铍深度报告:可控核聚变关键金属

铍深度报告:可控核聚变关键金属

铍资源分布集中,美国和中国为主产区

铍(Be)最轻的碱土金属元素,也是所有轻金属中熔点最高的金属之一,极性强, 易形成强化学键。铍在地壳中含量大约为 4×10-6 -6×10-6,含铍矿物多产于共伴 生矿床,据统计与锂、钽、铌伴(共)生占 48%,与稀土矿伴生占 27%,与钨 共(伴)生占 20%。含铍矿物有 100 多种,常见有绿柱石、硅铍石、羟硅铍石、 金绿宝石等,目前仅有绿柱石和羟硅铍石具有商业开发价值。绿柱石是最具商业 价值的含铍矿物,氧化铍理论含量为 9.26%-14.4%,巴西绿柱石储量居全球首 位,其次为加拿大、中国、莫桑比克、纳米比亚、葡萄牙和津巴布韦等。羟硅铍 石的氧化铍理论含量为 39.6%-42.6%,但实际开采的高品位矿石氧化铍含量仅 有 0.69%,火山-热液型羟硅铍石是美国的主要提铍矿物,其羟硅铍石储量全球 第一。

USGS 最新披露数据显示全球已查明铍资源量超过 10 万吨,其中约 60%分布在 美国,未统计各国储量明细。根据其 2017 年数据,全球已查明铍资源量(BeO) 超过约 40 万吨,折合铍金属量约 14 万吨,主要分布在美国、加拿大、巴西、 格陵兰岛、墨西哥、俄罗斯和澳大利亚,其中美国、加拿大、巴西铍资源量(BeO) 分别为 23.9 万吨、6.5 万吨、4.3 万吨,折合铍金属量分别约 8.6 万吨、2.3 万 吨、1.5 万吨,合计占全球 87%。我国铍资源总量丰富但禀赋一般。根据自然资源部数据,我国铍矿资源储量为 6.38 万吨(氧化铍),折合铍金属量2.3 万吨,我国铍矿床分布在国内 8个省(区), 其中四川、江西、新疆分别占比 55%、27%和 15%,合计占全国总资源储量的 97%。

我国已探明铍资源虽然丰富,但可工业利用的优质铍矿资源少,资源禀赋 较差导致我国大多数铍资源未能工业应用,新探明含铍矿床品位低,平均品位低 于 0.100%,且成分复杂,与多种金属浸染伴生,使得分离难度大,目前的工艺 难以实现资源综合回收利用。铍产业链全景图:从原料到高附加值终端产品

铍是钢铁色轻稀有金属,密度低(1.85g/cm3),熔点高(1283°C),沸点高(2970°C)。铍的化学性质活泼,能形成致密的表面氧化保护层,即使在红热时,铍在空气中也很稳定。铍既能和稀酸反应,也能溶于强碱,表现出两性。铍及其化合物具有高比刚度、优良的热导性和卓越的尺寸稳定性,因此在国防军工、核能、火箭、航空航天、尖端武器和战略能源等领域得到广泛应用,被列为关键性和战略性矿产资源。此外,铍也是未来战略性新兴产业发展的重要材料,已成为全球主要国家争夺的重点。绿柱石、羟硅铍石是铍生产主要矿物原料,通过加工可制得铍化工产品—氢氧化铍,作为铍产品的重要中间产品。氢氧化铍根据不同应用需求,进一步加工制成金属铍、铍铜合金、铍铝合金和氧化铍陶瓷等高附加值终端产品。终极能源与关键材料:铍在可控核聚变中的核心角色

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(1) 终极清洁能源:可控核聚变 核聚变是一种将质量直接转化为能量的过程,其本质是将较轻的原子核结合为较 重的原子核。这一过程中,原子核的静电斥力与其电荷成正比,因此原子序数较 小、质子数较少的轻原子核更易发生核聚变,所需的动能(温度)也更低。氘和氚反应以及氘和氘反应是目前最有希望实现人工控制的聚变反应类型。每升 海水中含有约 0.03 克氘,地球上仅海水中的氘资源就高达 45 万亿吨。尽管氚不 会自然生成,但通过中子轰击锂可以制造氚。通过核聚变反应,1 升海水中的氘 释放的能量相当于 300 升汽油的燃烧值。此外,核聚变反应的产物无长期放射性 废物,不释放硫或氮氧化物,是一种极其清洁的能源。从安全性上看,核聚变无 需链式反应或中子“点火”,反应只需维持高温高密环境,一旦条件解除即自动 停止。核聚变技术有望为人类提供几乎无限的清洁能源,从根本上解决对化石燃 料的依赖。(2) 核聚变关键装置—托卡马克反应堆运行机制

托卡马克反应堆是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形装置,被认为是利用 核聚变发电的反应堆中最有前景的设计之一。在托卡马克反应堆内,氢的同位素 氘和氚被加热到超高温度以产生等离子体,强磁场将高温等离子体约束在环形管 道中,使其发生聚变反应。一个典型氘氚聚变反应堆的主循环过程如图所示。反 应生成的氦作为“氦灰”排出,反应产生的高能中子在聚变反应堆的包层中慢化, 中子的动能转化为热能。可以采用 6Li 作为吸收反应产物的包层,包层中还包括 中子增殖剂和冷却剂,称为增殖包层。在聚变中子作用下,包层中的 6Li 可以生 成氚再进入反应室作为燃料,形成氚的循环利用。(4) 铍在核聚变领域的应用与前景

随着可控核聚变技术的发展,尤其是托卡马克装置从“等离子体控制”阶段向“氘 氚燃料反应”阶段的转变,铍在聚变堆中的重要性愈发凸显,其价值量占比预计 可达 30%-40%。在托卡马克装置中,铍的应用主要集中在两个方面: 中子倍增剂:铍为最优选择,占比高达 80% 在中子倍增剂的选择上,铍以其低中子阈能和高倍增效率脱颖而出,成为目前最 优的选择。中子倍增剂的作用是增加中子总数,从而提高与锂原子核反应的几率。 相较于铅,铍在中子撞击原子时所需的能量更低,这使得其倍增效率更高。此外, 铍的高熔点和低密度也使其在高温环境下的应用更为安全和高效。相比之下,铅 的熔点较低,易熔化,且密度较大,这在聚变堆的结构和材料要求上带来了更高 的挑战。在 ITER 机器中,测试包层模块在模块内部使用约 100-200 公斤铍作 为中子倍增剂,以增强测试模块中的氚增殖,氧化铍也用作某些组件的绝缘材料; 中国聚变工程实验堆(CFETR)设计方案中的铍球用量>300 t。国内外主要铍生产企业东方钽业:西材院——国内唯一铍材研究加工基地

西材院自 1965 年由北京有色金属研究总院相关研究室搬迁至宁夏石嘴山以来, 一直从事铍材研究与加工业务,其铍材主导产品国内市场占有率超 70%,主要产 品应用于航天航空、核工业等领域,客户主要为央企国家大型军工企业和科研院 所,客户集中度较高。 2022 年 3 月并入西材院的中色新材在拓展新能源、核电站、汽车等下游领域市 场,主营业务是铍铜材料、电子浆料等业务,铍铜主要应用领域包括新能源汽车 用插件、连接器等;电子浆料主要用于太阳能发电、太阳能汽车等。西部黄金:富蕴恒盛铍业有限责任公司 富蕴恒盛铍业有限责任公司是西部黄金全资子公司,也是国内唯一集勘探、开采、 选矿、冶炼和销售为一体的铍业全产业链联合企业。公司成立于 2003 年 9 月, 注册资本 1 亿元人民币。依托可可托海丰富的铍矿资源,富蕴恒盛已成为国内铍 原材料生产行业的重要企业,并在国家金属铍产业规划中占据核心地位。2023 年 12 月西部黄金收购控股股东新疆有色持有的恒盛铍业 100%股权,交易价格为 1.07 亿元。 2024 年公司铍铜合金产量 908 吨,同比+23.4%,单位销售价格为 20.8 万元/吨, 单位毛利润为 6.9 万元/吨,单位净利润为 3.4 万元/吨,毛利率和净利率分别为 32.9%和 16.2%。根据公司经营计划,2025 年预计生产铍铜合金 815 吨。

此为报告精编节选,报告原文:

《有色金属-铍行业深度报告:可控核聚变关键金属-招商证券[刘伟洁,赖如川]-20250521【20页】》

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