高建新,張芬萍,李運剛

(河北理工大學 冶金與能源學院,河北 唐山 063000)

我國鎢產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

高建新,張芬萍,李運剛

(河北理工大學 冶金與能源學院,河北 唐山 063000)

近些年來,我國鎢產業(yè)高速發(fā)展,鎢及鎢產品在國民經濟各領域得到廣泛應用,鎢產業(yè)已成為現(xiàn)代社會不可或缺的支柱產業(yè)。鎢是我國為數(shù)不多的的優(yōu)勢資源之一,然而其現(xiàn)狀令人堪憂。介紹了我國鎢資源及鎢產業(yè)現(xiàn)狀,鎢及鎢產品發(fā)展趨勢,提出了鎢產業(yè)應堅持可持續(xù)發(fā)展觀點,建立科學合理的運行機制,優(yōu)化產業(yè)結構,開發(fā)新產品及應用領域的發(fā)展方向。

鎢產業(yè);鎢資源;現(xiàn)狀;分析

鎢被稱為“工業(yè)味精”,是一種十分重要的稀有礦產資源。鎢及鎢制品具有高熔點、高密度、高硬度,應用廣泛。自19世紀末,鎢第1次被用以生產合金鋼和硬化鋼以來,其產品由初級品到深加工品,種類已達20多種,包括鉆頭、切削刀具、合金、化學用品、醫(yī)藥、食品到電子器件、穿甲彈等。鎢已是現(xiàn)代工業(yè)社會不可替代的材料之一。鎢產業(yè)的健康發(fā)展直接影響制造業(yè)的發(fā)展和國家經濟、軍事安全。目前,世界上很多國家非常重視鎢的勘探和開發(fā),將鎢作為戰(zhàn)略性資源加以儲備,而我國對鎢資源的開發(fā)現(xiàn)狀令人堪憂。

1 我國鎢資源現(xiàn)狀[1-3]

鎢屬于稀有元素,在地殼中的豐度為1.1×10-4%,主要礦物為黑鎢礦和白鎢礦,其次為鎢華、輝鎢礦等。

世界已探明鎢儲量290萬t,儲量基礎620萬t;中國鎢儲量180萬t,儲量基礎420萬t,居世界第一位[4],見表1。

我國鎢礦藏極為豐富,已探明礦產地252處,分布于23個省(區(qū)),以湖南(白鎢礦為主)、江西(黑鎢礦為主)為多,儲量分別占全國總量的33.8%和20.7%。但是,近半個世紀以來,部分大中型礦山面臨危機:18個大礦山有9個服務年限在10 a以下。鎢礦的過度開采,使優(yōu)質黑鎢礦資源已近枯竭,而我國70%以上的鎢酸銨產品是由黑鎢礦精礦生產的。現(xiàn)在的保有資源以白鎢礦為主,占73%左右,而白鎢礦資源的特點是伴生、共生礦多,復雜難選,如,回收水平在國內較高的柿竹園鎢礦,其開采回收率僅為36%,選礦回收率僅為63%,礦石品位低,雜質含量高;欒川礦產出的中礦(WO3質量分數(shù)53.5%)中,w(Mo)/w(WO3)>5,超過標準精礦的90倍;其他礦山產出的精礦中,As、P、Si、Sn等雜質含量較高,鎢產品大量賤賣出口,資源浪費嚴重。

表1 2003年全球鎢資源儲量

2 我國鎢產業(yè)概況

鎢產業(yè)根據鎢產品劃分為幾個垂直關聯(lián)的階段[5](如圖1所示):勘探、采選及冶煉、加工至銷售(出口/國內生產廠)。這幾個垂直關聯(lián)階段可以由不同的獨立企業(yè)完成,但從鎢產業(yè)發(fā)展歷程來看,發(fā)展趨勢是各垂直階段聯(lián)合起來,沿著從生產到銷售這樣的鏈條運作。

圖1 按產品分類的鎢產業(yè)鏈

中國鎢業(yè)已有百年發(fā)展歷史,大致分為3個階段[6]:新中國成立后的前30 a,形成了比較完整的鎢工業(yè)體系;1981—2000年,鎢冶金、加工及硬質合金業(yè)發(fā)展迅速,產品結構發(fā)生很大變化,改變了單一鎢精礦出口局面;21世紀后,鎢業(yè)發(fā)展進入了全新時期。

鎢產業(yè)的快速發(fā)展顯露出了越來越多的問題[7-8]:1)鎢礦產資源開采過度;2)國內外鎢品市場價格波動較大;3)鎢產業(yè)鏈中,上、中、下游產業(yè)發(fā)展不均衡;4)整個產業(yè)分布廣、規(guī)模小、集中度低;5)產品單一,高、尖、深、細產品不多,企業(yè)自主創(chuàng)新能力低,創(chuàng)新意識不強。這些問題的存在己嚴重影響我國鎢產業(yè)的健康、有序發(fā)展,威脅到我國制造業(yè)的發(fā)展和生產安全,大大降低了我國鎢工業(yè)的整體國際競爭力。

3 鎢產業(yè)市場及產業(yè)政策

3.1 鎢市場狀況

國民經濟的發(fā)展拉動了主導產業(yè)的快速發(fā)展,建材、汽車、鋼鐵、機械加工、金剛石、電子、工程機械等工業(yè)的發(fā)展,新領域的應用開發(fā),都促使鎢的消費需求大大增加[9]。2006年,粗鎢絲和鎢桿的年產量為2 102 t,鎢合金電極等用鎢量為650 t左右;高密度鎢合金用鎢量約850 t;化工及其他產品用鎢量870 t左右。鎢的消費結構為:硬質合金 48%,鎢特鋼 28%,鎢材 19%,化工 5%。2006年,各領域鎢消費總量為 18 623 t,較 2005年(18 190 t)增長 2.38%[10]。

近幾十年來,我國鎢業(yè)整體技術水平逐步提高,自上世紀80年代開始,鎢品出口結構發(fā)生了重大變化[11],已經徹底扭轉了單純出口鎢砂的局面,到2000年已基本不出口鎢精礦,初級產品及鎢的中間制品的出口量也在逐年下降,而加工層次較高的鎢制品以及代表鎢工業(yè)先進水平的硬質合金等出口量正逐年增長(見表2)。鎢的深加工制品進入國際市場是變資源優(yōu)勢為產業(yè)優(yōu)勢的有效途徑,這標志著我國鎢產業(yè)結構正向合理化方向發(fā)展。

表2 2002—2006年鎢產品出口量 t

我國是鎢生產大國,也是鎢消費大國。根據國際鎢協(xié)秘書長在16屆年會上作的報告,2000年,我國鎢消費量10 000 t,僅次于歐洲[12]。受不斷增長的國內外經濟形式影響,鎢的需求增長較快,鎢精礦供應從2003年年初開始就出現(xiàn)了緊缺,2005年鎢精礦供應量雖然達到前所未有的9.1萬t,但不能滿足鎢冶煉加工企業(yè)的生產需求。因此,2005年,我國進口鎢礦砂及鎢精礦達到了6 086.7 t,2006年進一步擴大到12 274 t,增加101.6%。同時,進口鎢產品量逐年增加,進口價格(t鎢)也在不斷升高(表3)。雖然進口鎢總量增加,但從2004年起,我國進口鎢粉鎢材量卻在減少。

表3 2002—2006年我國鎢產品(含鎢精礦)進口量

3.2 產業(yè)政策[13-14]

國家從資源保護、可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā),提出了一系列鎢產業(yè)政策,促進了我國鎢工業(yè)進一步向規(guī)范化、有序化方向發(fā)展。在出口配額方面,鎢的出口配額逐年減少;在稅收政策方面:2005年5月1日,國家財政部、稅務總局將鎢及鎢制品的出口退稅下調(由13%調至8%);2006年1月1日起,將鎢及鎢制品的出口退稅再次下調(由8%調至5%);2006年11月22日起,禁止鎢精礦加工貿易;2006年9月15日起,鎢品出口退稅全部調整為零;2007年1月1日起,初級鎢產品的暫定關稅提高5%～15%。

在行業(yè)管理方面,2005年以來,國務院相繼出臺了加強鎢錫銻行業(yè)管理、全面整頓和規(guī)范礦產資源開發(fā)秩序的通知;各級政府加大了全面遏制無證勘查和開采、亂采濫挖、浪費破壞礦產資源等違法行為的力度。江西省在一年多時間里關閉了29家與國有鎢礦重疊、采選工藝落后、浪費資源、破壞礦山地質環(huán)境的鎢礦,關閉了60余家無合法礦石來源的鎢加工企業(yè)。湖南省對30多個重點礦區(qū)進行了集中整治,取締非法礦山,停產整頓有違法行為的礦山。2005年,國務院辦公廳下發(fā)國辦38號文件,提出加強鎢錫銻行業(yè)管理,加強行業(yè)準入和產品出口管理,制定行規(guī)行約,防止低價競銷和惡性競爭,提高行業(yè)自律水平。

4 產品開發(fā)

4.1 合金鋼[15]

很大一部分鎢用于生產特種合金鋼,其中最主要的是高速切削鋼。這種鋼一般W質量分數(shù)達8%～20%。

高速切削鋼可用于制造各種工具,如磨刀、銑刀、型模、壓模、氣動工具零件等。其他牌號的鎢鋼和鉻鎢鋼(1%～6%W,0.4%～2.0%Cr)亦有廣泛應用。

鎢也是磁鋼的主要成分,磁鋼有鎢磁鋼和鎢鈷磁鋼2種。與非合金磁鋼相比,磁鋼的磁性和矯頑磁性都很強,鎢鈷磁鋼(5%～9%W,30%～40%Co)的磁性和矯頑磁力更強更高。

4.2 以碳化鎢為基礎的硬質合金[16]

硬質合金被譽為“工業(yè)的牙齒”,碳化鎢是制備硬質合金的主要原料。納米晶硬質合金是近年來發(fā)展起來的新型工具材料,它是以納米級的WC粉末為基礎原料,在添加適當黏結劑和晶粒長大抑制劑的條件下,生產出具有高硬度、高耐磨性和高韌性的硬質合金材料。

碳化鎢是一種具有高硬度、高熱穩(wěn)定性和高耐磨性的新型功能材料,WC粉體與黏結金屬(Co、Ni、Fe、Fe-Ni、Ni-Co、Fe-Ni-Co等)燒結而成的WC基硬質合金,可廣泛應用于制作特殊刀具、微型鉆頭、打印針頭及精密模具等。隨著超細硬質合金的發(fā)展,又被廣泛用于精加工難加工材料、制造印刷電路板的微鉆頭、點陣打印機的打印針頭及精密模具等。

納米硬質合金粉末[17]的最主要的應用是制造致密材料。用納米復合粉末制得的硬質合金顯微結構無異常長大的晶粒,從而保證了極高的化學均勻性,使合金具有優(yōu)異的抗裂性,因而其耐磨性顯著提高。印刷電路板鉆孔用的微型鉆頭磨損試驗結果表明:納米結構WC-Co合金鉆頭在給定的壽命下,其磨損率約為標準微晶合金鉆頭的2.9倍 。另外,納米硬質合金在切削工具、鑿巖鉆齒、耐磨零件、軸承等領域都有著廣泛應用,醫(yī)用解剖刀、磁帶切刀、高功能鋸片等就是典型應用的實例。納米WC-Co復合粉末用作耐磨涂層材料也顯示出了很好的效果。用熱噴涂法可由納米WC-Co復合粉末制取低孔隙耐磨涂層,顯著提高了硬質合金耐磨涂層的性能。納米WC-Co復合粉末的另一種用途是用作微米結構WC顆粒的粘結材料。這種復合粉末可將微米WC結構顆粒粘結在一起,借以生產雙態(tài)結構(粗WC晶粒和細WC晶粒),改善在腐蝕性介質中的耐磨性。

4.3 接觸點合金和高密度合金

利用粉末冶金法制備的鎢銅復合材料(10%～40%Cu)具有高導電導熱性、良好的耐電弧侵蝕性、抗熔焊性、低膨脹系數(shù)、較高強度和硬度等優(yōu)點,是制造真空開關電器、電加工電極、電子封裝及熱沉、火箭導彈的噴嘴喉襯等理想的觸點材料[18]。

含90%～95%W、1%～6%Ni、1%～4%Cu的合金密度高達17～19,稱為高密度合金,具有以下優(yōu)點[19]:1)強度高:可達1 300～1 500 MPa;2)塑性好:W-Ni-Cu系列塑性低于相應組分的W-Ni-Fe系列,W-Ni-Fe系列燒結態(tài)的延伸率可達10%～15%,經真空或氣氛脫氫處理后,其延伸率可達20%～30%;3)射線吸收能力強:射線吸收能力比鉛高30%～40%,且有較好的剛性,使用中不易變形;4)耐腐蝕性、抗高溫氧化:對酸有良好的耐腐蝕能力,在500℃以下無明顯氧化,在800℃或更高溫度下仍能保持較好的強度和硬度;5)機加工性能好:具有較好的延性和塑性,可進行車、銑、磨、刨、鉆、攻絲等機加工,及軋制、旋鍛和鍛造加工等大形變強化處理;6)導電、導熱性好,熱膨脹系數(shù)低:導熱系數(shù)是模具鋼的5倍,熱膨脹系數(shù)只有鐵或鋼的1/2～1/3,并且具有良好的導電性、耐電蝕、耐高壓等性能;7)可焊接性及表面電鍍性好:可采用銅焊、銀焊料進行釬焊,表面也可進行電鍍,如鍍鉻、鍍鎳、鍍金等,與基體牢固結合;8)抗沖擊韌性和穿透能力強:抗沖擊韌性好,高達50～100 J/cm2;穿透能力比硬質合金大大增強,在動能穿甲彈[20]及破甲材料[21]上具有廣泛的應用前景。

鑒于高密度鎢合金的一系列優(yōu)良特性,已被廣泛應用于航空航天(導航陀螺儀、平衡塊、減震器等)、軍事工業(yè)中的重要部件(穿甲彈、侵徹彈、核潛艇、裝甲材料等),同時也被廣泛應用在機械、電器、儀表乃至醫(yī)療、體育用品等民用工業(yè)領域。

4.4 鎢材加工

鎢材產品種類繁多,生產工藝不一,生產企業(yè)可分3種類型[22]:第1種是從仲鎢酸銨至鎢加工材的全流程生產企業(yè),規(guī)模較大;第2種是購進鎢粉,重點制造特殊鎢材產品的專業(yè)加工企業(yè),規(guī)模中等;第3種是購入各種鎢坯料或半成品桿料、棒材、線材、板材,進行改制的區(qū)段性加工企業(yè),規(guī)模較小。其中第1種企業(yè)的生產技術對整個行業(yè)起主導作用,如摻雜鎢絲生產采用的主流技術已居世界水平;第2種專業(yè)生產廠與科研單位也有許多先進裝備和技術,能生產各種形狀和規(guī)格的鎢材產品。

鎢材產品多樣[23]。納米鎢在微電子和顯微技術方面具有特殊用途:直徑在幾十到幾個微米之間的鎢尖被用于大規(guī)模集成電路板上打孔的微鉆;直徑微米級的鎢尖被用作顯微探針;而經過電化學蝕刻到100 nm左右的鎢尖則被用作場發(fā)射電子顯微鏡的冷場發(fā)射器;鎢納米線可以直接用作STM的針尖和顯微力試驗機的針尖壓頭。特種規(guī)格的鎢材有特寬、特長的板材,特薄、特窄的鉑材,特粗的棒材,特大、特小的管材,特細的白直絲,異型件和復合件等。

4.5 鎢化合物

4.5.1 ZrW2O8熱致收縮材料[24]

ZrW(Mo)2O8是目前最優(yōu)良的熱致收縮化合物(具有超低膨脹系數(shù),能適應較大的環(huán)境溫度變化),從晶體結構到熱收縮性質都引起人們極大興趣。ZrW2O8在技術上的重要性主要體現(xiàn)在:1)在寬約100℃的溫度區(qū)間為各向同性的立方相,故熱收縮始終是各向同性;2)熱收縮性高,因而可控制高膨脹系數(shù)(如氧化鋁等)陶瓷而又不破壞其優(yōu)異的技術性能;3)為難得的室溫及近室溫的熱致收縮化合物,填補了熱致收縮化合物在室溫區(qū)間的空白。在航空航天技術、大規(guī)模電子集成電路、精密儀器儀表等高新領域以及高溫、密封技術領域,ZrW2O8具有廣闊的應用前景。

4.5.2 WS2潤滑材料

二硫化鎢作為一種精細化學品,不僅是一種催化劑,也是一種重要的潤滑材料。它不僅適用于通常條件下的潤滑,而且也適用于高溫、高壓、高真空、高負荷、有輻射線、有腐蝕性介質等苛刻條件下的潤滑,甚至可以滿足計算機和磁記錄系統(tǒng) 、醫(yī)療方面需要在生物體內植入的運動部件等。1997年,空心富勒烯納米WS2問世,它與一般層狀結構的WS2不同,其籠狀結構,可以在潤滑表面上滾動,而不是滑動,因而具有超低的摩擦與磨損性能。研究表明,這種新型納米WS2潤滑材料在空間技術、超真空和高真空以及汽車領域將應用廣泛[25]。

4.5.3 WO3功能材料

1)WO3氣敏材料。WO3是很重要的功能材料,在氣體傳感器、顯示器、建筑調光窗等方面有廣泛應用前景。WO3是一種高靈敏度的氣敏材料,特別是對氮氧化物、硫化氫、氨、氫等氣體敏感性很高。納米WO3有更優(yōu)越的氣敏性能,已相繼開發(fā)出多種氣體傳感器。黃世震等[26]以納米WO3(10～100 nm)為基材制成的氣敏元件對低體積分數(shù)的H2S具有較高的選擇性和靈敏度。魏少紅等[27]的納米 WO3燒結型氣敏元件,在較低的工作溫度下對NO2有很好的靈敏度、選擇性和響應性能。

2)WO3納米薄膜變色材料。WO3薄膜是迄今所發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)越的電致變色材料,納米結構的WO3薄膜性能更加顯著。它不僅可電致變色、光致變色,也可氣致變色,可作為氣體傳感等器件的核心材料,在建筑與汽車節(jié)能、信息顯示與貯存、環(huán)境監(jiān)控、食品工業(yè)及軍事等方面,具有良好的應用前景[28]。

4.5.4 催化劑

在化學催化領域,鎢的化合物有著重要的應用[29]。鎢酸可作為制取高正辛苯的催化劑,二硫化鎢可作為合成汽油的催化劑,偏鎢酸銨可作為制造催化劑。另外,新近研究發(fā)現(xiàn),WC是一種非常有發(fā)展前景的催化劑,可用于加氫、脫氫、異構化和烴類轉化與合成等反應的催化劑;在電化學領域,WC在氫離子化和析氫反應等方面有著廣泛的應用前景;WC應用于燃料電池、氫離子化電極中可以減少或取代Pt等稀貴金屬催化劑,解決催化劑中毒的難題;WC也廣泛應用于其他化學催化領域。

5 結語

我國鎢業(yè)已有百年發(fā)展歷史,形成了比較完整的工業(yè)體系。我國鎢資源儲量世界第一,但是資源的不合理應用以及鎢產業(yè)發(fā)展過程中暴露出來的各種問題己嚴重影響鎢產業(yè)的健康、有序發(fā)展。所幸國家已經出臺多項整頓清治政策,并已見成效。鎢及鎢制品因具有高熔點、高密度、高硬度,廣泛應用于社會生活的各個領域。開發(fā)新產品市場,鞏固舊產品市場,拓展鎢及其化合物的應用領域是目前鎢產業(yè)發(fā)展的方向。我國的鎢產業(yè)應堅持可持續(xù)發(fā)展觀點,加強管理立法,建立科學合理的管理制度和運行機制,進一步優(yōu)化產業(yè)結構,提高產品的科技含量和附加值,提升在國際、國內的競爭力。

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Abstract:In recent years,the tungsten industry in our country developed rapidly.Tungsten and tungsten products are widely used in various fields of our national economy.The tungsten industry has been an indispensable pillar industry in modern time.Tungsten is one of the few competitive resources in our country,however,its current situation worth our concern.Tungsten resources and status of tungsten industry in our country,development tendency of this industry are introduced.An opinion of sustainable development,establishing a scientific and reasonable and operation mechanism,optimizing the industrial structure,developing new products in the tungsten industry has been aroused.

Key words:tungsten industry;tungsten resourses;current situation;analysis

Present of China’s Tungsten Industry

GAO Jian-xin,ZHANG Fen-ping,LI Yun-gang
(School of Metallurgy and Energy,Hebei Polytechnic University,Tangshan,Hebei 063009,China)

TD864

A

1009-2617(2010)04-0211-05

2009-09-21

高建新(1978-),男,河北唐山,本科,碩士,講師,主要研究方向為資源綜合利用與有色金屬冶金。