鈧的基本情況

一、基本情況近30年來，由于金屬鈧呈現(xiàn)出了較好的綜合性能，使制成各種材料的應用性能極佳，故促進了它被研制開發(fā)，生產和應用發(fā)展很快。目前國內外鈧已用于尖端技術、新科技和軍工部門。全世界鈧的資源極豐富。據(jù)報導，世界鈧資源的工業(yè)儲量約200萬t（以Sc計）。我國是鈧資源較為豐富的國家，工業(yè)儲量約65萬t,占世界總工業(yè)儲量的33%。但世界及中國的遠景儲量更大。這為今后開發(fā)鈧工業(yè)打下堅實的基礎。自然界中含鈧的礦物多達800余種，在花崗晶巖中常有鈧的存在，但含Sc2O3>0.05%的礦很少。鈧的獨立礦物較少，目前已知僅有3種，如鈧氧礦、鐵硅鈧礦和水磷鈧礦。據(jù)了解，我國一些礦物中含鈧的狀況如下：黑鎢礦〉0.05%，鈦鐵礦60g/t，鋁土礦40-150ppm/1（Sc2O3比國外高出1-4倍）。選鈦尾礦77ppm/t（Sc2O3），錫石含SC2O30.01%。我國一些原礦物含Sc2O3的狀況如下（ppm/1）：鋁土礦40-150，磷礦10-25,釩鈦磁鐵礦13-40，鎢礦78-377；離子型稀土礦20-50；鐵鈮稀土礦50（平均）；盆錳礦181；還有氟碳鈰礦，鉭鈮礦和鈾礦等含有鈧量。鈧是典型的稀散元素，在地殼中的平均豐度36ppm，比Ag，Au，Pb，Sb，Mo,Hg和Bi更豐富。而與B，Br，Sn，Ge，As和W的豐度相當。因此，在許多礦物中含有Sc元素。因為含鈧的礦物很多，所以從礦物直接提取鈧制品較復雜又困難。而是從處理含鈧礦物的副產物如廢渣\廢水和煙塵回收和提取Sc2O3，再以高純Sc2O3制備金屬Sc。我國含鈧廢物的狀況如下：處理鎢礦的廢渣含Sc203150-600ppm/1；處理鈦鐵礦生產鈦白的水解母液中為10-25ppm/m3；高鈦渣氧化時的煙生中為736ppm/t；處理鋁土礦生產A12O3時的赤泥中為40-150ppm/1。此外，選鈦尾礦中為77ppm/1；用NH4C1浸出離子型稀土礦獲得料液，再用環(huán)烷酸萃取稀土后的母液中提取鈧。從長遠看，含后我國提取鈧的原料主要應將釩鈦磁鐵礦的尾礦和鋁土礦礦生產A12O3的赤泥作為原料較好。主要原因是其中含Sc2O3較大，生產技術可以實現(xiàn)。從總體上來看，我國鈧資源豐富，但目前的開發(fā)利用還在起步態(tài)勢，有待于加大投入，推進鈧資源的開發(fā)利用。國外的鈧資源的利用也不夠快，目前只有俄羅斯搞得較好，并已用鋁土礦處理中的赤泥為原料提取鈧產品。俄羅斯、美國、挪威、馬達加斯加、澳大利亞、加拿大和南非等國有鈧的資源，但總體上未能有效開發(fā)。1.1提取方法在20世紀70年代末，我國已能生產高純Sc203$99%產品。80年代利用Sc2O3作為原料研制并逐步列入生產。目前我國生產Sc有兩方法：一是金屬熱還原蒸餾法。二是熔鹽電解蒸餾法。但是，在工業(yè)生產中主要采用前者，因其具有工藝過程簡便，作業(yè)較易，產品質量及回收率高，成本低，主要設備好解決及維修方便等優(yōu)點。（1） 鈣還原蒸餾法制取金屬鈧選用ScF3$99%為原料。以精煉或蒸餾鈣為還原劑（Ca$99%）。將Ca和ScF3進行配料和混勻后，放入鉭坩鍋（或鉬坩鍋）的真空應爐進行還原（真空度10-5~10-6Pa，溫度1550~1600°C）。還原結束除去渣（CaF2），即獲得99%Sc，含雜質V1.0%,將粗Sc在1550-1600C下進行真空重熔后，再放入真空蒸餾爐內蒸餾凈化（溫度1750C以上），使Sc等結于冷凝器上，可獲得高純Sc$99.9%產品。還原蒸餾的化學反應式為：還原：2ScF3+3Ca=2Sc+3CaF2蒸餾：Sc（固）二Sc（氣）主要設備為還原爐、蒸餾爐，鑄錠機等。工藝指標為：粗Sc99%的回收率$95%。純Sc$99.9%的回收率$95%，制取1.0kgSc耗Ca量約1.48kg。（2） 熔鹽電解蒸餾法生產金屬鈧用$99%ScCl3為原料，與KCl（99%）LiCl（99%）進行配料后構成三元電解質體系，將其放入密封電解槽內進行熔化，再通過直流電進行電解。在石墨陽極析出C12氣，在液態(tài)陰極生成Sc-Zn合金。取出合金再進行蒸餾除Zn，可制行98%Sc。將其真空重熔和蒸餾后可得純Sc$99.9%產品。電解蒸餾的化學反應為：離解：ScCl3二Sc3++3C1-1陽極：2Cl-l-2e=Cl2t陰極：Sc3++3e=Sc!合金化：Sc+Zn=ScZn蒸餾：ScZn=Sc+Znt主要設備為密封電解槽、蒸餾爐、鑄錠機等。工藝指標：ScZn蒸餾后得到Sc98%粗品，Sc回收率約90%以上，電流效率50-70%，粗Sc二蒸餾制得純Sc$99.9%，回收率$95%。1.2產品情況選用的原輔材料的純度有差異會使以相同的工藝技術制得Sc的質量不一樣。隨著市場對Sc的要求發(fā)展，促進了Sc的品種規(guī)格的增加。近年來，我國Ca還原ScF3生產Sc的狀況為：Sc牌號共4種，99.9%Sc(3N),3.5N，4N,4.5N,其含Sc是100%減去稀土雜質和非稀土雜質的總和而得。有的Sc要求氧化雜質含量時，可進行測定，如99.99%SC對02,H2,N2,Cl2,C等。在1650-1700°C進行二次蒸餾后的99.99%Sc含O2120-393ppm，含H27.5-357ppm，含N218~38ppm，含Cl21-9ppm，含C30-386ppm。用Ca還原法制取的高純Sc呈銀白色，一般為蒸餾結晶塊狀，或定值鑄態(tài)塊狀，表面應結凈，無肉眼可見的夾雜物和氧化物脫落粉末。將Sc裝入透明塑料瓶內，充氬(Ar)氣密封的包裝。Sc在貯存時，不允許淋雨，受潮和曝熱，防止被氧化而變質。二、應用近20年來因Sc具有獨特的性能，故在新型電光源、激光，合金及其它領域中獲得了較好的應用，發(fā)展前景看好。2.1在新型電光源中的應用以Sc箔ScI3與Nal可制成新型電光源材料，作為鈧-鈉素燈之用，這目前最新型的第三代照明燈。該燈發(fā)出的光接近太陽光，具有光度高、光色好、節(jié)電能、壽命長、破霧能力強等優(yōu)點。因此，最適合于電影攝像、廣場、體育館、網(wǎng)球場、馬路和多雨多露的場地照明。如用于商場照明，可使購物者更易識別物品，色彩鮮明。實用表明，Sc-Na燈比白織燈節(jié)電80%,使用壽命高達0.5~2.5萬小時，白織燈僅0.1萬小時，汞燈為0.3萬小時，深受世界各國用戶的使用和好評，用量發(fā)展較快。我國使用Sc-Na燈較早，2000年已用燈為700萬只，2006年為1600萬只，增長128.6%，用Sc量約32kg，是我國用Sc的大戶，今后將會迅速發(fā)展。1982年美國用燈量達1000萬只以上，日本也達1000萬只。預測到2018年全世界用燈量將達1.0億只，用Sc約200kg，其發(fā)展?jié)摿艽蟆?.2在激光中的應用在釔鎵激光材料(GGG)中加入Sc是發(fā)展新型第三代激發(fā)材料的關鍵。它已被研制成功。在GGG加入Sc后，制成了Gd3Sc2Ga3O12的激光材料(GSGG)，以Sc代替部分的Gd。實用表明，用GSGG制成的新型激光器的發(fā)射功率比同體積的其它激光器提高了三倍，并可達到大功率化和小型化的要求。目前已在軍工領域中獲得較好的實用。并逐步向民用工業(yè)發(fā)展，其前景較好。2.3在合金中的應用純Sc在合金材料中主要用于合金的添加劑和改性劑。在鋁及鋁合金中加入Sc后，可有效提高合金的綜合性能。如合金的強度、硬度、耐熱性、耐蝕性和焊接性等有明顯提高。如Al中加入ScV0.4%，可生成Al3Sc新相而起著細化合金組織的作用，提高再結晶溫度150~200°C，提高合金的強度，硬度和耐熱性的綜合性能。如在AlMgZr中加入Sc0.75%，使構成了AlScMgZr合金，其實用性能更優(yōu)。如在Al-Li-Mg-Zr中加入Sc0.3-1.0%后的合金性能更佳。上述的Al-Sc合金在長期的高溫下工作時還可防止脆化現(xiàn)象。因此，可作為優(yōu)良的結構材料，并已用于宇航、航空、導彈，汽車和船舶的結構部件等，這是Al-Sc新合金的巨大潛力。此外，加Sc后Al-Mg(2-8.1)-Sc(0.4%)合金，經(jīng)時效處理的抗拉強度提高20-35%，流動極限提高60-80%，延伸率增加20-25%。如在合金MgY（11%）Mn（0.6%）中加入Sell%后，經(jīng)在300下時效處理，流動極限60~80Pa。如在GaSe中加入Se后可制成一種優(yōu)良的金屬陶瓷粘結劑和高級的涂層材料。如在在TnC中加入Se后，其硬度提高到接近金剛石的硬度。如在硼中加入Se后生成SeB2，可作為輕型耐溫合金和電子槍用陰極部件。2.4在其它領域的應用Se在其它材料中的應用，逐步引起人們的重視和關注。如在中子過濾器材料中加入Se后，在核燃料UO2過濾時，可防止UO2發(fā)生相變，利于進行作業(yè)。如含Se的陰極槍用于彩電顯像管內，使槍的電流密度提高4倍，陰極使用壽命增長3倍，使彩電畫面清晰度倍增，觀看效果更佳。如釔加Se的Al-Se可用于制造焊絲及體育器械，如棒球棒、壘球棒。如在鐵石榴石中加入少量Se后可改進磁性，因Se代替了部分鐵，使磁矩及磁導增強，居里溫度下降，更利于在微波技術中的應用。如1420型Al-Se合金已用于作米格型，圖204型客機及直升機的結構材料。如在電池材料中加入Se后可制成太陽能蓄電池。如在核能屏蔽材料中加入Se后，可制成用于高能輻射的核能屏蔽件。三、市場歷年來，我國Se的銷售分為國際市場和國內市場。從總的看來是以出口的國際市場為主。20世紀70-80年代，我國Se產量較少，主要出口日本，美國和歐洲。出口量約40kg，國內銷量約20kg。90年代初，歐洲及日本急需Se且需量較大，因而我國有近10個廠生產Sc，產能猛增至700kg左右，產量達150kg，出口130kg，國內銷量約20kg。2000年以來，因俄羅斯生產Se低價拋主國際市場，故沖擊了我國的出口市場。目前，全世界Se的總銷約450kg，中國總銷量約占世界總銷量的14%。估計今后在世界的總銷售將增加很快，主因是源于電光源材料及Al-Se合金的迅速發(fā)展。據(jù)了解，國內外鈧的銷費結構為：西方的電光源占50%（中國為18%），激光占20%（中國為9%）。Al-Se合金10%（中國為58%），其它占20%（中國為4%），中國出口占本國的11%。從發(fā)展看，我國與西方的消費結構將會不斷變化，且差別日益擴大。30多年來，Sc的市場變化較大，升降幅度不小。如1990年初99.99%Sc的市場7.5萬美元/kg。后因俄羅斯低價拋售Sc,99.99%Sc市場狂跌為0.81萬美元/kg,降低826%。2002年市價2.0萬美元/kg，升高了147%（與90年代比）。2007年市價降為1.25萬美元/kg。預計2008年以后，99.99%Sc的市場價將維持在1.3~1.5萬美元/kg的水平上，主因是世界Sc的產量與消費量接近平衡的態(tài)勢！3.1中國區(qū)域市場結構變化國內鈧資源的供應主要分布在江西贛州和湖南地區(qū)，其它地區(qū)的鈧礦資源也有分布，但是提取回收的較少。區(qū)域市場結構較為穩(wěn)定，目前廣西、包括華東地區(qū)的一些省市逐步加大了對鈧金屬提取的研究和生產。我國鈧金屬產品主要是小規(guī)模生產，產量小，銷量也小，競爭力薄弱，價格不一。行業(yè)要盡快提高集中度，提高加工工藝，增加產量降低成本，以增強整體的行業(yè)水平和競爭力。3.2東北地區(qū)市場分析2006-2010年東北地區(qū)市場變化情況東北地區(qū)近年來對于鈧金屬產品的生產幾乎是空白，鈧礦的資源在東北分布也較少，在大興安嶺地區(qū)有一些。大連有少部分鈧相關產品的經(jīng)銷商，供給東北廣大地區(qū)對鈧產品的少部分需求?？傮w來說東北地區(qū)鈧的供需近年來都很少。東北地區(qū)市場影響因素2011年吉林省冶金科學院對紅土礦提鈧試驗取得了階段性成果，在對澳大利亞邁泰利克公司含鈧紅土礦進行的提鈧項目中，采用了濕法冶金新工藝，制取的三氧化二鈧樣品經(jīng)檢驗純度達到99%以上，填補了這一項技術的國內空白，成為吉林昊融公司和東北地區(qū)的重大突破。東北地區(qū)市場發(fā)展趨勢目前吉林的吉恩鎳業(yè)集團，是國內的上市公司，通過購買股票成為澳大利亞某礦業(yè)公司的第一大股東，公司的主要業(yè)務包括勘探和開發(fā)鎳礦、煤礦、鋁土礦、石灰石、鈧礦、金及其它基礎金屬等。近期公司不斷進行鈧提取的實驗研究，對于東北地區(qū)鈧金屬行業(yè)的發(fā)展起到了一定的推動作用，有可能在東北地區(qū)或者國內開展此類業(yè)務，填補東北地區(qū)鈧產業(yè)的空白。3.3華北地區(qū)市場分析2006-2010年華北地區(qū)市場變化情況我國的鈧資源中，鋁土礦和磷塊巖礦床占優(yōu)勢，約占所有類型總儲量的51%,而這些礦床主要分布在華北地區(qū)的山東、河南、山西等地。還有內蒙古白云鄂博的稀土鐵礦床也是鈧資源較多的地區(qū)?？梢哉f華北地區(qū)有較為豐富的鈧礦資源，但是華北地區(qū)鈧金屬產品的生產和銷售非常少。北京有較少氧化鈧的經(jīng)銷商，主要是北京泛德科技有限公司，是國內較大的三氧化二鈧的進口經(jīng)銷商。山東東佳集團是我國最大的硫酸法鈦白粉生產基地，在2010年，公司開始著手從鈦白粉生產過程副產的稀酸中提取鈧、鈦、釩氧化物。華北地區(qū)市場影響因素包鋼稀土是國內最著名的稀土產業(yè)上市企業(yè)之一，生產多種稀有貴金屬及相關產品。公司所在地區(qū)，內蒙古包頭也是國內稀土最富集的地區(qū)，是國內稀土產業(yè)的集中地。稀土中還有鈧金屬。公司控股股東所屬的白云鄂博鐵礦擁有世界稀土資源的62%，占國內已探明儲量的87.1%。包鋼白云鄂博礦是世界矚目的鐵、稀土等多元素共生礦。包頭稀土研究院是中國唯一一個國家級稀土專業(yè)研究機構，也是國內鈧資源選冶工藝研究的主要研究院所之一。這些得天獨厚的資源給華北內蒙古地區(qū)發(fā)展鈧產業(yè)提供了很多優(yōu)勢，包括雄厚的資金、資源以及技術優(yōu)勢等。華北地區(qū)市場發(fā)展趨勢華北地區(qū)是國內鈧金屬行業(yè)最有發(fā)展?jié)摿Φ牡貐^(qū)，這里有較為成熟的提取生產技術，有豐富的鈧礦資源，還有一些國內重點鈦白粉生產企業(yè)，這些都是鈧提取回收的有利因素。相信隨著華北地區(qū)鈧提取回收技術的進一步發(fā)展，對于豐富鋁土礦資源的進一步開采利用以及鈦白粉行業(yè)企業(yè)對副產品廢酸的回收利用率不斷加大，這一地區(qū)鈧金屬及相關產業(yè)的發(fā)展會越來越活躍。3.4中南地區(qū)市場分析2006-2010年中南地區(qū)市場變化情況中南地區(qū)的鈧礦資源也非常豐富。云南、貴州、四川等地區(qū)有一些鋁土礦和磷巖礦，攀枝花地區(qū)有豐富的釩鈦磁鐵礦。湖南是國內較早的鈧產品生產地區(qū)。目前有一些小規(guī)模的生產企業(yè)，經(jīng)銷商的數(shù)量在國內也是較多的。湖南稀土金屬研究院在十多年前是國內鈧的主要生產銷售部門。目前也是國內鈧金屬的主要科研院所，對鈧的提取回收技術研究都處于國內前沿。這一地區(qū)是除華東以外，國內發(fā)展鈧產業(yè)最多最早的地區(qū)。近年來隨著國內國際鈧行業(yè)的發(fā)展，地區(qū)發(fā)展也較為平穩(wěn)。中南地區(qū)市場影響因素中南地區(qū)有國內主要的鈧產品生產基地湖南。對于鈧相關產業(yè)的發(fā)展在國內來說比較成熟，有湖南稀土金屬研究院這樣的國內鈧科研領先的研究機構，有攀鋼釩鈦這樣的行業(yè)實力巨頭，為未來發(fā)展鈧產業(yè)提供了良好動力。中南地區(qū)也有國內鈦白粉行業(yè)的龍頭企業(yè)，發(fā)展鈧的提取回收利用也是一個優(yōu)勢資源，隨著企業(yè)降低成本的壓力越來越大，相關企業(yè)將會越來越重視這些資源回收利用的項目。中南地區(qū)市場發(fā)展趨勢中南地區(qū)發(fā)展鈧產業(yè)也比較有潛力，依靠當?shù)刎S富的鋁土礦和釩鈦磁鐵礦，以攀鋼釩鈦這樣的龍頭企業(yè)為帶動，可以大力發(fā)展鈧礦相關產業(yè)。3.5華東地區(qū)市場分析2006-2010年華東地區(qū)市場變化情況華東地區(qū)是國內鈧的主要生產銷售地區(qū)。江西贛州是近幾年來國內最大，最集中的鈧金屬的供給地。贛州素有“重稀土之鄉(xiāng)”之稱，國內的主要生產企業(yè)都集中在這一地區(qū)，很多經(jīng)銷商也從這里進貨。目前上海、廣州等地鈧產品的經(jīng)銷商比較多，主要是一些化工企業(yè)，銷售氧化鈧、氯化鈧和氟化鈧等，還有部分是進口產品。這一地區(qū)是國內鈧產業(yè)發(fā)展最充分、最活躍，繁榮的地區(qū)，鈧產品的供給和需求都主要在這些地區(qū)。包括江西、江蘇、上海、廣東等地。華東地區(qū)市場影響因素這一地區(qū)的鈧產業(yè)的發(fā)展直接對應著整個國內的情況。鈧產品的供給和需求如果有較大的波動，都會使國內甚至國際市場產生大的起伏。所以這一地區(qū)市場的發(fā)展尤為重要。市場發(fā)展的影響因素較多，包括國際市場供需情況，國內鈧下游產業(yè)的發(fā)展情況，供給量、價格的變化等等。目前國內鈧產品用量很少，以前主要靠出口的模式也受到國際市場的沖擊，出口量很小，所以要加大鈧產業(yè)的發(fā)展，就要努力擴展下游需求領域，加大對相關方面的科研生產水平，提高技術降低成本，使其能夠大規(guī)模生產，以采購大量的鈧產品。華東地區(qū)市場發(fā)展趨勢華東地區(qū)目前鈧產業(yè)較為成熟，生產企業(yè)，生產技術和銷售渠道等經(jīng)過三十多年的發(fā)展相對其他地區(qū)處于比較成熟的階段。這一地區(qū)的發(fā)展趨勢良好，但是發(fā)展速度和潛力和華北、中南等地相比不具優(yōu)勢。這里有良好的資源、技術、規(guī)模等基礎，未來國內鈧產業(yè)的發(fā)展也主要在這一地區(qū)，這里將是推動國內鈧產業(yè)又快又好發(fā)展的主要動力。3.6西北地區(qū)市場分析2006-2010年西北地區(qū)市場變化情況這一地區(qū)總體來說鈧產業(yè)的發(fā)展較少，生產企業(yè)很少，但是具有一定的發(fā)展?jié)摿?。廣西的貧錳礦中有相當數(shù)量的鈧，另外，廣西鈦鐵砂礦普遍伴生鈧礦。廣西探明鈧礦資源儲量的礦區(qū)2處，除官井鈦鐵砂礦伴生鈧礦外，賀州市水巖壩爛頭山鎢礦也伴生鈧礦。80年代后期，廣西地礦測試研究中心研究成功從鈦鐵礦生產鈦白粉水解母液中回收三氧化二鈧的技術。合浦縣官井鈦鐵砂礦尚未開發(fā)利用。廣西其他鈦鐵砂礦中也伴生鈧礦，但未計算儲量。少數(shù)鈦白粉生產企業(yè)回收鈧。西北地區(qū)市場影響因素2010年廣西有色集團所屬廣西冶金研究院，通過改革工藝流程和萃取條件，使氧化鈧提取工藝實現(xiàn)重大突破，鈧的提取成本大幅度降低，為大規(guī)模生產創(chuàng)造了條件。廣西區(qū)內現(xiàn)有硫酸法鈦白粉生產廠15家，年產需進行環(huán)保處理的廢酸125萬噸左右。這個技術的突破和廣西眾多鈦白粉生產廠家，給廣西地區(qū)的鈧金屬提取回收產生了有利的推動。西北地區(qū)市場發(fā)展趨勢西北地區(qū)鈧產品的市場較為空白，未來發(fā)展空間很大，西部大開發(fā)為西北地區(qū)的相關產業(yè)提供了機遇。但是由于西北地區(qū)的鈧產品需求也相應很小，所以西北地區(qū)鈧產業(yè)上下游都亟待發(fā)展?？傮w來說，西北地區(qū)發(fā)展趨勢良好，對鈧相關產品的產銷更加重視，對鈧金屬的回收提取更加高效。3.7國內產品價格走勢及影響因素分析國內產品2006-2010年價格回顧30年來國內鈧的市場變化很快，價格起伏很大，市場需求量大時，價格猛增,相反則狂跌。90年初，價格最高時約為45萬/公斤，后來受到俄羅斯大量低價產品的沖擊，最低時達到5萬/公斤，在2002年鈧的價格又上升到13萬/公斤左右，之后價格起伏較小，在2007年鈧的價格不到9萬/公斤。目前鈧的價格處于較低水平，在每公斤在40000-60000元之間，有一些純度較低，質量一般的產品價格在30000元左右。純度很