許秀婷 教鎮(zhèn)渤 海國(guó)泉 楊雨 李軍麗 滕瑩雪
(遼寧科技大學(xué)鞍山 114013)
鈹是一種密度小、剛度大、熱容量高,同時(shí)具有優(yōu)異加工性能的金屬。鈹部件能在溫度發(fā)生數(shù)百度的變化時(shí),保持原來(lái)的尺寸[1-3]?;谶@些性能,金屬鈹是航天工業(yè)中制造導(dǎo)航器件的理想材料。高純氧化鈹是原子能反應(yīng)堆的中子減速劑,是良好的反射層材料[4-5]。鈹銅及其他含鈹合金是機(jī)電工業(yè)中的高彈性抗疲勞材料[6-9]。氧化鈹陶瓷在電子工業(yè)中可用作高熱導(dǎo)絕緣材料,也在高級(jí)耐火材料及航天器涂層中得到應(yīng)用[10]。可以說(shuō),開發(fā)與完善鈹系列產(chǎn)品是一個(gè)國(guó)家發(fā)展基礎(chǔ)工業(yè)和國(guó)防尖端技術(shù)的重要一環(huán),也是國(guó)家戰(zhàn)略資源利用和儲(chǔ)備的重要研究對(duì)象。
鈹?shù)V作為國(guó)家的戰(zhàn)略資源,各國(guó)對(duì)鈹?shù)V的開采和銷售都有嚴(yán)格的控制。通過(guò)總結(jié)近10年全球的鈹?shù)V產(chǎn)業(yè)狀況,展示鈹產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
全球已探明的鈹工業(yè)儲(chǔ)量為40~50萬(wàn)t鈹,遠(yuǎn)景儲(chǔ)量約70 萬(wàn)t 鈹,共計(jì)為110~120 萬(wàn)t 鈹[11-13]。自然界已發(fā)現(xiàn)的含鈹?shù)V物有50 余種,具有工業(yè)價(jià)值的礦物不足10 種,迄今僅采用綠柱石和羥硅鈹石兩種礦物生產(chǎn)鈹及其化合物。綠柱石(Beryl)的化學(xué)式為3BeO·A12O3·6SiO2,其珍品就是極為昂貴的綠寶石,主要產(chǎn)于巴西、哈薩克斯坦、印度、中國(guó)、阿根廷、贊比亞和盧旺達(dá)。一般綠柱石精礦約含BeO10%,精礦以手選為主,細(xì)粒礦物可采用浮選富集。全世界鈹精礦的生產(chǎn)能力為2~2.5 萬(wàn)t/a(不包括中國(guó)),實(shí)際年產(chǎn)量約為3600t。羥硅鈹石(Bertrandite)的化學(xué)式為4BeO·2SiO2·H2O,是美國(guó)提取鈹?shù)牧硪环N重要原料,產(chǎn)于猶他州斯波爾山(SporMountain),平均含BeO0.6%,由布拉什一威爾曼公司進(jìn)行大規(guī)模露天開采,用硫酸浸出法富集。該公司生產(chǎn)的鈹能滿足西方國(guó)家的需要,按目前的消耗量估算,該礦已探明的儲(chǔ)量可滿足21世紀(jì)的需求。
世界鈹?shù)V產(chǎn)資源豐富,除中東地區(qū)之外,世界各地都有鈹?shù)馁Y源。根據(jù)美國(guó)公布的《Bureau of Mines Minerals Yearbook(1932-1993)》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),世界鈹?shù)V資源儲(chǔ)量情況見表1。世界前三大鈹?shù)V儲(chǔ)量占有國(guó)分別為巴西、俄羅斯和印度,中國(guó)的儲(chǔ)量排在了第4位。美國(guó)的儲(chǔ)量?jī)H居世界第6位,但美國(guó)的鈹產(chǎn)品產(chǎn)量卻居世界第一位。
表1 世界鈹?shù)V資源儲(chǔ)量情況表(鈹金屬量/萬(wàn)噸)
中國(guó)鈹資源豐富,國(guó)土資源部2017年發(fā)布的《全國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量通報(bào)》顯示,中國(guó)的鈹資源主要分布在新疆、內(nèi)蒙古、云南、四川4 ?。▍^(qū))。截至2016 年底,我國(guó)鈹?shù)V查明資源儲(chǔ)量為60.08萬(wàn)t[14]。圖1中列出了幾個(gè)比較大的礦區(qū)分布圖及氧化鈹儲(chǔ)量。
雖然中國(guó)的鈹資源豐富,但鈹?shù)V的品位與國(guó)外相比偏低。國(guó)外開采的綠柱石礦床的礦石BeO含量都在0.1%以上,而中國(guó)基本在0.1%以下,最高不超過(guò)0.091%。制約中國(guó)鈹?shù)V的生產(chǎn)的主要因素有2個(gè)方面:一是浮選技術(shù),二是冶煉水平。目前可生產(chǎn)鈹精礦的選礦廠僅有水口山六廠一家,每年可生產(chǎn)鈹精礦1500t左右,新疆有色集團(tuán)公司在2015年開始可提供鈹精礦。因此,中國(guó)即使有大量的鈹?shù)V資源,但由于選礦技術(shù)問(wèn)題并沒有大規(guī)模的利用,中國(guó)的鈹冶煉企業(yè)所用的鈹精礦大部分從國(guó)外進(jìn)口。
圖1 中國(guó)主要鈹?shù)V分布圖
新探明的新疆白楊河地區(qū)鈹?shù)V礦區(qū)面積為13平方公里,為亞洲最大的羥硅鈹石型鈹?shù)V床,礦床平均品位0.1391%,平均厚度為4.58 米,氧化鈹?shù)V體連續(xù)性好,工業(yè)礦帶延伸穩(wěn)定。目前,礦區(qū)現(xiàn)已建成年處理礦石量80000噸的礦山,主要從事開發(fā)白楊河地區(qū)的鈹?shù)V資源開發(fā)。投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)后,生產(chǎn)出的氧化鈹可直接在新疆或中國(guó)內(nèi)地銷售,目前已與新疆恒盛鈹業(yè)、湖南水口山有色集團(tuán)達(dá)成意向性協(xié)議。然而,我國(guó)目前掌握的鈹?shù)V冶煉技術(shù)主要針對(duì)的是綠柱石,對(duì)羥硅鈹石型鈹?shù)V的冶煉技術(shù)掌握較少,只有通過(guò)一段時(shí)間掌握了羥硅鈹石型鈹?shù)V冶煉工藝,白楊河地區(qū)鈹?shù)V資源才能被大規(guī)模的開采和利用。
美國(guó)鈹?shù)膬?chǔ)量主要集中在猶他州的Spor Moun?tain,是目前世界最大的鈹?shù)V石產(chǎn)地,羥硅石的儲(chǔ)量占世界首位,以目前的產(chǎn)量計(jì)算,其儲(chǔ)量可維持未來(lái)70年的生產(chǎn);巴西是鈹資源大國(guó),含綠柱石的偉晶巖廣泛發(fā)育與巴伊亞州、塞阿臘州、米納斯吉拉斯州,巴西所生產(chǎn)的綠柱石精礦50%以上銷往美國(guó),是西方國(guó)家最主要的綠柱石提供國(guó),90 年代初期冷戰(zhàn)結(jié)束,用于防御的金屬鈹?shù)男枨罅肯陆?,?dǎo)致美國(guó)Brush Wellman 公司不再?gòu)陌臀鬟M(jìn)口綠柱石,使巴西精鈹?shù)V生產(chǎn)嚴(yán)重下跌;俄羅斯的大部分鈹?shù)V石分布在科拉半島、烏拉爾山脈、Transbakyl 和西伯利亞,1997年后俄羅斯各采礦公司停止了鈹?shù)V石的開采生產(chǎn);哈薩克斯坦的東部地區(qū)有兩個(gè)鈹?shù)V山,1993年其鈹精礦停止了生產(chǎn);加拿大不生產(chǎn)鈹,但是Highwood資源公司計(jì)劃開發(fā)托爾(Thor)湖羥硅鈹石礦;中國(guó)的鈹?shù)V資源主要在新疆,20世紀(jì)90年代后期先后宣布暫時(shí)閉坑或停產(chǎn),具體情況見表2。從全世界范圍來(lái)看,雖然鈹?shù)V資源豐富,但隨著各大鈹?shù)V公司的相繼閉坑,只有美國(guó)猶他州的Spor Mountain 還在進(jìn)行著大量的開采。
全球已查證鈹金屬資源量超過(guò)10萬(wàn)[15],目前,美國(guó)是全世界鈹元素最大的生產(chǎn)基地。其鈹?shù)V產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量(2019 年)的66%,其余27%的產(chǎn)量來(lái)自于中國(guó),6%的產(chǎn)量來(lái)自莫桑比克,1%來(lái)自巴西。
表2 世界主要鈹?shù)V山情況表
雖然許多國(guó)家都有鈹?shù)V資源,但真正進(jìn)行鈹?shù)V開采的國(guó)家并不多。主要原因可以總結(jié)為以下幾點(diǎn):
(1)許多國(guó)家的鈹?shù)V是綠柱石(綠寶石),綠柱石在自然界中多與其他礦石共存,一般作為開采偉晶巖礦物(長(zhǎng)石、云母、鋰輝石、鉭鈮礦等)的副產(chǎn)品回收,用手選法將其選出,通常300-400 噸巖礦才能選出1t含BeO10%-12%的綠柱石,回收率僅約30%。
圖2 世界主要鈹?shù)V產(chǎn)量
(2)優(yōu)質(zhì)的綠柱石就是我們說(shuō)所的價(jià)值昂貴的綠寶石,品位較好的綠柱石礦一般用來(lái)開采寶石級(jí)的綠柱石,而品位低的貧礦又很難浮選[16-18]。因此,開采綠柱石生產(chǎn)精鈹?shù)V的國(guó)家并不多。
(3)全球鈹?shù)纳a(chǎn)企業(yè)很少,僅有美國(guó)的Brush Wellman 公司、哈薩克斯坦的德烏爾巴冶金廠(UMP)、日本NGK 公司和中國(guó)的2 家公司。這些公司對(duì)原料的采購(gòu)數(shù)量和采購(gòu)?fù)緩經(jīng)Q定了各國(guó)鈹?shù)V的開采規(guī)模和地域。還有各國(guó)對(duì)資源的保護(hù)政策和各國(guó)之間的政治原因?qū)е铝蒜數(shù)V的開采相對(duì)集中。
因此,鈹?shù)V的開采在全球范圍內(nèi)僅集中在幾個(gè)主要的國(guó)家,礦石的特點(diǎn)、冶煉技術(shù)的水平和政府的決策成為制約鈹?shù)V開采的主要因素。
圖3 2010-2019年全球鈹產(chǎn)量情況
全球鈹資源豐富但分布較集中,其中60%集中在美國(guó),其他鈹資源較豐富的國(guó)家有巴西、俄羅斯、哈薩克斯坦、印度和中國(guó)。另外,非洲的馬達(dá)加斯加、莫桑比克、尼日利亞、贊比亞以及盧旺達(dá)也是重要的鈹生產(chǎn)國(guó)[19]。
從近幾年的數(shù)據(jù)來(lái)看,鈹?shù)漠a(chǎn)量是震蕩上行的,從2010年開始,中國(guó)的鈹產(chǎn)品開始小幅上漲,這是由于日本等發(fā)達(dá)國(guó)家將加工廠轉(zhuǎn)移至中國(guó),加之本地工廠的勢(shì)力也開始增強(qiáng),因此,增加了對(duì)鈹?shù)男枨蟆?/p>
美國(guó)是鈹?shù)纳a(chǎn)大國(guó),也是鈹?shù)南M(fèi)大國(guó)。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)計(jì),美國(guó)在2015 年消費(fèi)的鈹產(chǎn)品達(dá)268t。根據(jù)產(chǎn)品銷售收入統(tǒng)計(jì),表3列出了美國(guó)的268t鈹產(chǎn)品的消費(fèi)領(lǐng)域:
鈹消費(fèi)的最大領(lǐng)域?yàn)殁斻~合金,80%以上的氫氧化鈹用于生產(chǎn)鈹銅母合金(鈹含量4%)[20]。受降低汽車排放物要求的推動(dòng),鈹銅合金在汽車電氣和電子市場(chǎng)上的新應(yīng)用也在大力開發(fā),未來(lái)汽車行業(yè)將是鈹銅合金的主要領(lǐng)域。中國(guó)目前國(guó)產(chǎn)汽車的生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大化,生產(chǎn)商不斷增加汽車新功能的開發(fā),預(yù)計(jì)未來(lái),中國(guó)的鈹消費(fèi)將隨著汽車產(chǎn)量的不斷增加而大規(guī)模增加。
表3 美國(guó)鈹消費(fèi)情況
在價(jià)格方面,根據(jù)美國(guó)的進(jìn)口總量和消費(fèi)價(jià)格(鈹含量4%)換算,2005-2012 年,鈹價(jià)年均增長(zhǎng)10%,結(jié)果見圖4:
圖4 美國(guó)鈹消費(fèi)價(jià)格情況(以4%鈹含量估算)
在中國(guó),據(jù)上海交易所鈹現(xiàn)貨行情統(tǒng)計(jì),99%的鈹金屬價(jià)格在5500-6000元/Kg 之間(2020年),換算成美元就是374~408美元/磅之間,見表4:
表4 中國(guó)鈹價(jià)格情況
從中國(guó)的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),鈹?shù)V和金屬鈹?shù)膬r(jià)格在近3 年并沒有太大的漲幅。單從金屬鈹?shù)膬r(jià)格來(lái)看,中國(guó)的金屬鈹價(jià)格近3年的走勢(shì)與美國(guó)的價(jià)格走勢(shì)基本一致。中國(guó)的鈹產(chǎn)品是政府資源,美國(guó)認(rèn)為中國(guó)的實(shí)際產(chǎn)量要比官方發(fā)布的高,據(jù)統(tǒng)計(jì)應(yīng)該大于60噸/年。綜合上面的數(shù)據(jù),鈹?shù)膬r(jià)格和產(chǎn)量是成正比關(guān)系,呈逐年上升的趨勢(shì),波動(dòng)主要受美國(guó)政府政策的影響;對(duì)于中國(guó)而言,由于中國(guó)的鈹產(chǎn)量并不多,生產(chǎn)的產(chǎn)品基本用于國(guó)內(nèi)需求,產(chǎn)量和價(jià)格基本未受到國(guó)際影響。
據(jù)全球工業(yè)分析公司(GIA)預(yù)測(cè),中國(guó)對(duì)鈹?shù)男枨罅繉⒁?%的年增長(zhǎng)率遞增,2020 年、2025 年和2030 年,中國(guó)鈹?shù)男枨罅糠謩e為91t、128t 和180t[21]。特別是來(lái)自于電子設(shè)備/計(jì)算機(jī)和正在起步階段的汽車電子市場(chǎng)的持續(xù)需求,將推動(dòng)鈹?shù)木薮笫找妗b斒袌?chǎng)主要得力于亞洲和拉丁美洲市場(chǎng)的迅速發(fā)展。
鈹市場(chǎng)最新研究報(bào)告指出:北美和歐洲共同代表著兩個(gè)最大的鈹消費(fèi)者,他們占據(jù)著全球市場(chǎng)的最大份額。在過(guò)去的幾年中,鈹在通信設(shè)備中的應(yīng)用來(lái)自鈹銅合金在機(jī)動(dòng)車輛的電子和信號(hào)配置中的大量使用。在通信設(shè)備/電腦基礎(chǔ)設(shè)施(例如:交換機(jī)、路由器;固定的、無(wú)線的和光傳輸設(shè)備;存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)服務(wù)器及其他設(shè)施)中,鈹使用量的增長(zhǎng)堅(jiān)實(shí)地確立了它在這個(gè)最大單一終端應(yīng)用市場(chǎng)的地位。因此,鈹會(huì)因?yàn)樗鼉?yōu)異的金屬特性,使其在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用尚無(wú)其他替代材料[22],仍然占據(jù)著國(guó)家戰(zhàn)略物資的地位,鈹也會(huì)因?yàn)槠鋺?yīng)用范圍的不斷開發(fā)而擁有更多更大的市場(chǎng)。