四氧化三锰应用发展探讨

2019-01-11丁晓锋王军委陈思学王以存马金保

中国锰业 2019年1期

丁晓锋，王军委，陈思学，杨洋，王以存，马金保

(中钢集团安徽天源科技股份有限公司，安徽马鞍山 241000)

1 四氧化三锰应用

四氧化三锰是锰锌软磁铁氧体材料的主要原材料之一，约占软磁铁氧体材料的25%。目前，中国企业生产四氧化三锰基本上都是采用电解金属锰粉悬浮液催化氧化法，该方法主要以电解金属锰为原料，先将电解金属锰片粉粹制成一定浓度的悬浮液，加入催化剂，再通入空气氧化制备四氧化三锰。该方法的基本工艺流程为：电解金属锰片→制粉(干法、湿法)→配制一定浓度悬浮液→催化氧化→洗涤→干燥→成品。这种方法具有工艺简单、操作方便、产量大、锰回收率高和污染小等优点。

1.1 锰锌软磁铁氧体应用领域

目前，四氧化三锰主要应用于锰锌软磁铁氧体领域，下面将从锰锌软磁铁氧体市场情况、锰锌软磁铁氧体生产技术现状、市场预测几个方面进行简述。

1.1.1 软磁铁氧体市场情况

软磁铁氧体材料在高频具有一定的磁导率、饱和磁感应强度和居里温度等优良磁性能，除此之外最主要还具有的高电阻率特性，使得锰锌铁氧体具有了在弱场高频技术领域的独特优势。软磁铁氧体材料制成的器件广泛应用于家电、计算机、监视器、程控交换机、无线和有线通讯、雷达、导航及各种工业自动化设备中，可以说在现代化的工业、农业、军事和科技等领域，以及各个家庭都有软磁铁氧体的足迹。

我国软磁铁氧体材料产量在近30多年间平均每5年翻一番，现已成为全世界软磁铁氧体材料生产产量和市场需求量增长最快的国家，年增长率长期保持在14%～21%范围，年产量约占全球产量的62%[1]。

据不完全统计，中国从事软磁铁氧体材料的生产企业大约310家，主要上市企业有浙江天通控股股份有限公司、横店集团东磁股份有限公司、广东风华高新科技股份有限公司、广东江粉磁材股份有限公司、金瑞新材料科技股份有限公司、北京七星飞行电子有限公司。涉及软磁铁氧体粉料的上市公司有宝钢股份、武钢股份、邯钢股份、首钢、莱钢等。软磁铁氧体产能超过40万t，大多数企业生产规模小，多数企业年产能在500～1 000 t，年产能在1 000 t以上的企业约80家，年产能在3 000 t以上的企业约40家，只有少数几家企业产能超过10 000 t。产值前十名的企业有浙江天通控股股份有限公司、横店集团东磁股份有限公司、广东江粉磁材股份有限公司、海宁联丰磁业有限公司、广东风华高新科技股份有限公司、绵阳开元磁性材料有限公司、成都恒力磁材材料有限责任公司、南京金宁三环富士电气有限公司、南京新康达磁业股份有限公司等(在大陆的日资企业TDK、台资企业越峰电子等未计入)。

软磁铁氧体材料属于技术和资本密集型行业，市场需求主要来自于中、东、南部地区。全国软磁铁氧体材料企业重要集中在浙江省、江苏省、广东省和四川省，截止2016年底，这4个地区的规模企业占全部规模企业的70%以上。

1.1.2 软磁铁氧体生产技术现状

目前，国内大批量生产软磁铁氧体的技术质量水平并不高，功率铁氧体的性能相当于日本TDK公司产品的PC44、PC47牌号；高磁导率铁氧体的磁导率约在7 000～15 000之间；少数企业能批量稳定生产PC44牌号铁氧体和磁导率在10 000以上高磁导率铁氧体。国内软磁铁氧体企业产品均以龙头企业TDK产品标准为标准，积极跟踪国外先进技术，在材料生产技术水平上向TDK靠齐，如东磁的DMR50、天通TP5、海宁联丰NH2D材料等都与TDK公司PC50相当。从国内生产产品性能水平来看，中国软磁铁氧体中低档产品占据国内外市场70%以上，高档产品逐渐形成竞争力，2009年40%的企业开始进行产品结构调整，异型、小尺寸、扁平化产品迅速增加。PC44以上性能功率软磁铁氧体，2007年在国内总产量中约占10%，2011年迅速增加到30%以上。在提高产品档次、调整产品结构的同时，国内企业在高档产品研发上也下足了功夫。在高频、低功耗锰锌铁氧体材料方面，南京新康达磁业公司(NCD)为了满足汽车电子和其他功率转换领域对高频化功率磁性器件的需求，开发了500 kHz～1 MHz高频锰锌铁氧体LP5材料，该材料达到了EPCOS公司N49水平；天通公司开发了使用频率1～3 MHz的超高频低损耗锰锌铁氧体TP5B材料，其性能与3F4接近；东磁公司开发出高频锰锌铁氧体DMR50材料。应用于汽车电子的高端软磁铁氧体材料的工作环境十分恶劣，因而对产品的温度性能提出严格要求，为满足市场对宽温低功耗铁氧体的需求，TDK开发出了PC95材料；日本JFE开发的MBT3材料，其功耗温度特性已经优于TDK的PC95材料；南京新康达开发出了NCD-LP9材料，具有与PC95相接近的水平；东磁公司开发了DMR95材料，其性能接近PC95材料性能，南京金宁三环FDK、广东乳源东阳光等公司均先后开发出了接近PC95性能的材料。

1.1.3 市场预测

近年来，移动通信、光纤通信、EMC、数字电视、新型照明灯具、新能源车及轨道交通、新能源、无线充电等领域发展很快，为软磁铁氧体的应用开辟了广阔的市场。乐观估计在未来5年，国际市场上软磁铁氧体可保持年均6%～12%的增长水平，2017年的软磁铁氧体产量约36万t。

1.2 四氧化三锰新应用领域

四氧化三锰主要用途为生产锰锌铁氧体基础原材料，近几年也逐步拓展到其他应用领域如颜料、热敏电阻、石油钻井泥浆增重剂、锰酸锂电池行业等，展现出了未来发展趋势。

1.2.1 颜料行业

该行业比较特殊，主要是颜料厂家开发出或生产批量颜料时，依订单需求量采购适合原材料，四氧化三锰企业很难主动进入该行业。

1.2.2 电阻行业

热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。该行业对四氧化三锰的总需求量约为每年1 000～1 500 t，但高端市场被国外四氧化三锰占领，低端市场被价格低廉的二氧化锰替代。

1.2.3 石油钻井泥浆增重剂

石油钻井过程中，运用的泥浆增重剂是必不可少辅助材料，钻井过程中将钻头不时决裂的岩石颗粒悬浮起来，随泥浆返回到地上，使得钻井持续进行；出现井喷先兆时，运用较大比重的泥浆可以压井防止井喷(其压强与地层压力起到平衡结果)；进入目的层时，可以用轻泥浆轮回，以防止将目的层的裂隙堵塞，为压裂增产作预备。该行业使用四氧化三锰对化学指标要求不高，主要是对物理指标松装比重要求较高，属于比较特殊的四氧化三锰细分市场。

1.2.4 锰酸锂行业

锰酸锂电池是指正极使用锰酸锂材料的电池，其标称电压达到3.7 V，以成本低，安全性好被广泛使用[2-3]。生产锰酸锂的厂家多达90多家，比较著名的有青岛新正锂业有限公司，中信国安盟固利，深圳市源源新材料科技有限公司，深圳市振华新材料股份有限公司，湖南瑞翔新材料股份有限公司，湖南杉杉新材料有限公司，临沂杰能新能源材料有限公司，云南玉溪汇龙科技有限公司，广州鸿森材料有限公司。这些公司基本上占了70%以上的市场[4]。据统计，2017年锰酸锂电池正极材料锰酸锂市场需求约为2万t，目前生产锰酸锂正极材料的锰源主要是电解二氧化锰，市场需求约为1.6万t[5]。因使用四氧化三锰取代电解二氧化锰更具性能优势，所以使用四氧化三锰取代电解二氧化锰的试验正如火如荼进行，多数企业完成了实验室和半工业化试验。

2 四氧化三锰发展方向

依据软磁铁氧体发展趋势、规律，结合四氧化三锰新应用领域分析，四氧化三锰具有如下发展方向。

1) 锰锌软磁铁氧体行业

由于移动通信、光纤通信、EMC、数字电视、新型照明灯具、新能源车及轨道交通、新能源、无线充电等领域等新型产业的发展，加上家电产业和计算机、传真机、程控交换机等工业的发展长盛不衰，软磁铁氧体应用范围及市场需求保持高速增长。四氧化三锰作为软磁铁氧体主要原材料之一，高速发展的软磁铁氧体行业将带动四氧化三锰行业的发展，四氧化三锰行业将具有广阔的发展空间。

2) 电阻行业

近几年国内电阻行业正紧锣密鼓的提升产品性能，而四氧化三锰恰恰具备了一定的条件来提升电阻材料性能，很多电阻厂家处于试验或半工业化试验阶段，待条件成熟，国内四氧化三锰将全面取代进口四氧化三锰，引领电阻企业使用四氧化三锰取代二氧化锰，扩展电阻行业用四氧化三锰市场空间。

3) 石油钻井泥浆增重剂

石油钻井泥浆增重剂对松装比重的要求较高，目前国内尚处于开发阶段，四氧化三锰企业如能抓住该时机，积极推进四氧化三锰在增重剂领域使用的开发，将赢取该市场先机。

4) 锰酸锂行业

在锰酸锂行业，多数企业正在进行用四氧化三锰取代电解二氧化锰以生产更具性能优势和价格竞争力锰酸锂产品的试验，四氧化三锰企业利用该契机，开发出适宜锰酸锂用电池级四氧化三锰，将推动四氧化三锰行业、锰酸锂行业进行一次突破性变革，四氧化三锰也将迎来更为广阔的机遇。