青海镁产业专利导航发展分析

李晓妍 ，刘 佳 ，钟永恒 ，葛 飞

（1.中国科学院武汉文献情报中心，湖北武汉430071；2.中国科学院大学经济与管理学院图书情报与档案管理系；3.科技大数据湖北省重点实验室；4.中国科学院青海盐湖研究所）

1 全球镁产业专利分析

资源与环境是人类赖以生存与发展的基础，已经成为可持续发展面临的首要问题。 加速开发利用新金属材料（如镁等）成为社会可持续发展的重要措施之一。镁在自然界中以化合态存在，主要分布于镁矿石（白云石矿、菱镁矿等）、盐湖、海水等资源中，镁在地壳表层储量居第8 位，占1.9%（质量比），而中国的镁储量位居世界首位，仅青海柴达木盆地区的33个盐湖镁盐储量即达47.5 亿t，约占全国储量的75%，占全球储量的40%，且属于非常有利于开采的高纯度氯化镁［1］。 青海盐湖的镁资源分布情况：已编入储量表的矿产地39 处（其中氯化镁25 处、硫酸镁14处，多处矿量还未探明），氯化镁储量估计32.42 亿t，硫酸镁储量估计 16.73 亿 t，合计 49.15 亿 t。 主要有察尔汗、昆特依、大浪滩等3 个特大矿床和马海、一里坪、西台吉乃尔湖等3 个大型矿床可供开发利用。

镁资源在工业生产中应用价值毋庸置疑， 原镁主要应用于镁合金的生产， 如炼钢脱硫、 金属还原等， 镁合金则以其良好的性能更广泛应用于航空航天、军工机械、电子通讯等领域，在工信部支持发展的新材料目录中， 与镁资源相关的新材料数量占据了相当一部分比例。因此，本文从专利发展的角度分析青海镁产业领域的专利情况， 归纳中国镁产业与青海镁产业的发展现状、研发方向等，识别先进技术与竞争状况， 确定青海盐湖在镁产业领域的当前水平与可能的突破点， 并针对当前的优劣势条件提出针对性的发展建议与策略。

1.1 全球镁产业链专利分布

作为资源型商品的镁广泛应用于国防、航天、航空、汽车和3C 产业等领域［2］，产业链整体可以分为上游资源、中游加工与下游应用3 方面（图1）。 上游资源，自然界中已发现含镁矿物60 余种，但有重要工业意义的只有白云石、菱镁矿、水镁石、橄榄石、蛇纹石和滑石等富镁矿物和天然盐湖水和海水［3］。 中游生产加工方面，中国是原镁大生产国，主要的原镁产地有陕西、宁夏、山西，主要供应商有云海金属、瑞格美业、金万通、天宇镁业等［4］。 下游应用方面主要包括金属镁、镁合金、以及镁化合物（氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、硫酸镁、氯化镁等）的应用。

图1 全球镁产业链的专利数量与技术优势国家Fig.1 Number of patents and countries with technological advantages in global magnesium industry chain

结合图1 专利数量与专利被引频次数据， 得到全球镁产业链不同环节的技术优势国家和地区，中国、 美国与德国在镁矿物的专利申请中相对占有优势，中国、美国与欧洲的盐湖提镁专利数量较多，镁的生产加工环节中国、 美国与日本专利技术遥遥领先，镁产业链的下游应用领域中国、美国、日本与欧洲的德国、法国等国家占据有利地位。

1.2 全球镁产业重要专利权人

图2 为全球提镁专利权人排名情况。 从图2 可见，中科院青海盐湖研究所申请的专利数量最多，达到199 项， 美国哈里伯顿能源服务集团与瑞士欧米亚公司的专利申请量较多，分别达到116 项和106 项。

图2 全球提镁专利权人排名Fig.2 Global ranking of magnesium patentees

图3 为中国提镁专利权人排名情况。 由图3 可见，除青海盐湖研究所外，来自中国的专利申请主要由山东三维石化工程股份有限公司、 武汉科技大学与东北大学等贡献，专利申请量分别达到96 项、75 项与 64 项。

图3 中国提镁专利权人排名Fig.3 Ranking of patentees of magnesium extraction in China

图4 为全球镁合金专利权人排名情况。 由图4可见， 日本和韩国的企业在镁合金相关专利技术方面表现强势， 全球镁合金排名前十的专利权人中有9 所机构来自日本， 日本的日立金属株式会社拥有专利数量最多，达到7 058 项，其次是韩国的三星集团（6 402 项），排名第二。

图4 全球镁合金专利权人排名Fig.4 Global ranking of magnesium alloy patentees

图5 为中国镁合金专利权人排名情况。 由图5可见， 中国在镁合金方面比较具有优势的企业主要有海洋之王照明科技有限公司（817 项）、中国石油化工集团公司（657 项）、富士康科技集团（416 项）等。中国镁合金的专利申请主要集中在高校，如清华大学（749 项）、中国电子科技大学（466 项）、华南理工大学（466 项）、上海交通大学（413 项）等。

图5 中国镁合金专利权人排名Fig.5 Ranking of magnesium alloy patentees in China

1.3 全球镁产业主要技术研发团队

基于专利权人的分析， 本文挖掘出在提镁和镁合金技术领域的主要研究团队，结果见图6。 由图6可见， 在提镁方面， 中国科学院青海盐湖研究所王敏、李颖团队专利数量最多，其次是武汉科技大学的李楠团队、德国GmbH 公司的Wolfgang Gerstenberg团队、瑞士欧米亚公司的Urwyler Simon 团队以及美国贝克休斯公司的Gino F Di Lullo Arias 团队等。 镁合金方面， 上海交通大学的丁文江院士的数量位居第一。丁院士于2000 年牵头成立了轻合金精密成型国家工程研究中心， 该中心主要研究领域包括高性能镁合金材料、镁合金液态成型技术、镁合金固态成型技术、镁合金净化技术、镁合金表面处理技术、镁基生物材料、镁基能源材料等7 个主要研究领域。重庆大学教授潘复生在专利发明人中位列第二。 重庆大学于2007 年牵头组建国家镁合金材料工程技术研究中心，潘复生担任该中心主任。专利发明人排名第三和第四的吴国华教授、 曾小勤教授同样来自于上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心。而蒋斌教授和张丁非教授来自重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心。 从专利发明人和专利申请单位两项数据来看， 上海交大轻合金精密成型国家工程研究中心和重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心是中国重要的镁合金材料研发基地。 日立金属株式会社的Koji Sato 团队、 韩国三星集团的J.Lee 所在团队、日本索尼公司的Y.Kijima 团队以及日本佳能株式会社的H.Suzuki 团队是国际上镁合金领域的主要发明人团队。

图6 提镁和镁合金方面的主要发明人团队Fig.6 Teams of major inventors in magnesium and magnesium alloys

2 中国及青海镁产业专利分析

2.1 中国镁产业专利分析

图7 为中国镁产业专利申请趋势。 由于专利申请日与公开日通常有18 个月的时滞， 因此2018 年和2019 年的数据仅供参考。 由图7 可见，中国镁产业相关专利申请最早出现在2000 年， 此后的20 a间中国镁产业发展迅速， 相关专利申请呈现逐年增长的稳定态势。 随着汽车工业、轨道交通、航空航天和电子产品工业的飞速发展， 以及人们对高品质生活的追求，针对环保型、轻质、高性能材料的需求越来越来越高。世界范围的规模工业化正在逐步实现，中国镁产业进入了新一轮全新高速发展期， 专利申请数量突破10 000 件。 2017 年，青海盐湖金属镁一体化项目实现重大突破， 解决了大量复杂的重大技术难题，终于全线打通装置工艺，为中国镁产业长足发展奠定坚实基础［5］。

图7 中国镁产业专利申请趋势Fig.7 Patent application trend of China′s magnesium industry

表1 为镁产业链技术优势省市情况。 由表1 可见，中国镁产业相关专利主要分布在江苏、安徽、广东、北京等省市。这些省市镁合金材料、消费电子、新能源汽车的研发与生产企业比较多， 因此相关专利也比较多；青海、安徽、江苏等是镁资源的优势省份，江苏、北京、广东是镁生产加工的优势技术省市，广东、陕西、江苏与北京是镁产业面向应用端的优势省市。青海省目前主要关注的还是盐湖提镁领域，研究范畴较为集中。

表1 镁产业链技术优势省市Table 1 Provinces and cities with technological advantages of magnesium industry chain

图8 为中国镁产业专利权人排名情况。 由图8可见， 中国镁产业排名前十的重点专利权人中有6所高校，分别为上海交通大学（425 项）、东北大学（410 项）、中南大学（401 项）、重庆大学（362 项）、武汉科技大学（327 项）与浙江大学（320 项），专利数量排名第一的机构为中国石油化工股份有限公司，拥有1 303 项专利， 其次是中国石化集团北京化工研究院，拥有717 项专利。青海盐湖研究所拥有340 项镁产业相关专利，排名第七。

图8 中国镁产业专利权人排名Fig.8 Ranking of patentees in China′s magnesium industry

2.2 青海镁产业专利分析

图9 为青海镁产业专利申请趋势。由图9 可见，青海镁产业相关专利申请基本呈现稳定增长的发展态势，2000—2008 年青海镁产业处于缓慢发展的阶段， 镁产业相关专利申请量一直维持在20 项以下。2009 年后专利申请量突破 20 项，2014 年达到 76 项形成小高峰，2015 年申请量比2014 年有所下降，2016—2017 年专利申请量飞速上升，2017 年青海专利申请数量最多，达到118 项。青海资源优势加之国家的产业政策推动，镁产业发展环境优化，刺激了相关专利申请量的增加。2018 年有所回落但仍然拥有较多的专利申请量。

图9 青海镁产业专利申请趋势Fig.9 Patent application trend of Qinghai magnesium industry

图10 为青海镁产业专利权人排名。 由图10 可见，青海省内申请人专利布局主要集中在中国，只有少数几项专利布局在国外， 因此青海省需要鼓励有优势的企业加快专利研发，完善对外专利布局。

图10 青海镁产业专利权人排名Fig.10 Patentee ranking of Qinghai magnesium industry

3 镁产业关键技术导航

3.1 盐湖提镁技术

图11 为全球申请量态势。由图11 可见，全球范围内涉及盐湖提镁技术的专利申请共13 041 项，最早的专利来自1966 年， 此后30 a 间专利申请数量增长缓慢，2000 年以后盐湖提镁的相关专利出现爆发式增长。

图12 为电解法技术发展路线。由图12 可见，根据技术分解， 盐湖提镁技术可以分为4 个主要技术分支，分别为电解法（761 项，主要来自PPG 工业公司、 美国哈里伯顿能源服务集团和青海盐湖工业股份有限公司）、热还原法（164 项，主要来自印度科学与工业研究委员会、 中国科学院青海盐湖研究所）、沉淀法（206 项，主要来自中国科学院青海盐湖研究所、洛克伍德锂业公司、中南大学）与萃取法（576 项，主要来自OMYA 国际股份公司、EWM 公司、华南理工大学）。电解法的研究方向主要集中在电解法与电渗析、吸附法、蒸发结晶法、热还原法等其他提纯方法结合［6］，旨在进一步提高提镁效果和降低成本。

图11 盐湖提镁技术专利全球申请量态势Fig.11 Global patent application trend of magnesium extraction technology from salt lake

图12 盐湖提镁技术专利电解法技术发展路线Fig.12 Development route of electrolysis technology of magnesium extraction technology from salt lake

3.2 镁合金

图13 为镁合金专利申请数量。 由图13 可见，全球镁合金的专利申请量主要集中在镁铝合金（4 923 项，主要来自海洋王照明科技股份有限公司、 日本神户钢铁公司、太原理工大学）、镁锰合金（498 项，主要来自美国陶氏化学公司、东南大学、中天建设集团有限公司）、镁锌合金（493 项，主要来自东南大学、美国原子能委员会、 江苏风和医疗器材股份有限公司）、镁铜合金等方面（556 项，主要来自北京工业大学、中南大学、德国NKT 电缆有限公司）。

图14 为镁铝合金技术发展路线。由图14 可见，在镁铝合金制备方法改进的技术发展路线中，高温熔铸、水热合成等专利数量最多。出现一些新兴制备方法，如真空蒸镀法、黏接法、微弧氧化法等，具有较大的研究价值与发展空间。

图13 镁合金专利申请数量Fig.13 Number of patent applications for magnesium alloy

图14 镁铝合金技术发展路线Fig.14 Development route of magnesium aluminum alloy technology

4 盐湖产业发展优劣势分析

青海省盐湖产业依靠丰富资源， 多年来发展盐湖工业积累了经验，打造了发展镁产业的良好环境，对镁产业发展优势大致包括：1）资源优势及其形成的产业布局。青海省具有极为丰富的盐湖资源、金属矿藏资源、石油资源等，尤其以盐湖矿产资源为主要资源优势，富含钾盐、镁盐、钠盐、硼矿、锂矿、锶矿、芒硝、天然碱、硫酸镁及伴生元素溴、碘、铷等［7］。 青海省的盐湖资源优势尚未得到最大程度的发挥，存在巨大的资源优势转化为经济优势的空间。 2）基础设施布局趋于完善。鉴于丰富的资源优势，青海省已经着力逐步完善围绕盐湖工业的众多基础设施建设，包括交通运输线路的建设与完善、绿色环保措施的跟进、资源开发利用过程中的供水供电等，为镁产业发展扫除基本障碍。3）化工企业的聚集效应。青海逐渐形成了一批实力较强的专业化企业。 盐湖化工产业在激烈的市场竞争中，不断加强自身建设、技术创新，形成了一批实力较强的专业化企业，如青海盐湖工业股份有限公司、青海奥雷德镁业有限公司等。这些企业基础设施条件好、市场竞争意识强、有明确的专业方向、研究开发活动广泛、创新性成果多、人员素质高、技术先进、产品标准化程度高，在盐湖化工产业集群成长的过程中发挥重要作用［8］。 4）政府政策扶持。本着科学发展与绿色生态的基本理念，青海省政府积极制定发展规划，支持盐湖产业发展，出台优惠措施吸引企业布局， 从产业结构的高度与视角对全省资源开发进行宏观调控， 为青海镁产业发展打下扎实基础。

青海盐湖产业发展拥有诸多优势与机会， 同时也面临着客观存在的劣势与挑战。首先，青海省自身经济基础较为薄弱，海拔高且深处中国内陆地区，经济总量与发达省份差距较大， 企业的数量与规模都比较小。其次，资源开采利用必然涉及到环境生态问题， 如何做到经济增长与资金积累的过程中最大程度实现有序开发、综合利用、绿色发展，是所有盐湖工业类型都需要直面的问题［9］。 第三，如何掌握盐湖产业链关键技术， 结合中国实际研发属于青海盐湖的核心技术， 是盐湖产业进一步发展与实现创新突破的重心［10］。因此，本文从技术专利导航的角度开展论述， 分析中国与青海在镁产业领域的专利发展状况，对提升关键技术提出思考。

5 镁产业发展建议

5.1 结合本地特色，增加专利申请

青海盐湖镁产业的发展需要结合本地特色，联合全省相关公司企业，由政府牵头，设立专门的专利申请促进政策，资助专利企业开展研究，鼓励企业提高申请专利的积极性，尝试进行专利技术布局。从长远角度来看，此举有利于激活企业竞争力，有效促进镁产业长足稳定的发展趋势。 青海盐湖蕴含着丰富的资源， 以资源开发利用为主要业务的企业也不在少数，因此想方设法提高企业申请专利的积极性，宣传专利申请的重要性，提高专利变现的意识，是发展镁产业技术的一个重要路径。

关于镁产业相关的PCT 专利申请资助，建议资助资金来自青海省政府， 由政府对有限的资助资金进行规划，遴选核心技术与重要专利，鼓励核心技术专利优先资助，从而影响镁产业专利布局。

5.2 资源综合开发，制定发展战略

柴达木盆地的盐湖资源占中国盐湖总资源的1/3，盐湖资源丰富是青海省的特色，因此，盐湖资源的科学开发成为青海经济发展的战略任务。 盐湖矿产资源具有极大的工业价值，除镁资源外，钾、锂、钠、硼、碘等矿产资源均较为丰富。 金属镁项目已然成为循环经济试验区的核心项目， 经过多年摸索与发展研究，镁资源开发的产业链逐步延伸与完善，关键技术不断得到进一步提升与突破［11］。 盐湖蕴含的各种资源综合开发利用将会是青海未来经济发展的重要方向。 为此青海省政府迫切需要及时制定资源综合开发利用的发展战略［12］，灵活调整思路，向绿色经济、循环经济的产业体系靠拢，特别注重可持续发展与资源利用的最大化，真正做到统筹规划［13］、绿色环保、创新工艺、提升效益的宗旨与目标。

5.3 提升关键技术，产学研深度融合

党的十九大明确提出技术创新体系要明确以企业为主体、产学研深度融合的理念，深入推进科技体制改革。 产学研深度融合能够极大程度提供创新的土壤，促进青海盐湖镁产业的创新性发展。 企业、高校与科研院所在资源开采利用领域具备各自的优势力量，企业实践经验与开采设施等资源雄厚，高校与科研机构在人才储备与理论研究方面有着得天独厚的优势［14］，因此产学研的深度融合能够最大程度产出创新性科研成果，提升镁产业关键技术水平。

产学研深度融合能够有效促进镁产业发展，因此，综合前述分析，青海盐湖镁产业需要促成中国镁产业先进专利权人， 乃至世界镁产业技术专利领先者与青海盐湖企业、国内外知名相关企业的合作，精准寻求如中南大学、上海交通大学、武汉科技大学以及全球镁产业主要技术研发团队等作为合作伙伴，开展共同研究、共同制造、共同发展，实现互利共赢。

5.4 加强人才引进，关注知识产权

青海盐湖镁产业的发展要注意到人才的作用，认识到当前自身存在的人才匮乏问题， 应制定能够吸引相关人才的人才引进政策。 除了政府人才引进政策的改进外， 企业也应该主动扩大技术人才的招聘和激励机制，在产学研深度融合中发现人才，结合企业实际情况切实改变当前人才短缺的困境。

建议青海省政府除了设立专利申请资助项目与完善人才引进政策外， 着重提高省内企业与高校的知识产权意识，规范知识产权标准，强化知识产权管理工作， 从政策层面给予镁产业专利申请与专利成果转移转化强大的制度保障。