我国稀土金属产业现状及其发展前景_颜世宏

我国稀土金属产业现状及其发展前景X

颜世宏,李宗安,赵　斌,杨广禄,庞思明,王志强

(北京有色金属研究总院有研稀土新材料股份有限公司,北京　100088)

摘　要:介绍了我国稀土金属产业的发展历程、产品结构、工艺技术、生产能力和产品的应用与市场。指出了我国稀土金属产业当前存在的问题并提出了建议,同时展望了稀土金属产业的发展前景。

关键词:稀土金属;合金;技术;生产;市场;发展

中图分类号:T G146.4+5 文献标识码:A 文章编号:1004-0277(2005)02-0081-06

稀土金属产业在整个稀土产业链中具有极其重要的地位,如钕已成为拉动我国稀土产业发展的主要元素,而钕主要是以金属形式应用到稀土永磁材料钕铁硼之中,在钕铁硼产业的快速发展中,稀土金属产业做出了重大贡献。

我国稀土金属产业是随着稀土火法冶金技术的进步和应用市场的不断扩大发展起来的,可分为四个阶段[1]:(1)试验研究阶段(1956～1966年),这一阶段主要研究制备稀土金属工艺技术;(2)稀土火法冶金技术工业化阶段(1966～1980年),这一阶段主要是用试验研究的工艺技术建立试验厂;(3)稀土火法冶金工业技术完善阶段(1980～1985年),这一阶段主要是完善设备、优化工艺、稳定批量生产;(4)稀土火法冶金工业化技术提升阶段(1985年以后),这一阶段主要研究了新工艺技术和装备,提高产品质量、降低生产成本。

1　稀土金属企业现状

从产品来分,生产企业主要有三种类型:单一稀土金属、混合稀土金属、稀土硅铁合金。其中部分单一稀土金属生产企业同时也生产少量的混合稀土金属,部分混合稀土金属生产企业同时也生产少量的单一稀土金属。

1.1　产品结构

经过多年的发展,目前我国能够工业化生产除钷以外的16种单一稀土金属及相应的合金,主要产品有:金属镧、金属铈、金属镨、金属钕、钕铁合金、镨钕合金、镨钕镝合金、金属钐、金属铕、金属钆、金属铽、铽铁合金、金属镝、镝铁合金、金属钬、金属铒、金属铥、金属镱、金属镥、金属钇、钇铝合金、金属钪、钪铝合金、混合稀土金属、稀土硅铁(镁、钙等)合金等。

1.2　工艺技术

目前我国稀土金属工业化生产采用工艺技术主要分为[2]:熔盐电解、金属热还原和真空蒸馏提纯技术。对制备稀土硅铁合金主要采用硅热法、碳热法制备技术。

熔盐电解[3]:分为氯化物熔盐体系(RECl3-KCl)电解稀土氯化物工艺技术和氟化物熔盐体系(REF3-LiF)电解稀土氧化物工艺技术。目前,前一种工艺技术主要用于制备混合稀土金属,但由于环境污染问题,一些企业已开始采用氟化物熔盐体系(REF3-LiF)电解氧化物制备混合稀土金属;单一稀土金属的制备主要采用氟化物熔盐体系,我国在20世纪60年代进行了该工艺电解制备稀土金属试验研究,与氯化物熔盐体系电解过程相比较,电流效率高、电耗低,同时阳极气体污染较轻。在近二十年中我国先后采用3000安培和6000安培电解槽生产金属钕,随着产品市场需求的增大,2000年生产规模大的企业开始研发万安级大型电解槽的工艺、槽型、电解过程自动化控制及回收处理阳极气体的措施,现已投入使用,电解过程实现了自动化控温、加料和真空虹吸出金属,综合处理回收阳极气体,防止了大气污染。但万安电解槽的使用仅限于几个生产

第26卷第2期2005年4月

稀 土

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Vol.26,No.2

April2005

X收稿日期:2004-11-24

作者简介:颜世宏(1961-),男,辽宁锦州人,教授级高级工程师,从事稀土金属及合金的冶炼工艺、设备及稀土冶金应用基础理论和工程化技术、市场研究工作。

企业,绝大部分生产厂还未使用万安电解槽。

金属热还原:根据稀土金属的熔点、沸点不同,金属热还原制备稀土金属的技术目前工业化应用分为二种:

一是针对沸点很低(即标准状态下,饱和蒸气压很高)的稀土金属如Sm、Eu、Yb、T m,可用其氧化物为原料用金属镧或混合轻稀土金属作还原剂,进行还原—蒸馏,再冷凝结晶得到固状金属。

二是针对沸点低、熔点很高的稀土金属如Dy、Er、Y、Lu等的性质,适合用它们的氟化物以金属钙为还原剂进行钙热直接还原,或者用中间合金法,即钙热还原过程中加入熔点较低的合金组元如镁使其与高熔点的稀土金属形成熔点较低的合金,同时加入氯化钙助熔剂,以降低渣的熔点,还原后得到的稀土金属镁合金再进行真空蒸馏除去镁而得到海绵态的稀土金属。

真空蒸馏提纯:以熔盐电解或金属热还原制备的稀土金属作为原料,通过高温真空蒸馏去除某些杂质来制备高纯稀土金属。如用于制备超磁致伸缩材料高纯金属铽,首先采用金属热还原法制得的普通金属铽,再进行高真空蒸馏,采用特殊的装置,有效地去除了蒸气压高的和低的金属杂质。

硅热法、碳热法生产稀土硅铁合金:我国是世界上最早用硅热法生产RE-Si-Fe合金的国家,是以白云鄂博矿的稀土富渣、稀土精矿渣或稀土精矿等为原料,75硅铁为还原剂,石灰为熔剂在电炉内制备稀土硅铁合金的方法。并先后发展了三相电炉硅铁还原冶炼包头中贫铁矿高炉脱磷、铁的稀土富渣(RE2O3>10%、Fe<2%、不含磷)工艺技术、三相电炉冶炼中品位稀土精矿(含RE2O3>30%)经脱铁、磷的高品位稀土富渣(含RE2O3>30%,P<0.1%)技术和山东微山、四川的氟碳铈精矿(RE2O3约40%)电炉直接硅铁还原冶炼稀土精矿生产稀土硅铁合金技术。20世纪90年代又发展了高品位稀土精矿(RE2O3≥60%)直接矿热炉碳热还原冶炼稀土硅铁合金工艺技术。硅热还原法反应速度快,产品易于调整控制,适于多品种小批量生产;碳热还原法的主要优点是可以一步还原出金属,还原剂便宜,能源利用合理,可以大批量连续生产。

1.3　生产能力

随着市场对稀土金属需求的不断增加,同时,由于生产稀土金属起始投资相对较少,见效较快,20世纪80年代后期稀土金属生产厂急剧增加,稀土金属产业得到了迅猛发展。据初步统计目前我国共有近160家企业生产单一稀土金属、混合稀土金属和稀土硅铁合金。这些企业分布于内蒙古、江西、北京、上海、天津、江苏、湖南、湖北、辽宁、河南、河北、山西、山东、陕西、安徽、甘肃、宁夏、广东、福建、浙江、四川等21个省市自治区。其中单一稀土金属的年生产能力达30000吨,江西为我国的主产地,2003年我国实际产量近10000吨,江西为5000吨左右。混合稀土金属的年生产能力在20000吨左右,2003年我国实际产量在6000吨,主要集中在内蒙古。稀土硅铁合金的年生产能力达120000吨,近年的实际产量在30000吨左右。

1.4　市场现状

稀土在传统冶金领域应用主要用在钢、铸铁和有色金属中,稀土的加入明显地改善了钢、铸铁和有色金属的力学性能、工艺性能和使用性能。

由于稀土金属具有无法取代的优异磁、光、电性能,是高性能稀土永磁、储氢、磁光存储和记录、超磁致伸缩、磁致冷等高新材料必不可少的基础原料,这些材料广泛用于计算机、高密度信息存储、通讯、转换、高精度导向、信息高速公路及国家安全防范等高科技领域。随着稀土高新技术材料的飞速发展,稀土金属的应用领域也从冶金等传统领域向新的、技术更加密集新材料领域发展。其中高性能NdFeB永磁和Ni-MH电池产业的蓬勃发展,已成为当前稀土金属用量增长最快的领域。

钕铁硼生产企业主要分布在中国、日本、美国、德国等国家[4]。目前世界生产钕铁硼著名企业有日本的NEOMAX(日立金属与住友金属合并后的企业)、信越化学、T DK、精工爱普生、大同公司,前三个企业主要生产烧结钕铁硼,后二个企业生产粘结钕铁硼。我国生产钕铁硼的企业目前超过100家,具有代表性的企业有中科三环、宁波韵升、安泰科技、太原刚玉、北京京磁、宁波永久、宁波招宝、宁波合力、浙江英洛华、烟台首钢、烟台正海、山西恒磁、太原天和、太原通力、山西金山、成都银河等企业,产量主要集中分布在浙江、山西、津京三地。我国烧结钕铁硼的产量2001年开始已超过日本居世界第一,从发展趋势看,这种状况将持续保持下去。钕铁硼市场需求决定着稀土金属的产销量并影响稀土金属企业的经营状况,钕铁硼产业的发展带动了稀土金属产业的发展。1985～2003年世界钕铁硼的产量见表1[5]。

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