Region 地 區<br />

Consumed<br />

(ton)<br />

耗 量 ( 噸 )<br />

Global Market<br />

Share<br />

全 球 市 場 份 額<br />

Global 全 球 11,000 -<br />

China 中 國 8,800 80%<br />

Hong Kong (est.)<br />

260 3%<br />

香 港 ( 估 計 )<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

4.1.4 稀 土 汽 車 催 化 劑 在 香 港 工 業 的 耗 量<br />

稀 土 精 煉 化 工 催 化 劑 行 業 通 常 分 為 石 油 煉 製 應 用 和 汽 車 尾<br />

氣 淨 化 應 用 , 除 了 眾 所 周 知 的 催 化 劑 和 螢 光 粉 材 料 , 稀 土<br />

精 煉 化 學 品 還 包 括 燃 料 添 加 劑 、 氧 化 還 原 劑 、 試 劑 、 塑 膠<br />

61


the crude assumption of each of these manufacturers<br />

sharing equal amount of raw materials to produce<br />

catalytic converters, the consumption of rare earth<br />

automotive catalysts in Hong Kong industries would<br />

summon up to about 60 tons.<br />

4.2 Strategic Advantages of Hong Kong as An<br />

Industrial Hub of Rare Earth Specialty<br />

Intermediate Materials<br />

Having the supply and demand concerns as well as the<br />

extraction process of REEs, China faces a number of<br />

constraints ahead that protects its own industrial<br />

development and challenges the established high-tech<br />

economies in Europe, US and Japan alike. Despite<br />

pursuing prominent reserves of REEs in China, the<br />

increasing fuelling in terms of the use of REEs in<br />

manufacturing high-tech products has imposed stresses<br />

on its reserves leading to production quotas on both<br />

domestic and foreign economies. On the other hand,<br />

pollution and health hazards force the overall REEs<br />

industry to upgrade its production techniques through<br />

the imposition of environmental regulations leading to a<br />

tremendous increase in cost. Because of that, new<br />

constraints are imposed by the Chinese government in<br />

granting new REE mining licenses, attempting to decrease<br />

the supply of REEs. Moreover, the imposition of REE<br />

export tax poses an even stronger cost factor for foreign<br />

economies to acquire the raw materials for both specialty<br />

intermediate materials and high-end product<br />

manufacturing. These have sparked a rising concern from<br />

foreign economies over the existing role of China in<br />

maintaining the global supply chain of REEs. These foreign<br />

concerns will, however, serve as opportunities for<br />

lucrative REEs-based specialty intermediate materials and<br />

related industries in China and Hong Kong.<br />

China suffers no economic problem in terms of the raw<br />

materials supply industry. However, China lacks the<br />

technological advances and management concepts using<br />

these resources, in which foreign high-tech economies<br />

excel. So, China needs these technologies in order to<br />

bring its industries from the current state of mainly<br />

producing low-cost components into manufacturing of<br />

high-quality specialty intermediate materials and high-tech<br />

lucrative products with original designs and brands.<br />

Upon a general estimation, overseas manufacturing and<br />

processing companies have been generating<br />

approximately a 20-25 times value-adding by<br />

importing low cost rare earth materials and reselling the<br />

rare earth specialty intermediate products back to China.<br />

Taking into consideration the large variety of rare earth<br />

(17 elements in total), extremely diversified applications<br />

and various consumption of each rare earth, and also the<br />

drastic difference in price of individual REE/REO, such<br />

market value is only a very rough estimation for the<br />

purpose of an easier understanding of the situation.<br />

摻 雜 、 防 潤 濕 材 料 等 , 最 常 見 應 用 於 催 化 劑 的 稀 土 是 鈰 ,<br />

通 常 被 應 用 在 汽 油 和 柴 油 發 動 機 的 催 化 轉 換 器 , 如 三 路 的<br />

汽 車 尾 氣 催 化 劑 和 傳 播 燃 料 柴 油 微 粒 催 化 劑 , 亦 被 應 用 於<br />

石 油 裂 化 催 化 劑 和 水 為 基 礎 溶 液 的 染 料 去 除 劑 及 硫 化 催 化<br />

劑 等 等 。 鑭 也 在 許 多 汽 車 尾 氣 淨 化 催 化 劑 和 石 油 裂 化 催 化<br />

劑 的 產 品 中 受 到 應 用 。<br />

在 2011 年 全 球 煉 油 催 化 劑 生 產 消 耗 約 17,000 噸 稀 土 氧 化<br />

物 , 佔 全 球 消 耗 量 約 68%, 全 球 消 耗 量 亦 從 2009 年 起 約<br />

14,000 噸 經 歷 了 每 年 超 過 10% 的 穩 定 增 長 。 儘 管 稀 土 氧 化<br />

物 在 生 產 汽 車 尾 氣 淨 化 催 化 劑 的 消 耗 量 ( 佔 全 球 總 數 的 催<br />

化 劑 市 場 約 30%) 比 生 產 石 油 煉 製 催 化 劑 的 消 耗 量 要 少 得<br />

多 , 全 球 生 產 的 汽 車 尾 氣 淨 化 催 化 劑 的 平 均 百 分 比 從 2009<br />

年 至 2011 年 的 增 長 是 突 出 的 , 每 年 超 過 14%( 分 別 約 5,900<br />

萬 噸 和 7,600 萬 噸 )。<br />

汽 車 催 化 轉 換 器 是 減 少 排 放 有 害 污 染 物 , 如 一 氧 化 碳<br />

(CO)、 碳 氫 化 合 物 (HC) 和 氮 氧 化 物 (NOx) 等 的 排 氣<br />

系 統 , 催 化 功 能 是 受 到 一 定 的 氧 化 和 / 或 還 原 反 應 而 活 化<br />

的 , 以 把 有 害 污 染 物 轉 變 成 少 害 物 質 , 如 二 氧 化 碳 (CO2)、<br />

水 (H2O) 和 氮 氣 (N2) 等 。 由 於 全 球 和 國 家 的 污 染 物 排 放<br />

環 保 法 規 越 來 越 嚴 格 , 每 一 輛 新 生 產 的 汽 油 或 柴 油 發 動 機<br />

汽 車 通 常 都 安 裝 催 化 轉 換 器 , 以 大 幅 度 地 減 少 污 染 物 的 排<br />

放 。<br />

Table 20: Consumption of Rare Earth<br />

Automotive Catalysts in Hong Kong Industries<br />

表 20: 香 港 工 業 的 汽 車 稀 土 催 化 劑 消 耗 量<br />

Rare Earth Automotive Catalysts Production, 2011<br />

2011 年 汽 車 稀 土 催 化 劑 的 產 量<br />

Region 地 區<br />

Consumed<br />

(ton)<br />

耗 量 ( 噸 )<br />

Global Market<br />

Share<br />

全 球 市 場 份 額<br />

Global 全 球 7,600 -<br />

China 中 國 2,280 30%<br />

Hong Kong (est.)<br />

香 港 ( 估 計 )<br />

60<br />

0.75%<br />

(2.5% of the<br />

total in China)<br />

( 全 國 總 數 的<br />

2.5%)<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

中 國 在 全 球 汽 車 生 產 市 場 方 面 的 份 額 佔 約 30%,2011 年 全<br />

球 汽 車 產 量 估 計 為 4,750 萬 輛 左 右 , 因 此 , 中 國 大 約 在 2011<br />

年 生 產 了 1,460 萬 輛 汽 車 。 自 從 在 2011 年 全 球 汽 車 尾 氣 淨<br />

化 催 化 劑 的 產 量 達 7,600 噸 , 假 設 每 輛 車 都 安 裝 一 個 新 的 催<br />

化 轉 化 器 , 中 國 汽 車 製 造 業 的 汽 車 尾 氣 淨 化 催 化 劑 的 相 應<br />

消 耗 估 計 約 為 2,280 噸 ( 表 20)。 中 國 現 有 117 個 汽 車 催<br />

62


On the other hand, foreign high-tech economies, such as<br />

Japan and US, have extensive experience in high-value<br />

added products, both intermediate materials and end<br />

products, with significant usage of REEs from initial basic<br />

research through technological product design and<br />

development to mass manufacturing and branding. What<br />

these economies suffer now is the increasing uncertainty<br />

in securing these REEs for production of these high-tech<br />

products.<br />

Due to the historical development as a free trade<br />

entrepot, Hong Kong has all the qualities of leadership,<br />

networks and infrastructure to be the facilitator of the<br />

REEs-related trades between China and foreign high-tech<br />

economies. In addition to commercial and industrial<br />

management experience and world class financial and<br />

legal systems, Hong Kong can perform such a facilitating<br />

role to bridge the gap and maintain the balance of<br />

materials supply from China as well as acquiring<br />

know-how in terms of technology and management. Hong<br />

Kong can lead this part of the China economy from being<br />

the global power of low-cost manufacturing to prospering<br />

into high-value added product design and innovation<br />

driver. The stringent legal system in Hong Kong protects<br />

intellectual property rights thoroughly, which enhances<br />

the level of confidence from foreign companies having<br />

critical processing technologies to establish partnerships<br />

with Hong Kong companies.<br />

In addition to the facilitating role above, Hong Kong offers<br />

some degree of activities on the innovation and<br />

technology side to illustrate some levels of capabilities in<br />

capturing the lucrative markets enjoyed by the foreign<br />

high-tech economies. This competence is especially<br />

suitable for REEs-based specialty intermediate materials.<br />

There are many experts in the areas of advanced<br />

materials and manufacturing technologies in local<br />

institutions and industries with some of their research<br />

being highly regarded by international communities.<br />

Universities in Hong Kong, two of which have recently<br />

been ranked in the top 50 by QS World, including The<br />

Hong Kong University of Science and Technology and<br />

University of Hong Kong, routinely train up many high<br />

quality graduates in materials science and engineering<br />

each year in order to fuel the demand in technical<br />

workforce in industry. Over the past ten years, Hong<br />

Kong has also improved and maintained a number of<br />

existing industrial estates, and built up an extensive<br />

technological infrastructure to support high-level<br />

research and development of industries that rely on the<br />

advances in materials science and engineering.<br />

Hong Kong industries have for the past few decades<br />

gathered a diverse spectrum of individual and joint<br />

venture experience with overseas companies for setting<br />

up businesses related to REEs in Hong Kong. Examples<br />

span from rare earth incorporation in magnesium alloys<br />

for die-casting consumer and automotive products at Ka<br />

Shui International to active applications of rare earth<br />

permanent magnets in motor and home appliance<br />

化 轉 換 器 的 供 應 商 , 而 香 港 卻 很 少 類 似 的 廠 商 , 代 表 著 約<br />

中 國 的 2.5% 的 廠 家 總 數 。 假 設 這 些 廠 家 共 用 同 等 量 原 料 生<br />

產 催 化 轉 換 器 , 香 港 工 業 的 汽 車 稀 土 催 化 劑 消 耗 量 估 計 約<br />

60 噸 。<br />

4.2 香 港 作 為 稀 土 特 種 中 介 材 料 工 業 中 心 的 策 略 性 優 勢<br />

鑒 於 對 供 求 的 憂 慮 及 稀 土 的 萃 取 過 程 , 國 家 面 臨 多 樣 限<br />

制 , 以 保 護 自 己 的 工 業 發 展 及 挑 戰 如 歐 美 和 日 本 等 海 外 高<br />

科 技 經 濟 體 系 。 儘 管 國 家 擁 有 龐 大 的 稀 土 儲 量 , 但 以 稀 土<br />

元 素 在 製 造 高 科 技 產 品 的 大 量 增 加 , 使 資 源 儲 備 承 受 很 大<br />

的 壓 力 , 助 長 了 國 家 對 稀 土 國 內 外 的 生 產 配 額 。 另 一 方 面 ,<br />

污 染 和 健 康 問 題 迫 使 整 個 稀 土 行 業 提 升 其 生 產 技 術 , 以 通<br />

過 環 保 法 規 , 導 致 成 本 大 幅 增 加 , 因 此 , 中 央 政 府 在 發 放<br />

新 的 稀 土 採 礦 許 可 證 領 域 上 施 加 新 的 限 制 , 試 圖 減 少 稀 土<br />

供 應 。 此 外 , 國 家 徵 收 的 稀 土 出 口 稅 加 大 了 外 國 經 濟 體 系<br />

生 產 特 種 中 介 材 料 和 高 端 產 品 的 成 本 。 這 些 都 引 發 了 外 國<br />

經 濟 對 中 國 在 全 球 稀 土 元 素 供 應 鏈 上 現 有 角 色 的 日 益 關<br />

注 。 外 國 亦 漸 漸 關 注 中 國 在 維 持 稀 土 國 際 供 應 鏈 現 在 的 角<br />

色 。 然 而 , 外 國 的 關 注 能 為 國 家 和 香 港 在 利 潤 豐 厚 的 稀 土<br />

特 種 中 介 材 料 及 相 關 行 業 中 帶 來 寶 貴 的 機 遇 。<br />

國 家 在 原 料 供 應 產 業 方 面 未 遇 到 經 濟 上 問 題 , 但 是 , 國 家<br />

目 前 缺 乏 像 外 國 般 , 利 用 這 些 資 源 的 優 異 技 術 和 管 理 理<br />

念 , 從 現 時 主 要 製 造 低 成 本 元 件 的 情 況 提 升 到 製 造 高 品 質<br />

特 種 中 介 材 料 , 和 有 品 牌 、 利 潤 豐 厚 的 高 科 技 原 創 設 計 和<br />

產 品 。<br />

根 據 一 般 估 計 , 海 外 生 產 和 加 工 企 業 從 中 國 進 口 成 本 低 的<br />

稀 土 材 料 , 及 回 售 稀 土 特 種 中 介 產 品 給 中 國 的 方 法 已 產 生<br />

約 20-25 倍 的 增 加 價 值 。 考 慮 到 了 各 種 稀 土 ( 共 17 個 元 素 )<br />

應 用 的 非 常 多 樣 化 和 每 鐘 稀 土 的 消 耗 量 不 均 衡 , 以 及 個 別<br />

稀 土 / 稀 土 氧 化 物 的 價 格 也 存 在 大 幅 差 異 , 這 市 場 價 值 增 加<br />

只 是 一 個 非 常 粗 略 的 估 計 , 目 的 是 更 容 易 理 解 現 在 的 情 況 。<br />

另 一 方 面 , 國 外 高 科 技 的 經 濟 體 , 如 日 本 和 美 國 , 從 最 初<br />

的 基 礎 研 究 , 通 過 技 術 的 產 品 設 計 和 開 發 , 到 大 規 模 生 產<br />

和 建 立 品 牌 , 都 在 高 增 值 產 品 ( 如 中 介 材 料 和 最 終 產 品 等 )<br />

擁 有 豐 富 的 經 驗 。 現 在 這 些 國 家 面 對 日 益 不 穩 定 的 稀 土 供<br />

應 , 使 這 些 高 科 技 產 品 的 生 產 存 在 不 明 朗 因 素 。<br />

作 為 歷 史 發 展 中 一 個 自 由 貿 易 轉 口 港 , 香 港 有 著 領 導 素<br />

質 、 網 路 和 基 礎 設 施 的 優 勢 , 以 促 進 中 國 和 外 國 高 科 技 經<br />

濟 體 之 間 相 關 的 稀 土 行 業 貿 易 。 除 了 商 業 和 工 業 的 管 理 經<br />

驗 和 世 界 一 流 的 金 融 和 法 律 制 度 , 香 港 可 以 起 著 這 樣 的 促<br />

進 作 用 , 使 材 料 供 應 保 持 平 衡 , 及 在 技 術 和 管 理 方 面 得 到<br />

外 國 的 專 業 知 識 , 帶 領 國 家 的 經 濟 從 低 成 本 製 造 業 提 升 至<br />

63


products of Johnson Electric and TDK. Public institutions<br />

in Hong Kong, such as Hong Kong Productivity Council<br />

and Nanotechnology and Advanced Materials Institute,<br />

have also obtained professional experience in assisting<br />

technology companies to establish new businesses<br />

relating to other types of intermediate materials, such as<br />

plastic stabilizing additives, precious metal smelting,<br />

electroplating solutions and thin-film photovoltaic<br />

materials. Examples of these overseas technology<br />

companies include Dow Chemicals and DuPont. Such<br />

business supporting experiences will be of paramount<br />

benefit to assist Hong Kong industries to transfer the<br />

management and technical expertise in developing new<br />

industries of specialty intermediate materials of rare<br />

earth.<br />

Hong Kong industries, having a strategic location in South<br />

China in both logistics and manufacturing, suffer less from<br />

the supply risk of REEs faced by their counterparts in<br />

Japan, US and Europe, etc, which also facilitates both<br />

import of critical materials and components for<br />

technological advancement in rare earth specialty<br />

intermediate materials and export of the high-value<br />

adding materials products. With an independent, free of<br />

conflict of interest, and robust testing and certification<br />

system, Hong Kong is capable to develop and establish<br />

novel product accreditation schemes for rare earth<br />

specialty intermediate materials in order to raise the<br />

quality standard and image for capturing the more<br />

lucrative high-tech materials markets in the international<br />

footing.<br />

高 附 加 值 的 產 品 設 計 和 驅 動 創 新 。 香 港 嚴 格 的 法 律 制 度 能<br />

徹 底 保 護 知 識 產 權 , 從 而 提 高 外 國 擁 有 關 鍵 加 工 技 術 的 公<br />

司 與 香 港 公 司 建 立 合 作 關 係 的 信 心 。<br />

除 了 以 上 的 促 進 作 用 , 香 港 能 提 供 一 定 程 度 的 創 新 和 技 術<br />

水 平 , 特 別 適 合 抓 住 稀 土 特 種 中 介 材 料 豐 厚 的 市 場 。 香 港<br />

擁 有 許 多 國 際 知 名 的 先 進 材 料 和 製 造 技 術 專 家 , 在 香 港 的<br />

研 究 機 構 和 工 業 進 行 研 究 工 作 。 其 中 兩 所 被 QS 世 界 在 材<br />

料 科 學 與 工 程 中 排 名 前 50 位 的 本 地 大 學 ── 香 港 科 技 大<br />

學 和 香 港 大 學 , 培 訓 出 許 多 高 素 質 的 材 料 科 學 與 工 程 畢 業<br />

生 , 為 業 界 提 供 所 需 的 技 術 人 材 。 在 過 去 十 年 , 香 港 還 提<br />

高 和 保 持 現 有 的 工 業 邨 數 量 , 並 興 建 了 不 少 科 技 有 關 的 基<br />

礎 設 施 , 以 支 援 依 靠 材 料 科 學 與 工 程 產 業 的 高 端 研 究 和 發<br />

展 。<br />

另 一 方 面 , 香 港 在 過 去 幾 十 年 亦 設 立 了 不 少 與 稀 土 相 關 的<br />

自 資 和 海 外 合 資 公 司 , 例 如 從 嘉 瑞 國 際 的 稀 土 鎂 合 金 電 子<br />

和 汽 車 壓 鑄 產 品 , 到 德 昌 電 機 和 TDK 對 稀 土 永 磁 積 極 應 用<br />

於 電 機 和 家 電 產 品 上 。 香 港 的 公 共 機 構 , 如 香 港 生 產 力 促<br />

進 局 和 納 米 及 先 進 材 料 研 究 所 , 亦 富 有 相 關 的 專 業 經 驗 協<br />

助 科 技 公 司 建 立 其 它 類 型 中 介 材 料 的 業 務 , 如 塑 膠 穩 定 添<br />

加 劑 、 貴 金 屬 冶 煉 、 電 鍍 溶 液 和 薄 膜 光 伏 材 料 等 。 海 外 科<br />

技 公 司 例 子 包 括 美 國 的 陶 氏 化 工 和 杜 邦 公 司 等 。 這 些 支 援<br />

企 業 的 經 驗 將 會 極 為 有 用 , 可 協 助 香 港 的 產 業 轉 移 管 理 和<br />

技 術 專 長 , 從 而 發 展 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 新 興 產 業 。<br />

香 港 位 於 國 家 南 方 物 流 和 製 造 業 的 戰 略 位 置 , 比 歐 美 及 日<br />

本 同 行 所 面 對 的 稀 土 供 應 風 險 相 對 較 少 , 也 有 利 於 進 口 關<br />

鍵 材 料 和 部 件 以 提 升 稀 土 特 種 中 介 材 料 技 術 , 以 及 出 口 高<br />

增 值 的 材 料 產 品 。 香 港 亦 擁 有 一 個 獨 立 、 無 利 益 衝 突 和 強<br />

大 的 檢 測 和 認 證 體 系 , 有 能 力 為 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 新 穎<br />

產 品 發 展 和 建 立 認 證 計 劃 , 以 提 高 品 質 的 標 準 和 形 象 , 使<br />

香 港 在 國 際 平 台 上 獲 得 豐 厚 的 高 科 技 材 料 市 場 。<br />

64


Chapter 5: Rare Earth Industry: From Current<br />

Environment in Mainland China to Opportunities<br />

for Hong Kong SAR<br />

5.1 Current Environment in Mainland China<br />

China, as the country with one of the world’s most<br />

abundant resources and producer of rare earth primary<br />

materials, is not fully utilizing such advantages to obtain<br />

maximum benefits in both economic and environmental<br />

aspects. This opens up the question on whether Hong<br />

Kong can take this as an opportunity to establish high<br />

value adding rare earth specialty intermediate materials<br />

industry locally.<br />

As a strategic resource, the rare earth industry has to be<br />

considered differently from ordinary manufacturing<br />

industries. The most value-adding section of the rare<br />

earth industry starts from the middle to downstream of<br />

the supply chain. The rare earth industry supply chain<br />

consists of several factors. There is mineral ore from<br />

mining, mineral concentrates and low to middle purity<br />

individual rare earth products from refining. Then high<br />

purity rare earth functional materials and components<br />

come from secondary refining and materials processing,<br />

and finally the consumer products manufacturing that<br />

require the rare earth components as shown in Figure 32.<br />

第 5 章 : 稀 土 工 業 : 從 目 前 國 內 的 環 境 到 香 港 特 區 的 機 遇<br />

5.1 國 內 目 前 的 環 境<br />

中 國 作 為 世 界 上 其 中 一 個 稀 土 資 源 最 豐 富 的 國 家 及 主 要 原<br />

料 生 產 地 , 並 未 充 分 利 用 這 種 優 勢 以 在 經 濟 和 環 境 方 面 獲<br />

得 最 大 的 利 益 。 這 產 生 了 一 個 問 題 , 就 是 香 港 可 否 以 此 為<br />

契 機 , 建 立 本 地 高 附 加 值 的 稀 土 特 種 中 介 材 料 產 業 。<br />

作 為 一 種 戰 略 資 源 , 稀 土 行 業 與 普 通 製 造 業 要 考 慮 的 必 然<br />

不 同 。 稀 土 行 業 最 增 值 的 部 分 是 從 供 應 鏈 中 間 開 始 到 下 游<br />

的 活 動 , 稀 土 產 業 供 應 鏈 包 括 從 採 礦 中 得 到 的 礦 石 , 到 礦<br />

產 精 礦 和 精 製 而 成 的 低 到 中 等 純 度 個 別 稀 土 產 品 , 然 後 從<br />

兩 次 精 煉 和 材 料 加 工 到 高 純 度 的 稀 土 功 能 材 料 和 組 件 , 最<br />

後 到 利 用 高 純 度 稀 土 生 產 的 消 費 產 品 , 如 圖 32 所 示 。<br />

Figure 32: The Supply Chain of Rare Earth Industry<br />

圖 32: 稀 土 工 業 的 供 應 鏈<br />

In the upstream stages of the supply chain, (1) mineral<br />

ore; (2) mineral concentration; and (3) low to middle<br />

purity rare earth products, the processes involved are<br />

mostly mining and refining, which are resource consuming<br />

and not environmentally friendly, therefore having less<br />

economic benefits. In the downstream stages, (4)<br />

functional materials and (5) components, the processes<br />

involved are purification and materials processing, which<br />

are high-tech industries with more environmentally<br />

friendly processes and allow recycling of the processing<br />

materials. Therefore, the downstream processes have<br />

more economic benefits and such difference can be as<br />

high as 1:50-500 from the upstream stages of low/middle<br />

purity rare earth products to low stream stages of high<br />

purity rare earth functional materials and components.<br />

China has one of the most abundant rare earth resources<br />

and at the same time is one of the largest consumers of<br />

rare earth products. Unfortunately, China currently<br />

imports many of the expensive downstream intermediate<br />

products (REE functional materials and components) from<br />

overseas countries.<br />

Owing to the boost of worldwide demand for rare earth<br />

materials in the 1970s, China recognized a potentially 6 to<br />

10 times higher profit of selling individual rare earth<br />

products over just mineral concentrates. Therefore, large<br />

amount of resources and manpower was devolved into<br />

the R&D of rare earth refining and separation<br />

technologies. At the same time over the past decades<br />

under the economic reform enacted by the Chinese<br />

Government, China has become the world’s factory.<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生 產<br />

力 促 進 局 )<br />

65


Major industries are electronics and semiconductors,<br />

which utilize large amount of rare earth functional<br />

materials. Since then China has become highly dependent<br />

on the import of expensive downstream rare earth<br />

products from overseas countries like Japan, USA, and<br />

Europe to fulfill its own domestic needs. Ironically, the<br />

raw materials of rare earth in these overseas countries<br />

are actually those imported from China at low costs and<br />

these countries make a huge amount of profit from the<br />

further downstream processing (adding value of up to one<br />

thousand times). For example, China exports neodymium<br />

oxide at RMB 150k/t and imports processed high purity<br />

neodymium metal at RMB 700k/t from Japan.<br />

Balance of trade cannot be maintained as China is<br />

exporting low value upstream materials, while importing<br />

high value downstream products is bringing two serious<br />

negative impacts to the country. Firstly, extensive rare<br />

earth mining and refining activities have caused severe<br />

environmental pollution to land and rivers. Secondly,<br />

China has lost the most profitable part in the supply chain,<br />

which in turn threatens the business environment of local<br />

high-tech industries requiring rare earth components due<br />

to the increasing cost of importing the downstream rare<br />

earth products. In extreme cases, some high-end rare<br />

earth products are not allowed to be sold to China due<br />

to high-tech export restrictions overseas, such as the US<br />

restriction on export of fuel cells made of high purity<br />

scandium oxide from China.<br />

To respond to such problems, the Chinese Government<br />

is turning the wheel firstly by implementing the export<br />

quotas on rare earth materials and upstream products,<br />

which could regain control of the amount and price of<br />

supply. Secondly, the Chinese Government started long<br />

term strategic planning to establish technical capability<br />

and talent pool, aiming to close the technology gap for the<br />

production of downstream high value adding rare earth<br />

products. Many R&D centres designated to rare earth<br />

related research have been established since 1970s.<br />

However, there are two major obstacles to break<br />

through before China is able to capture the market of<br />

downstream high value adding rare earth products.<br />

Firstly, most of the key technologies to manufacture the<br />

high value products are patented and owned by overseas<br />

companies. They are unwilling to license the process to<br />

be carried out in China due to its relatively young<br />

intellectual property protection system, including<br />

patented NdFeB magnets from Japanese and American<br />

companies.<br />

Even though licensed manufacturing is carried out in<br />

China, the experience and knowhow do not come with<br />

the license, which is critical to the product quality.<br />

Engineers in China currently have only accumulated<br />

experience for R&D and laboratory scale processing.<br />

Scaling up to large scale manufacturing not only causes<br />

quality problems, but generally results in low manufacture<br />

yield and efficiency due to lack of industrial experience<br />

and knowhow when following the licensed process. As a<br />

在 供 應 鏈 的 上 游 階 段 (1) 礦 石 ;(2) 精 礦 及 (3) 低 中 純<br />

稀 土 產 品 , 涉 及 的 流 程 大 多 是 開 採 和 提 煉 , 這 是 資 源 消 耗<br />

和 不 環 保 的 , 因 此 帶 來 較 少 的 經 濟 效 益 。 在 供 應 鏈 的 下 游<br />

階 段 (4) 功 能 材 料 和 (5) 組 件 , 加 工 技 術 屬 於 更 環 保 的<br />

高 新 技 術 的 淨 化 和 材 料 加 工 產 業 , 並 可 以 回 收 多 餘 的 加 工<br />

材 料 , 因 此 , 下 游 的 過 程 有 更 高 的 經 濟 效 益 , 這 種 從 上 游<br />

階 段 的 低 / 中 純 稀 土 產 品 到 下 游 階 段 的 高 純 度 稀 土 功 能 材<br />

料 和 部 件 的 低 流 階 段 的 差 異 可 以 為 1:50-500。<br />

中 國 是 世 上 擁 有 最 豐 富 稀 土 資 源 的 國 家 之 一 , 同 時 亦 是 稀<br />

土 產 品 最 大 消 耗 者 之 一 , 不 幸 的 是 , 目 前 國 家 需 要 從 海 外<br />

進 口 許 多 昂 貴 的 下 游 中 介 產 品 ( 如 稀 土 功 能 材 料 和 部 件 )。<br />

在 20 世 紀 70 年 代 為 了 推 動 全 球 對 稀 土 材 料 的 需 求 , 國 家<br />

意 識 到 銷 售 個 別 稀 土 產 品 比 只 是 銷 售 稀 土 精 礦 的 利 潤 可 能<br />

高 達 6 至 10 倍 , 因 此 , 安 排 大 量 的 資 源 和 人 力 研 發 稀 土 冶<br />

煉 和 分 離 技 術 。 同 時 在 過 去 的 幾 十 年 , 中 央 政 府 實 施 經 濟<br />

改 革 , 並 成 為 世 界 工 廠 , 主 要 行 業 是 電 子 和 半 導 體 , 它 們<br />

利 用 大 量 的 稀 土 功 能 材 料 , 從 那 時 起 , 國 家 已 高 度 依 賴 從<br />

海 外 如 日 本 、 美 國 和 歐 洲 等 國 家 進 口 昂 貴 的 稀 土 下 游 產 品<br />

以 提 供 國 內 的 需 求 。 諷 刺 的 是 , 這 些 海 外 國 家 那 些 低 成 本<br />

的 稀 土 原 材 料 , 其 實 是 從 中 國 進 口 的 , 這 些 國 家 經 過 進 一<br />

步 的 加 工 , 從 而 賺 取 巨 額 利 潤 ( 上 千 倍 的 價 值 增 加 )。 例<br />

如 , 中 國 出 口 的 氧 化 釹 每 噸 約 售 15 萬 人 民 幣 , 但 從 日 本 進<br />

口 的 高 純 度 金 屬 釹 每 噸 約 售 70 萬 人 民 幣 。<br />

由 於 國 家 出 口 低 附 加 值 的 上 游 材 料 , 而 進 口 高 附 加 值 的 下<br />

游 產 品 , 故 其 貿 易 難 以 保 持 平 衡 , 並 對 國 家 帶 來 兩 個 極 負<br />

面 的 影 響 。 首 先 , 稀 土 開 採 和 提 煉 活 動 對 土 地 和 河 流 造 成<br />

嚴 重 的 污 染 。 其 次 , 國 家 在 供 應 鏈 中 已 經 失 去 了 最 有 利 可<br />

圖 的 部 分 , 由 於 下 游 稀 土 產 品 的 進 口 成 本 增 加 , 反 過 來 威<br />

脅 到 國 家 需 要 稀 土 元 件 的 高 科 技 行 業 的 營 商 環 境 。 還 有 在<br />

極 端 情 況 下 , 由 於 高 科 技 的 出 口 限 制 , 一 些 高 端 的 稀 土 產<br />

品 不 允 許 從 海 外 售 到 中 國 , 例 如 美 國 對 燃 料 電 池 作 出 口 限<br />

制 , 但 這 些 燃 料 電 池 的 原 材 料 卻 是 來 自 中 國 的 高 純 度 氧 化<br />

鈧 。<br />

為 了 解 決 這 些 問 題 , 中 央 政 府 首 先 實 施 對 稀 土 材 料 及 上 游<br />

產 品 的 出 口 配 額 , 以 控 制 其 供 應 數 量 和 價 格 。 其 次 , 中 央<br />

政 府 開 始 了 長 期 戰 略 規 劃 , 以 建 立 技 術 能 力 和 儲 備 人 才 ,<br />

以 杜 絕 生 產 下 游 高 增 值 稀 土 產 品 的 技 術 差 距 。 自 20 世 紀<br />

70 年 代 以 來 , 國 家 已 經 建 立 了 許 多 研 發 中 心 指 定 研 究 稀 土<br />

相 關 項 目 , 然 而 , 在 能 夠 捕 捉 到 下 游 高 增 值 稀 土 產 品 市 場<br />

之 前 , 國 家 面 臨 兩 個 主 要 的 障 礙 , 首 先 , 大 部 分 生 產 高 附<br />

加 值 產 品 的 關 鍵 技 術 及 專 利 屬 海 外 公 司 所 擁 有 , 由 於 國 家<br />

對 知 識 產 權 保 護 制 度 的 經 驗 相 對 較 少 , 海 外 公 司 大 都 沒 有<br />

66


esult, the lack of such industrial knowhow and<br />

experience on high value-adding rare earth specialty<br />

intermediate materials would cause low quality and<br />

therefore difference in price of rare earth products from<br />

China. For example, China imports high quality NdFeB<br />

magnets at over US$ 60k/t, but exporting lower grade<br />

NdFeB magnets at only US$ 45k/t.<br />

5.2 Perspectives and Incentives for Developing<br />

Rare Earth Specialty Intermediate Materials<br />

Industry in Hong Kong<br />

To reiterate, China does not possess the relevant<br />

experience and overseas knowhow to process<br />

downstream rare earth materials for high-tech industries.<br />

It would therefore be possible to establish a new industry<br />

in Hong Kong using overseas technology to support the<br />

development of the high-tech industries in China. As<br />

mentioned, the most attractive and feasible rare earth<br />

industrial process for Hong Kong lays downstream of the<br />

rare earth supply chain. These are the high purity rare<br />

earth functional materials and components which are the<br />

most attractive because of high added values, relative low<br />

environmental and resource costs. With the<br />

establishment of such a processing industry in Hong Kong<br />

using semi-finished rare earth metal concentrates and low<br />

purity rare earth products from China, it would be<br />

possible to supply some high value added rare earth<br />

functional materials and components to meet the demand<br />

from high-tech industries in China. The whole rare earth<br />

supply chain would then be completed with the key<br />

technology developed in the Hong Kong Special<br />

Administration Region. It provides not only a stable<br />

supply chain of rare earth products, but also diversifies<br />

and enhances the economic environment of Hong Kong<br />

through the establishment of the new demanding<br />

high-tech industries.<br />

5.3 Opportunities for Hong Kong SAR<br />

To further this golden opportunity for Hong Kong<br />

industrialists, various technical, market environment and<br />

human resource aspects from the previous chapters are<br />

summarized here and further categorized into a number<br />

of perspectives. Moreover, the incentives for overseas<br />

investment, foreseeable impacts, and necessary conditions<br />

in order to implement such industry in Hong Kong are<br />

consolidated. To take a step further, the possibilities to<br />

overcome the above mentioned negative impacts and<br />

obstacles are evaluated. The incentives are divided into<br />

various perspectives as follows:<br />

(1) Incentives for overseas investment/technology owners<br />

(2) Build up local expertise from high calibre engineers<br />

(3) Environmental aspects<br />

(4) Benefits to China and Hong Kong<br />

足 夠 的 信 心 授 權 中 國 發 展 專 利 科 技 , 包 括 來 自 日 本 及 美 國<br />

擁 有 專 利 釹 鐵 硼 磁 鐵 的 公 司 。<br />

即 使 國 家 獲 授 權 發 展 專 利 科 技 , 但 不 代 表 海 外 公 司 會 把 相<br />

關 經 驗 和 專 有 技 術 帶 來 中 國 , 而 這 些 經 驗 和 專 有 技 術 卻 是<br />

產 品 品 質 的 關 鍵 。 目 前 中 國 的 工 程 師 在 這 些 技 術 領 域 只 積<br />

累 了 研 發 和 實 驗 室 規 模 的 加 工 經 驗 , 由 於 在 發 展 專 利 科 技<br />

中 缺 乏 行 業 經 驗 和 專 有 技 術 , 若 擴 展 到 大 規 模 生 產 , 不 僅<br />

會 導 致 品 質 問 題 , 通 常 亦 會 引 致 產 量 和 低 效 率 等 問 題 。 因<br />

此 , 高 增 值 稀 土 特 種 中 介 材 料 工 業 專 有 技 術 和 經 驗 的 缺<br />

失 , 會 導 致 國 家 在 品 質 方 面 都 較 外 國 為 低 , 使 來 自 中 國 的<br />

稀 土 產 品 價 格 亦 相 對 較 低 。 例 如 , 中 國 進 口 的 高 品 質 釹 鐵<br />

硼 磁 鐵 大 約 每 噸 60,000 美 元 , 但 出 口 的 品 質 相 對 較 低 的 釹<br />

鐵 硼 磁 體 每 噸 只 是 大 約 45,000 美 元 。<br />

5.2 香 港 稀 土 特 種 中 介 材 料 產 業 的 發 展 前 景 及 誘 因<br />

中 國 目 前 尚 未 擁 有 海 外 的 經 驗 和 專 有 技 術 以 為 高 新 技 術 產<br />

業 發 展 稀 土 下 游 的 加 工 技 術 。 香 港 利 用 海 外 的 技 術 , 是 可<br />

以 建 立 新 型 產 業 以 支 援 國 家 的 高 新 技 術 工 業 發 展 的 。 如 前<br />

所 述 , 由 於 其 高 附 加 值 及 相 對 較 低 的 環 境 和 資 源 成 本 , 香<br />

港 對 稀 土 工 業 在 供 應 鏈 的 下 游 加 工 , 尤 其 是 高 純 度 稀 土 功<br />

能 的 材 料 及 其 部 件 , 是 最 有 吸 引 力 和 最 可 行 的 。 利 用 國 內<br />

半 成 品 稀 土 精 礦 和 低 純 度 稀 土 產 品 建 立 下 游 稀 土 加 工 行<br />

業 , 香 港 是 有 可 能 提 供 高 附 加 值 的 稀 土 功 能 材 料 和 部 件 ,<br />

以 供 國 內 高 科 技 行 業 的 需 求 , 從 而 完 成 整 個 中 國 稀 土 的 供<br />

應 鏈 。 這 不 僅 穩 定 稀 土 產 品 的 供 應 鏈 , 更 可 透 過 建 立 高 新<br />

技 術 產 業 提 高 香 港 的 經 濟 並 使 經 濟 環 境 得 以 多 元 化 。<br />

5.3 香 港 特 別 行 政 區 的 機 遇<br />

為 了 對 香 港 實 業 家 推 介 這 難 得 的 機 遇 , 我 們 會 總 結 多 個 在<br />

前 面 章 節 提 及 的 技 術 、 市 場 環 境 及 人 力 資 源 等 分 析 , 並 進<br />

一 步 分 類 成 若 干 觀 點 。 此 外 , 我 們 會 對 鼓 勵 海 外 投 資 、 可<br />

預 見 的 影 響 及 其 它 必 要 條 件 的 觀 點 作 出 分 析 及 重 整 , 以 在<br />

香 港 發 展 稀 土 產 業 。 再 者 , 我 們 會 對 克 服 上 述 負 面 影 響 和<br />

障 礙 的 可 能 性 進 行 評 估 。 發 展 行 業 的 誘 因 分 為 以 下 不 同 的<br />

角 度 :<br />

(1) 海 外 投 資 / 技 術 擁 有 者 的 誘 因<br />

(2) 由 高 素 質 的 工 程 師 建 立 本 地 專 業 知 識<br />

(3) 環 境 因 素<br />

(4) 國 家 和 香 港 的 好 處<br />

67


5.3.1 Incentives for overseas investment/technology<br />

owners<br />

(a) Advanced Technology and Technical Support<br />

Hong Kong has very good infrastructure for industrial and<br />

technology development. High end equipment usually has<br />

export restrictions to China. However, there are many<br />

successful cases in R&D institutions and industries in<br />

importing high end equipment to Hong Kong from<br />

western countries. Next to the Pearl River Delta Region,<br />

Hong Kong is the closest place to the market of rare<br />

earth special intermediate materials for high end<br />

products, which makes these industries accessible to the<br />

high end equipment that has been used by the overseas<br />

technology partners.<br />

Moreover, there are a number of supporting<br />

organizations for local R&D, such as Hong Kong Science<br />

and Technology Parks (HKSTP), Industrial Estates, Hong<br />

Kong Applied Science and Technology Research Institute<br />

(ASTRI), Hong Kong Productivity Council (HKPC), Nano<br />

and Advanced Materials Institute (NAMI), etc. To support<br />

local high-end industries, certain advanced equipment in<br />

ASTRI can only be used by Hong Kong Citizens, which<br />

has attracted many companies from China and overseas<br />

to carry out R&D activities in Hong Kong to support their<br />

manufacturing plant in the Mainland. Moreover, the quality<br />

of rare earth specialty intermediate materials can be<br />

maintained through Hong Kong’s prominent testing and<br />

certification system.<br />

Under similar considerations, it is possible for potential<br />

overseas partners to bring in their high-tech equipment<br />

or using existing high-tech equipment in R&D institutions<br />

for processing rare earth specialty intermediate materials,<br />

because most export restrictions to China do not apply<br />

to Hong Kong.<br />

(b) Intellectual Property Protection<br />

As mentioned, many overseas owners of patents and<br />

technologies are not entirely confident in the intellectual<br />

property protection system in China. However, Hong<br />

Kong has a well established and world recognized system<br />

for protection of intellectual property rights. Many global<br />

enterprises have established their R&D centres in Hong<br />

Kong due to this reason. Overseas technology owners<br />

can establish their business in Hong Kong as joint venture<br />

partnerships. Many global technology enterprises have<br />

already established partnerships with R&D centres in<br />

Hong Kong.<br />

(c) Infrastructure<br />

Electricity and water supplies in Hong Kong are not<br />

restricted and are uninterrupted throughout the year.<br />

Together with an absence of natural disasters, such as<br />

flooding and earthquake, Hong Kong provides a very<br />

stable manufacturing environment for continuous<br />

production.<br />

5.3.1 海 外 投 資 / 技 術 擁 有 者 的 誘 因<br />

(a) 先 進 科 技 及 技 術 支 援<br />

香 港 擁 有 非 常 良 好 的 基 建 支 持 工 業 和 技 術 發 展 , 出 口 到 中<br />

國 的 尖 端 設 備 通 常 都 有 限 制 , 不 過 , 香 港 的 研 發 機 構 和 產<br />

業 有 許 多 從 西 方 國 家 進 口 尖 端 設 備 的 成 功 案 例 。 香 港 位 於<br />

珠 三 角 地 區 旁 邊 , 亦 是 最 接 近 應 用 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 高<br />

端 產 品 市 場 的 地 方 , 令 在 珠 三 角 的 產 業 較 易 接 近 那 些 國 外<br />

常 用 的 尖 端 設 備 。<br />

此 外 , 香 港 還 有 一 些 支 持 本 地 研 發 的 機 構 , 如 香 港 科 技 園 、<br />

工 業 邨 、 香 港 應 用 科 技 研 究 院 、 香 港 生 產 力 促 進 局 、 納 米<br />

及 先 進 材 料 研 發 院 等 。 作 為 支 援 本 地 尖 端 產 業 的 組 織 , 一<br />

些 香 港 應 用 科 技 研 究 院 的 先 進 設 備 能 供 香 港 市 民 使 用 , 並<br />

吸 引 了 許 多 來 自 國 內 和 海 外 的 公 司 在 香 港 開 展 研 發 活 動 ,<br />

以 支 援 它 們 在 內 地 的 製 造 業 務 。 此 外 , 香 港 擁 有 出 色 的 檢<br />

測 和 認 證 體 系 , 令 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 品 質 可 以 得 到 保 證 。<br />

鑒 於 類 似 的 考 慮 , 海 外 潛 在 的 合 作 夥 伴 是 可 以 把 高 科 技 設<br />

備 引 進 香 港 , 或 利 用 香 港 研 發 機 構 現 有 的 高 科 技 設 備 , 以<br />

加 工 稀 土 特 種 中 介 材 料 , 因 為 大 部 分 對 中 國 的 出 口 限 制 並<br />

不 適 用 於 香 港 。<br />

(b) 知 識 產 權 保 護<br />

如 前 所 述 , 許 多 海 外 專 利 和 技 術 擁 有 者 對 中 國 的 知 識 產 權<br />

保 護 體 系 未 有 完 全 的 信 心 , 然 而 , 香 港 已 建 立 世 界 公 認 的<br />

知 識 產 權 保 護 系 統 , 全 球 許 多 企 業 因 而 在 香 港 建 立 它 們 的<br />

研 發 中 心 。 國 外 技 術 擁 有 者 可 以 在 香 港 設 立 合 資 夥 伴 關 係<br />

發 展 業 務 , 全 球 許 多 科 技 企 業 亦 與 香 港 的 研 發 中 心 發 展 合<br />

作 夥 伴 關 係 。<br />

(c) 基 建<br />

香 港 的 電 力 和 水 源 供 應 並 沒 有 限 制 , 一 年 四 季 不 間 斷 , 還<br />

有 在 沒 有 自 然 災 害 如 洪 水 和 地 震 等 情 況 下 , 香 港 提 供 一 個<br />

非 常 穩 定 的 可 連 續 生 產 環 境 。<br />

加 工 高 端 稀 土 特 種 中 介 材 料 所 需 的 土 地 面 積 和 普 通 的 輕 工<br />

業 相 約 , 一 間 典 型 的 小 到 中 等 規 模 的 工 廠 需 要 大 約<br />

5,000 平 方 米 , 所 以 現 在 的 工 業 邨 絕 對 有 能 力 提 供 新 產 業 廠<br />

房 用 地 , 暫 時 並 不 需 要 額 外 的 土 地 資 源 。<br />

(d) 供 應 鏈 的 穩 定 性<br />

從 生 產 的 角 度 來 看 , 保 持 供 應 鏈 的 穩 定 和 在 任 何 情 況 下 均<br />

能 順 利 生 產 是 非 常 重 要 的 。 為 免 因 不 可 預 見 的 自 然 、 人 為<br />

或 政 治 問 題 而 出 現 停 產 , 在 不 同 的 地 方 建 立 生 產 廠 房 , 可<br />

減 低 停 產 的 風 險 。 穩 定 的 供 應 鏈 能 保 持 向 客 戶 供 應 高 端 稀<br />

68


The land space and construction required for processing<br />

high-end rare earth specialty intermediate materials are<br />

about the same as ordinary light manufacturing industry<br />

depending on the scale of production. A typical small to<br />

medium size plant would require 5,000 square metres,<br />

which can fit well into our existing industrial estates<br />

without further planning for additional land resources.<br />

(d) Stability of Supply Chain<br />

From a production point of view, it is important to<br />

maintain the stability of the supply chain and to run<br />

smoothly under any circumstances. Diversification of<br />

manufacturing sites can reduce risk of a halt in production<br />

due to some unforeseeable natural, human or political<br />

issues. It serves the purpose to maintain the business by<br />

continuing the supply of high-end rare earth specialty<br />

intermediate materials to their customers. Hong Kong is<br />

a good location without any significant natural disaster,<br />

and close to the market (China's manufacturing industry)<br />

demands for these high end materials.<br />

Recent experience of the earthquake in Japan, which shut<br />

down the production facilities of many major electronic<br />

product suppliers, shows the high risk of localising one<br />

whole section of the supply chain in a single area. To<br />

minimize impact on production even upon unforeseeable<br />

circumstances, Japanese manufacturing giants have started<br />

to implement a worldwide redistribution on their<br />

production facilities to reduce the risk. This redistribution<br />

even includes the core technology/competence, which<br />

was previously never moved out of Japan. This is a golden<br />

chance for Hong Kong to capture the key technology of<br />

the supply chain.<br />

It is also advantageous for a company to establish its<br />

manufacturing site close to the target location of goods<br />

delivery. Hong Kong is in close proximity to China, a<br />

major consumer of the rare earth specialty intermediate<br />

materials in the world. Furthermore, having a world class<br />

international airport and seaport, delivery of goods to the<br />

rest of the world can be done efficiently without<br />

restrictions.<br />

5.3.2 Build Up Local Expertise from High Calibre<br />

Engineers<br />

Manufacturing of rare earth specialty intermediate<br />

materials is not labour intensive. Instead, highly skilled<br />

engineers are required. Local universities are able to train<br />

a lot of such highly educated graduates in chemistry,<br />

physics, materials science, chemical engineering, etc., not<br />

only to support the establishment of this new industry in<br />

Hong Kong but also to build up local expertise for its<br />

future development.<br />

土 特 種 中 介 材 料 。 香 港 的 地 理 位 置 良 好 , 沒 有 任 何 重 大 的<br />

自 然 災 害 , 亦 貼 近 所 需 市 場 ( 國 內 製 造 業 ), 有 助 提 供 對 高<br />

端 材 料 的 需 求 。<br />

日 本 最 近 的 地 震 , 使 許 多 日 本 主 要 電 子 產 品 供 應 商 的 生 產<br />

設 施 關 閉 , 這 表 明 了 集 中 供 應 鏈 的 一 個 部 分 在 一 個 地 區 生<br />

產 風 險 是 非 常 高 的 。 為 了 儘 量 減 少 不 可 預 見 的 情 況 影 響 生<br />

產 , 日 本 製 造 業 開 始 對 其 生 產 設 施 實 行 世 界 性 的 再 分 配 ,<br />

以 減 少 風 險 。 這 種 再 分 配 甚 至 包 括 核 心 技 術 / 能 力 , 是 日 本<br />

前 所 未 有 的 , 並 為 香 港 捕 獲 供 應 鏈 中 的 關 鍵 技 術 帶 來 一 個<br />

難 得 的 機 遇 。<br />

這 也 有 利 公 司 於 靠 近 買 家 所 在 地 建 立 生 產 基 地 。 國 內 的 生<br />

產 基 地 在 香 港 旁 邊 , 亦 是 世 界 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 主 要 消<br />

耗 地 。 此 外 , 香 港 擁 有 世 界 一 流 的 國 際 機 場 和 海 港 , 可 以<br />

有 效 及 沒 有 限 制 地 把 貨 物 運 送 到 世 界 各 地 。<br />

5.3.2 由 高 素 質 的 工 程 師 建 立 本 地 專 業 知 識<br />

製 造 稀 土 特 種 中 介 材 料 是 非 勞 動 密 集 的 , 相 反 , 高 技 能 的<br />

工 程 師 是 必 需 的 。 本 地 大 學 能 培 養 出 大 量 在 化 學 、 物 理 學 、<br />

材 料 科 學 、 化 學 工 程 方 面 的 高 學 歷 畢 業 生 , 不 僅 能 支 持 這<br />

個 新 的 產 業 在 香 港 設 立 , 亦 能 建 立 其 本 地 專 才 以 供 未 來 的<br />

發 展 。<br />

此 外 , 在 香 港 培 訓 的 工 程 師 不 僅 擁 有 全 面 的 技 術 知 識 , 也<br />

具 有 較 高 的 工 程 道 德 標 準 。 來 自 香 港 的 工 程 師 在 尊 重 知 識<br />

產 權 和 技 術 授 權 方 面 有 良 好 的 世 界 聲 譽 , 加 上 他 們 對 工 作<br />

上 的 職 責 和 責 任 更 專 注 , 使 稀 土 功 能 材 料 和 元 件 產 業 有 條<br />

件 作 長 遠 發 展 。<br />

至 於 短 期 目 標 , 從 海 外 合 資 夥 伴 的 技 術 專 長 整 合 可 以 縮 短<br />

提 升 技 術 的 時 間 , 並 降 低 香 港 得 到 關 鍵 技 術 的 障 礙 , 這 樣<br />

的 技 術 合 作 夥 伴 關 係 不 僅 能 為 國 家 帶 來 海 外 稀 土 加 工 的 關<br />

鍵 技 術 , 還 提 供 一 個 平 台 讓 香 港 和 國 內 的 年 輕 工 程 師 得 到<br />

學 習 和 實 踐 高 檔 特 種 稀 土 中 介 材 料 的 加 工 技 術 生 產 的 機<br />

會 。<br />

長 遠 來 說 , 實 現 策 略 規 劃 以 培 養 高 學 歷 的 新 工 程 師 和 為 他<br />

們 提 供 專 有 技 術 和 相 關 經 驗 的 機 會 是 必 要 的 。<br />

Furthermore, engineers trained in Hong Kong not only<br />

possess comprehensive technical knowledge, but also<br />

have high engineering ethical standards. Engineers from<br />

Hong Kong have a good worldwide reputation in<br />

respecting intellectual property rights and technology<br />

69


licensing as well as having more focus on their duty and<br />

responsibility of the jobs for long term development of<br />

the local rare earth functional materials and components<br />

industry.<br />

For short term goals, integration of technology expertise<br />

from overseas joint venture partners can shorten the<br />

time for technology upgrade and lower the critical<br />

technology barrier in Hong Kong. The influence of such<br />

technology partnership not only brings overseas key<br />

technology in rare earth processing to an area owned by<br />

China, but also provides a platform for young engineers in<br />

Hong Kong and China to learn and practise the<br />

processing technology on manufacturing high-end rare<br />

earth specialty intermediate materials.<br />

It is necessary to implement long term strategic planning<br />

to train highly educated fresh engineers and provide<br />

opportunities for them to gain knowhow and experience.<br />

5.3.3 Environmental Aspects<br />

Unlike milling, smelting and extraction from mineral ore<br />

(e.g. recent concerns arising from Lynas’ Plant in<br />

Malaysia), processing of rare earth specialty intermediate<br />

materials produces little waste because the starting<br />

materials are already of 99% purity and free of radioactive<br />

substances. The production facilities can be very<br />

environmentally friendly, only a little or even no waste<br />

(exhaust) gas will be generated. Waste water will be less<br />

than 10 ton/day for a production capacity of 100-1,000<br />

kg/day and waste residues are all recyclable. This scale of<br />

waste generation can be treated in Hong Kong under<br />

guidelines of the Environmental Protection Department.<br />

Moreover, Hong Kong has a well established legislation<br />

and monitoring mechanism on environmental pollution<br />

control to ensure industrial waste is properly handled.<br />

5.3.3 環 境 因 素<br />

與 銑 削 、 冶 煉 和 提 取 礦 石 工 藝 不 同 ( 例 如 最 近 萊 納 斯 工 廠<br />

在 馬 來 西 亞 所 產 生 的 問 題 ), 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 加 工 只<br />

產 生 少 量 的 廢 物 , 因 為 起 始 原 料 純 度 已 經 達 99% 及 無 放 射<br />

性 物 質 , 而 且 生 產 設 施 不 會 破 壞 環 境 , 只 排 出 很 少 甚 至 沒<br />

有 廢 物 ( 廢 氣 ), 當 生 產 能 力 為 每 天 100-1,000 公 斤 , 廢 水<br />

每 天 將 少 於 10 噸 , 再 者 , 廢 渣 都 是 可 回 收 的 。 按 香 港 環 境<br />

保 護 署 的 指 引 , 一 般 的 工 廠 亦 可 以 處 理 這 種 規 模 的 廢 物<br />

量 。 此 外 , 香 港 擁 有 一 套 完 善 的 環 境 污 染 控 制 法 例 和 監 督<br />

機 制 , 以 確 保 工 業 廢 物 得 到 妥 善 處 理 。<br />

5.3.4 新 興 行 業 對 國 家 及 香 港 帶 來 的 好 處<br />

作 為 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 主 要 消 耗 國 , 國 家 將 從 近 距 離 可<br />

靠 的 來 源 進 口 材 料 產 品 , 基 於 物 流 和 經 濟 上 的 考 慮 ( 在<br />

CEPA 的 安 排 下 降 低 進 口 稅 ), 在 香 港 建 立 稀 土 特 種 中 介<br />

材 料 產 業 能 夠 滿 足 多 方 面 要 求 , 並 能 佔 領 一 定 的 市 場 份<br />

額 。 這 不 僅 為 本 地 產 業 帶 來 商 機 , 國 家 也 能 重 新 得 到 本 來<br />

以 歐 美 及 日 本 為 主 的 高 增 值 稀 土 加 工 工 業 。<br />

國 內 稀 土 材 料 的 市 場 價 值 估 計 高 於 30 億 美 元 , 如 果 香 港 能<br />

捕 捉 市 場 的 3-4%, 本 地 經 濟 將 至 少 有 1 億 美 元 的 得 益 , 稀<br />

土 材 料 加 工 到 中 介 產 品 後 能 進 一 步 帶 來 5 至 10 倍 的 增 值 。<br />

Figure 33: The Estimated Supply Chain of Rare Earth<br />

Industry in Hong Kong<br />

圖 33: 香 港 稀 土 工 業 產 業 鏈 的 估 計<br />

5.3.4 Benefits to China and Hong Kong that Come Along<br />

with the New Industry<br />

As a major consumer of rare earth specialty intermediate<br />

materials, China would import the products from a<br />

reliable source at close proximity. Based on logistic and<br />

economic considerations (reduced import tax under<br />

CEPA arrangement), the establishment of rare earth<br />

specialty intermediate materials industry in Hong Kong<br />

can fulfill such requirements and capture a certain market<br />

share. This does not only mean to bring business<br />

opportunities to local industry, but also to regain the high<br />

value adding step of rare earth processing, which has been<br />

dominated by Europe, Japan and USA, back into China.<br />

The market value of the China rare earth materials is<br />

estimated to be higher than US$ 3 billion. If Hong Kong<br />

can capture 3-4% of the market, the local economic cycle<br />

will have an addition of at least US$ 100 million, which is<br />

subjected to a further 5 to 10 times value-adding after the<br />

processing of the rare earth materials into intermediate<br />

products.<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

70


Starting up a new technology and industry usually takes a<br />

long time to realize the actual financial benefits. In order<br />

to reduce the lead time, Hong Kong can take the<br />

following advantages of joint venture partnerships with<br />

overseas technology manufacturers:<br />

- Extensive industrial experience from overseas<br />

partners can enhance the catch-up of the technology<br />

gap for processing high-end rare earth specialty<br />

intermediate materials in Hong Kong and Mainland<br />

China<br />

- Quick start up of manufacturing process with their<br />

extensive experience and technology patents in<br />

manufacturing of high-end rare earth specialty<br />

intermediates materials, there is no need to start up<br />

a new industry from scratch<br />

- Quality assurance and reputation of high-end rare<br />

earth materials and components can be inherited<br />

from key overseas technology partners for effective<br />

market penetration<br />

- Lead time for qualification process of rare earth<br />

materials and components could be reduced or<br />

exemption of qualification for high-tech industries<br />

could even be obtained<br />

Other than bringing in investment and financial benefits,<br />

inviting overseas technical companies to establish joint<br />

ventures in Hong Kong can utilize the knowledge of the<br />

partner as a platform to enhance our local technical<br />

capability. Moreover, the establishment of rare earth<br />

industry upgrades transforms the local industries into high<br />

value added, non labour-intensive, knowledge based and<br />

engineering oriented industries. This is a turnkey to<br />

enhance the competitiveness of local industries and<br />

maintain a sustainable environment for their business<br />

development.<br />

Furthermore, the establishment of a rare earth specialty<br />

intermediate materials industry will provide a lot of<br />

technical job opportunities for local university graduates<br />

in various technical fields. Typically 50-100 engineers are<br />

required for a small to medium size factory of<br />

5,000 square metres. This also diversifies the skill set<br />

needed on local labour supply and university graduates to<br />

the technical areas, and creates a more stable demand to<br />

the local job market.<br />

5.4 Industrial Policy for Rare Earth Specialty<br />

Intermediate Materials Industry in Hong Kong –<br />

What the Government of HKSAR should do to<br />

realize such industry<br />

Based on the analysis of the market dynamics of the rare<br />

earth industry, recent rare earth policy changes in the<br />

Mainland China, the processing technologies of rare earth<br />

specialty intermediate materials as well as the incentives<br />

and the potential benefits in establishing such new<br />

industry in Hong Kong, the following industrial policies are<br />

recommended for consideration by the Central and SAR<br />

Governments:<br />

發 展 一 個 新 的 技 術 和 產 業 通 常 需 要 很 長 時 間 才 能 獲 得 真 正<br />

的 經 濟 利 益 , 為 了 縮 短 時 間 , 香 港 可 借 著 與 國 外 技 術 廠 商<br />

建 立 合 資 夥 伴 關 係 , 得 到 以 下 優 點 :<br />

- 從 海 外 合 作 夥 伴 廣 泛 的 工 業 經 驗 可 提 升 國 家 及 香 港 的<br />

高 端 稀 土 特 種 中 介 材 料 加 工 的 技 術<br />

- 快 速 利 用 海 外 夥 伴 的 豐 富 經 驗 和 技 術 專 利 , 並 啟 動 高<br />

端 稀 土 特 種 中 介 材 料 製 造 過 程 , 不 用 從 頭 開 始 新 的 行<br />

業<br />

- 從 國 外 關 鍵 技 術 合 作 夥 伴 繼 承 高 端 稀 土 材 料 和 部 件 的<br />

品 質 保 證 和 信 譽 , 並 進 行 有 效 的 市 場 滲 透<br />

- 可 以 降 低 稀 土 材 料 和 部 件 的 資 格 審 核 過 程 中 的 評 核 時<br />

間 , 甚 至 可 以 得 到 高 新 技 術 產 業 的 資 格 豁 免<br />

除 了 帶 來 投 資 和 經 濟 利 益 , 邀 請 海 外 技 術 公 司 在 香 港 建 立<br />

合 資 企 業 , 可 利 用 合 作 夥 伴 的 知 識 作 為 平 台 , 加 強 本 港 的<br />

技 術 能 力 。 此 外 , 建 立 稀 土 產 業 能 使 本 地 產 業 轉 化 成 高 附<br />

加 值 、 非 勞 動 密 集 、 知 識 基 礎 和 工 程 為 主 導 的 產 業 , 提 升<br />

本 地 產 業 的 競 爭 力 , 並 為 他 們 的 業 務 提 供 可 持 續 發 展 的 環<br />

境 。<br />

此 外 , 建 立 稀 土 特 種 中 介 材 料 產 業 將 為 在 各 個 技 術 領 域 的<br />

本 地 大 學 畢 業 生 提 供 很 多 富 技 術 的 工 作 機 會 。 一 個<br />

5,000 平 方 米 的 中 小 型 工 廠 大 約 需 要 50-100 個 工 程 師 。 這<br />

能 供 應 本 地 勞 動 力 及 大 學 畢 業 生 的 技 術 領 域 得 到 多 樣 化 ,<br />

並 能 創 造 一 個 更 加 穩 定 的 本 地 就 業 市 場 。<br />

5.4 香 港 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 工 業 政 策 — 香 港 特 別 行 政 區<br />

政 府 應 如 何 發 展 此 行 業 <br />

分 析 過 稀 土 產 業 的 市 場 動 態 、 稀 土 在 國 內 的 最 近 政 策 變<br />

化 、 稀 土 特 種 中 介 材 料 的 加 工 技 術 及 香 港 設 立 此 新 興 產 業<br />

的 誘 因 及 潛 在 的 好 處 , 以 下 是 給 中 央 及 特 區 政 府 工 業 政 策<br />

的 一 些 建 議 :<br />

• 發 展 行 業 策 略 藍 圖 : 建 議 在 香 港 制 定 設 立 新 興 稀 土 特<br />

種 中 介 材 料 產 業 的 戰 略 路 線 圖 , 應 為 具 有 高 潛 力 的 材<br />

料 產 品 制 定 未 來 5-10 年 的 具 體 研 究 和 開 發 活 動 、 基 礎<br />

設 施 的 發 展 和 技 術 合 作 夥 伴 的 配 套 設 施 , 以 達 到 最 佳<br />

的 技 術 和 經 濟 成 果 。 對 複 雜 性 較 少 的 稀 土 特 種 中 介 材<br />

料 產 品 如 永 久 磁 鐵 及 靶 材 等 , 應 探 索 、 建 立 及 制 定 檢<br />

測 和 認 證 要 求 , 以 提 升 品 質 管 制 , 開 發 特 定 的 產 品 評<br />

估 計 劃 。<br />

71


• Development of Industry Roadmap: A strategic<br />

roadmap for establishing the new rare earth specialty<br />

intermediate materials industry in Hong Kong should<br />

be developed to guide research and development<br />

activities, infrastructure developments and<br />

technology partnerships in terms of timeframes of<br />

the next 5-10 years on specific products that possess<br />

high potentials to achieve the best technological and<br />

economic outcomes. Testing and certification<br />

requirements on rare earth specialty intermediate<br />

materials products with relatively less complexity,<br />

such as permanent magnets, sputtering targets, etc,<br />

should be explored and established in order to<br />

develop specific product evaluation schemes for<br />

upgrading quality management.<br />

• Initial Industrial Development Needs: Hong<br />

Kong should initially aim to produce rare earth<br />

specialty intermediate materials to support the<br />

demand from local industries. The most prominent<br />

industries in Hong Kong with substantial applications<br />

of such intermediate materials are electronics, lighting<br />

and displays as well as automotive components. Four<br />

intermediate materials have been identified to<br />

possess strong potentials to fuel the local demand:<br />

sputtering targets, permanent magnets,<br />

lighting phosphors and automotive catalysts.<br />

These require a total amount of 1,400 tons annually<br />

of rare earth (oxide) materials (about 4% of China<br />

total REO export in 2010) to be imported at reduced<br />

rates from the Mainland China without any<br />

restrictions (Table 21).<br />

• Government Supports: Hong Kong Government<br />

could develop some investment policy, such as rare<br />

earth industrial startup funds and loans, and<br />

could provide tax refund for new investors on<br />

rare earth specialty intermediate materials.<br />

Furthermore, infrastructure policy by<br />

reformulating industrial estate schemes to<br />

facilitate the needs of rare earth industry e.g. Junk Bay<br />

land space. The Government could promote Hong<br />

Kong as a high-tech industrial base and gateway to<br />

China to attract global investors. Organizing trade<br />

shows and business conferences can align<br />

business and industrial partners for establishment of<br />

cooperation opportunities.<br />

For example, Hong Kong Trade Development<br />

Council (HKTDC) will organize a Hong Kong<br />

Technology Business Mission to Japan in May 2012.<br />

This tour will bring Hong Kong industrialists to meet<br />

with Japan industry players and visit various high-tech<br />

enterprises in electronics, automobile, electrical<br />

appliances, renewable energy and greentech sectors.<br />

Such activities can provide chances for networking<br />

with officials, business and industrial associations to<br />

establish business contacts and explore opportunities<br />

to invite joint venture partners to Hong Kong.<br />

• 初 步 工 業 發 展 的 需 要 : 香 港 應 首 先 著 眼 生 產 稀 土 特 種<br />

中 介 材 料 以 支 持 本 地 工 業 的 需 求 , 香 港 應 用 中 介 材 料<br />

最 突 出 的 行 業 有 電 子 、 照 明 和 顯 示 器 以 及 汽 車 零 部<br />

件 。 四 種 具 有 強 大 的 潛 力 的 中 介 材 料 已 被 選 出 , 以 推<br />

動 本 地 的 需 求 , 它 們 分 別 是 濺 射 靶 材 、 永 久 磁 鐵 、 照<br />

明 螢 光 粉 和 汽 車 催 化 劑 。 這 些 產 品 在 香 港 需 要 的 稀 土<br />

( 氧 化 物 ) 材 料 每 年 總 量 1,400 噸 ( 大 約 是 國 家 在 2010<br />

年 約 4% 的 出 口 ), 建 議 從 國 內 不 受 任 何 限 制 進 口 及 減<br />

收 費 用 ( 表 21)。<br />

Table 21: Estimated Hong Kong Rare Earth<br />

Consumption<br />

表 21: 香 港 稀 土 消 耗 量 的 估 計<br />

Intermediate<br />

Materials<br />

中 介 材 料<br />

Sputtering<br />

Target<br />

濺 射 靶 材<br />

Permanent<br />

Magnets<br />

永 久 磁 石<br />

Phosphors<br />

螢 光 粉<br />

Automotive<br />

Catalysts<br />

汽 車 催 化 劑<br />

Total<br />

總 和<br />

Estimated<br />

Consumption<br />

(ton)<br />

估 計 消 耗 量<br />

( 噸 )<br />

China Market<br />

Share<br />

Equivalence<br />

相 等 國 家 市 場<br />

份 額<br />

40 3%<br />

1,050 10%<br />

260 3%<br />

60 2.5%<br />

1,410<br />

4% of China<br />

total REO<br />

export 2010<br />

(2010 年 國 家<br />

出 口 量 的 4%)<br />

(Source 資 料 來 源 : Hong Kong Productivity Council 香 港 生<br />

產 力 促 進 局 )<br />

• 政 府 支 持 : 香 港 政 府 可 以 制 定 一 些 投 資 政 策 , 如 稀 土<br />

產 業 的 啟 動 資 金 和 貸 款 , 並 可 以 為 稀 土 特 種 中 介 材 料<br />

新 的 投 資 者 提 供 退 稅 。 此 外 , 發 展 基 礎 設 施 , 重 新 制<br />

定 工 業 區 計 劃 及 政 策 , 以 促 進 稀 土 行 業 的 需 要 , 如 用<br />

將 軍 澳 土 地 作 稀 土 獨 特 發 展 。 舉 辦 貿 易 展 覽 和 商 務 會<br />

議 可 以 為 商 業 和 工 業 合 作 夥 伴 提 供 合 作 的 機 會 。<br />

例 如 ,2012 年 5 月 香 港 貿 易 發 展 局 將 率 領 香 港 科 技 商<br />

業 代 表 團 到 日 本 , 這 次 考 察 將 帶 領 香 港 工 業 與 日 本 業<br />

界 交 流 , 並 參 觀 日 本 在 電 子 、 汽 車 、 電 器 、 再 生 能 源<br />

和 綠 色 技 術 各 種 高 新 技 術 企 業 。 香 港 的 業 界 在 這 些 活<br />

動 中 可 以 與 官 員 、 商 界 和 工 業 協 會 建 立 業 務 聯 繫 , 並<br />

探 討 邀 請 日 本 企 業 作 合 資 夥 伴 的 機 會 。<br />

72


For the future development, local engineering talent<br />

should pick up the knowhow and experience through<br />

a well-established training programme. It can be done<br />

by establishing internship programmes with<br />

scholarships and industrial sponsorships as well<br />

as collaboration with universities to train young<br />

engineers.<br />

對 於 未 來 的 發 展 , 本 地 的 工 程 技 術 人 才 應 該 通 過 具 成<br />

效 的 培 訓 計 劃 取 得 專 有 技 術 和 經 驗 , 並 可 以 通 過 設 立<br />

獎 學 金 和 產 業 贊 助 金 與 大 學 合 作 實 習 計 劃 , 以 培 養 年<br />

輕 工 程 師 。<br />

73


References<br />

參 考 文 獻<br />

[1] A. Aston, “China’s Rare Earth Monopoly”, Technology Review, Oct 2010.<br />

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Mining, Vol. 19, No. 8, Aug 2011.<br />

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Security, Mar 2010.<br />

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[10] M. Gagliardi, “Rare Earths: Worldwide Markets, Applications, Technologies”, BCC Research, Jan 2012.<br />

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Survey (USGS), 2011.<br />

[15] “Rare Earth Phosphor Market”, Energy Efficiency and Renewable Energy, U.S. Department of Energy, 2011.<br />

[16] S. Barrett, A. Jha, A. Finlay, and D. Hewak, “Green Giant – Rare Earth Elements Breed New Technologies”, Materials<br />

World, Institute of Materials, Minerals and Mining, Vol. 20, No. 1, Jan 2012.<br />

[17] S. Choi, “Introduction to Rare Earth Elements”, Commodities Research Asia, Deutsche Bank, Nov 2010.<br />

[18] S. Kalpakjian and S. Schmid, “Manufacturing Engineering and Technology”, Pearson Prentice Hall, 5 th Edition, 2006.<br />

[19] T. Folger, “The Secret Ingredients of Everything”, National Geographic Magazine, Jun 2011.<br />

[20] “Thermal Spray as a Sputter Target Production Method”, Glass Canada Magazine, Dec 2011.<br />

[21]《 生 產 線 加 速 外 流 Made in Japan 恐 絕 跡 》, Hong Kong Economic Journal, A10, Feb 2012.<br />

[22]《 螢 光 燈 面 臨 新 的 發 展 轉 捩 點 》, 中 國 照 明 網 - 國 內 產 業 動 態 ,2011 年 6 月<br />

74


Acknowledgement<br />

The Federation of Hong Kong Industries would like to thank the Steering Committee of the Strategic Feasibility Study for Hong<br />

Kong to Upgrade Innovation and Technology Industries through Rare Earth Elements (REEs) for their market-adept insights and<br />

intelligence in order to provide quality advice to the project from the technical, commercial, environmental and<br />

socio-economical perspectives. We also wish to express our deepest gratitude to the research team of Hong Kong Productivity<br />

Council for their diligence and professionalism in their research and analysis work and to the coordinating team for their<br />

dedication and commitment during the course of the project.<br />

We would also like to thank the many companies and institutions that granted us opportunities to conduct visits and interviews,<br />

providing invaluable and practical information highly important to the success of this project.<br />

Last but not least, we are indebted to the Innovation and Technology Fund and the nine corporate sponsors for their generous<br />

financial support, without which the project would not have been successfully implemented. The FHKI is wholeheartedly grateful<br />

and appreciative for their commitment and support.<br />

Federation of Hong Kong Industries<br />

March 2012<br />

Steering Committee<br />

Chairman<br />

Dr Roy Chung<br />

Co-Founder and Non-Executive Director,<br />

Techtronic Industries Co. Ltd.<br />

Members<br />

Mr Raymond Cheng<br />

Chairman, Kin Yat Holdings Ltd.<br />

Mr Michael Cheung<br />

Chairman and Chief Executive Officer, Hing Yu Metal Works Ltd.<br />

Dr W C Keung<br />

Vice Chairman and Chief Executive Officer,<br />

Ka Shui International Holdings Ltd.<br />

Professor H W Kui<br />

Professor of Physics, Chinese University of Hong Kong<br />

Professor H S Kwok<br />

Chair Professor of Electronic and Computer Engineering,<br />

Hong Kong University of Science and Technology<br />

Dr Peter Lee<br />

Chief Technology Officer, Nano and Advanced Materials Institute Ltd.<br />

Dr Raymond Leung<br />

Chairman and Chief Executive Director,<br />

TDK China Co. Ltd.<br />

Professor Edwin Pun<br />

Professor of Electronic Engineering, City University of Hong Kong<br />

Mr Jeffrey Wong<br />

Chairman and Chief Executive Officer, Everspring Global Ltd.<br />

Mr M Y Wong<br />

Managing Director, Top Brilliant Technology Ltd.<br />

Sponsors<br />

Gold Peak Industries (Holdings) Ltd.<br />

Kinox Enterprises Ltd.<br />

Techtronic Industries Co. Ltd.<br />

Chung Nam Watch Co. Ltd.<br />

Dunwell Environ-Tech (Holdings) Ltd.<br />

Ramboo Chemicals (HK) Ltd.<br />

Renley Watch Manufacturing Co. Ltd.<br />

Sun Hing Knitting Factory Ltd.<br />

The HK & China Gas Co. Ltd.<br />

Hong Kong Productivity Council Research<br />

Team<br />

Dr L K Yeung<br />

General Manager, Materials and Manufacturing<br />

Technology Division (Retirement from March 2012)<br />

Dr C N Ko<br />

Principal Consultant<br />

Dr W Y Lo<br />

Senior Consultant<br />

Dr K Y Tse<br />

Consultant<br />

Dr Eric Yau<br />

Associate Consultant<br />

Mr William Yim<br />

President, Sanwa Technologies Ltd.<br />

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鳴 謝<br />

香 港 工 業 總 會 謹 此 致 謝 是 次 研 究 的 督 導 委 員 會 , 在 研 究 期 間 從 技 術 、 商 業 、 環 境 及 社 會 經 濟 的 層 面 提 供 了 許 多 寶 貴 的 市<br />

場 資 訊 , 亦 有 賴 香 港 生 產 力 促 進 局 團 隊 的 勤 奮 及 專 業 的 研 究 及 分 析 工 作 與 統 籌 小 組 為 研 究 的 大 力 付 出 , 使 研 究 項 目 得 以<br />

順 利 完 成 。<br />

我 們 亦 感 謝 多 家 行 業 公 司 及 機 構 的 參 與 及 支 持 , 並 為 研 究 團 隊 提 供 了 許 多 重 要 及 有 用 的 資 訊 及 資 料 , 使 此 研 究 報 告 更 豐<br />

富 充 實 。<br />

最 後 , 這 研 究 項 目 得 以 順 利 展 開 及 完 成 , 全 憑 「 創 新 及 科 技 基 金 」 及 九 家 機 構 慷 慨 支 持 和 贊 助 , 工 總 特 別 予 以 鳴 謝 。<br />

香 港 工 業 總 會<br />

2012 年 3 月<br />

督 導 委 員 會<br />

主 席<br />

鍾 志 平 博 士<br />

創 科 實 業 有 限 公 司 創 辦 人 及 非 執 行 董 事<br />

成 員<br />

鄭 楚 傑 先 生<br />

建 溢 集 團 有 限 公 司 主 席<br />

張 猛 豪 先 生<br />

興 宇 汽 車 排 氣 鼓 廠 有 限 公 司 董 事 長 兼 行 政 總 裁<br />

姜 永 正 博 士<br />

嘉 瑞 國 際 控 股 有 限 公 司 副 主 席 兼 行 政 總 裁<br />

瞿 顯 榮 教 授<br />

香 港 中 文 大 學 物 理 系 教 授<br />

郭 海 成 教 授<br />

香 港 科 技 大 學 電 子 及 電 腦 工 程 學 系 講 座 教 授<br />

李 偉 文 博 士<br />

納 米 及 先 進 材 料 研 發 院 有 限 公 司 技 術 總 監<br />

梁 少 康 博 士<br />

TDK( 中 國 ) 投 資 有 限 公 司 董 事 長 兼 首 席 執 行 官<br />

潘 裕 斌 教 授<br />

香 港 城 市 大 學 電 子 工 程 學 講 座 教 授<br />

王 青 山 先 生<br />

Everspring Global Ltd. 主 席 兼 行 政 總 裁<br />

王 明 鑫 先 生<br />

新 璟 陽 企 業 發 展 集 團 有 限 公 司 行 政 總 裁<br />

嚴 惠 霖 先 生<br />

三 和 科 技 有 限 公 司 總 裁<br />

贊 助 機 構<br />

金 山 工 業 ( 集 團 ) 有 限 公 司<br />

建 樂 士 企 業 有 限 公 司<br />

創 科 實 業 有 限 公 司<br />

中 南 鐘 錶 有 限 公 司<br />

正 昌 環 保 科 技 ( 集 團 ) 有 限 公 司<br />

永 保 化 工 ( 香 港 ) 有 限 公 司<br />

運 年 錶 業 有 限 公 司<br />

新 興 織 造 廠 有 限 公 司<br />

香 港 中 華 煤 氣 有 限 公 司<br />

香 港 生 產 力 促 進 局 研 究 團 隊<br />

楊 利 堅 博 士<br />

材 料 及 製 造 科 技 部 總 經 理<br />

(2012 年 3 月 起 退 休 )<br />

高 松 年 博 士<br />

首 席 顧 問<br />

盧 偉 賢 博 士<br />

高 級 顧 問<br />

謝 貫 堯 博 士<br />

顧 問<br />

游 文 仁 博 士<br />

助 理 顧 問<br />

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31/F, Billion Plaza, 8 Cheung Yue Street,<br />

Cheung Sha Wan, Kowloon, Hong Kong<br />

香 港 九 龍 長 沙 灣 長 裕 街 8 號 億 京 廣 場 31 樓<br />

Tel 電 話 : (852) 2732 3188<br />

Fax 傳 真 : (852) 2721 3494<br />

Website 網 址 : www.industryhk.org<br />

Email 電 郵 : fhki@fhki.org.hk

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