最新發(fā)布的《2024年加拿大關(guān)鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略年度報(bào)告》詳述了加拿大在關(guān)鍵礦產(chǎn)領(lǐng)域已取得的成就，并列舉了正在制定的新政策及研發(fā)措施。報(bào)告特別提到了加拿大自然資源部下屬的關(guān)鍵礦產(chǎn)創(chuàng)新中心(CMCE)在識(shí)別和支持半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中戰(zhàn)略項(xiàng)目方面所作的努力。雖然相關(guān)工作尚處于起步階段，但目前已將提升半導(dǎo)體行業(yè)所需原材料及加工材料的生產(chǎn)/聯(lián)合生產(chǎn)項(xiàng)目作為優(yōu)先發(fā)展方向。7oresmc

報(bào)告還明確提出，半導(dǎo)體項(xiàng)目的投資重點(diǎn)集中在對生產(chǎn)下一代信息/通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施所需的關(guān)鍵礦物原料項(xiàng)目上。該戰(zhàn)略的目標(biāo)是拓寬半導(dǎo)體價(jià)值鏈中的特定環(huán)節(jié)，涵蓋高純度材料、傳感器和微機(jī)電系統(tǒng)制造所需的原料，以及化合物半導(dǎo)體。7oresmc

此外，還包括發(fā)展關(guān)鍵礦物加工和材料制造的能力，旨在促進(jìn)制造業(yè)與新興數(shù)字技術(shù)的融合。這些行業(yè)包括汽車、航空航天和國防領(lǐng)域，它們對半導(dǎo)體技術(shù)有著極高的依賴度。7oresmc

對于電動(dòng)汽車電池而言，或許已錯(cuò)過發(fā)展的最佳時(shí)機(jī)

盡管加拿大聯(lián)邦政府認(rèn)為，加拿大在技術(shù)領(lǐng)域，特別是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，擁有開發(fā)關(guān)鍵礦物的潛力，但一位經(jīng)驗(yàn)豐富的行業(yè)高管卻認(rèn)為，加拿大不應(yīng)將發(fā)展重點(diǎn)定位于成為全球或國內(nèi)關(guān)鍵礦物和貴金屬的供應(yīng)商上。7oresmc

CMC Microsystems的首席執(zhí)行官兼總裁Gordon Harling認(rèn)為，加拿大若想成為半導(dǎo)體應(yīng)用關(guān)鍵礦物的全球戰(zhàn)略供應(yīng)商，將面臨眾多風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。他表示，加拿大長期以資源型經(jīng)濟(jì)為主，這一經(jīng)濟(jì)模式從很久以前就開始了。7oresmc

Harling表示：“目前，采礦行業(yè)受到嚴(yán)格法規(guī)的限制，啟動(dòng)一個(gè)新礦項(xiàng)目通常需要10至15年的時(shí)間。”對于電動(dòng)汽車行業(yè)來說，這樣的發(fā)展節(jié)奏過于緩慢，時(shí)機(jī)上也顯得過晚。7oresmc

提及電動(dòng)汽車電池所需的鋰資源，他談到了美國內(nèi)華達(dá)州的Thacker Pass鋰礦，這是全球最大的鋰礦藏之一。“他們已經(jīng)投入生產(chǎn)，而且在環(huán)保問題上減緩進(jìn)展的可能性遠(yuǎn)低于我們加拿大。”7oresmc

Harling稱，鋰的加工和精煉過程容易導(dǎo)致環(huán)境污染，因此必須投入大量研發(fā)工作，以尋找一種環(huán)保的加工工藝。而其他全球競爭對手，如澳大利亞，該國政府對關(guān)鍵礦物采礦的支持更為積極。“另一個(gè)問題是，新的電池化學(xué)技術(shù)可能隨時(shí)出現(xiàn)，屆時(shí)將不再依賴鋰材料來生產(chǎn)電池，”他擔(dān)憂地表示。7oresmc

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，加拿大并未擁有需要稀土元素的晶圓制造廠。Harling補(bǔ)充說：“這些元素僅在最高端的CMOS工藝中得到應(yīng)用。”此外，MEMS和光子學(xué)技術(shù)主要使用硅、氧，以及一些供應(yīng)充足的金屬。7oresmc

問題的復(fù)雜性在于，稀土元素的精煉過程成本極高，必須達(dá)到99.9999%的純度才能發(fā)揮其作用。在中國或美國建造這樣的精煉廠更為合理，這些工廠的建設(shè)成本高達(dá)數(shù)十億美元，只有在本地市場需求潛力足夠大的情況下，該投資才具有經(jīng)濟(jì)合理性。7oresmc

他還表示，許多用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的金屬其實(shí)可以從其他采礦作業(yè)的廢水中提取。“加拿大有能力從鐵或銅礦的尾礦池中收集這些材料，但這些材料可能仍需在別處進(jìn)行加工。”7oresmc

盡管加拿大在有效且盈利地提供關(guān)鍵礦物和稀土方面遭遇挑戰(zhàn)，但這并不減弱全球?qū)@些資源的需求，無論是用于半導(dǎo)體技術(shù)還是電動(dòng)汽車相關(guān)的領(lǐng)域，比如電池制造。7oresmc

加拿大正在加大力度開展采礦項(xiàng)目

IDTechEX的最新報(bào)告指出，電動(dòng)汽車電機(jī)的關(guān)鍵組件——稀土磁鐵的需求極為強(qiáng)烈。然而，報(bào)告也提到了價(jià)格波動(dòng)、環(huán)境影響等難題，并關(guān)注到中國在材料加工供應(yīng)方面的主導(dǎo)地位。7oresmc

磁性材料的關(guān)鍵特性涵蓋存儲(chǔ)的磁能量、磁化場移除后的剩余磁強(qiáng)度，以及抗退磁性能。這些特性越強(qiáng)越好，釹鐵硼作為最常見的稀土磁鐵，在這三個(gè)方面均展現(xiàn)出優(yōu)異的表現(xiàn)。此外，可替代的選擇還包括鋁鎳鈷、釤鈷、錳鉍，以及鐵氮化物等鐵氧體磁鐵。7oresmc

IDTechEx的研究總監(jiān)James Edmondson在接受《國際電子商情》姊妹平臺(tái)EE Times采訪時(shí)說，雖然加拿大目前尚未成為釹等稀土材料的商業(yè)生產(chǎn)國，但已有多個(gè)勘探項(xiàng)目在積極進(jìn)行中。他表示：“人們普遍認(rèn)為加拿大擁有豐富的這類資源，盡管他們還未開始對這些材料進(jìn)行大規(guī)模加工。”7oresmc

Edmondson也提到，Nechalacho項(xiàng)目的目標(biāo)是把這個(gè)稀土礦床開發(fā)成一個(gè)大型且長期的項(xiàng)目。“該項(xiàng)目計(jì)劃在2025年之前達(dá)到每年至少5,000噸稀土氧化物的產(chǎn)量。雖然中國每年生產(chǎn)的稀土數(shù)量達(dá)到數(shù)十萬噸，但這個(gè)項(xiàng)目在全球范圍內(nèi)(不包括中國)也將具有重大意義。”7oresmc

技術(shù)分析師Jiayi Cen透露說，加拿大正在推進(jìn)幾個(gè)鎳供應(yīng)項(xiàng)目，這是因?yàn)殒噷τ阪囧i鈷(NMC)電池至關(guān)重要。“加拿大被視為除中國和印度尼西亞之外，未來鎳供應(yīng)的領(lǐng)軍者，”Cen如是說。7oresmc

IDTechEx的研究表明，NMC電池是目前電動(dòng)汽車市場上最受歡迎的正極化學(xué)材料，其在2024年電動(dòng)汽車電池市場需求中占據(jù)了63%的份額。該機(jī)構(gòu)預(yù)測，加拿大在全球鎳礦產(chǎn)量和生產(chǎn)中所占的比例將有所上升，在2025年至2035年間這一數(shù)字可能會(huì)翻一番。7oresmc

預(yù)計(jì)到2030年將投入運(yùn)營的加拿大鎳項(xiàng)目有：加拿大鎳業(yè)公司旗下的Crawford硫化鎳項(xiàng)目，據(jù)稱該項(xiàng)目擁有全球第二大的鎳礦儲(chǔ)量和資源量。7oresmc

加拿大在關(guān)鍵礦物供應(yīng)鏈中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

供應(yīng)鏈軟件提供商Exiger的產(chǎn)品情報(bào)高級(jí)副總裁Derek Lemke指出，“元素周期表的武器化”可能為加拿大帶來機(jī)遇，如今美國和其他國家正尋求減少對中國的依賴。在供應(yīng)鏈的這場“新冷戰(zhàn)”中，鍺、鎵、銻和超硬材料等關(guān)鍵礦物和稀土元素已經(jīng)變身為重要的棋子。7oresmc

Lemke指出，關(guān)鍵礦物供應(yīng)鏈已經(jīng)明顯趨緊，該情況對包括中國臺(tái)灣和印度尼西亞在內(nèi)的半導(dǎo)體生產(chǎn)基地產(chǎn)生了影響。7oresmc

Lemke還提到，加拿大擁有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所需的關(guān)鍵礦物，例如鍺，它通常作為鋅礦石加工的副產(chǎn)品而獲得。最近的一個(gè)進(jìn)展是——Fireweed Metals公司對其位于育空地區(qū)的MacMillan Pass項(xiàng)目進(jìn)行了資源評(píng)估，結(jié)果顯示該項(xiàng)目含有614,800千克的鍺。他評(píng)價(jià)說，鑒于全球的需求量，這一資源量實(shí)際上相當(dāng)有限。7oresmc

銻是加拿大的一種重要礦物，然而關(guān)于加拿大銻的儲(chǔ)量及生產(chǎn)能力的具體數(shù)據(jù)較為稀缺。銻通常伴隨金礦一同開采，盡管加拿大是一個(gè)主要的黃金生產(chǎn)國，但將銻作為金礦開采過程中的副產(chǎn)品進(jìn)行回收，目前在加拿大并不常見。7oresmc

Lemke表示，加拿大已將鎵納入其重要礦物清單，鎵通常在鋁和鋅的生產(chǎn)過程中作為副產(chǎn)品被提取。7oresmc

由于對環(huán)境、社會(huì)和治理方面的擔(dān)憂，加拿大和美國在加強(qiáng)采礦活動(dòng)方面遭遇了許多挑戰(zhàn)，而中國在這些方面并未面臨同樣的問題。除了環(huán)境因素之外，開采關(guān)鍵礦物和稀土本身也充滿了諸多難題。7oresmc

在多倫多都會(huì)大學(xué)(TMU)化學(xué)工程系Huu Doan教授的指導(dǎo)下工作的Michael Chan表示，“這些元素并不像金或銀那樣稀有，但是加工這些礦石卻需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。”7oresmc

Chan的團(tuán)隊(duì)一直在研究電子產(chǎn)品中廣泛使用的鑭和鈰元素。他們與提供真實(shí)礦水樣本的行業(yè)合作伙伴持續(xù)合作，觀察能夠回收多少稀土元素。他說，加拿大有可能供應(yīng)一些關(guān)鍵礦物。“為了完善相關(guān)科學(xué)原理，我們還需要開展更多研究。”7oresmc

Chan表示，挑戰(zhàn)在于工業(yè)吸附技術(shù)。這種技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種高級(jí)海綿，僅能將金屬離子粘附在其表面，它會(huì)不加區(qū)分地吸收所有物質(zhì)，因此需要大量的后續(xù)處理。“這種技術(shù)缺乏選擇性。”7oresmc

鑭在礦渣中的含量通常較高，這些廢料若意外流出，可能會(huì)污染周圍的水體，對人類健康和環(huán)境構(gòu)成威脅。Chan及其團(tuán)隊(duì)正在研究如何回收這些材料，并發(fā)現(xiàn)工業(yè)強(qiáng)度的化學(xué)吸附劑能夠有效地“捕獲”開采廢料中的鑭。7oresmc

多倫多都會(huì)大學(xué)的研究人員通過過濾技術(shù)將吸附劑從水中分離，從而獲得了更純凈的水，并成功回收了鑭。這些回收的鑭可以經(jīng)過再加工，重新用于生產(chǎn)新的電子產(chǎn)品。在利用多倫多都會(huì)大學(xué)的掃描電子顯微鏡深入探究離子交換過程之后，他們繼續(xù)在薩斯喀徹溫大學(xué)的國家級(jí)研究機(jī)構(gòu)“加拿大光源”的幫助下，獲取更精細(xì)的圖像數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證他們的研究成果。7oresmc

Chan說，他們的目標(biāo)是部署吸附劑以盡可能多地吸收金屬離子。南美洲的其他研究人員采用不同方法已取得一定成果，但這一研究領(lǐng)域已有十多年的歷史。Chan自己從事這項(xiàng)研究已近三年。“我查閱過大約十年前的論文，發(fā)現(xiàn)結(jié)果都很不錯(cuò)，”他說，“這些研究都激勵(lì)我們繼續(xù)深入探索。”7oresmc

本文翻譯自國際電子商情姊妹平臺(tái)EETimes，原文標(biāo)題：Canada Eyes Rare Earths for Semiconductors7oresmc