走出铜冶炼认识的五大误区 高性能铝合金——铝钪合金

对于铜冶炼行业的新一轮扩张，人们有着不同的认识和判断，虽无可厚非，但几个关键问题必须澄清。

第一，建设铜冶炼项目并不能缓解我国铜需求缺口。

有人士认为，铜是我国长期短缺的金属，不存在过剩问题，建设铜冶炼能力还能充分利用国外矿产资源，因此不应限制上铜冶炼项目。我认为这种观点是片面的。诚然，我们确实缺铜，以2004年为例，我国铜总消费量450万吨，其中通过自己矿山生产和废杂回收的铜产量仅100万吨，占22%，其余350万吨是通过进口铜精矿、粗铜、废杂铜、电解铜和铜材满足国内需求的。建设铜冶炼企业，本身不是制造铜，只是将铜精矿加工成电解铜。所以，建设铜冶炼项目，只能将我国对电解铜的需求变成对铜精矿的需求，仅仅改变了进口铜系列产品的结构，与提高我国铜自给水平并无关系。

二是铜价暴跌随时都可能发生。回顾历史，国际市场铜价在1992年平均达到了2700美元，创历史最高，后又缓慢下降到1999年的1600美元左右，直到2003年一直在低水平徘徊。2004年，价格暴涨到平均2865美元，今年上半年平均3328美元，11月中旬现货价一度达到4300美元，电解铜价格屡创新高，价格与价值严重背离。但铜供应并不短缺，铜价暴跌随时都有可能发生。一旦铜价回落，国外铜矿山减产，在我们铜冶炼能力扩张的情况下，铜冶炼能力过剩的矛盾就会暴露出来，电解铝行业的悲剧就会在铜冶炼行业重演。从铜的生产成本分析，国外吨铜综合成本约1800美元，虽然我国铜矿品位偏低，成本较高，但也仅约2万元左右。铜行业的暴利，远远超出合理水平，预示着铜价格蕴含着巨大的风险。

三是先进的工艺装备不等于没有污染。有人认为现在铜冶炼技术成熟，环保问题不存在了。这也是不对的。不否认近些年来我国铜冶炼技术水平有很大提高，环保水平改善。但铜冶炼行业本身就是对环境影响较大的行业，铜冶炼过程中仍排放一定量的二氧化硫，即使最先进的铜冶炼和制酸工艺，硫的利用水平也仅98%左右，落后的甚至在95%以下。所以，环保达标不等于没有污染，我们应以科学的发展观审视环保问题。

四是开发国外铜矿资源也要讲代价。由于我国铜冶炼行业受国外矿产资源的制约，有的主张不惜代价到国外开发铜矿资源，这种观点也值得商榷。我认为，充分利用国外矿产资源，本身是件好事，但好事一定要做好，也就是要讲代价，或者说是经济上合理，而不能不讲代价。尽管中国铜矿资源短缺，但是全球并不短缺，这就决定了开发国外铜矿资源应该有一个相对合理的价位，我国利用国外铜矿资源也应该按合理代价付出。如果我们在国际市场铜价非理性暴涨的情况下，一窝蜂到国外开发铜矿，势必抬高基础价格，付出沉重的代价。况且，如果不从战略和可持续发展的角度审视铜冶炼行业发展，即便是控制了一些铜矿资源也未必就会取得主动。例如，我国控

制着全球最多的钨、锡、锑和离子型稀土矿产资源，但我们并没有在行业发展上取得主动。

五是全球的铜产量并不短缺。全球铜矿资源丰富，产量逐年增长。2004年铜产量达到1651万吨，消费1649万吨，供求应属平衡，并没有出现短缺。但在2004年产量与消费中，我国的纯进口达到350万吨。如果扣除中国的需求因素，全球的铜产量是过剩的。所以说，我们离不开国外的铜矿资源，国外主要产铜国同样也离不开我们。一旦我们减少采购量，国外铜行业就会陷入困境。因此，发展我国的铜行业，未必就是扩张铜冶炼能力，通过调整战略、战术，使我国在国际市场上能够以合理价位购买铜系列产品，也完全能够化被动为主动。

高性能铝合金——铝钪合金

铝合金是国民经济建设和国家安全重要的工程材料。但是迄今为止，我国一些高性能铝合金制备的关键技术还没有突破，很多重点型号所需的高性能铝合金材料仍然依赖于进口，高性能铝合金研制与开发还有许多工作等待国人去做。

铝合金的高性能化有几种途径，其中微合金化强韧化是近20年来高性能铝合金研究的前沿领域。所谓微合金化强韧化通常是指将质量百分数小于0.5%的微量元素添加或者复合添加到铝合金中借以大幅度提高合金强度和韧性的一种技术。其中，钪的添加特别引人注目。

钪作为一种过渡族元素以及稀土元素加到铝及铝合金中，不仅能够显著细化铸态合金晶粒、提高再结晶温度从而提高铝合金的强度和韧性，而且能显著改善铝合金的可焊性、耐热性、抗蚀性、热稳定性和抗中子辐照损伤的作用。因此，铝钪合金被认为是新一代航天航空、舰船、兵器用高性能铝合金结构材料。近20年来，国际材料界尤其是前苏联，由于军工战略方面的需要，对铝钪合金进行了大量的研究与开发。国内铝钪合金起步较晚，90年代中期还只有少数几篇评述性的文章。然而，这种新合金在航天航空方面的优异性能引起了国防工业部门的浓厚兴趣，有关应用部门希望国内立即开展这方面的研究。

“国家需要就是我们的研究目标！”学科带头人尹志民教授敏锐地感觉到这一信息的重大价值。这位1987年从加拿大多伦多大学留学回国并长期从事高性能铝合金研究的学者，立即带领科研室一批青年学子在这一领域开始了艰苦的探索与实践。

研究工作从哪里入手？科研组的同志一致认为“研究工作应当首先从基础做起，基础牢才能做大事。”微量钪添加到铝合金中能大幅度提高合金的性能，这种神奇作用的原因是什么？课题组在国家自然科学基金的支持下，开展了微量钪在铝镁系合金中的存在形式及作用机制研究。他们设计了一系列对比合金，研究了微量钪对目标合金晶粒度、再结晶行为以及对合金强度和韧性的影响。发现了一系列有重大意义的研究结果：

第一，微量钪和锆复合添加效果比单独添加好，钪、锆复合微合金化是Al-Mg系合金强韧化的有效途径；

第二，微量钪和锆主要以Al3(Sc,Zr)I和Al3(Sc,Zr)II两种铝化物形式存在，铝化物的晶体结构为面心立方，点阵常数为0.410nm，前者是α(Al)基体最有效的晶粒细化剂，后者与基体共格，强烈钉扎位错和亚晶界，它能强烈抑制合金热变形过程和冷轧板材退火过程的再结晶；第三，微量钪和锆在铝合金中的强化机制为细晶强化、亚结构强化和铝钪锆化合物粒子引起的析出强化。论文《微量Sc和Zr对Al-Mg合金组织性能的影响》和《微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金组织性能影响》分别在材料领域英国著名刊物《材料科学与工程》和俄罗斯著名刊物《有色金属》上发表，SCI他引数十次。多名来自韩国、法国、德国、日本等国的研究者来信或通过E-mail索取资料。尹志民教授访俄期间，还多次与铝钪合金研究权威扎哈罗夫教授和费拉多夫教授进行了学术交流。

铝钪合金基础研究有了重大突破以后，紧接着的一个问题就是研制开发铝钪中间合金。因为微量钪只能通过铝钪中间合金的形式加入到铝合金中，否则“巧妇难为无米之炊”。调研发现，我国钪资源丰富。90年代初，我国还是世界市场上氧化钪初级产品的主要供应商，关键问题是如何把氧化钪转化为铝钪中间合金。在"氧化钪热还原制备铝钪中间合金新工艺基础研究"国家自然科学基金支持下，课题组在不同反应物体系热还原热力学计算的基础上，筛选了两条工艺路线进行实验。最终以工业氧化钪为原料，采用氧化钪热还原方法成功地制备出了铝钪中间合金，随后研制的铝钪合金板材制备和性能研究表明:制备的铝钪中间合金完全能够满足工业铝钪合金研制的需要。在此基础上，科研组申报了国家发明专利，2002年发明专利获得授权。

随着我国国力的增强，铝镁钪系合金的研究列入了国家重点研究计划，科研室紧紧抓住了这个机遇。在科技部973项目“提高铝材质量的基础研究”和“十五”攻关项目的支持下，在微量钪、锆在铝镁系及铝锌镁系合金中的微合金化研究成果的指导下，课题组在国内率先研制成功了Al-Mg-Sc-Zr和Al-Zn-Mg-Sc-Zr两个合金原型，与不添加钪和锆的同类合金相比，合金抗拉强度和屈服强度提高了25%，而塑性仍分别保持在13%和10%的高水平。与此同时，钪、锆等复合微合金化强韧化研究成果已延伸到2个863项目和1个“十五”重点项目。

经过8年的艰苦奋斗，依托中南大学材料物理与化学国家重点学科，形成了一支从加拿大、日本、俄罗斯等留学回国的青年学者组成的学术队伍。他们先后承担了多项与铝钪合金有关的国家自然科学基金、973项目、863项目、“十五”攻关和军工配套等国家级重大科研项目，举办了铝钪合金国际研讨会，发表高水平论文近百篇，在国内外产生了积极的影响。