镓、锗：重要的战略性资源

中小市值 镓、锗：重要的战略性资源 证券研究报告|行业专题报告 2023年08月29日 镓：“半导体工业的粮食”。金属镓的消费领域包括半导体材料、太阳能电池、合金、医疗器械等领域，其中半导体行业已成为镓最大的消费领域。镓在地 壳中的含量为0.0015%。自然界中的镓分布比较分散，多以伴生矿存在。镓主要是作为从铝土矿中提取铝或从锌矿石中提取锌时的副产物得到的，也有少量镓来自于煤中伴生元素镓的回收。根据美国地质调查局，2022年全球探明的金属镓储量27.93万吨，中国金属镓储量19万吨，占比约68%左右，位居全球首位。我国是全球金属镓生产和消费大国，2022年，我国镓产量达606吨，占全球比达96.8%；2020年我国镓消费量达288.5吨，占全球比达 行业走势 3% 1% -2% -4% -7% -9% -12% -14% 沪深300 44.8%。 锗：广泛应用于新兴产业，属于重要的战略性资源。锗在地壳中的含量约为 0.0007％，是地壳中最分散的元素之一，几乎没有比较集中的锗矿。大量的锗以分散状态存在于各种金属的硅酸盐矿、硫化物矿以及各种类型的煤中；某些铜矿、铁矿、硫化矿、银矿中也有锗石产出。锗在半导体、航空航天测控、核物理探测、光纤通讯、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学等领域都有广泛而重要的应用。全球锗资源储量匮乏，根据美国地质调查局，全球已探明的锗保有储量为8,600吨，主要集中分布在美国、中国和俄罗斯，占比分别达45%、41%和10%。我国是全球金属锗的最大生产国，2021年我国锗产量达95吨，占全球比达67.9%。 风险提示：行业政策不及预期，行业下游需求不及预期，行业上游开工率不及预期。 2022-082022-122023-042023-08 作者 分析师刘鹏 执业证书编号：S1070520030002邮箱：liupeng@cgws.com 分析师蔡航 执业证书编号：S1070522050002邮箱：caihang@cgws.com 相关研究 1、《复苏基调下多面开花，精选个股放大红利—中小市值2023年投资策略》2023-02-01 2、《高乐股份战略转型锂电赛道，开启成长新征程—中 小市值行业动态点评》2023-01-19 3、《检测行业长坡厚雪，多重因素催化发展———行业专题报告》2022-10-17 内容目录 1.镓：“半导体工业的粮食”3 2.锗：重要性堪比芯片6 3.风险提示10 图表目录 图表1：镓金属产业链结构及应用现状3 图表2：全球伴生矿铝土镓资源储量分布3 图表3：2021年我国镓资源主要分布情况（单位：吨）3 图表4：2016-2021年全球镓产能情况4 图表5：全球及我国镓产量情况4 图表6：常见镓产品及其用途5 图表7：镓的下游应用情况5 图表8：2011-2020年全球及我国镓消费量6 图表9：锗金属产业链及应用现状6 图表10：全球锗资源储量分布占比7 图表11：2022年我国锗资源主要分布情况（单位：吨）7 图表12：全球及我国锗产量情况7 图表13：锗的下游应用情况7 图表14：红外热像仪在军用领域应用广泛8 图表15：红外热像仪在民用领域应用广泛8 图表16：2014-2021年全球军用红外热像仪市场规模及增速9 图表17：2014-2021年全球民用红外热像仪市场规模及增速9 图表18：中国光纤光缆需求（亿芯公里）9 1.镓：“半导体工业的粮食” 镓是一种稀土元素，自然界中的镓多来源于铝土矿和锌矿中。镓元素（Ga）是1871年俄国化学家门捷列夫在编制元素周期表时曾预言的“类铝”元素。由于其熔点很低 （29.8℃）、沸点很高（2204℃）、良好的超导性、延展性以及优良的热缩冷胀性能而被广泛应用于半导体、太阳能、合金、化工等领域。镓在地壳中的含量为0.0015%。自然界中的镓分布比较分散，多以伴生矿存在。镓主要是作为从铝土矿中提取铝或从锌矿石中提取锌时的副产物得到的，也有少量镓来自于煤中伴生元素镓的回收。 图表1：镓金属产业链结构及应用现状 资料来源：上海钢联、长城证券产业金融研究院 全球镓资源主要分布在非洲、大洋洲和南美洲。根据亚洲金属网，世界上90%以上的原生镓是从生产氧化铝的过程中提取的。根据华经产业研究院，铝土矿中的镓含量平均值 为百万分之五十，世界铝土矿资源中所含的镓估计超过100万吨，全球镓资源主要分布在非洲、大洋洲、南美洲(含加勒比)、亚洲和其他地区，所占比重分别为32%、23%、21%、18%和6%。 我国镓分布相对集中。我国镓资源主要分布在四川、贵州、江西和山西等地，镓矿分布前4省份总储量占全国储量比达92.4%。根据美国地质调查局，2022年全球探明的金属镓储量27.93万吨，中国金属镓储量19万吨，占比约68%左右，位居全球首位。 图表2：全球伴生矿铝土镓资源储量分布图表3：2021年我国镓资源主要分布情况（单位：吨） 其他,6% 亚洲,18%非洲,32% 南美洲, 21% 大洋洲, 23% 资料来源：华经产业研究院，长城证券产业金融研究院 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0 12253.8 3954.31571.33133.3 1250.0 375.8142.043.226.123.4 全球镓产能呈稳步上升趋势，镓产量不断提升，我国是全球金属镓的最大生产国。从品质角度看，镓产品分为粗镓（工业镓）和精镓（高纯镓）。根据美国地质调查局，全球镓产能产能整体上呈现上升趋势，其中，精镓产能由2010年的177吨上升至2021年的 325吨，粗镓产能由2010年的184吨上升至2021年的774吨，再生镓产能由2010年 的141吨上升至2021年的273吨。从产量看，全球镓产量呈波动上升趋势，由2018 年的420吨上升至2022年的626吨，CARG达10.5%；我国镓产量由2018年的404 吨上升至2022年的606吨，CARG达10.7%。2022年，我国镓产量占全球比达96.8%。 图表4：2016-2021年全球镓产能情况图表5：全球及我国镓产量情况 1000 800 600 400 200 精镓（吨）粗镓（吨）再生镓（吨） 1000 800 600 400 200 全球（吨）中国（吨）中国占比（%） 96.2% 96.3% 96.9% 97.7% 96.8% 62606 420404 430420 351 338 327317 100% 95% 90% 85% 730 730 730 720724 774 320273320273320273330273325273325273 0 2016 2017 2018 2019 2020 2021 0 2018 2019 2020 2021 2022 80% 资料来源：USGS，华经产业研究院，长城证券产业金融研究院 金属镓的消费领域包括半导体材料、太阳能电池、合金、医疗器械等领域，其中半导体行业已成为镓最大的消费领域。镓多以砷化镓、氮化镓、氧化镓、4N工业镓形式应用，而工业镓又是其他镓产品最主要的基础产品。镓的消费领域广泛，包括： ●半导体材料领域。镓是一种低熔点高沸点的稀散金属，有“电子工业脊梁”的美誉。镓的化合物是优质的半导体材料，被广泛应用到光电子工业和微波通信工业，用于 制造微波通讯与微波集成、红外光学与红外探测器件、集成电路、发光二极管等。其中，砷化镓（GaAs）是第二代半导体的代表，这类材料因为其能带结构的特性，使得其在高频、高功率等特殊应用场景中，显示出了优于硅的性能，砷化镓常用于制作高频率的微波电子设备，例如手机、无线电和雷达。此外，砷化镓可以在更高的温度下工作，因此在太空和军事应用中被广泛使用。氮化镓（GaN）是第三代半导体材料的代表，具有更高的电场强度、更高的电子饱和漂移速度、以及更高的热导率，这使得其在高压、高频、高温等极端环境下，具有出色的性能。 ●太阳能电池领域。镓被广泛应用于太阳能电池的制造中，例如，砷化镓三五族太阳能电池，该电池具有良好的耐热、耐辐射等特性，其光电转换率非常高，常被应用 于航天和军工领域；砷化镓太阳能电池，具有转换效率高、稳定性强、结构小、重 量轻、良好的耐腐蚀性和耐磨性等优势；铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池，其具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，且光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首。 ●合金领域。镓与铟、铊、锡、铋、锌等可在3℃—65℃之间组成一系列低熔合金，用于温度测控、仪表中的代汞物、珠定业作中支撑物、金属涂层、电子工业及核工业的冷却回路。例如，含25%铟的镓合金为低熔点合金，在16℃时便熔化，可用 于自动灭火装置中。镓与铜、镍、锡、金等可组成冷焊剂，适于难焊接的异型薄壁，金属间及其与陶瓷间的冷焊接与空洞堵塞。 ●医学领域。镓在医疗领域多是因为其特有的放射性能，可用于对恶性肿瘤进行显像 和抑制，镓类化合物具有明显的抗真菌、抗细菌活性，通过干扰细菌代谢，最终达到杀菌目的。除此以外，一定比例的镓基合金替换传统的银汞合金，作为新型的牙科填充材料用于临床应用。 ●化工领域。镓的卤化物具有较高的活性，可以用于聚合和脱水等工艺，例如使用三氯化镓(GaCl3)作催化剂生产乙基苯、丙基苯和酮；硝酸镓用作石油催化剂可以提高石油的开采效益。 图表6：常见镓产品及其用途 常见产品用途 纯镓 核反应堆的热交换介质、高温温度计、防火信号装置、制取各种镓化合物 半导体的原料以及硅、锗半导体的掺杂剂。 砷化镓 半导体材料、转移器件、发光二极管（LED）、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳 能电池 氮化镓新型电子器件（例如，高温大功率电子器件、高频微波器件）、光电器件 氧化镓光电子器件 磷化镓半导体发光元件 镓铝合金装饰、镶牙、有机合成的催化剂 镓锡合金保险丝 资料来源：金属百科、长城证券产业金融研究院 图表7：镓的下游应用情况 荧光粉,7% 其他,5% 光伏掺镓,8% MO源,9% 化合物半导 体,42% 磁材掺镓,29% 资料来源：中商产业研究院，长城证券产业金融研究院 全球镓行业需求保持增长态势，我国镓产业逐步由外销转为内需。近年来，随着半导体、 LED等行业的发展，镓消费量大幅增长，由2011年的388吨增长至2020年的644吨，CARG达5.8%。随着国内半导体产业的崛起，我国镓产业逐步由外销转为内需，我国镓消费量由2011年的25吨增长至2020年的288.5吨，CARG达31.2%。从占比角度看，我国镓消费量占全球比由2011年的6.4%增长至2020年的44.8%，成为镓消费大国。 图表8：2011-2020年全球及我国镓消费量 1000 800 600 400 200 0 全球镓消费量（吨）我国镓消费量（吨）我国镓消费量占比（%） 41.3% 44.2% 40.9% 32.6%33.0% 33.6% 678 42.8% 716 44.8% 644 460 490 507 546 570 388 444 252.1 277.4 306.7 288.5 6.4% 25 9.0% 150161.8 170.2 225.3 40 2011201220132014201520162017201820192020 50.0% 40.0% 30.0% 20.0% 10.0% 0.0% 资料来源：智研咨询，长城证券产业金融研究院 在自然界分布很散很广。1871年，俄国化学家门捷列夫根据新排出的周期表预言了锗的存在，把它命名为“类硅”，熔点937.4℃，沸点2830℃。锗被称为“稀散金属”，在地壳中的含量不算少，却很分散，几乎没有独立的锗矿，总是与其他金属伴生。锗在地壳中的含量约为0.0007％，是地壳中最分散的元素之一，几乎没有比较集中的锗矿。大量的锗以分散状态存在于各种金属的硅酸盐矿、硫化物矿以及各种类型的煤中；某些铜矿、铁矿、硫化矿、银矿中也