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高新材料有前途

2014-03-13

中国有色金属 2014年23期
关键词:稀土领域材料

稀土功能材料及稀有金属材料的开发与应用体现了国家高科技发展水平,是综合国力的象征。在现阶段,该行业仍存在低端产品过剩、部分金属产能过剩、材料加工装备较为落后等问题。未来五年是该产业快速发展时期,向自主研发、向高端精深技术、向民用领域拓展,是产业的发展方向。

中国有色金属工业协会正式编制出版的《有色金属行业高新技术产品推荐目录》(以下简称“《目录》”),涵盖了当前有色金属行业已经产业化或极具产业化前景的高新技术产品,并遵循动态调整的原则,定期删减或增列产品信息,充分体现了行业对贯彻落实战略新兴产业发展目标的重视,更体现了行业顺应发展形势的能力。业内各界对此反应积极。在接受记者采访时,北京安泰科信息开发有限公司稀有稀土项目部负责人陈家作说,《目录》在编制过程中,特别重视稀土功能材料,能够为稀土功能材料产业争取更多的关注和政策扶植力度。宝鸡钛业协会秘书长、宝鸡钛产业研究院院长助理盛利则建议《目录》中不再以材料作为产品推荐的方向,应增加民用、汽车、建筑等新领域的深加工产品。

材料工业是国民经济的基础产业,新材料是材料工业发展的先导,是重要的战略性新兴产业。几年前,锂电池、稀土永磁这样的名词或许还不为人们所熟悉,而如今,它们已经是二级市场上众人追捧的题材之一。显然,新材料同众多新兴产业一起已经成为未来拉动我国经济发展的重要引擎。

根据《新材料产业“十二五”发展规划》(以下简称“《新材料十二五规划》”),稀土功能材料及稀有金属材料属于特种金属功能新材料范畴,前者包括磁性材料、发光材料、催化材料、储氢材料;后者主要包括钨钼材料、钽铌材料、稀贵金属材料及核级稀有金属材料。作为新材料行业不可或缺的一部分,稀土功能材料及稀有金属材料近年的发展呈现出以下一些特点。

锂带挤压带

开发与应用体现高端科技

稀土家族是一组神奇的元素,它们在众多新材料中起着十分重要的作用,与现代高科技的发展关系极为密切。稀土新材料在能源、环境、信息等诸多领域发挥着不可替代的作用,主要应用形式是永磁材料、发光材料、催化材料(主要用于车用尾气净化器)、储氢材料(主要用于生产镍氢电池)。稀土永磁材料不仅应用于计算机、汽车、航空航天等行业中的各种微特电机,以及核磁共振设备、磁疗器械等需产生强间隙磁场的元器件中,而且风力发电、新能源汽车、变频家电、节能电梯、节能石油抽油机等新兴领域对高端永磁材料的需求日益增长。稀土发光材料目前已形成三大主流产品:节能灯用、显示器用以及特种光源用。

钨镍合金

难熔金属靶材

钛管

陈家作告诉记者,从某种角度讲,稀土新材料的研究开发应用水平,标志着一个国家高科技发展水平,也是一种综合国力的象征。与此观点类似,盛利认为,钛产业是以科技含量大、技术水平高、环境友好为特征,处于金属材料产业链的高端,已经成为一个国家新材料研究开发应用水平和综合国力的重要体现。

由于广泛应用于航空航天、舰船制造、海洋建筑、体育用品、生物医疗等领域,钛金属被称为“太空金属”、“海洋金属”、“智能金属”。从全球范围看,钛及钛合金已成为航空、航天飞行器的关键结构材料,并在舰船、石油、化工、能源、生物医学等领域获得了越来越广泛的应用,开发低成本和高性能新型钛合金并努力使其进入具有巨大市场潜力的民用工业领域是世界各国奋斗的方向。

全国有色金属标准化技术委员会稀有金属分标委会秘书长张江峰曾长期从事锂金属研究,他告诉记者,锂产品主要包括碳酸锂、氢氧化锂等基础锂盐,钴酸锂、镍钴锰酸锂、六氟磷酸锂等电池材料,丁基锂等金属锂衍生物,金属锂及其合金材料等,主要应用于电池、玻璃陶瓷、润滑脂、空气处理、医药、催化剂、合金等众多领域。当前,锂行业正在迎来发展高峰,尤其在储能、医药和材料领域的应用越来越广,锂电新能源汽车逐步投放市场,更给锂产业带来良好的发展环境。

稀有金属新材料主要用作功能材料和结构材料,在电子工业、化学工业、陶瓷工业、原子能工业及航空航天工业都有广泛应用。硅、铟、镓、碲、锗等稀有金属是重要的半导体材料,广泛应用于信息技术领域和新能源领域。硅晶片、锗单晶以及磷化铟、砷化铟、砷化镓、氮化镓等化合物单晶片被用于微电子领域的集成电路以及光电子领域的发光二极管LED、激光等。这些半导体单晶片被广泛用于手机芯片、雷达、光纤通信、平板电脑显示器、LED照明等各个领域。此外,在新能源领域,晶体硅太阳能电池、铜铟镓锡太阳能薄膜电池、碲化镉太阳能电池以及砷化镓聚光太阳能电池也离不开硅、铟、镓、碲等这些半导体稀有金属材料。

各种形式的“过剩”和不平衡是产业发展的必经阶段

稀土材料产业集中度低、产能过剩成为行业通病。据工信部统计数据显示,我国目前稀土冶炼分离企业99家,产能39.9万吨/年。企业数量多、产业集中度低、产能过剩、产能利用率低等,极大地影响了行业的后续健康发展。

稀土材料另一个“过剩”现象则体现在部分元素因自然储量相对较大,出现过剩。由于在目前已发现和探明的稀土自然资源中,稀土元素配分极不均匀,加之提炼萃取技术的限制,一定程度上出现了稀土元素应用不平衡的问题。如钕、铕、铽、镝、钪等含量及产量较为缺乏,成为极为“稀缺”的元素,而镧、铈、钇等则“过剩”。稀土元素应用不平衡的矛盾,影响了稀土下游市场的应用。

陈家作也认为,稀土材料行业应用环节相对于生产环节更为薄弱。以激光产业为例,国内企业以生产物质材料和相关器件为主,而国外企业则以生产激光应用产品为主,“我们只能位居整个激光产业的前端,在一定程度上制约了稀土产品附加值的提高。”

钽铌和钛材行业均呈现“低端产品过剩”特点。据介绍,我国虽已具备钽金属及合金制品、铌金属及合金制品的生产能力,并成为钽铌材料生产大国,但国内钽铌冶炼加工企业工业产品高端品种偏少、初级产品居多、档次偏低、技术含量不高,和国际先进水平相比,不论从规模、技术以及创新上均存在一定差距。

而“我国钛加工材中低端产品严重过剩,但高技术含量的深加工产品却远远不能满足需求”已成为行业共识,如薄板和焊管目前仍为净进口,优质大型钛合金锻棒在我国还属于空白。不过,在盛利看来,钛产业的过剩是相对的而不是绝对的。他举了个例子,五年前国内一个氯碱项目需要钛材,有3个供应商竞争,而现在有15个供应商,在外界看来好像过剩了。但换个思路想,也就是新增加的12家企业五年来都盯着同一市场,没有开拓新领域。盛利说,现在国内钛的应用50%以上依然集中在化工、氯碱领域,广泛的民用市场领域还没有被开拓。而钛金属应用于民用领域具有替代不锈钢等金属的巨大优势,用它制作生活用品如水龙头、锅具、器皿等,都将带给人类全新的健康生活。“如果全中国每一户家庭用上1公斤钛,我们现在钛的产量将远远不能满足需要。”

至于锂行业出现产能过剩问题,却恰恰因为它是朝阳行业,且正在迎来发展高峰。随着传统能源的枯竭和新能源动力汽车的快速发展,目前,全国各地都出台了相关政策,鼓励企业在当地投资建设锂相关企业,大大小小的锂及锂电企业如雨后春笋般涌现。由于各地企业的技术、资金、人才等实力良莠不齐,导致市场鱼龙混杂,秩序混乱,造成重复建设和产能过剩。要解决这一问题,张江峰建议,一是地方政府因地制宜引导本地锂产业的开发;二是发挥锂行业重点新材料企业的支撑和引领作用,鼓励实力相对雄厚的企业通过强强联合、兼并重组,加快培育一批具有一定规模、比较优势突出、掌握核心技术的锂行业新材料企业。

世纪证券分析师顾静认为,锂电池材料将是新材料的热点,未来锂电池市场规模增速较快。锂电池产业链包含四大材料:正极材料、负极材料、电解液和隔膜。在锂电池材料成本中,正极材料占44%,负极材料占10%,隔膜占14%,电解液占7%。顾静分析,目前电解液名义产能严重过剩,但是能进入下游主要客户供应链的实际产量相对集中,其中六氟磷酸锂是生产锂电池电解液的核心原料,占生产成本的50%~70%,未来价格有望走低。在隔膜板块中,锂电池隔膜国产化率为55%,目前行业低端产品产能已出现过剩,高端产品生产技术壁垒高,进口替代空间大。

相比较而言,近年来发展最快的是钨钼材料,但与世界先进水平相比,我国钨钼加工产业还存在着相当大的差距,大部分企业装备仍较为粗糙、落后。

锆合金是重要的核电机组堆芯结构材料,但我国现役核电机组堆芯结构使用的绝大部分锆合金材料仍然需要进口。同样,核工业中银铟镉材料受限于我国熔炼、热处理、精整和成型技术及设备的制约,目前也大多采用进口。

小产业有大前途,新能源产业带动新材料发展

发展新能源是我国优化能源结构、降低大气污染的重要举措。分析人士认为,能源结构优化有望催生油气、风电、光伏及核电领域投资,特种管材、磁性材料、光学锗元件、核级锆等稀有金属、新材料有望受益。节能减排有望催生新能源汽车、汽车轻量化、汽车尾气催化以及高铁、城轨等领域投资,工业铝型材、汽车尾气催化剂、锂电池材料有望受益。

该观点在中国有色金属工业协会钴业分会秘书长徐爱东的预测中也得到了印证。她在“2014(首届)新能源材料高峰论坛”的报告中指出,未来全球钴消费量的增加主要依靠动力汽车电池的增加。徐爱东分析,未来储氢合金的增长空间主要来自三个方面:HEV动力镍氢电池用高功率的储氢材料;低自放电镍氢电池用RE-Mg-Ni系储氢电池;替代镍镉电池为目标的低成本储氢材料。“这三个方面将对储氢合金的需求量达到3万吨以上,是现在储氢合金产销量的3倍,届时对镍、钴和稀土原料的需求都会相应增加。”

与此同时,国核宝钛锆业股份有限公司副总经理、总工程师袁改焕在“2014(首届)新能源材料高峰论坛”作报告时指出,核电兴起为我国锆产业带来发展机遇。他说,我国已经认识到核级锆材问题是我国核电发展的瓶颈,因此在三代核电招标之初,国家就明确了“包括核级锆材技术在内的整套燃料技术作为招标的重要条件且具有招标条件否决权”的策略。技术转让经过了美国国防部、商务部、能源部和外交部的联合批准,是整个三代核电技术转让过程中政府干预最多、进程最慢、条件最苛刻、价格最高、方式最特殊但价值和意义最大的一个环节。国家在AP1000核电设备自主化实施意见中明确将核级锆材作为AP1000核电依托项目设备自主化的重点之一。

钽铌合金材

稀土材料问世普遍较晚,随着技术进步、生产成本降低,获得了繁荣。在现今的技术条件下,只要稀土价格保持在合理水平,大多都可以形成对其他材料的替代。陈家作认为,未来发展应立足于国内优势稀土资源,注重自主研发及海外引进,着力于突破稀土材料生产及应用的关键技术及装备瓶颈。重点关注的领域包括汽车尾气净化催化剂、稀土特种陶瓷、钐铁氮磁性材料、超磁致伸缩材料、磁制冷材料、涂层材料、稀土镁/铝合金、钪材料等领域。同时他也指出,稀土性质优异,是材料开发的宝库,是各国竞相占据的战略高地。全球范围内,我国拥有最具优势的稀土矿产资源及先进的冶炼分离技术,为我国稀土材料发展提供了不可复制的优势。我国应在现有产业基础的条件上继续完善应用体系,也要密切关注全球研发的前沿领域,有针对性地加大研发人力、物力和财力,使我国早日由稀土大国向稀土强国转变。

包钢稀土有关人士认为,战略性新兴产业的发展都难以离开稀土。服务于节能环保和新能源产业的稀土功能性材料,其重要性已经达成共识。据权威人士透露,在《新材料十二五规划》推出后的5年内,科技部将划拨总额3.5亿元的扶持资金,用于重点支持稀土材料在稀土永磁、催化、储氢等高性能稀土功能材料和稀土资源高效率综合利用技术四个领域的应用研发。另据工信部知情人士近日透露,工信部拟对新材料采取重大专项的扶持方式,建立新材料风险补偿机制,完善财税、金融、保险等综合配套政策。其中,碳纤维、稀土、耐高温金属材料,有望获得国家的重点政策支持。

钛产业虽然是个小产业,但它与钢铁产业有亲缘关系,钢铁产业的发展也预示着钛产业的未来。盛利认为,钛产业未来将重现钢铁产业的发展模式,从现在纷乱的“战国”时代走向“春秋”时代。也就是说,现在从事材料对外委托加工的中小型企业,其加工成本将不断提高,专业化能力和市场认知度将不断缩小。最终,产业将形成以少数几个大型企业集团为核心的材料生产加工企业和与之相配套的众多销售企业及深加工产品企业。盛利预言,“未来五年将是这种模式的逐步形成期。”

另据专家介绍,飞机国产化将开启高端钛材市场。随着我国大飞机战略的推进,商用飞机进入国产化阶段,保守计算,仅商用飞机用钛领域未来规模就将达到7.2~18万吨。军用飞机领域,优越的飞机性能对于发动机和机身材料的要求更高,钛合金和复合材料的使用比率也更高。目前我国批量生产的军用飞机机体和发动机用钛质量合计占比达到25%,而美国F-22战斗机钛合金占比甚至高达41%。

锂由于具有独特的性质,在储能、润滑脂、医药等方面的应用越来越广。另外,锂的产量也逐年增加。锂化合物品种多,并且每年都有新的锂产品问世。张江峰建议,相关企业应以市场需求为导向,加快新产品研发速度。同时,继续加强与有关科研机构和大学的合作,加快技术研发的进度。通过持续加强技术研发,推动产品结构转型升级,快速推出满足市场需求的新产品。

稀有金属包括的元素和产品很多,总体发展趋势是要提高产品性能和精深加工工艺水平,满足相关领域的需求。《新材料十二五规划》指出,“十二五”期间将充分发挥我国稀有金属资源优势,提高产业竞争力。积极发展高纯稀有金属及靶材,大规格钼电极、高品质钼丝、高精度钨窄带、钨钼大型板材和制件、高纯铼及合金制品等高技术含量深加工材料。加快促进超细纳米晶、特粗晶粒等高性能硬质合金产业化,提高原子能级锆材和银铟镉控制棒、高比容钽粉、高效贵金属催化材料发展水平。按照《新材料十二五规划》提出的发展目标,“十二五”是稀有金属材料快速发展的时期,在重要技术上都需要有突破性进展。

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