萤石,又称氟石,主要成分CaF2,是氟这种元素的主要矿物来源。氟属于卤族元素,氟氯溴碘砹,第一个就是氟。氟有什么用呢?上世纪末,我们经常听到一个词儿,叫臭氧空洞。臭氧空洞的罪魁祸首,是氟利昂。氟利昂是一种制冷剂,主要用在空调、冰箱上,它的主要成分就是氟。

萤石:中国储量丰富,美国面临耗竭。锂电和芯片都离不开!

氟利昂似乎让氟这种元素污名化了,但氟的用途其实很广,比如我们常用的含氟牙膏,还有拉肚子吃的诺氟沙星,里面都有氟。除此之外,在锂电和芯片领域,氟也是一种很重要的元素,离了它这两个行业都玩不转。

氟的主要来源,就是萤石矿。萤石主要分布在墨西哥、中国、南非、(外)蒙古等发展中国家。咱中国储量占比13.55%,仅次于墨西哥,排名世界第二。而美国、日本、欧盟这些发达地区,则基本没有萤石矿。可以说,萤石是上帝赐予发展中国家的一项福利!

咱前面说的氟利昂,基本已经被淘汰了。那现在的空调、冰箱,都用什么制冷剂呢?其实啊,用的还是氟化物。第一代制冷剂,就是这个氟利昂,它属于氯氟烃类物质。什么是氯氟烃呢?就是含氯含氟又含烃。其中这个氯和氟,都是卤族元素,氟氯溴碘砹的前两个。那烃是啥呢?烃其实就是碳氢化合物。烃这个字的读音,就是取碳的声母t,和氢的韵母ing,连在一起就是ting。

氟利昂这种氯氟烃类物质被淘汰后,人类搞出了第二代制冷剂,氢氯氟烃。这个看名字就能理解,就是在氯氟烃的基础上加了点儿氢。然后呢,它对臭氧层的破坏减小了,但还会造成温室效应。于是人类又搞出了第三代制冷剂,氢氟烃,就是把氯给去掉了,只剩下氢、氟和烃。第三代制冷剂,温室效应有所降低,但还不是完全没有,于是又有了第四代制冷剂,氢氟烯烃。这次前两个字没变,还是氢和氟,但在氢氟和烃之间加了个烯字,变成了烯烃。烯烃跟烃差别在哪儿呢?差别在多了氧。

第四代制冷剂的气候危害就极低了。但是呢,技术基本被欧美公司垄断。专利都在霍尼韦尔、科慕、阿科玛等欧美公司手里,国内公司现在主要做代工。所以这第四代制冷剂的故事,我现在还没法讲,得等将来咱突破了,我再给大家补上。

要把萤石矿,制成各种氟化物,一般要经过一个中间体,就是氢氟酸。什么是中间体呢?就是中间步骤,要先把萤石制成这个中间体,再用这个中间体去做别的东西。氢氟酸其实就是氟化氢(HF)的水溶液。怎么制备呢?把萤石(CaF2)放硫酸里咕嘟咕嘟冒泡就可以了。就这么简单!

这个氢氟酸呢,除了做中间体,本身也是重要的湿电子化学品,是芯片制造不可或缺的物质。芯片的清洗、蚀刻,都要用到氢氟酸。不过芯片用的氢氟酸,纯度要求非常高。纯度如果不够,芯片的性能、良率都上不去。所以芯片和集成电路用的氢氟酸,有个专有名词,叫电子级氢氟酸。

除了芯片,锂电池的生产也离不开氟化物。比如锂电池的电解液,它的主要成分就是六氟磷酸锂,里面也有个氟字。其实不光电解液,正负极用的粘结剂,还有隔膜的涂层,都用到一种叫聚偏氟乙烯(PVDF)的东西,它里面也有氟。

所以咱光刻机虽然被卡脖子,但这个萤石,好歹是自给自足的。不过咱的萤石矿,开采有点儿过度了。我国的萤石储量占全球13%,但产量却占了全球的65%。世界萤石矿的平均储采比是38,就是采1吨矿,背后有38吨的资源储备。但中国呢,我们的储采比是7.78,也就是采1吨萤石矿,背后只有7.78吨储量。

好在我们现在已经反应过来了。2016年之前,我国是萤石矿净出口国。但在2016年11,我国通过了《全国矿产资源规划(2016-2020年)》,将萤石列入战略性矿产目录。从2016年开始,我国的萤石出口开始下滑,进口开始增长。2018年,萤石进口量首次超过出口量,我国成为萤石净进口国。而向我们出口的国家呢,主要是(外)蒙古、南非和墨西哥。其中(外)蒙古离我们最近,占了我们进口额的71%。

虽说美国基本没有萤石矿,但它隔壁有墨西哥,而墨西哥是萤石矿大户。咱能从墨西哥进口萤石,美国肯定也能。所以在萤石上,美国并没有被卡脖子。但反过来呢?如果美国是全球第二大萤石资源国,而中国没有萤石,那结果可就不好说了!

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