中國(guó)鈷礦業(yè)的發(fā)展歷程

中國(guó)鈷礦業(yè)的發(fā)展歷程

一、我國(guó)的國(guó)內(nèi)對(duì)地層和地質(zhì)資源生產(chǎn)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(dāng)時(shí)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(chǎn),這使鈷的世界產(chǎn)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(chǎn)量一直居世界首位,這段時(shí)期以火法生產(chǎn)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(shí)、日本、法國(guó)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(guó)的富鈷中間產(chǎn)物,現(xiàn)在這種濕法冶金工藝仍占主導(dǎo)地位。和世界相比,中國(guó)的鈷工業(yè)起步較晚,1952年江西南昌五金礦業(yè)公司用簡(jiǎn)易鼓風(fēng)爐熔煉鈷土礦產(chǎn)出鈷鐵。1956年按此工藝建設(shè)江西冶煉廠,產(chǎn)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(yáng)冶煉廠用濕法煉鋅鈷渣為原料產(chǎn)出首批電解鈷,拉開了中國(guó)電鈷生產(chǎn)的序幕。1958年贛州鈷冶煉廠從當(dāng)?shù)氐拟捦恋V中生產(chǎn)出氯化鈷,由于當(dāng)?shù)剽捦恋V資源分散,無(wú)法大規(guī)模開采。在國(guó)家冶金部的安排下,于1960年開始處理摩洛哥進(jìn)口的砷鈷礦,這是中國(guó)進(jìn)口鈷原料生產(chǎn)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(huì)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(zhì)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(guó),其資源總量約占世界70%。中國(guó)號(hào)稱有47.5萬(wàn)噸鈷資源,但具有開采意義的儲(chǔ)量?jī)H3.9萬(wàn)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(shù)為伴生資源,單獨(dú)的鈷礦床極少。長(zhǎng)時(shí)期徘徊在年產(chǎn)百噸金屬鈷的水平。上世紀(jì)90年代,由于國(guó)家對(duì)這一戰(zhàn)略資源的放開,我國(guó)鈷的產(chǎn)量長(zhǎng)足提升,尤其是金屬鈷粉的發(fā)展取得了驚人的進(jìn)步,一批優(yōu)秀的民營(yíng)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(jīng)過(guò)十幾年的錘煉,已從一個(gè)不起眼的小企業(yè),一躍成為國(guó)內(nèi)金屬鈷粉唯一一家出口全球的高新技術(shù)企業(yè),金屬鈷粉產(chǎn)量約占國(guó)內(nèi)硬質(zhì)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(shè)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(chǎn)企業(yè)。隨著國(guó)家科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目的落戶和超細(xì)CO3O4、鎢鈷包覆粉等新品開發(fā),該企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力將不斷提升。二、木材基高溫合金鈷的原子序數(shù)為27,原子量為58.9332,密排六方晶體,常見(jiàn)化合價(jià)為2.3。有鐵磁性,加熱到1150℃時(shí)磁性消失。在常溫下不和水作用,在空氣中加熱至300℃以上時(shí)氧化生成Co0,在白熱時(shí)燃燒成Co3O4。用氫還原法制成金屬鈷粉。鈷的主要物理性能見(jiàn)表1。1735年瑞典化學(xué)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(xué)家伯格曼確定鈷為元素。長(zhǎng)期以來(lái)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(jì),鈷及其合金在電機(jī)、機(jī)械、化工、航空航天等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用,消費(fèi)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(zhì)合金即使加熱到1000℃,也不會(huì)失去原有的硬度,如今這種硬質(zhì)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(jī)械零件表面,可使其使用壽命提高3~7倍。航空航天技術(shù)中已大量使用鈷基合金,鈷基合金在1038℃以上時(shí),其優(yōu)越性遠(yuǎn)超鎳基合金,被專門用于制造高效率的高溫發(fā)電機(jī)。航空渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)材料使用含20%~27%鉻的鈷基合金,可以不要保護(hù)覆層就能使材料達(dá)到高抗氧化性。核反應(yīng)堆供熱汞作熱介質(zhì)的渦輪發(fā)電機(jī)可以不檢修而連續(xù)運(yùn)作一年以上。據(jù)報(bào)道美國(guó)試驗(yàn)用的發(fā)電機(jī)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(shù)金屬之一。在熱作用下,失去磁性的溫度叫做居里點(diǎn),鐵的居里點(diǎn)為769℃,鎳為358℃,鈷可達(dá)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(dòng)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(shì)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(dāng)數(shù)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(hào)有:Hayness188,Hayness25(1-605)等;中國(guó)相應(yīng)牌號(hào)有:GH5188(GH188),GH159,GH605,K640,DZ40M等,鈷基高溫合金在20世紀(jì)30年代末期,由于活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)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(guò)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(shí)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(dòng)機(jī)和渦輪增壓器鑄造渦輪葉片和導(dǎo)向葉片,其工作溫度可達(dá)850-870℃,從50年代后期到60年代末,美國(guó)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(shù)國(guó)家缺鈷,以致鈷基合金的發(fā)展格外受到關(guān)注。本世紀(jì)初葉,美國(guó)華盛頓大學(xué)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(shí)現(xiàn)電子磁性和電性的操縱,這種混合物被稱為“鈷綠”?！扳捑G”目前還處在早期開發(fā)階段,科學(xué)家認(rèn)為將“鈷綠”同硅半導(dǎo)體相結(jié)合,將對(duì)計(jì)算機(jī)和數(shù)字設(shè)備帶來(lái)深刻的影響,讓計(jì)算機(jī)能迅速啟動(dòng)工作,同時(shí)可節(jié)約能源。隨著鋰電池手機(jī)的發(fā)展,四氧化三鈷用量不斷擴(kuò)大,四氧化三鈷主要用作鋰電池鈷酸鋰負(fù)極材料。鈷在電池方面的消費(fèi)量,世界約占48%,我國(guó)2009年約占60%,盡管電池領(lǐng)域仍在研究用錳酸鋰或鎳酸鋰來(lái)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?yàn)榍罢呖煽啃约俺潆娦阅苓h(yuǎn)不如鈷酸鋰。鈷的有機(jī)化合物在油漆中被用作催化劑,在化工生產(chǎn)中鈷被用于碳?xì)浠衔锏乃稀⒚摿?、氧化、還原等方面,在電鍍、陶瓷、玻璃、印染等方面也有廣泛應(yīng)用。三、原料及催化劑行業(yè)2009年金融危機(jī)導(dǎo)致國(guó)際市場(chǎng)鈷需求銳減,但國(guó)際鈷價(jià)持續(xù)高于國(guó)內(nèi)鈷價(jià)。中國(guó)鈷鹽出口數(shù)量劇減53%,進(jìn)口金屬鈷數(shù)量反而增長(zhǎng),進(jìn)口總量超過(guò)4000噸。2009年國(guó)內(nèi)鈷金屬供應(yīng)量同比增長(zhǎng)31%,實(shí)際供應(yīng)量同比增加4.58%。不難看出我國(guó)國(guó)內(nèi)機(jī)械制造業(yè)復(fù)蘇勢(shì)頭較好,中國(guó)內(nèi)需金屬鈷量在增加。2009年中國(guó)鈷消費(fèi)結(jié)構(gòu)情況如下:2009年中國(guó)鈷市消費(fèi)量高達(dá)1.6萬(wàn)噸,比2008年增長(zhǎng)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(guó)鈷產(chǎn)品進(jìn)出口均出現(xiàn)大幅的同比增加,說(shuō)明國(guó)外的生產(chǎn)和消費(fèi)企業(yè)均有一定程度的復(fù)蘇。國(guó)內(nèi)硬質(zhì)合金行業(yè)生產(chǎn)情況好于去年同期,出口也在穩(wěn)定恢復(fù)中,預(yù)計(jì)2010年整體生產(chǎn)消費(fèi)將穩(wěn)定增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2010年中國(guó)鈷行業(yè)進(jìn)口量仍將維持高位,同時(shí)出口情況也會(huì)逐步改善。由于倫敦金屬交易所(LME)于今年2月2號(hào)鈷期貨上市,使金屬鈷擁有更好的流通性,也使鈷生產(chǎn)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(chǎn)企業(yè)都有擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃,這是基于手機(jī)的更新?lián)Q代,筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)等的持續(xù)性增加需求導(dǎo)致鋰電池?cái)?shù)量劇增。2010年1~2月份,鋰電池累計(jì)產(chǎn)量高達(dá)3.056億只,同比增幅高達(dá)46.9%,預(yù)計(jì)2010年鋰電池產(chǎn)量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)2009年。鈷的用量也會(huì)增長(zhǎng)。綜上所述,筆者認(rèn)為未來(lái)鈷消費(fèi)量的增長(zhǎng)與鋰電池的消費(fèi)程度相關(guān)。另外還有催化劑用鈷