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1、离子交换树脂与吸附树脂行业研究报告：纯化过滤专题分析报告一、离子交换树脂与吸附树脂：纯，现代工业生产中极致的魅力1.1 精确选择与高性价比，下游应用空间广阔离子交换与吸附树脂行业系提取分离行业的子行业。由于天然存在或人工合成的物质大多为混合物，在工业生产的过程中经常需要通过分离对其进行提炼和纯化。主流提取分离方 法包括离子交换与吸附分离法、溶剂法、蒸馏法、沉淀法、升华法等，应用贯穿于工业生 产的全行业。在各类提取分离技术中，吸附分离技术既有分离效果，又有精确选择性，与混合物接触时 能够吸附其中的目标物而不吸附其他物质，或对不同的物质具有不同的吸附力，在下游用 户的生产工艺流程中可发挥特殊的选择
2、性吸附、分离和纯化等功能。根据不同需求，常用的吸附分离材料包括活性炭、硅胶、离子交换与吸附树脂：活性炭：工艺简单、成本较低，以物理吸附为主，无选择性；硅胶：具有极强的亲水性，主要用于除湿领域；物理吸附来自于硅胶表面与溶质分子 间的范德华力，化学吸附主要是硅胶表面硅羟基与待分离物质间的氢键作用。离子交换与吸附树脂：有特定吸附能力，吸附效率高，适用范围广；性质稳定不受无机物影响，结构上易于设计；再生简便、使用周期长，不会产生二次污染。离子交换与吸附树脂的优异性能和高性价比使其成为吸附分离材料中应用最广泛的产品， 发展空间巨大。按是否含有活性交换基团，离子交换与吸附树脂分为离子交换树脂与吸附 树脂：
3、1）离子交换树脂具有交换基团。在离子交换树脂的内部结构中，一部分为树脂由单体经 交联聚合成不溶性的三维空间网状骨架，其化学性质稳定，也是离子交换树脂的主要 成分，具有高比表面积、高孔隙度的形貌和结构特性；另一部分为功能基团（活性基团），连接在高分子骨架上，由活动离子和固定离子组成。当树脂与溶液接触的时候， 溶液中的可交换离子与离子交换树脂上的抗衡离子发生交换，利用吸附剂内部末端官能团的选择吸附性，优先吸附环境中其它物质的分子或离子，再使用特定的解析剂使 其从吸附剂表面脱附，即可达到分离和富集的效果。2）吸附树脂不具有交换基团。吸附树脂是在离子交换树脂基础上发展起来的一类不含活 性基团的高分子吸
4、附剂。其吸附性是由范德华引力或产生氢键的结果，吸附性能类似 于活性炭。不同极性、不同孔径的树脂对不同种类的化合物的选择性不同，从而达到 分离纯化的目的。其形成的物理化学作用使得被吸附的物质较易从树脂上洗脱下来， 树脂本身也容易再生。因此，吸附树脂具有选择性好、机械强度高、再生处理方便、 吸附速度快的优点。不同的结构和性质塑造了不同类型的离子交换与吸附树脂。根据树脂孔结构分为凝胶型树 脂和大孔型树脂；根据骨架结构形成的极性分为强极性、极性、中等极性、非极性等 5 类 树脂；根据活性基团解离出的离子分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂；根据所带活性 基团的性质分为强酸阳离子树脂、弱酸阳离子树脂、强碱
5、阴离子树脂、弱碱阴离子树脂、 螯合树脂、两性树脂及氧化还原树脂。不同种类的树脂性质决定了其不同的应用领域，包括湿法冶金、生物医药、环保、食品及饮用水、工业水处理、核工业和电子等。离子交换树脂的合成一般分为两个过程，首先是制备高分子聚合物骨架，再在骨架上引入 活性基团。常规工艺中，制备高分子骨架一般采用悬浮聚合、单次交联的工艺；例如苯乙 烯树脂的合成就是使苯乙烯和交联剂二乙烯苯在水中悬浮状态下聚合成白球，再通过化学 反应向骨架上引入活性基团。如果使用浓硫酸处理白球，则可得到磺酸型阳离子树脂；如 果先使用氯甲醚进行氯甲基化处理后再用胺处理，则可得到碱性强弱不同的各种阴离子树 脂。除常规工艺外，还有
6、使用已经具备活性基团的单体经聚合一步制得树脂；例如丙烯酸 系树脂基体就是由丙烯酸甲酯和交联剂二乙烯苯共聚而成，基体经过特定化学反应即可转 变为阳/阴离子交换树脂。树脂饱和后可再生恢复性能，再生剂比耗用于衡量再生效率。当离子交换树脂绝大部分可 交换离子发生了交换，则表明树脂已经达到饱和，需要用相应的盐、酸或碱再生以恢复其 工作能力。一般用再生剂耗（盐耗、酸耗或碱耗）和再生剂比耗来衡量树脂的再生能力。 再生剂耗（g/mol）是在失效的树脂中再生每摩尔交换基团所耗用的再生剂质量；再生剂 比耗（mol /mol）是在树脂中再生每摩尔交换基团所耗用的 HCl 或 NaOH 的物质的量， 通常以无量纲形式
7、表示；再生剂比耗越接近于 1，再生效率越高。1.2 三梯队塑造行业格局，国产龙头争相奋前离子交换与吸附树脂至今已发展近 90 年。1935 年，英国人 B.A.Adams 和 E.L.Holmes 最早发布了缩聚制备酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的方法，通过研究树脂的离子交换性能，发 现其可以使水不经过蒸馏而脱盐，减少了操作流程还节约能源，自此开创了离子交换树脂 领域。1944 年，美国人 DAlelio 发明了苯乙烯系和丙烯酸系加聚型离子交换树脂合成技术，较缩聚型离子交换树脂性能优越且经济性高，开拓了当今主要离子交换树脂制造方法 的基础。中国对离子交换与吸附树脂的研究起步于 20 世纪 50 年代。
8、1956 年，吸附分离材料泰斗 何炳林院士回国至南开大学任教，并成功研发出 10 余种离子交换树脂；1958 年后，南开 大学化工厂、上海树脂厂开始生产离子交换与吸附树脂，在国内正式投入工业化生产。 1985-1998 年是中国离子交换树脂行业的黄金时期，企业快速发展，产品产能、品种、应 用领域也得到了极大的拓展。然而，自 1998 年后，市场招投标法执行带来了恶性低价竞 争的恶果，中国离子交换树脂行业进入了混乱期；这一时期企业争相低报价抢夺市场，破 坏了国内市场的健康价格体系，与之对应的是环保费用、人力成本、原料价格的增长，诸 多企业在利润的极致压缩下相继倒闭。与国内企业泥沼中混战的景象不同
9、，进入中国市场的外企选择了另一条路。由于西方国家 对于环保治理、能耗控制的高要求以及原料的不易获得，海外离子交换与吸附树脂企业纷 纷将目光投向了原料丰富质优、环保费用低的中国。1995 年漂莱特与争光合资建设浙江 湖州三分厂，1998 年罗门哈斯也与上海树脂厂合资建厂；但由于价值取向相反，且合资 达成后控制人基本为外资，其在合资入驻后就逐步放弃常规工业水处理领域，开始抢夺需 求快速增长的中国新兴市场，凭借高技术壁垒、高附加值的中高端产品垄断市场，中国的 合作方则元气大伤。一方面是低廉的生产与环保成本，另一方面是国内企业难以触及的广 阔新兴市场，外资在中国市场如鱼得水，而原本就艰苦支撑的国内企业
10、更是无力追赶，对 新兴市场中获取丰厚利润的外资望尘莫及。进入 21 世纪后，国内头部企业崛起，跳出工业水处理红海市场。意识到低价竞争的不可 行后，中国离交树脂龙头企业终于改变竞争策略，从加强技术创新投入入手，推动新产品、 新技术在新兴领域的应用，国产吸附分离材料和技术得到了较快发展。目前，吸附树脂、螯合树脂、酶载体等大量特殊功能吸附分离树脂已经成功国产化和产业化，各类吸附分离 材料的产量不断增加。国内领先企业逐渐打破超纯水、生物医药等领域中陶氏、朗盛、三 菱等跨国企业多年来的垄断，部分企业除在国内市场保持了较高的市场占有率，部分原创 技术在合成和应用方面还达到国际先进水平，出口国外。当前全球离
11、子交换与吸附树脂行业的企业主要分为三个梯队：1）第一梯队以美国陶氏化学、德国朗盛、英国漂莱特、日本三菱化学为代表的老牌跨国 企业，其凭借产品线完整、技术领先、研发能力强、历史悠久等优势，占据高端市场 大部份市场份额，产品价格高且利润丰厚；2）第二梯队以国内蓝晓科技、争光股份、江苏苏青、淄博东大等企业为代表的国产行业 龙头，部分自主核心产品性能已达到行业领先水平，具备较强市场竞争力；在逐步实 现国内市场进口替代同时，凭借产品可靠的质量和稳定的性能，在国际市场上的品牌 影响力和美誉度不断扩大；3）第三梯队是国内外众多中小规模离子交换与吸附树脂生产企业，资金和技术实力有限， 整体竞争能力较弱，产品主
12、要集中在工业水处理领域；其主要提供配套服务，部分也 以自有品牌对外销售，大多分布在中国及印度等国家。1.3 全球最大离子交换树脂生产国，产能产量逐年提升亚太地区增长带动全球市场规模攀升。根据 Markets and Markets，2020 年全球离子交换 与吸附树脂市场规模为 18 亿美元，预计将以每年 4.2%的增速增长至 2025 年的 22 亿美 元。其中亚太地区人口和终端产业增长带来的高需求，是带动全球行业规模发展的重要因 素。2021 年，亚太地区以 42%的份额主导离子交换与吸附树脂市场，预计这一比例 2025 年将达到 50%（Markets and Markets）。此外，根
13、据 Research and Markets 预测，2026 年中国市场将达到 5.34 亿美元，占全球 23.2%。中国是全球最大的离子交换树脂生产国。从产能分布情况来看，根据争光股份统计，老牌 龙头跨国企业陶氏化学、朗盛、漂莱特、三菱化学、住友化学等的产能合计占全球 46%； 而中国约占全球产能的 47%，其中蓝晓科技、江苏苏青、淄博东大、争光股份等企业合计 产能全球占比约 46%。目前全国有 20 多家离子与吸附树脂生产企业，2019 年国内离子 交换树脂产能、产量分别为 45.1、33 万吨，开工率超过 70%；2010-2019 年产量 CAGR 为 6.07% 。国内行业快速发展，
14、高端产品仍依赖进口。2019 年，中国离子交换树脂出口量 11.94 万 吨，进口量 1.7 万吨。尽管出口量远高于进口量，但价格差异巨大。2019 年我国离子交 换树脂进口均价为 1 万美元/吨，出口均价仅 2300 美元/吨，相差 4 倍，高端产品尚有较 大的进口替代空间。近年来，为突破“卡脖子”的技术限制，国家对新材料、高端产业大力 支持，政策推动下行业发展迅速，国产材料性能、生产工艺也不断提高，应用领域也逐渐 从工业水处理领域拓展到食品、核工业、电子、生物医药、环保、湿法冶金等新兴领域。新兴应用领域对材料性能、应用工艺的要求高于传统工业水处理领域，且利润更高，只有 综合技术实力雄厚的厂
15、商才能具备在新兴领域展开竞争的能力。目前，全球离子交换与吸 附树脂行业产业已进入持续创新发展的阶段。尽管我国起步较晚，国内大多数企业在生产 规模、研发能力和资金投入等方面难以与全球领先企业全面竞争。但随着国家对产业进口 替代的引导，企业研发投入的不断加大，和下游需求的旺盛增长，行业龙头企业在新兴应 用领域持续发力，多领域实现技术突破，逐步打破跨国企业的进口垄断。二、传统领域稳步增长，新兴赛道打破技术垄断2.1 工业水处理：体量为王，电力行业发展推动树脂需求稳步攀升离子交换树脂最早是被应用于工业水处理领域，经过几十年的发展，普通工业水处理成为 树脂使用量最大、应用最成熟的领域。因该领域生产技术和
16、设备的门槛低，国内大多数吸 附材料生产商均掌握了技术含量较低的用于普通工业水处理的离子交换树脂的生产和应 用技术，实现工业化生产，竞争者主要是综合技术实力较弱、规模较小的低端离子交换树 脂生产企业。这些企业大部分不注重研发与创新，仅以扩大规模、提高产量、降低价格、 压缩利润为主要手段集中竞争，抢夺市场空间，造成行业利润较低。而在高端工业水处理 领域，龙头吸附材料生产商陶氏杜邦、德国朗盛和日本三菱等跨国公司的研究及产业化已 经非常成熟，并长期垄断了高端工业水处理吸附材料的合成和应用技术，如运用于化工厂 凝结水精处理及电厂发电机组内冷水处理等领域的离子交换树脂生产技术。普通工业水处理板块仍是离子交
17、换与吸附树脂最重要领域，占总需求 65%。电力行业是 普通工业水处理树脂应用比例最大的行业，应用范围包括火力发电厂补给水处理和凝结水 精处理；少部分用于循环水和发电机内冷水的处理。分析离子交换与吸附树脂在火力发电 厂补给水处理领域的应用原理，是由于在企业生产过程中，锅炉水中含有的杂质 Ca2+、 Mg2+、K+、Na+等阳离子和 Cl-、SO4 2-、PO4 3-、NO3-、SiO2 2-等阴离子在高温下会生成碳 酸钙、硫酸钙、氢氧化镁和硅酸镁等难溶物质，沉积在锅炉受热面而结成水垢，使受热面 生成鼓包、孔斑，导致沸腾管和垂彩管破裂，不仅危害锅炉的安全运行，还增加了锅炉的 维修成本。因此，进入锅
18、炉的水必须进行处理，以除去水中阳离子和阴离子。离子交换树 脂作为一种带有特殊功能基团的高分子聚合物，特别适合于用于去除这些杂质离子，氢型 阳离子交换树脂交换去除阳离子并释放出 H+，阴离子交换树脂交换去除阴离子并释放出 OH-，H+和 OH-中和反应生成水。该处理过程使得经过离子交换树脂处理的水不产生新的 物质，即可完成对离子的去除。在中高端工业水领域中，随着电力行业发电机组的参数和容量越来越大，对电厂水质提出 了更高要求。由于凝结水水量约占锅炉总给水量的 90%以上，凝结水处理的精度和深度决 定锅炉给水品质的好坏，成为电厂水处理的重要环节。凝结水精处理一般在高流速下进行， 运行温度高，且每个
19、周期凝结水精处理树脂都要进行空气擦洗、分层、输送等过程，因此对树脂的机械强度、交换速度、耐热性提出了更高的要求，而耐温性好、强度高的大孔型 均粒树脂即显示出突出优势。此外，随着近年来大容量、亚临界、超临界发电机组的投入 运行，对发电机内冷水品质的要求越来越高。针对内冷水的低 pH 值，需要让内冷水通过 装有阴、阳离子交换树脂的混合离子交换器，以除去杂质离子，降低电导率和 Cu2+含量。 这种适用于发电机内冷水处理用的高强度离子交换树脂是经水力分选、过筛、酸碱盐和有 机溶剂反复处理后，大幅度降低树脂中的低聚合物含量而成的树脂，具有机械强度高、颗 粒均匀的特点。在工业水处理领域应用最广泛的电力行业
20、，快速增长的发电装机容量是推动工业水处理树 脂需求增长的重要因素。由于离子交换树脂技术是电厂所需补给水处理和凝结水精处理的 关键技术之一，新增热电发电装机均需配套对应的离子交换树脂，树脂寿命可长达 10 年。 近年来我国电力行业发展快速，2021 年热电发电装机容量为 12.97 亿千瓦，2012-2021 年发电装机容量 CAGR 为 5.3%。参考新乡中益发电有限公司 2600MW 级机组工程招标 文件，2600MW 超临界机组工程需配套 36.5m3阳树脂，56m3阴树脂；则 12.97 亿千瓦 发电机容量分别对应 3.94 万 m3 阳树脂，6.05 万 m3阴树脂；参考阳树脂密度范围
21、在 0.66-0.72kg/L，阴树脂密度范围在 0.77-0.8kg/L，则 2021 年，12.97 亿千瓦发电机容量 对应水处理树脂为 7.47 万吨。如 2021-2025 年热电发电装机容量按照 4%的年复合增长 率增长，至 2025 年新增装机容量所需水处理树脂量为 1.27 万吨。2.2 湿法冶金：下游增长推进需求高增速，吸附交换法质优价廉湿法冶金是指金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液中进行化学处理、有机溶剂萃 取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程。在湿法冶金领域，吸附分离技术作为其中一 种重要的工艺，主要用于从低浓度的溶液中分离纯化有用物质。与传统的重结晶、沉淀等 分离
22、方法相比，吸附分离技术具有很高的提取效率和经济性。吸附分离材料可应用于有色 金属、稀有稀散金属、贵金属以及稀土金属、核工业用金属的分离纯化生产。2.2.1 盐湖提锂，高锂价下的性价比之选下游发展推动锂需求增长，盐湖提锂前景广阔。随着新能源汽车、电子器件和储能技术的 迅速发展，锂在新型能源材料领域的应用受到高度关注，被誉为“21 世纪的能源金属”、 “白色石油”。根据美国地质勘探局（USGS），截至 2020 年全球已探明的锂资源储量约 8600 万吨。在矿产类型上，目前全球锂矿主要分为锂辉石硬岩矿和盐湖卤水两大类，其 中盐湖锂资源占约 58%，伟晶岩资源占约 26%，盐湖拥有全球最大的锂资源。
23、但受限于 技术、开发环境等限制，目前锂矿石仍为主要的在产锂资源。2019 年锂辉石对应锂盐产 量 18 万吨，占比达 55%；盐湖卤水对应锂盐产量 15 万吨，占比 45%。在资源分布上， 南美“锂三角”地区（智利、阿根廷和玻利维亚）的锂资源量之和约占全球总量 58%，我国 锂资源储量 700 万吨，约占全球总量 13%。高镁锂比、低含量限制盐湖锂资源开发。根据中国地质调查局，我国锂资源主要集中于盐 湖，占比超过 80%，位于青海、西藏、湖北等地区。与南美“锂三角”盐湖对比，南美盐湖 镁锂比小于 20 且锂含量在 0.05-0.15%，资源禀赋好；而中国盐湖镁锂比普遍高于 60 且 锂含量仅在
24、 0.02-0.085%，需要更先进的技术解决镁锂、锂钠分离问题。由于 Mg2+/Li+水 合离子水合半径相近，化学共性较多，不易分离；如果镁锂比过高，将造成提取产品品质 差，并产生更大吸附剂/膜需求量。此外，在下游电池应用中，如果盐湖中杂质离子过多， 将影响电池性能的稳定性。因此盐湖提锂对提取技术、材料和工艺有较高的要求，目前国 内盐湖资源开发程度仍较低，盐湖锂产量不足全国总产量的 20%。中国盐湖提锂两大产区，西藏资源禀赋好但开采困难，青海开发难度低但资源稍逊。在盐 湖锂资源分布中，青海地区资源量最高，达 310 万吨，占比 44%；西藏地区 222 万吨， 占比 31%，二者合计占比 7
25、5%，是最重要的盐湖锂资源地。国内自 2007 年开始开发青海 地区盐湖，发展至今技术成熟度已达到 70-80%，部分技术完全达到产业化水平，通过技 术革新，盐湖自然禀赋的缺陷逐步被弥补。目前，青海地区备案碳酸锂产能为 20 万吨/年， 实际在建与投产量约 10 万吨/年。对比青海与西藏地区的开发现状，青海地区基础设施建 设相对完善，自然条件相对好，整体起步早，集中力较强，但镁锂比高且锂浓度低，需更 先进的技术支撑；西藏地区资源禀赋更好、潜力更大，但受地理位置及外部环境制约，基 础设施（水、电、公路）建设程度不足，开采难度较大，规模化生产还需逐步推进。盐湖提锂工艺包括卤水开采、锂富集分离和产品
26、转化环节。通过卤水富集，大幅降低镁锂 比，然后对硼、钠、镁等进行除杂处理后进行浓缩，经过化学法沉淀后，进一步深度除杂 获得一定纯度的锂盐。其中不同工艺的差距主要在锂富集分离环节，主要工艺有沉淀法、 吸附交换法、膜分离法、萃取法、煅烧浸取法等。吸附交换法和膜分离法是目前国内盐湖 提锂相对成熟的技术，吸附法具有工艺简单、提取效率高、环境友好的优势，适合产业化。技术成熟扩大盐湖提锂成本优势。在盐湖提锂开发初期，由于技术不成熟，成本高至 6-8 万元/吨 LCE，超过部分矿山提锂的成本，因此直至 2015 年仅有小部分企业生产。2015 年后，盐湖提锂技术逐渐成熟，行业平均成本逐步降至 3.5 万元/
27、吨 LCE。与之相对的是 矿石提锂法，由于锂矿价格上涨带动成本增加，现已接近 6 万元/吨 LCE，因此高锂价下， 盐湖提锂更显成本优势。新能源汽车发展迅猛，未来仍有巨大增量。目前，金属锂在新能源产业、传统工业、3C 电子数码消费品和储能电池领域广泛应用，其中新能源汽车和储能电池增速较为可观。 2021 全年中国市场新能源汽车销量为 352.1 万辆，同比增长 160%；尽管中国新能源购车 补贴将于 2022 年年底结束，但根据主流汽车品牌的销量与在建产线预测，2025 年中国新 能源汽车销量有望达到 1168 万辆，2021-2025 年 CAGR 为 35%。在全球市场，2021 年 全球
28、新能源汽车销量为 650 万辆，同比增长 100%；而根据 EVTank 等机构的预测，2025 年全球新能源汽车销量可达 1800 万辆，2021-2025 年 CAGR 为 29%。下游增长拉动上游动力电池及金属锂需求。参考一辆纯电动车带电量约 60KWh，现阶段 电池度电耗锂量 0.8kg/KWh，则 2021 年中国新能源汽车碳酸锂需求量为 16.9 万吨，全 球需求量为 31.2 万吨；2025 年中国新能源汽车碳酸锂需求量将达到 56.1 万吨，全球需 求量 86.4 万吨。参考藏格 10000t/a 提锂项目，保守估计 5.78 亿元订单金额中吸附分离材 料约占 2 亿元，则 2
29、025 年中国/全球新能源车碳酸锂需求量 56.1/86.4 万吨对应吸附分离 材料市场价值分别为 112.2/172.8 亿元。参考提锂树脂的寿命，平均 1 吨树脂可提取 3 吨 碳酸锂，则 56.1/86.4 万吨碳酸锂需求量可折合 18.7/28.8 万吨提锂树脂需求。巨大市场空间下，提锂巨头纷纷布局盐湖项目。目前蓝科、青海锂资源、五矿、藏格湖提 锂产线先后于 2017-2020 年相继建成投产，加上吉乃尔、大柴旦盐湖等，青海地区盐湖碳 酸锂在建与已投产产能已达 9 万吨/年 LCE 以上，西藏地区规模化建设的仅国能矿业西藏 结则茶卡盐湖 1 万吨/年氢氧化锂项目，与预计 2025 年全
30、球新能源汽车 86.4 万吨的碳酸 锂需求量相比，9 万吨的产能仍有极大拓展空间。目前在盐湖提锂技术上，无论是吸附法、 膜法、萃取法，中国均已达全球领先；加之成本上和矿石法相比的优势拉大，国内盐湖提 锂规模化产业化俨然已成大势所趋。未来，资源开采权+先进技术将成为各大提锂企业竞 争的重要砝码。在盐湖提锂领域，国内企业中蓝晓科技自主开发出吸附+膜法，适用于中国高镁锂比、低 锂含量的盐湖；公司还结合设备供应，为客户提供材料+工艺+装置的一体化方案。目前公 司不仅在青海盐湖实现成功运行，更是拿下了西藏盐湖、阿根廷盐湖的项目。除蓝晓外， 争光也在进行盐湖提锂的技术开发，目前仍在小规模试验阶段。2.2.
31、2 镓资源得天独厚，吸附法巩固开发优势中国是全球最重要的镓生产国，产量占比超过 90%。镓是一种稀散金属，在工业领域有着广泛用途。目前全球镓总储量约 23 万吨，我国镓储量居世界首位，占比 80%85%。 原料镓可分为原生镓与再生镓两类，原生镓是指从自然界中提取的镓，主要通过在伴生矿 （以铝土矿为主）的冶炼过程中，从母液中副产提取，目前 90%的原生镓是从拜尔法生 产三氧化二铝的种分母液中获得的；再生镓则主要来自于废旧电器，增长有限。中国是全 球最大的镓生产国，2020 年全球粗镓产量为 300 吨，中国粗镓产量为 290 吨，占比高达 96.67%。氮化镓是未来镓金属需求增长的重要支撑。从消
32、费结构上看，金属镓占比最大的下游为砷 化镓，其次为氮化镓、氧化镓等，主要应用于 LED、永磁材料、无线通讯领域。在无线通 讯领域，砷化镓为第二代半导体材料的代表，主要应用范围为 3G 和 4G 智能手机，市场 比较成熟，未来增量不大。而氮化镓作为第三代半导体材料的代表，由于具有高功率、高 抗辐射、高效、高频的特点，可应用于 5G 网络、快速充电、商业无线基础设施、电力电 子和卫星市场，前景广阔。2020 年，全球氮化镓器件市场规模为 184 亿美元，同比增长 28.7%。在电子产业的旺盛需求带动及氮化镓等电子器件需求的释放下，上游镓金属消费量逐年增加。尽管 2020 年受疫情影响，全球金属镓消
33、费量为 644 吨，中国消费量 288.5 吨，较上 年有所减少；但整体来看，2013-2020 年，全球镓消费量 CAGR 为 4.9%，中国则为 9.8%， 增速达全球平均增速两倍。从市场规模来看，2020 年中国镓市场规模为 3.6 亿元，同比 增长 14%。未 来我国金属镓在永磁材料、LED 领域的消费将保持相对平稳增长；而在无线通讯（砷化镓、 氮化镓半导体材料）领域的消费将呈现较高的增长速度。出于其重要的战略意义，美国、 欧盟、日本等发达国家及联合国环境规划署均将镓作为战略性或关键性矿产资源，我国也 将镓列为战略储量金属之一。吸附法提镓优良特性促使其成为主流技术。目前提取镓的方法主要
34、有碳酸石灰法、汞齐电 解法、萃取法和树脂吸附法。与其他工艺相比，吸附提镓法的提镓工艺对氧化铝生产没有 任何影响，且解吸剂属于一般的无机酸碱，易处理，不会对环境保护造成压力。这一特点 决定吸附法提镓成为氧化铝企业拜耳母液提镓的极具优势的技术路线。由于提取镓的过程 中，吸附分离材料需面对高温、高浓度强酸、强碱的苛刻环境，并要在复杂的环境中高选 择性提取微量镓（浓度仅 200mg/L）。因此镓提取材料的性能要求非常高，需要耐高温、 耐强酸、强碱、高选择性。在提镓领域，国内企业中蓝晓科技自 2008 年起就开始实现氧化铝母液提取镓材料和技术 的产业化，目前在全国提镓领域的客户覆盖率达到 70%以上，保
35、持多年全国第一，实现绝 对垄断。公司不仅提供提镓树脂，还具有整线建设和生产线运营服务，与中铝集团、锦江 集团、东方希望、吉亚、方园等主流氧化铝企业均有合作，并且为核心供应商。2.2.3 镍矿开采走向海外，吸附法辅助技术支持金属镍性能优良应用广泛，我国储量占比较低。镍是一种硬而有延展性并具有铁磁性的银 白色金属，它能够高度磨光和抗腐蚀，具有良好延展性、磁性和耐腐蚀性，被誉为“钢铁 工业的维生素”， 在不锈钢、合金钢、电池、电镀等行业广泛使用。全球镍矿资源分布中， 红土镍矿约占 55，硫化物型镍矿占 28，海底铁锰结核中的镍占 17；其中红土镍矿 主要分布于印尼、澳大利亚、菲律宾，硫化镍矿主要分布
36、于南非、加拿大、俄罗斯。2020年全球镍矿探明的储量为 9400 万吨，全球储量最大的三个国家分别为印尼、澳大利亚和 巴西，三者合计占比超过 59%，而中国镍储量仅 280 万吨，占比 3.1%。从不锈钢到三元电池，新能源领域引领金属镍新增长空间。由于镍的优异的抗腐蚀性，其 最大下游为不锈钢，消费量占比 70%；镍还可以用于电池制造，目前下游占比约 8%。在 电池制造中，镍的主要作用为提高能量密度，镍含量越高，材料的克容量越高，对应的电 池模组能量密度也越高，但相应的工艺难度和安全性挑战也越大。尽管目前镍的主要应用 领域为不锈钢，但根据 2021 年澳大利亚镍会议上 WoodMac 镍公司的观
37、点，2040 年随着 电动汽车电池前驱体重要性的增加，镍用于电池的比例将会增长，而在不锈钢领域的应用 占比将下降至 53%左右。参考 Macquarie Commodities Strategy，2025-2030 年，预计 电动汽车单车镍含量将由 20kg 增长至 40-50kg；电池领域的金属镍用量将以 50%的增速 增长，至 2030 年占比将增长至 20-25%。结合我们对中国与全球电动汽车销量的预估， 2025 年将分别达到 1168/1800 万辆，对应镍需求量保守估计可达 46.7/72 万吨，折合提 镍树脂 15.6/24 万吨。根据矿石成分，镍矿可分为硫化镍矿和红土镍矿。硫化
38、镍矿通包含镍、硫、铁等元素，相 比红土镍矿，镍的含量较高且成分组成较为简单；而红土镍矿包含镍、硅、铁、镁、钴等 元素，成分更复杂多变，镍品位较低，冶炼难度相对较高。镍资源不足促使我国企业海外建厂，红土镍矿逐渐成为主流。我国是镍金属消费大国。 2020 年我国镍金属需求量和产量分别为 140 万吨和 12 万吨，自给率仅为 8.6%，严重依 赖进口。目前，全球硫化镍矿已开采 70%以上，开采程度较高且品位下降；红土镍矿冶炼 技术则不断发展成熟，镍铁、镍盐产能的持续扩张原料以红土镍矿为主。全球最大的镍资 源国印尼、巴西等地主要为红土镍矿，尽管资源丰富，开采成本低，但镍品位较低在 0.8-3%， 成
39、分复杂，冶炼成本高。出于印尼原矿出口禁止的政策，我国镍铁企业纷纷到印尼当地投 资建厂。湿法红土镍矿提镍应用逐渐成熟，走向主流。红土镍矿的处理工艺主要分为火法冶金和湿 法冶金两类。火法冶金主要对应镍品位相对高的腐殖土型矿，湿法冶金则对应品味较低。 二者相比，湿法炼金工艺能耗更低、环境污染小且回收率高，更适用于目前高品位红土矿 逐渐耗尽的情况，有望成为未来的主流技术路线。红土镍矿湿法冶炼在工艺过程上分为前 端和后端，前端目的是浸出，后端目的是分离纯化，主要应用萃取法和吸附法。与萃取法 相比，吸附法提纯的产品质量更高，环保性更好，耗材使用更少；但目前仍处于技术优化 阶段，且工艺复杂，有待推广应用。在
40、红土矿提镍领域，国内企业中蓝晓科技开发的吸附剂产品在测试中已达到国际公司最好 性能指标，并开始签订材料+装置订单。公司主推多路阀设备和整合提镍工艺，可形成材 料+设备+工艺的一体化提镍纯化服务，支持海外镍资源开发。2.3 生物医药：短板弥补，推动上游研发成果产业化生物分离纯化技术通常指将生物界自然产生或生物工业过程（如微生物菌体发酵、动植物 细胞组织培养、酶反应等）产生的生物原料，经过提取分离、加工并精制为目的成分，最 终获得对人类有用，符合质量要求的各种产品。在生物技术形成产品的过程中，按照技术 分类通常分为上、中、下游：上游为基因重组、新型菌株构建的研究和开发；中游为菌株 发酵和细胞的大量
41、培养；下游则为产物的分离纯化和后处理加工。与上游过程相比，下游 过程的生物分离技术难度大、成本高，且存在步骤繁琐、处理时间长、收率低、重复性差 的难点。混合体系复杂与目标产品浓度低是分离纯化技术的关键挑战。生物产品的分离和纯化具有 生物学的特点，有诸多工艺和质量的特殊要求。例如，生物合成的发酵液（反应液）是复 杂的多相体系，包含微生物细胞、代谢产物、未用完的培养基等，在分离特定成分时，存 在杂质含量高、化学结构及理化性能类似、生物活性物质易失活等难点。此外，生物产品 在原始溶液中的含量也很低；例如抗生素产物浓度为 0.1-3%，工业酶为 0.01-0.1%，而医 疗用酶仅有 10-9 左右。复
42、杂的混合体系和低浓度的目标产物一方面是生物分离纯化技术的 关键挑战，另一方面也促使其成为生物技术工业化不可或缺的步骤。分离纯化在生物产品成本中占比极大，低成本+高质量+无污染成为重要指标。生物产品 的成本和售价同产物的原始浓度成反比，后处理的费用通常占产品总成本的 40-70%。例 如对有机酸或氨基酸提炼的投资费用约为发酵部分的 1.5 倍，对抗生素的提取则为 4 倍， 而基因工程药物的提取可占总生产费用的 80-90%。因此，开发技术先进、经济可行的分 离纯化工艺是提高经济效益，促进新产品产业化进入市场的关键。工业生物技术原料产品众多，用途各异，对产品的质量与纯度要求也各有差距，因此分离 纯
43、化技术、工艺和装备也各不相同。整体而言，大部分生物产品的分离纯化过程可分为四26 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2022 年 03 月 20 日 步：预处理与固液分离、提取（初步纯化）、精制（高度纯化）、成品制作；并衍生出多种 分离技术，其中层析/色谱分离是目前最主流的分离技术。我国分离技术欠发展，海外企业占领主要市场。此前我国生物技术行业对下游分离纯化技 术和设备的研究开发重视程度严重不足，上下游的研究开发比例为 7:3，与国际平均 3:7 的比例相比极不协调。即使上游培养菌种水平很高，下游分离提纯技术的落后也极大限制 了工业化生产。2018 年，全球色谱填料领域 GE H
44、ealthcare、Tosoh、Bio-Rad 三家公司 市场占有率达 50%；其他主要供应商还包括 Merck、Danaher、Agilent 等大型跨国科技 公司。由于分离纯化技术在生物制药产业中占据主要生产成本，对生产效率影响重大，而 我国生物医药分离纯化核心材料基本依赖进口，高纯化成本严重制约行业下游企业发展。 近十几年，我国的生物分离纯化技术不断追赶，局部已取得一定突破。未来生物技术产品 的竞争优势的突出将主要体现在低成本、高质量和无污染上，对分离纯化技术在成本、质 量、环保性上提出更高要求。中国色谱填料市场增长迅速，但在全球占比较小。根据 MarketsandMarkets 统计，
45、2018年全球色谱填料市场规模为 19.78 亿美元，预计 2024 年增长至 29.93 亿美元，2018-2024 年 CAGR 为 7.1%；2018 年中国色谱填料市场规模为 1.12 亿美元，占全球市场的 5.7%， 预计 2024 年增长至 2.13 亿美元，2018-2024 年 CAGR 为 11.30%，2024 年中国市场占 比提升至全球的 7.1%。原研药专利到期，仿制药潜在增长创造市场空间。由于 2020 年国际专利到期的重要药物 90%以上实现仿制生产，预计可带来原料药需求量的大幅增长。2020 年，美国与中国仿 制药市场规模分别为 1190 亿美元和 117.4 亿
46、美元；根据 Frost & Sullivan 预测，2023 年 美国与中国仿制药市场规模将达到 1317 亿美元与 137.7 亿美元，分别增长 10.7%与 17.3%。此外，从 2021-2026 年来看，全球也将有一批专利畅销药和其他小分子药品到期， 为仿制药带来持续市场增量，推动原料药和上游吸附分离材料的增长。生物药异军突起驱动吸附分离发展。在生物药方向，近年来高端生物药尤其是大分子药物 快速发展，全球前十大重磅药物多数为大分子药物。2020 年全球生物药市场规模约为 2979 亿美元，根据 Frost & Sullivan 预测，2025 年市场规模将增长至 5301 亿美元，20
47、18-2025 年 CAGR 为 10.65%。根据“十三五”规划对生物医药技术、研发以及国际化战略的部署规 划，我国鼓励产业重点发展重大疾病化学药物、生物技术药物、新疫苗、新型细胞治疗制 剂等多个创新药物品类，带来明显市场增长。2020 年中国生物药市场规模为 3172 亿元，根据 Frost & Sullivan 预测，2025 年中国生物药市场规模可增长至 8332 亿元，2018-2025 年 CAGR 为 17.96%，市场空间广阔。中药/植物提取领域对离子交换与吸附树脂应用日益广泛。目前树脂法已成功应用在许多 单味中草药成分提取中，如纹股蓝总皂甙、淫羊藿甙、三七总皂甙、罗汉果甙、工
48、业大麻 等，并实现工业化应用。在复方中药的制备中，吸附分离材料相比其他技术也更能保留小 分子有效成分，减少药物剂量。随着对复方药剂各组分药力方面和有效成分检测难题的解 决，离子交换与吸附树脂将在中药领域得到更为广泛地应用。在工业大麻领域，中国是全 球重要的工业大麻生产国。2017 年中国大麻种植面积已接近 8.2 万英亩，约占世界大麻 种植面积的 50%；产值约为 75 亿元，超过全球产值的 1/3。参考欧美大麻合法化的推进， 预计将催生出百亿级市场。根据 Arcview 与 BDSAnalytics，2022 年全球合法大麻消费预 计达 320 亿美元，其中医疗用大麻支出为 120 亿美元；
49、2027 年全球合法大麻消费预计达 570 亿美元，医疗大麻支出为 191 亿美元。北美作为最大消费市场，消费额将从 2017 年 92 亿美元增长至 2027 年的 473 亿美元，CAGR 18%。此外，美国工业大麻 CBD 产品占 比超过 6 成，预计销售额将从 2018 年的 3900 万美元增长至 2022 年的 1.29 亿美元。2.4 半导体产业向中国转移，电子级超纯水树脂奠定产业化基础离子交换树脂可应用于 I 级电子级超纯水的制备。超纯水是指 25下电阻率为 18Mcm 的水，且除了水分子外，几乎没有其他微粒、细菌以及有机物质。对杂质的控制主要是因 为微粒会使半导体的外延层产生尖峰，光刻过程产生针孔；而细菌本身可视作微粒，且体 内含有钠、钾、磷等多种微量金属元素；总有机碳（TOC）也会对形成氧化膜产生不良影 响。我国电子工业部将电子级水质技术分为 I 级、II 级、III 级、IV 级