四氧化三錳應用發(fā)展探討

丁曉鋒，王軍委，陳思學，楊 洋，王以存，馬金保

(中鋼集團 安徽天源科技股份有限公司，安徽 馬鞍山 241000)

1 四氧化三錳應用

四氧化三錳是錳鋅軟磁鐵氧體材料的主要原材料之一，約占軟磁鐵氧體材料的25%。目前，中國企業(yè)生產(chǎn)四氧化三錳基本上都是采用電解金屬錳粉懸浮液催化氧化法，該方法主要以電解金屬錳為原料，先將電解金屬錳片粉粹制成一定濃度的懸浮液，加入催化劑，再通入空氣氧化制備四氧化三錳。該方法的基本工藝流程為：電解金屬錳片→制粉(干法、濕法)→配制一定濃度懸浮液→催化氧化→洗滌→干燥→成品。這種方法具有工藝簡單、操作方便、產(chǎn)量大、錳回收率高和污染小等優(yōu)點。

1.1 錳鋅軟磁鐵氧體應用領域

目前，四氧化三錳主要應用于錳鋅軟磁鐵氧體領域，下面將從錳鋅軟磁鐵氧體市場情況、錳鋅軟磁鐵氧體生產(chǎn)技術現(xiàn)狀、市場預測幾個方面進行簡述。

1.1.1 軟磁鐵氧體市場情況

軟磁鐵氧體材料在高頻具有一定的磁導率、飽和磁感應強度和居里溫度等優(yōu)良磁性能，除此之外最主要還具有的高電阻率特性，使得錳鋅鐵氧體具有了在弱場高頻技術領域的獨特優(yōu)勢。軟磁鐵氧體材料制成的器件廣泛應用于家電、計算機、監(jiān)視器、程控交換機、無線和有線通訊、雷達、導航及各種工業(yè)自動化設備中，可以說在現(xiàn)代化的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事和科技等領域，以及各個家庭都有軟磁鐵氧體的足跡。

我國軟磁鐵氧體材料產(chǎn)量在近30多年間平均每5年翻一番，現(xiàn)已成為全世界軟磁鐵氧體材料生產(chǎn)產(chǎn)量和市場需求量增長最快的國家，年增長率長期保持在14%～21%范圍，年產(chǎn)量約占全球產(chǎn)量的62%[1]。

據(jù)不完全統(tǒng)計，中國從事軟磁鐵氧體材料的生產(chǎn)企業(yè)大約310家，主要上市企業(yè)有浙江天通控股股份有限公司、橫店集團東磁股份有限公司、廣東風華高新科技股份有限公司、廣東江粉磁材股份有限公司、金瑞新材料科技股份有限公司、北京七星飛行電子有限公司。涉及軟磁鐵氧體粉料的上市公司有寶鋼股份、武鋼股份、邯鋼股份、首鋼、萊鋼等。軟磁鐵氧體產(chǎn)能超過40萬t，大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，多數(shù)企業(yè)年產(chǎn)能在500～1 000 t，年產(chǎn)能在1 000 t以上的企業(yè)約80家，年產(chǎn)能在3 000 t以上的企業(yè)約40家，只有少數(shù)幾家企業(yè)產(chǎn)能超過10 000 t。產(chǎn)值前十名的企業(yè)有浙江天通控股股份有限公司、橫店集團東磁股份有限公司、廣東江粉磁材股份有限公司、海寧聯(lián)豐磁業(yè)有限公司、廣東風華高新科技股份有限公司、綿陽開元磁性材料有限公司、成都恒力磁材材料有限責任公司、南京金寧三環(huán)富士電氣有限公司、南京新康達磁業(yè)股份有限公司等(在大陸的日資企業(yè)TDK、臺資企業(yè)越峰電子等未計入)。

軟磁鐵氧體材料屬于技術和資本密集型行業(yè)，市場需求主要來自于中、東、南部地區(qū)。全國軟磁鐵氧體材料企業(yè)重要集中在浙江省、江蘇省、廣東省和四川省，截止2016年底，這4個地區(qū)的規(guī)模企業(yè)占全部規(guī)模企業(yè)的70%以上。

1.1.2 軟磁鐵氧體生產(chǎn)技術現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)大批量生產(chǎn)軟磁鐵氧體的技術質(zhì)量水平并不高，功率鐵氧體的性能相當于日本TDK公司產(chǎn)品的PC44、PC47牌號；高磁導率鐵氧體的磁導率約在7 000～15 000之間；少數(shù)企業(yè)能批量穩(wěn)定生產(chǎn)PC44牌號鐵氧體和磁導率在10 000以上高磁導率鐵氧體。國內(nèi)軟磁鐵氧體企業(yè)產(chǎn)品均以龍頭企業(yè)TDK產(chǎn)品標準為標準，積極跟蹤國外先進技術，在材料生產(chǎn)技術水平上向TDK靠齊，如東磁的DMR50、天通TP5、海寧聯(lián)豐NH2D材料等都與TDK公司PC50相當。從國內(nèi)生產(chǎn)產(chǎn)品性能水平來看，中國軟磁鐵氧體中低檔產(chǎn)品占據(jù)國內(nèi)外市場70%以上，高檔產(chǎn)品逐漸形成競爭力，2009年40%的企業(yè)開始進行產(chǎn)品結構調(diào)整，異型、小尺寸、扁平化產(chǎn)品迅速增加。PC44以上性能功率軟磁鐵氧體，2007年在國內(nèi)總產(chǎn)量中約占10%，2011年迅速增加到30%以上。在提高產(chǎn)品檔次、調(diào)整產(chǎn)品結構的同時，國內(nèi)企業(yè)在高檔產(chǎn)品研發(fā)上也下足了功夫。在高頻、低功耗錳鋅鐵氧體材料方面，南京新康達磁業(yè)公司(NCD)為了滿足汽車電子和其他功率轉(zhuǎn)換領域?qū)Ω哳l化功率磁性器件的需求，開發(fā)了500 kHz～1 MHz高頻錳鋅鐵氧體LP5材料，該材料達到了EPCOS公司N49水平；天通公司開發(fā)了使用頻率1～3 MHz的超高頻低損耗錳鋅鐵氧體TP5B材料，其性能與3F4接近；東磁公司開發(fā)出高頻錳鋅鐵氧體DMR50材料。應用于汽車電子的高端軟磁鐵氧體材料的工作環(huán)境十分惡劣，因而對產(chǎn)品的溫度性能提出嚴格要求，為滿足市場對寬溫低功耗鐵氧體的需求，TDK開發(fā)出了PC95材料；日本JFE開發(fā)的MBT3材料，其功耗溫度特性已經(jīng)優(yōu)于TDK的PC95材料；南京新康達開發(fā)出了NCD-LP9材料，具有與PC95相接近的水平；東磁公司開發(fā)了DMR95材料，其性能接近PC95材料性能，南京金寧三環(huán)FDK、廣東乳源東陽光等公司均先后開發(fā)出了接近PC95性能的材料。

1.1.3 市場預測

近年來，移動通信、光纖通信、EMC、數(shù)字電視、新型照明燈具、新能源車及軌道交通、新能源、無線充電等領域發(fā)展很快，為軟磁鐵氧體的應用開辟了廣闊的市場。樂觀估計在未來5年，國際市場上軟磁鐵氧體可保持年均6%～12%的增長水平，2017年的軟磁鐵氧體產(chǎn)量約36萬t。

1.2 四氧化三錳新應用領域

四氧化三錳主要用途為生產(chǎn)錳鋅鐵氧體基礎原材料，近幾年也逐步拓展到其他應用領域如顏料、熱敏電阻、石油鉆井泥漿增重劑、錳酸鋰電池行業(yè)等，展現(xiàn)出了未來發(fā)展趨勢。

1.2.1 顏料行業(yè)

該行業(yè)比較特殊，主要是顏料廠家開發(fā)出或生產(chǎn)批量顏料時，依訂單需求量采購適合原材料，四氧化三錳企業(yè)很難主動進入該行業(yè)。

1.2.2 電阻行業(yè)

熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)和負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導體器件。該行業(yè)對四氧化三錳的總需求量約為每年1 000～1 500 t，但高端市場被國外四氧化三錳占領，低端市場被價格低廉的二氧化錳替代。

1.2.3 石油鉆井泥漿增重劑

石油鉆井過程中，運用的泥漿增重劑是必不可少輔助材料，鉆井過程中將鉆頭不時決裂的巖石顆粒懸浮起來，隨泥漿返回到地上，使得鉆井持續(xù)進行；出現(xiàn)井噴先兆時，運用較大比重的泥漿可以壓井防止井噴(其壓強與地層壓力起到平衡結果)；進入目的層時，可以用輕泥漿輪回，以防止將目的層的裂隙堵塞，為壓裂增產(chǎn)作預備。該行業(yè)使用四氧化三錳對化學指標要求不高，主要是對物理指標松裝比重要求較高，屬于比較特殊的四氧化三錳細分市場。

1.2.4 錳酸鋰行業(yè)

錳酸鋰電池是指正極使用錳酸鋰材料的電池，其標稱電壓達到3.7 V，以成本低，安全性好被廣泛使用[2-3]。生產(chǎn)錳酸鋰的廠家多達90多家，比較著名的有青島新正鋰業(yè)有限公司，中信國安盟固利，深圳市源源新材料科技有限公司，深圳市振華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，臨沂杰能新能源材料有限公司，云南玉溪匯龍科技有限公司，廣州鴻森材料有限公司。這些公司基本上占了70%以上的市場[4]。據(jù)統(tǒng)計，2017年錳酸鋰電池正極材料錳酸鋰市場需求約為2萬t，目前生產(chǎn)錳酸鋰正極材料的錳源主要是電解二氧化錳，市場需求約為1.6萬t[5]。因使用四氧化三錳取代電解二氧化錳更具性能優(yōu)勢，所以使用四氧化三錳取代電解二氧化錳的試驗正如火如荼進行，多數(shù)企業(yè)完成了實驗室和半工業(yè)化試驗。

2 四氧化三錳發(fā)展方向

依據(jù)軟磁鐵氧體發(fā)展趨勢、規(guī)律，結合四氧化三錳新應用領域分析，四氧化三錳具有如下發(fā)展方向。

1) 錳鋅軟磁鐵氧體行業(yè)

由于移動通信、光纖通信、EMC、數(shù)字電視、新型照明燈具、新能源車及軌道交通、新能源、無線充電等領域等新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加上家電產(chǎn)業(yè)和計算機、傳真機、程控交換機等工業(yè)的發(fā)展長盛不衰，軟磁鐵氧體應用范圍及市場需求保持高速增長。四氧化三錳作為軟磁鐵氧體主要原材料之一，高速發(fā)展的軟磁鐵氧體行業(yè)將帶動四氧化三錳行業(yè)的發(fā)展，四氧化三錳行業(yè)將具有廣闊的發(fā)展空間。

2) 電阻行業(yè)

近幾年國內(nèi)電阻行業(yè)正緊鑼密鼓的提升產(chǎn)品性能，而四氧化三錳恰恰具備了一定的條件來提升電阻材料性能，很多電阻廠家處于試驗或半工業(yè)化試驗階段，待條件成熟，國內(nèi)四氧化三錳將全面取代進口四氧化三錳，引領電阻企業(yè)使用四氧化三錳取代二氧化錳，擴展電阻行業(yè)用四氧化三錳市場空間。

3) 石油鉆井泥漿增重劑

石油鉆井泥漿增重劑對松裝比重的要求較高，目前國內(nèi)尚處于開發(fā)階段，四氧化三錳企業(yè)如能抓住該時機，積極推進四氧化三錳在增重劑領域使用的開發(fā)，將贏取該市場先機。

4) 錳酸鋰行業(yè)

在錳酸鋰行業(yè)，多數(shù)企業(yè)正在進行用四氧化三錳取代電解二氧化錳以生產(chǎn)更具性能優(yōu)勢和價格競爭力錳酸鋰產(chǎn)品的試驗，四氧化三錳企業(yè)利用該契機，開發(fā)出適宜錳酸鋰用電池級四氧化三錳，將推動四氧化三錳行業(yè)、錳酸鋰行業(yè)進行一次突破性變革，四氧化三錳也將迎來更為廣闊的機遇。

3 結 語

四氧化三錳作為錳鋅軟磁鐵氧體材料的主要原材料之一，高速發(fā)展的軟磁鐵氧體行業(yè)將帶動四氧化三錳行業(yè)進入新一輪高速發(fā)展通道。新能源電池、電阻、顏料等新應用領域的突破，將為四氧化三錳這個傳統(tǒng)行業(yè)注入新的活力。