中國鈷礦業(yè)的發(fā)展歷程

中國鈷礦業(yè)的發(fā)展歷程

一、我國的國內對地層和地質資源生產的基本現(xiàn)狀1874年，世界上真正的工業(yè)氧化礦開發(fā)始于1874年，當時新開利多尼亞的氧化礦誕生。1903年加拿大安大略北部的銀鈷礦和砷鈷礦開始生產,這使鈷的世界產量由1904年的16噸增至1909年的1553噸,1920年剛果(金)加丹加省的銅鈷礦帶開發(fā)后,鈷產量一直居世界首位,這段時期以火法生產鈷為主。此后第二次世界大戰(zhàn)前夕,芬蘭從含鈷黃鐵礦燒渣中提鈷,戰(zhàn)后送至西德氯化焙燒處理,直至1968年才建立起科科拉鈷廠,比利時、日本、法國也有較大規(guī)模的鈷精煉廠,用濕法冶煉工藝分別處理菲律賓、澳大利亞、摩洛哥、贊比亞等國的富鈷中間產物,現(xiàn)在這種濕法冶金工藝仍占主導地位。和世界相比,中國的鈷工業(yè)起步較晚,1952年江西南昌五金礦業(yè)公司用簡易鼓風爐熔煉鈷土礦產出鈷鐵。1956年按此工藝建設江西冶煉廠,產出的鈷鐵送至上海三英電冶廠(上海冶煉廠前身)處理。1954年沈陽冶煉廠用濕法煉鋅鈷渣為原料產出首批電解鈷,拉開了中國電鈷生產的序幕。1958年贛州鈷冶煉廠從當地的鈷土礦中生產出氯化鈷,由于當地鈷土礦資源分散,無法大規(guī)模開采。在國家冶金部的安排下,于1960年開始處理摩洛哥進口的砷鈷礦,這是中國進口鈷原料生產鈷的開始。1966年葫蘆島鋅廠首家建成了從鈷硫精礦中回收鈷的車間,以后南京鋼鐵廠、淄博鈷冶煉廠、湖北光化磷肥廠相繼建成煉鈷車間。甘肅金川、四川會理、吉林磐石銅鎳礦開發(fā)后,硫化銅鎳礦又成為回收鈷的重要資源。鈷在地殼中的含量為0.3%(質量),自然界已知含鈷礦物近百種,大多伴生于鎳、銅、鐵、鉛、鋅等礦物中,含量很低。剛果(金)和贊比亞是世界上最大的鈷資源國,其資源總量約占世界70%。中國號稱有47.5萬噸鈷資源,但具有開采意義的儲量僅3.9萬噸,鈷礦品位很低,其中含鈷黃鐵礦的鈷品位僅為0.02~0.09%,絕大多數為伴生資源,單獨的鈷礦床極少。長時期徘徊在年產百噸金屬鈷的水平。上世紀90年代,由于國家對這一戰(zhàn)略資源的放開,我國鈷的產量長足提升,尤其是金屬鈷粉的發(fā)展取得了驚人的進步,一批優(yōu)秀的民營企業(yè)迅速崛起,其中南京寒銳鈷業(yè)有限公司尤為突出,該公司始建于1997年,經過十幾年的錘煉,已從一個不起眼的小企業(yè),一躍成為國內金屬鈷粉唯一一家出口全球的高新技術企業(yè),金屬鈷粉產量約占國內硬質合金行業(yè)半壁江山,占世界一定份額。并于三年前在剛果(金)建立了鈷原料冶煉加工廠,目前在六合新廠區(qū)正在建設2000噸金屬鈷粉加工廠,由此成為全球工業(yè)鏈最完整的鈷粉專業(yè)生產企業(yè)。隨著國家科技成果轉化項目的落戶和超細CO3O4、鎢鈷包覆粉等新品開發(fā),該企業(yè)的國際競爭力將不斷提升。二、木材基高溫合金鈷的原子序數為27,原子量為58.9332,密排六方晶體,常見化合價為2.3。有鐵磁性,加熱到1150℃時磁性消失。在常溫下不和水作用,在空氣中加熱至300℃以上時氧化生成Co0,在白熱時燃燒成Co3O4。用氫還原法制成金屬鈷粉。鈷的主要物理性能見表1。1735年瑞典化學家布蘭特從輝鈷礦中分離出淺灰色的金屬鈷。1780年瑞典化學家伯格曼確定鈷為元素。長期以來鈷的礦物或鈷的化合物一直用作陶瓷、玻璃、琺瑯的釉料。到20世紀,鈷及其合金在電機、機械、化工、航空航天等工業(yè)部門得到廣泛的應用,消費量逐年增加。金屬鈷主要用于制取合金,鈷基合金是鈷和鎳、鉻、鐵組成一種或幾種制成的合金總稱。含鈷刀具鋼可以顯著地提高鋼的耐磨性和切削性能,含鈷50%以上的司太立硬質合金即使加熱到1000℃,也不會失去原有的硬度,如今這種硬質合金已成為金屬切削工具的最重要的材料。將這種合金熔焊在機械零件表面,可使其使用壽命提高3~7倍。航空航天技術中已大量使用鈷基合金,鈷基合金在1038℃以上時,其優(yōu)越性遠超鎳基合金,被專門用于制造高效率的高溫發(fā)電機。航空渦輪機的結構材料使用含20%~27%鉻的鈷基合金,可以不要保護覆層就能使材料達到高抗氧化性。核反應堆供熱汞作熱介質的渦輪發(fā)電機可以不檢修而連續(xù)運作一年以上。據報道美國試驗用的發(fā)電機的鍋爐就是用鈷基合金制造的。鈷是磁化一次就能保持磁性的少數金屬之一。在熱作用下,失去磁性的溫度叫做居里點,鐵的居里點為769℃,鎳為358℃,鈷可達到1150℃。含有60%鈷的磁性鋼比一般磁性鋼矯頑磁力提高2.5倍,在振動下一般磁性鋼失去差不多1/3的磁性,而鈷鋼僅失去2~3.5%的磁性,因而鈷在磁性材料上的優(yōu)勢十分顯著,這方面的開發(fā)利用也十分活躍。鈷基高溫合金是以鈷作為主要成分,含有相當數量的鎳、鉻、鎢和少量的鉬、鈮、鉭等金屬元素,它們可以制成焊絲,粉末用于硬面堆焊、熱噴涂、噴焊等工藝。也可制成鑄鍛件和粉末冶金件。鈷基高溫合金典型的牌號有:Hayness188,Hayness25(1-605)等;中國相應牌號有:GH5188(GH188),GH159,GH605,K640,DZ40M等,鈷基高溫合金在20世紀30年代末期,由于活塞式航空發(fā)動機用渦輪增壓器的需要,開始受重視并被研究開發(fā)。1942年美國首先用牙科鈷合金Co27crMo0.5Ti制成渦輪增壓器的葉片取得成功,由于使用過程中這種合金不斷析出碳化物相而變脆,因此把合金的含碳量降至0.3%,同時添加2.6%Ni,以提高碳化物形成元素在基體中的溶解度,這種改良后的新合金稱為HA-21合金。40年代末,HA-21制成航空噴氣發(fā)動機和渦輪增壓器鑄造渦輪葉片和導向葉片,其工作溫度可達850-870℃,從50年代后期到60年代末,美國曾廣泛使用4種鑄造鈷基合金:W1-52,X-45,Mar-M509和FSN-414。鈷因此成為一種重要的戰(zhàn)略資源,世界上大多數國家缺鈷,以致鈷基合金的發(fā)展格外受到關注。本世紀初葉,美國華盛頓大學的研究人員發(fā)現(xiàn),由氧化鋅和鈷制成的混合物能夠在合適的環(huán)境下實現(xiàn)電子磁性和電性的操縱,這種混合物被稱為“鈷綠”。“鈷綠”目前還處在早期開發(fā)階段,科學家認為將“鈷綠”同硅半導體相結合,將對計算機和數字設備帶來深刻的影響,讓計算機能迅速啟動工作,同時可節(jié)約能源。隨著鋰電池手機的發(fā)展,四氧化三鈷用量不斷擴大,四氧化三鈷主要用作鋰電池鈷酸鋰負極材料。鈷在電池方面的消費量,世界約占48%,我國2009年約占60%,盡管電池領域仍在研究用錳酸鋰或鎳酸鋰來替代鈷酸鋰,筆者以為這種可能性是有一部分,但很難全面替代,因為前者可靠性及充電性能遠不如鈷酸鋰。鈷的有機化合物在油漆中被用作催化劑,在化工生產中鈷被用于碳氫化合物的水合、脫硫、氧化、還原等方面,在電鍍、陶瓷、玻璃、印染等方面也有廣泛應用。三、原料及催化劑行業(yè)2009年金融危機導致國際市場鈷需求銳減,但國際鈷價持續(xù)高于國內鈷價。中國鈷鹽出口數量劇減53%,進口金屬鈷數量反而增長,進口總量超過4000噸。2009年國內鈷金屬供應量同比增長31%,實際供應量同比增加4.58%。不難看出我國國內機械制造業(yè)復蘇勢頭較好,中國內需金屬鈷量在增加。2009年中國鈷消費結構情況如下:2009年中國鈷市消費量高達1.6萬噸,比2008年增長4.58%。其中電池材料用9875噸,占60%。玻璃陶瓷行業(yè)用1320噸,占8%。硬質合金行業(yè)用1700噸,占11%。石化行業(yè)催化劑用1100噸,占6.5%。磁性材料用972噸,占6%。其他行業(yè)用1400噸,占8.5%。從品種結構看,金屬鈷粉只占到18%左右,約2800噸;鈷鹽占65%,約10500噸;金屬電鈷占17%,約2700噸。2010年1~3月份,我國鈷產品進出口均出現(xiàn)大幅的同比增加,說明國外的生產和消費企業(yè)均有一定程度的復蘇。國內硬質合金行業(yè)生產情況好于去年同期,出口也在穩(wěn)定恢復中,預計2010年整體生產消費將穩(wěn)定增長。預計2010年中國鈷行業(yè)進口量仍將維持高位,同時出口情況也會逐步改善。由于倫敦金屬交易所(LME)于今年2月2號鈷期貨上市,使金屬鈷擁有更好的流通性,也使鈷生產企業(yè)增加了套期保值的功能。磁性材料行業(yè)中大部份鈷酸鋰和三元材料生產企業(yè)都有擴產計劃,這是基于手機的更新?lián)Q代,筆記本電腦和數碼相機等的持續(xù)性增加需求導致鋰電池數量劇增。2010年1~2月份,鋰電池累計產量高達3.056億只,同比增幅高達46.9%,預計2010年鋰電池產量會遠遠超過2009年。鈷的用量也會增長。綜上所述,筆者認為未來鈷消費量的增長與鋰電池的消費程度相關。另外還有催化劑用鈷