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贵金属专题-铂钯基础知识介绍
期货从业资格号：F3008762
2021年5月份广州期货交易所（以下简称广期所）两年期品种计划获得中国证监会批准，明确将16个期货品种交由广期所研发上市。包括工业硅、多晶硅、锂、稀土、铂、钯等与绿色低碳发展密切相关的产业特色品种。2022年9月份广期所副总经理在铂族金属市场峰会上表示广期所将尽快推出铂、钯期货品种，为产业链提供便捷有效的价格管理工具。本专题为铂钯期货系列专题第一篇，主要介绍铂钯现货基础知识。
一、物化性质与制备方法
1.1 物理化学性质
铂（Platinum，Pt）和钯（Palladium，Pd）均属于铂族金属，铂族金属(Platinum-Group Metals，PGMs)包括铂、钯、铱（Iridium，Ir）、铑（Rhodium，Rh）、锇（Osmium，Os）和钌（Ruthenium，Ru）等六种元素，它们在元素周期表中分属第5,6周期，与黄金和白银相邻。六种铂族元素与金银合称贵金属，但其发现与应用比金银要晚得多，人类对铂族金属的了解和利用自1735年才开始。地壳中黄金、白银、铂金和钯金的含量分别是百万分之0.003、0.07、0.005和0.0006，因此铂和钯在地壳中的含量都是相当低的，2021年全球铂金、钯金、黄金和白银的矿产量分别为180吨、200吨、3582吨和25500吨。
铂族金属元素彼此之间广泛存在类质同象置换现象，从而形成一系列类质同象混合晶体；六种铂族金属在矿产中通常是同时存在，仅含量有所差别。六种铂族金属也具有相似的物理化学特性，比如色泽均为银白色(除锇和钌为钢灰色外)，熔点高、强度大、电热性稳定、抗腐蚀性优良、高温抗氧化性强、催化活性(在化学反应过程中保持自身不发生变化的情况下加速化学反应的能力)良好等，所以铂族金属通常放在一起考察，相互之间存在一定程度的替代作用,特别是铂和钯在催化领域存在较高的替代作用。
但六种铂族金属又有各自特性，这意味着它们之间的替代作用是有限的。比如铂金还有良好的延展性和稳定的电阻与电阻温度系数，常温下不溶于任何单一强酸强碱，只溶于王水(硝酸和盐酸以1:3体积比混合)和熔融碱中，室温下能吸收其体积70倍的氧气。钯金延展性良好，但可溶于浓硝酸，室温下能吸收其体积950-2800倍的氢气。铑和铱不溶于王水，但能与熔融氢氧化钠和过氧化钠反应，生成溶解于酸的化合物；高温强度很好，但冷塑性加工性能稍差。锇与钌不溶于王水，却易氧化成四氧化物；硬度很高，但机械加工性能极差。
1.2 提炼制备方法
铂族金属几乎不会以单一金属的形式存在，几种铂族金属通常会共存，有时也包括铜、镍和铬等基本金属。铂钯需要经过一系列复杂的物理和化学工序才能被提炼、加工和提纯，即开采矿石、汰选集中得到精矿、熔解得到锍以及精炼得到高纯金属。铂族金属矿的开采主要来自400米至2000米深的地下矿山，露天矿山的开采量不到20%。开采出的矿石经过碾碎、研磨和泡沫浮选得到精矿，在这一过程中，4E金属(铂钯铑和黄金)的浓度会从2-6克/每吨矿石，增加到大约300克/每吨精矿。
精矿会在熔炉里经过干燥和再加工，然后被送进温度高达1500℃的加热炉中加热，得到中间物质锍(各种金属硫化物的互溶体)。熔炼后，锍在转炉中做除硫处理。经过这道工序，精矿的浓度从每吨300克4E金属增加到每吨5000克4E金属。锍先被送往基本金属精炼厂进行加工以提炼铜、镍和其他基本金属，然后被送往贵金属精炼厂萃取提纯铂族金属。黄金、钯金和铂金通常最先被萃取出来，其次是铱和铑。
提炼基本金属后的含铂族金属的阳极泥用王水溶解，钯、铂、金均进入溶液。用盐酸处理以破坏亚硝酰化合物，然后加硫酸亚铁沉淀出金。加氯化铵，铂呈氯铂酸铵沉淀出，煅烧氯铂酸铵可得含铂99.5%以上的海绵铂。往分离铂后的滤液中加入过量的氢氧化铵，再用盐酸酸化，沉淀出二氯二氨络亚钯形式的钯，再在氢气中加热煅烧可得纯度达99.7%以上的海绵钯。海绵或颗粒状的铂钯用于工业应用，可通过高频感应电炉熔化制得金属锭，用于储存或投资。
随着砂铂矿资源日渐减少，且因近代有色金属工业发展，20世纪50年代以来铂族金属部分转向从铜镍硫化共生矿或炼铜炼镍副产品中提取。铜镍硫化共生矿在火法冶金时，精矿中所含的铂族金属90%以上可富集于铜镍冰铜锍中。把这种合金硫化熔炼，用盐酸浸出分离镍，用控制电位氯化法分离铜，产出含铂族金属更富的铜镍合金。将此合金铸成阳极，进行电解时，铂族金属进入阳极泥，然后提纯得到高纯铂族金属。
二、供应相当集中
2.1 南非和俄罗斯主导铂族矿产
铂族金属在地壳中的含量已经相当稀少，而铂族金属在地壳中的分布又非常集中。根据美国地质调查局USGS的数据，2021年全球铂族金属储量仅为7万吨，其中南非、俄罗斯、津巴布韦、美国和加拿大储量分别为6.3万吨、4500吨、1200吨、900吨和310吨。南非储量占到全球的九成，其铂族金属主要产于北部德兰士瓦省(Transvaal)布什维尔德杂岩体(Bushveld Platinum Deposit)的3个层位。俄罗斯铂矿集中于西伯利亚的诺里尔斯克-塔尔纳赫地区(Norilsk Talnakh)，加拿大铂矿主要分布在安大略省的萨德伯里(Sudbury Complex)，津巴布韦铂矿主要产自大岩墙岩体(Great Dyke)。
铂钯矿产同样主要出自上面五个国家。2021年全球铂矿产量为180吨，其中南非产量130吨，占比72.2%，俄罗斯占比10.6%；南非、俄罗斯、美国、加拿大和津巴布韦合计产量174.2吨，合计占比96.8%。从2012年到2021年，南非铂矿产量占全球比重平均为70.7%，五大国家合计产量占全球比重平均为97.5%。从1994年到2006年，全球铂矿产量从128吨上升到221吨；从2006年至2021年，全球铂矿产量总体上小幅持续减少(2014年因南非历史性大罢工而异常)，因南非铂矿开采难度逐渐上升。
2021年全球钯矿产量为200吨，其中南非和俄罗斯产量分别为80吨和74吨，占全球比重分别为40%和37%；南非、俄罗斯、美国、加拿大和津巴布韦合计产量198吨，合计占比99%。从2012年到2021年，南非和俄罗斯钯矿产量占全球比重平均分别为36.3%和40%，五大国家合计产量占全球比重平均为96.8%。从1994年到2006年，全球钯矿产量从128吨上升到224吨；从2006年至2021年，全球钯矿产量在193吨至227吨之间摆动；虽然这段时间内全球铂矿产量偏小幅减少，但全球钯矿产量基本上维持稳定偏小幅增加，反映俄罗斯等其他地区从铜镍伴生矿中提取铂族金属活动的兴起。
在铂族金属矿业中，有80-90%的运营成本都是按当地货币计算，劳务(大约60%的运营成本）、电费(大约15%的运营成本)等都与当地的经济状况息息相关。另一方面，全球市场的铂族金属交易几乎全部以美元计，因此南非铂族金属的销售收入同样以美元计价，这样铂族矿业的成本和收益之间存在汇率风险。由于南非在铂族金属矿产中的重要性，我们需要关注南非兰特兑美元的汇率。市场普遍认为南非兰特对铂金价格的影响重大，例如疲弱的兰特会导致铂金价格下降。因为如果南非兰特走弱，（按美元计）铂族金属矿商的成本下降，利润提升应该会刺激这些矿商扩大铂金产量，造成市场供需失衡和铂金价格下跌。这种介于主导生产商所在国货币和商品价格之间的相关性是一种自然对冲，体现在很多其它大宗商品上，例如智利比索和铜价（全球矿产铜的大约30%产自智利）、澳元和铁矿价格（全球海运铁矿的大约50%产自澳大利亚）之间的关系。
事实上铂金价格在过去确实体现出对南非兰特的敏感性，但是近年来南非兰特疲软期并没有带来铂金产量的上升，原因在于存在运营制约(在任何时期对于可实际开采出地表的矿石数量都存在生产能力的限制)和地质局限性(单一矿山的铂族金属集中度相对均衡)。铂金实际供应量对南非兰特走势的反应远小于其对铂金美元价格的变动。
2.2四大矿商控制铂族矿产
全球主要铂族金属矿业公司有英美铂业(Anglo American Platinum Limited)、斯班-静水(Sibanye-Stillwater)、羚羊铂业(Impala Platinum Holdings Ltd)和诺里尔斯克镍业(Norilsk Nickel)。2021年四大矿商铂钯产量合计约338吨，占全球铂钯产量的8成以上。因此铂矿不仅在地理分布上非常集中，其开采提炼组织也呈现寡头垄断特征。
英美铂业是全球最大铂矿生产商，公司总部位于南非约翰内斯堡，控股股东为英美资源集团。公司主要矿山包括：1、全资矿山4座，包括南非的Mogalakwena、Amendelbult、Mototolo以及津巴布韦的Unki；2、参股矿山2座，位于南非的Kroondal和Modikwa。2021年英美铂业铂族金属产量为5138千盎司(包括自家矿产精炼和外购矿产精炼，约合159.8吨)，其中包括2398千盎司(74.6吨)铂金和1626千盎司(50.6吨)钯金。
斯班-静水通过外延并购方式不断发展壮大，公司主力矿山包括：1、全资矿山4座，位于南非的Marikana、Rustenburg、Mile Surface以及位于美国的Stillwater and East Boulder；2、参股矿山2座，包括与英美铂业合资的位于南非的Kroondal(持股50%)和与羚羊铂业合资的位于津巴布韦的Mimosa(持股50%)。2020年斯班-静水贵金属矿产量为2440千盎司，其中铂、钯、铑、钌、铱和黄金产量占比分别为44%、38%、5%、9%、2%和1%；2021年斯班-静水贵金属产量(包括矿产和回收)为1073千盎司黄金和3600千盎司(约合111.6吨)PGMs。2021年贵金属矿产储备为72500千盎司，其中铂族矿产储备为59500千盎司。
羚羊铂业总部位于南非，并于南非约翰内斯堡交易所上市，旗下有6座主力矿山，包括南非的、MaImpalarula和Two Rivers，津巴布韦的Zimplats和Mimosa，以及加拿大的Lac Des Iles，其中Impala铂族矿产量排名全球第一。羚羊铂业2021年矿产量为1737千盎司或54吨(包括自产精炼1379千盎司和外购精炼358千盎司)，其中铂、钯和铑的销售收入占比分别为17%、30%和40%。
诺里尔斯克镍业总部位于俄罗斯，是世界上最大的钯金矿产公司。2021年产量为镍19.3万吨(年比下滑18%)、铜11.9万吨(年比增长3%)、钯81.5吨(年比下滑7%)和铂20吨(年比下滑8%)。
除了四大矿商外，具有一定知名度的铂族矿商还有诺瑟姆矿业公司(Northam Platinum)，其2021年铂钯产量分别占到全球的8%和4%。
2.3 回收再生量不容小觑
铂族金属的化学稳定性意味着它们具有高度的可回收性，随着PGMs应用数量随着时间增加，PGMs的回收供应的重要性也越发显著。根据世界铂金投资协会(World Platinum Investment Council,WPIC)的2022年一季度《铂金季刊》，从2019年到2021年，全球铂金回收量在1930至2130千盎司之间波动，回收供应占到总供应的25%左右。汽车催化剂一直是铂金回收的主要来源，占回收供应的7成以上，这跟汽车报废行为高度相关，过去三年汽车催化剂平均每年提供1500千盎司(约合46.65吨)铂金回收量。由于自20世纪70年代转化催化器引入汽车生产以来，随着环保法规和尾气排放限制越来越严格，铂钯在汽车催化剂上的使用量越来越大，而不同国家地区对汽车报废年龄也有相应规定。
珠宝中铂金回收占比2成左右，主要取决于铂金首饰销售累积量和铂金价格市场波动。工业中铂金回收量非常小，虽然铂金在工业上用途广泛，但通常来说用量不大，铂金回收成本高收益低，因此较少从工业折旧中回收铂金。随着铂金累积消费量的上升，预计铂金回收量也会总体上逐年增加，而且与铂金价格波动呈现反方向波动，因此对于稳定铂金价格起到一定程度的作用。虽然2006年至今（南非）铂金矿产量小幅下降，但得益于铂金回收量的提升，铂金总供给得以维持在一个较为稳定的水平区间中。
由于钯金更集中地应用于汽车催化剂，以及汽车报废方面的相关法规，钯金回收量在总供应量中的占比超过30%。
三、用途不断拓展
PGMs有着大体相似但又有所区别的用途。由于催化活性优良，铂钯铑被大量用于汽车领域的转化催化器，分别占到各自总需求的40%、80%和90%；由于色泽优美、延展性好，而且长期被经销商以白金名义宣传推广，铂金也大量用于珠宝首饰制作(占比约30%)；由于现货交易的便捷性，以及铂钯与金银在价格上的相关性，铂钯的实物投资也各自占到大约10%的比重。另外就是在工业上的广泛用途，大约占到铂金总需求的20%和钯、铑总需求的10%。
3.1 汽车催化剂领域
铂钯的最大用途是用作汽车转化催化器的催化剂，铂钯具有优良的催化活性，有助于减少内燃机三种主要有害物的排放：未燃烧的碳氢化合物HC、一氧化碳CO和氮氧化物。在全球大多数国家，汽车尾气排放持续受到日益严格的管制，因此铂钯在汽车领域需求增长比汽车销量增长更快。汽车行业铂钯需求主要取决于四个驱动因素：1、汽车生产量和销售量，汽车的生产的销售受经济增长和消费趋势的驱动，例如共享汽车的使用在整体上降低汽车销售，新兴市场财富的增长推动汽车销售，新冠疫情对汽车销售有负面影响。2、汽车功率大小，一般来说功率越大的汽车在行驶中将排放更多地有害物，相应地需要装载更多铂钯的转化催化器，铂钯使用量与功率大小基本上成线性关系。3、动力系统趋势，不同动力系统汽车的转化催化器具有显著不同的铂钯装载量，传统柴油车转化催化器一般含5-10克铂族金属(多数铂金少量钯金)，传统汽油车转化催化器一般含2-7克铂族金属(含钯量高，含铂量低或没有)，插电混动车转化催化器用铂钯量较少，纯电动车不用转化催化器。4、技术变革以及铂钯替代，通过改进涂层配方和根据不同车型定制催化剂，这些都帮助节约铂族金属用量，相对价格变化和技术革新会促进铂钯在催化剂方面的替代使用。
尽管存在催化性能上的差异，但相对价格的持续大幅变化仍可能推动铂钯在汽车催化剂方面的替代使用。2000年俄罗斯的一次管理失误与南非的一次加工失败同时发生，导致钯金价格在几个月内从200美元/盎司暴涨至1000美元/盎司以上。钯金价格飙升远超铂金的后果是铂替代钯，使相对便宜的铂金需求大幅增加。1999年至2002年间汽车催化剂中钯金的总使用量减少了48%，同期铂金汽车催化剂的使用量增长了60%；随着需求减少，2003年初钯金价格迅速下跌到260美元/盎司，与铂金价格基本一致。
直到21世纪初，为了在汽油发动机中达到同等的减排水平，催化剂所需的钯金用量是铂金的两倍。然而，技术的革新，即催化剂涂层中铂族金属分子稳定性的改善和汽油中硫含量的显著减少，降低了这种替代比例，使同样数量的钯金或铂金可以达到相同的排放控制水平。目前(22.9.9)钯金价格2175美元/盎司远超过铂金价格875.9美元/盎司，加上以及两种金属1:1的替代比率，使得汽车制造商在未来车型上使用更多铂金进行替换的经济论据非常充分。从历史上看，至少需要18个月或更长时间的持续相对溢价，才能看到铂族金属之间汽车催化剂相对载量的显著变化。
3.2 珠宝首饰领域
由于铂钯的发现还不到300年，在人类社会中的接受度需要时间来培育；尽管其具有良好的物理性质和同样的稀缺性，但在珠宝首饰中的影响力远低于黄金白银。由于首饰需求比工业需求更具有价格弹性，如果工业需求下降(因此价格下降)，更具价格弹性的首饰需求就会增加，这有利于保护铂钯市场需求，因此铂钯生产商花费很大精力推广铂钯在珠宝首饰领域的使用，特别是把铂金称为白金来争夺黄金的潜在消费者。铂钯的珠宝首饰需求受到居民财富增长、社会风俗变化、居民消费趋势、广告宣传和促销和铂钯金银相对价格的影响。
3.3 工业领域
铂钯在工业领域具有广泛多样的应用，但其工业需求与全球经济增长之间的相关性比较复杂，因为经济各部门在经济周期中的扩散收缩并不一致，其铂钯需求变化有时候会相互抵消。铂金的工业需求大致来自五个细分行业：化工、石油、电子、玻璃和医学。铂金的催化活性使得其在氢化、脱氢、异构化、环化、脱水、脱卤、氧化、裂解等化学反应中均可作催化剂，例如硝酸生产的一个关键步骤就是氨气氧化，这一步骤需要用到铂铑金属丝网。在石油精炼行业，铂金被用于重整和异构处理，为汽油燃料的生产提供更高的辛烷成分。在电子行业中，铂金被用于硬盘驱动器HDD的生产，HDD叠层的钴铬铂合金即是其存储层。玻璃是由其原材料在高达1700℃的温度中熔化而成，因为具有高熔点和耐腐蚀的特性，铂合金被用于制造盛放玻璃熔液的器皿。在一些化学形态中铂金可以抑制活细胞繁殖，铂金这一特性的发现促进了铂基药物的发展，用于治疗多种癌症疾病。这些铂基抗肿瘤药用于治疗将近50%的癌症患者，比如顺铂cisplatin（可治疗睾丸癌）和奈达铂nedaplatin（治疗头颈部癌、小细胞肺癌、非小细胞肺癌、食管癌、卵巢癌等实体瘤）。
钯金是航天、航空、航海、兵器和核能等高科技领域以及汽车制造业不可缺少的关键材料，钯与钌、铱、银、金、铜等熔成合金，可提高钯的电阻率、硬度和强度，用于制造精密电阻、珠宝饰物等。由于超高硬度，钯金还用于制造牙科材料、手表和外科器具等。
根据世界铂金投资协会(World Platinum Investment Council,WPIC)的2022年一季度《铂金季刊》，从2019年至2022年(展望)，汽车催化器铂金需求从2869千盎司下降至2402千盎司然后回升至3055千盎司，四年均值为2742千盎司(占比36.3%)，最大波幅相对均值的比值为0.24；珠宝首饰需求从2099千盎司下降至1820千盎司然后略回升至1923千盎司，四年均值为1932千盎司(占比25.5%)，最大波幅相对均值的比值为0.14；工业需求从2127千盎司下降到1978千盎司然后扩张到2508千盎司，四年均值为2181千盎司(占比28.8%)，最大波幅相对均值的比值为0.24；投资需求从1237千盎司上升到1544千盎司然后环比萎缩45千盎司，四年均值为710千盎司(占比9.4%)，最大波幅相对均值的比值为2.24。总体上看，铂金终端需求以汽车催化器为重心，但工业需求和珠宝首饰需求也占相当大比重，投资需求占比较小但波动最大。
由于钯金在汽车催化器中占比高达8成而供应偏稳定，因此钯金价格趋势与汽车特别是汽油汽车的生产销售有高度相关性；而由于铂钯在汽车催化器中的替代作用以及同为贵金属的事实，也使得钯金价格与铂金和黄金有一定程度的相关性。
四、中国铂钯主要依赖进口
中国铂族金属资源量贫乏，自然资源部发布的《中国矿产资源报告2021》显示2020年中国铂族金属储量仅为126.7吨，占全球储量比重不到0.2%。根据《中国铂钯年鉴2022》，2021年中国铂钯需求量为154.6吨，其中汽车行业、珠宝首饰和工业领域需求量分别为88.2吨、21.9吨和44.5吨。2021年中国矿产铂钯金属为3.8吨，回收再生铂钯金属约26吨，进口铂钯金属约123.1吨(其中铂金101.3吨、钯金21.7吨)，铂钯进口量占我国总需求的8成左右，对外依赖度非常大。
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