鎂需要從冶金功能向結(jié)構(gòu)應(yīng)用轉(zhuǎn)變
2015年11月17日 8:58 5793次瀏覽 來源： 中國有色網(wǎng) 分類： 鎂資訊 作者： 肖陽
近日，在北京召開的鎂行業(yè)年會上，中國鋁業(yè)公司鄭州輕金屬研究院輕金屬材料研究所所長肖陽博士應(yīng)邀作了題為《關(guān)于中國鎂業(yè)發(fā)展的思考》的報(bào)告。肖陽的報(bào)告內(nèi)容十分豐富，既有對當(dāng)前鎂工業(yè)和鎂材料面臨的問題的剖析，也有前瞻性、戰(zhàn)略性的預(yù)測；既有技術(shù)和生產(chǎn)層面的分析，也有對市場層面的調(diào)研和政策管理方面的建議；既直言不地談到了市場的真實(shí)狀況和行業(yè)困難，也積極樂觀地展望了鎂材料與鎂行業(yè)的光明前景。他的報(bào)告給與會人士帶來很大啟發(fā)。
肖陽認(rèn)為,原鎂冶煉工藝改進(jìn)提升還有巨大潛力,成本持續(xù)降低可為鎂加工發(fā)展與應(yīng)用提供保障。
當(dāng)前，我國鎂行業(yè)經(jīng)過十多年的發(fā)展，原鎂產(chǎn)量持續(xù)增長、價格持續(xù)走低，鎂消費(fèi)穩(wěn)步增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年世界原鎂產(chǎn)量突破100萬噸，我國的原鎂產(chǎn)量87.4萬噸，出口43.5萬噸；我國的金屬鎂消費(fèi)量實(shí)為37萬噸。原鎂價格從2014年1月的15300元持續(xù)走低到目前的13000元，鋁鎂價格比小于1.3，使鎂的規(guī)?；瘧?yīng)用具有競爭優(yōu)勢，有助于鎂的消費(fèi)穩(wěn)步增長。
目前我國噸鎂生產(chǎn)的能耗已經(jīng)從2000年的11噸降到目前4 噸以下標(biāo)煤。
鎂冶煉工藝的持續(xù)改進(jìn)，從橫罐向豎罐方向發(fā)展，罐直徑和容量增大，能源種類改變(煤、發(fā)生爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、半焦氣、天然氣)、爐窯熱效率提高(噴嘴均布及燃燒效率、蓄熱式加熱)和裝備的革新等措施，促使能耗下降迅速。如青海三工鎂業(yè)，鍛燒消耗1.5噸標(biāo)煤，還原消耗1500立方米天然氣折合1.97噸標(biāo)煤，每噸鎂能耗合計(jì)3.47噸標(biāo)煤。南京云海特種金屬股份有限公司還原使用豎罐，使用天然氣為能源達(dá)到最優(yōu)能耗指標(biāo)，鍛燒按標(biāo)煤1.5噸，還原和精煉消耗1300立方天然氣折合1.7噸標(biāo)煤，合計(jì)3.3噸標(biāo)煤能耗。
當(dāng)前，鎂冶煉成本隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模增加會越來越低于鋁，向鋼鐵水平不斷接近。
鎂冶煉工藝近期能從現(xiàn)有三步法變成免精煉兩步法，遠(yuǎn)期理論上可變成一步還原法。能耗從3噸標(biāo)煤可降到理論的2噸標(biāo)準(zhǔn)以下。生產(chǎn)過程逐步更加環(huán)保綠色，資源可循環(huán)利用。
鋁冶煉的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、流程冗長，目前針對低品位的氧化鋁礦還要進(jìn)行選礦富集，氧化鋁的管道化溶出技術(shù)過程冗長；噸鋁電解需要消耗2噸氧化鋁、半噸預(yù)焙石墨陽極和30公斤氟鹽，電耗14000度。在預(yù)焙石墨陽極和大型鋁電解槽(280kVA)技術(shù)出現(xiàn)之前，鋁電解的生產(chǎn)環(huán)境與鎂電解相似，煙氣和氟化物的污染使鋁電解工作環(huán)境非常惡劣。技術(shù)進(jìn)步使中國原鋁生產(chǎn)越來越綠色，產(chǎn)量從1980年的38萬噸躍升到2014年2438萬噸，占世界的一半。
而鎂冶煉的生產(chǎn)工藝流程相對于鋁冶煉要簡短得多，而且理論能耗低于鋁電解，如果以后技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模擴(kuò)大后能耗將會低于電解鋁。
如果鎂冶煉技術(shù)能夠突破一步法，用碳還原像高爐煉鐵一樣：菱鎂礦煅燒 MgCO3→MgO+CO2，焦炭熱還原MgO+C→Mg+CO2。設(shè)想高爐結(jié)構(gòu)為側(cè)部裝料、下部出渣、上部結(jié)晶出鎂；單爐出鎂量可達(dá)幾噸或幾十噸，鎂的冶煉成本將不斷地接近于鋼。
新型煉鎂技術(shù)可能從二步硅熱法變成一步碳熱法，一步碳熱法煉鎂的工藝比煉鐵工藝流程要簡短、能夠像高爐煉鐵一樣大規(guī)模的生產(chǎn)。隨著鎂冶煉技術(shù)進(jìn)步與裝備的革新、自動化和智能化越來越高、鎂冶煉廠規(guī)模和產(chǎn)量將會逐步擴(kuò)大，向10萬、20萬、50萬、100萬噸發(fā)展；鎂錠的邊際生產(chǎn)成本會持續(xù)下降；鎂的生產(chǎn)成本會遠(yuǎn)離鋁、向鋼鐵的生產(chǎn)成本不斷靠近。
二步法的新型豎罐煉鎂技術(shù)的發(fā)展，可能會出現(xiàn)單廠規(guī)模10萬噸以上、能耗2.5噸標(biāo)煤左右、勞動生產(chǎn)率在100噸/人·年以上，其冶煉成本會降低至1萬元以下。
如果一步碳熱法能像高爐煉鐵一樣技術(shù)成功并成熟，10萬噸以上規(guī)模企業(yè)的噸鎂生產(chǎn)成本樂觀預(yù)計(jì)5000~8000元也有可能的。
原鎂的發(fā)展將進(jìn)一步為鎂應(yīng)用提供保障。鎂的儲量豐富，地殼的元素含量在2.7%左右。中國鎂資源具有絕對的優(yōu)勢，鎂在中國有更好的發(fā)展。不像高品位的鐵礦石和鋁土礦資源缺乏，制約著中國鋼鐵和原鋁的可持續(xù)發(fā)展。我國原鎂將在世界上較長時間內(nèi)保持低成本優(yōu)勢和資源+能源+新技術(shù)的優(yōu)勢。
鎂需要從冶金功能應(yīng)用向結(jié)構(gòu)應(yīng)用轉(zhuǎn)變
從我國2014年的鎂消費(fèi)量情況來看，2014年共消費(fèi)了37.07萬噸，同比增長5.47%。其中用于冶金領(lǐng)域25萬噸，以原鎂形式進(jìn)行消費(fèi)的占67.44%。用于加工領(lǐng)域的鎂只有11.27萬噸，占30.4%，其中鎂壓鑄和犧牲陽極消費(fèi)為主要用途。
可以看出，鎂消費(fèi)主要是在冶金領(lǐng)域以原鎂為主的低端消費(fèi)。而具有高附加值的深加工產(chǎn)品只占12.9%，鎂合金的生產(chǎn)量相比2013年縮減13.53%，特別是變形鎂合金的消費(fèi)量更小。
由此可見，我國在鎂的應(yīng)用結(jié)構(gòu)還處于應(yīng)用的低谷區(qū)。與西方高峰期年消費(fèi)鎂30萬噸相比，我國在鎂合金應(yīng)用上存在巨大的差距。
衡量一個國家一種金屬結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展水平，就要看其板帶材生產(chǎn)水平。其板帶材的設(shè)備裝機(jī)水平、生產(chǎn)能力、產(chǎn)量及質(zhì)量。如，武鋼五機(jī)架冷連軋機(jī)組、西南鋁1+4熱連軋、洛銅高精度電子銅板帶、寶鈦的3.3米熱軋機(jī)等代表我國的板帶材加工水平。
而1965年建設(shè)的洛銅鎂板帶車間到現(xiàn)在為止，仍是代表我國鎂加工的水平，代表設(shè)備是1600mm二輥可逆熱軋機(jī)和1800mm二聯(lián)三重軋機(jī)，與鋼、鋁、鈦加工相比差距巨大。
2014年我國用鑄錠熱軋生產(chǎn)鎂合金板材的數(shù)據(jù)是400噸，略高于二戰(zhàn)時德國高峰期單月鎂合金板材300噸的產(chǎn)量，軋制板材只占我國鎂產(chǎn)量的萬分之五，這種應(yīng)用現(xiàn)狀要引起鎂業(yè)界人士的關(guān)注。
鎂板帶作為最輕結(jié)構(gòu)材料最具減重優(yōu)勢，急需減重的航空航天（克克計(jì)較）和國防軍工、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有美好的應(yīng)用前景。
擴(kuò)大鎂的應(yīng)用要根據(jù)鎂的特性來推廣，充分認(rèn)識到鎂應(yīng)用的誤區(qū)和問題。鎂需要同鋼鐵、鋁、鈦、高分子、復(fù)合材料等其他材料進(jìn)行應(yīng)用競爭，要充分發(fā)揮鎂的特性優(yōu)勢，特別是其他與之競爭材料是不可替代或不易替代，這是擴(kuò)大鎂應(yīng)用的指導(dǎo)思想。
而擴(kuò)大鎂的冶金功能性應(yīng)用向結(jié)構(gòu)材料轉(zhuǎn)變是關(guān)鍵。要擴(kuò)大鎂的應(yīng)用就需要大力發(fā)展鎂的深加工。目前鎂的深加工以壓鑄鎂合金和鎂犧牲陽極為代表，特別是變形鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用比例非常小。變形鎂合金的總消費(fèi)量不足2萬噸。國內(nèi)鎂合金產(chǎn)品品質(zhì)能獲得航空航天領(lǐng)域的認(rèn)可，其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用可取得突破；軍轉(zhuǎn)民后在交通運(yùn)輸領(lǐng)域具有與鋁或鋼的同等經(jīng)濟(jì)和技術(shù)競爭優(yōu)勢后，將會有大規(guī)模的應(yīng)用。
由此，我們通過不斷地認(rèn)知鎂，按鎂的特性來應(yīng)用鎂，把鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料在交通領(lǐng)域進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，鎂從冶煉到加工會迎來一個快速發(fā)展的黃金期。
責(zé)任編輯：于璐
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