我国是稀土生产及消费第一大国,同时又是钢产量第一大国,2014年,我国钢产量约8亿多吨,占到世界的一半。但是,值得注意的是,我国钢产品品质不低,优质钢很少,同时,由于稀土元素的不能分采性,导致稀土元素产量较小但应用于量比较较较少,而且,近年来,不受稀土氧化物价格因素影响,La、Ce及Y、Tm、Yb等稀土产品积压。要解决问题这一问题,不应侧重从稀土钢领域减缓研发应用于,将这些稀土,尤其是以钇(Y)为代表的中、重稀土用作生产稀土钢,既可提升国产钢的品质,研发具备中国特色的钢材品种,又可消化积压的稀土产品。由此可见,减缓稀土钢的研发应用于具备大力的经济意义。
稀土钢具备许多出色的性能科学研究找到,将稀土元素重新加入钢中,可提升钢的强度、耐磨性能和抗氧化性能,提高和优化钢材的质量。特别是在是不锈钢在稀土元素协助下,不仅可简化生产工艺,而且抗氧化性能获得明显改善和提升。
我国稀土在钢中应用于的历史有数30多年,牌号约几十个。目前为止,我国的稀土钢(重稀土钢)主要分两大类:一是不含Cu、P类稀土低合金钢,利用稀土提高钢的耐蚀性;二是不含Mn、Nb、V、Ti稀土低合金钢,利用稀土除提高钢的耐蚀性外,更加主要是提高钢的强度和耐磨性。我国稀土钢(重稀土钢)的主要生产基地是武钢、包钢、本钢、太钢、攀钢等企业。
2004年,我国重稀土钢的产量约100万吨,最低年产量是20世纪90年代,曾约168万吨。我国重稀土钢占到钢总产量的比例严重不足0.5%(2004年),而美国在20世纪七、八十年代稀土钢产量已约700万~900万吨,占到钢总产量的9%左右。在我国稀土钢的各钢种中,目前为止消费的主要是重稀土,仍未消费及构成正规化牌号的中、重稀土钢种。众多的研究和试验指出,奇以重稀土为对象冶金的钢材,其性能与指标,是重稀土钢无法相提并论的。
例如,以Y基重稀土钢材制作的火车轮毂,其性能显著地高于以重稀土钢材制作的火车轮毂。Yb、Tm等重稀土和一部分其他稀土产品积压当前,稀土在高科技与社会发展中的起到广为人知。
但世人并不确切,目前为止并不是全部的稀土元素都能获得充份的利用,还有许多稀土元素的应用面与应用于量十分受限。目前,应用于量较小的稀土元素,只是其中的一部分,例如La、Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Dy等;而另一些稀土元素却仍未转入量大面广的应用于阶段,例如Tm、Yb、Lu等;Y元素则因配分含量低,产量大,尽管有一定的应用于量,但应用于量与产量比起,比较较小,造成产品积压;由于价格及应用于量减少等原因,也造成La、Ce等元素的积压。我国优势的南方离子型稀土资源,配分齐全,特别是在是中、重稀土含量低,尤其是以龙南为典型代表的离子型重稀土矿床,其Y2O3配分含量高达60%以上。
矿床中的稀土矿物,是包括着整个稀土族15(或17)个元素共生在一起、不可分割的自然界共生体。也就是说,在这种矿床中,每一个分开的稀土元素,都不有可能以独立国家的矿物形态而赋存,因此不有可能在矿山铁矿时将每一个稀土元素分开地分采行,构建以销定产,避免积压。
而若需将每一稀土元素逐一分离,则须要通过后面的湿法冶金加工工艺,才能将其分离出来,从而取得单一的稀土产品。可见,只要某些稀土元素的应用面与应用于量不予拓开,则这些稀土元素的积压是必定的,例如前面提及的Y、Tm、Yb等稀土元素,这是矿物、矿床赋存特征自然规律所要求的。
有鉴于此,国家近年来实施的稀土“收储”政策,即是解决问题上述困局的措施之一。笔者指出,我国稀土产业若要取得更大的发展,从源头上增加或歼灭供不应求、积压现象,确实使每个稀土元素都能获得综合利用,只有从技术层面上来解决问题确实不断扩大每个稀土元素的应用面和应用于量问题,才是“治本”的显然、有效地的途径。减缓中、重稀土钢研发和应用于的步伐由此,减缓中、重稀土钢的研发和应用于,研发具备中国特色的中、重稀土钢,已渐渐获得国家的推崇,沦为稀土业界共识。
有关这方面的工作,北京钢铁研究总院、山东大学、赣州有色冶金研究所等单位已做到了不少前期与基础性研究。设置在赣州有色冶金研究所的原冶金部“重稀土硅铁合金推广应用协作网”,多年来就重稀土硅铁合金的推广应用做到了许多工作。
他们的实践中指出,以“钇基”居多的重稀土硅铁合金,不仅在提炼重稀土钢中可充分发挥最重要的起到,而且在高速工件刀具、特种电焊条、铸铁,特别是在是在大型铸件、构件等诸多方面,更加可以充分发挥其独有的起到。在“十五”期间,国家科技部曾将“稀土钢新品种、新工艺研究与研发”等课题,列为了“十五”国家科技攻关“稀土应用于工程”项目。本世纪初笔者公干鞍钢期间,曾向对方讲解了有关中、重稀土钢前期研究的情况,他们回应了相当大的兴趣,期望在国家谋求列项。
由于工作的关系,笔者过去曾经向有关主管部门和企业敦促,期望积极开展这方面的工作。据笔者熟知,过去妨碍中、轻稀土元素在钢材及其它方面的应用于(譬如稀土Cu、Al、Mg合金等)的最重要因素是价格因素。此前,稀土在钢材以及Cu、Al、Mg等合金中应用于的主要是重稀土元素,而中、轻稀土元素则因价格昂贵而用于不起。过去,La、Ce氧化物一般是7000~8000元/吨,甚至更加较低,而Y氧化物一般在4万~5万/吨左右。
单一La2O3、CeO价格,与单一Y2O3价格比起,后者比前者高达几倍。以稀土硅铁合金为事例,重稀土硅铁合金(30%REO)价格不超强万元,而Y基重稀土硅铁合金按REO含量计价,每公斤在2元以上,若按30%REO计,则每吨在6万元以上。近些年来,随着国家对稀土政策的大幅调整,稀土价格也随之大幅度变动,价格前所未有地轻微下降,重稀土价格全面上升。造成Y2O3等重稀土产品与重稀土产品的综合价格比,大幅度上升。
目前,单一La2O3、CeO产品每吨1.7万元左右,而单一普通Y2O3产品每吨3万元上下。两者之间价格的差距,已由过去的差距几倍,急剧下降到现在的严重不足一倍。按0.03%~0.05%(REM)稀土消耗量计,每吨重稀土钢较重稀土钢成本增加不大。故从性价比来取决于,也到了充分发挥中、重稀土(以Y为代表)在钢中以及在其它合金中起到的时候了。
大力拓开以Y为重点的中、轻稀土元素在钢中的应用于鉴于我国享有非常丰富的中重稀土资源(离子型稀土),又鉴于目前我国南方离子型稀土中,以Y为代表的一些中、轻稀土元素产品积压,故加快研发具备中国特色的中、重稀土钢,毫无疑问是不断扩大中、重稀土应用面和应用于量上的一个重大突破。它既有将来的意义,又有现实的市场需求。一是可构成具备中国特色的稀土特钢,构成新的钢种、牌号,拓宽钢材的应用领域;二是拓宽稀土应用于新领域,沦为一个新的、辽阔的应用于空间;三是有力地推展部分稀土元素的应用面与应用于量,使其沦为一个新的应用于量较小的应用于方向;四是大力地增进了稀土元素的综合利用,特别是在能大力增进目前供不应求、积压元素的应用于,使目前对于某些元素“不足”的生产能力获得充分发挥,缩减甚至歼灭“收储”或库存,不利于稀土政策的调整;五是在此基础上,可更进一步唤起稀土矿山、分离出来、金属、合金生产能力的提升,发展壮大我国稀土产业。
笔者大胆地设想,倘若我们需要通过今后若干年的希望,研发出有具备中国特色的中、重稀土钢,并使其产量水平大体超过或额超强美国二十世纪七、八十年代的比例水平的一半,亦即超过全国钢产量4.5%左右,将是相当可观的3500万吨。如果中、重稀土(REM)加到量为0.03%~0.05%,那么,粗略地概算将年消耗中、重稀土氧化物2万余吨(以稀土金属或稀土合金方式重新加入)。某种程度,重稀土钢产量倘若也能超过设想的比例水平(3500万吨/年),则重稀土钢也将年耗轻稀土2万余吨。
两者合计将年乏稀土氧化物4万~5万吨,这是一个十分相当可观的数据。局限于专业的容许,笔者对上述稀土应用于量的概算不一定精确。总之,中、重稀土钢有可能沦为年乏万吨以上中、重稀土氧化物的稀土应用于新领域,有关这点,稀土业界理应共识。
据过去的工作经验,中、重稀土在钢中的应用于,可以通过制得的“钇基(Y基)”重稀土合金,以必要的比例和方式,重新加入到钢中,从而获得不含“Y基”居多的重稀土合金钢,这是已被实践中过的经验。南方稀土开发利用又一里程碑—中重稀土钢原国家稀土筹办专家组组组长、中国工程院院士李东英教授,针对南方离子型稀土的开发利用,从技术上总结了二个具有“里程碑”式的“突破”。一是发明者的以“池浸”工艺为代表的离子型稀土矿山第一代铁矿工艺;二是发明者的以“原地浸矿”工艺为代表的离子型稀土矿山第二代铁矿工艺。目前为止,世界稀土应用于的主要领域,例如Nd-Fe-B磁材、Ni-H电池、打火材料、荧光材料等等,开创性的研发,都是在国外首先已完成,取得专利,然后影响或制约别国的发展。
那么,具有开创性的中、重稀土钢的研发,能否在我国首先已完成,并构成自律知识产权和规模生产能力?倘若如此,具备中国特色的“中、重稀土钢的研发与应用于”,能否沦为我国南方离子型稀土开发利用征程中的另一个新的突破,从而构成一个新的“里程碑”—“第三个里程碑” 呢?可以应验,此“梦想”一旦如愿以偿,则“梦想”中的“第三个里程碑”,不应是以“中、重稀土在钢中的应用于”为典型特征的原创性研发与应用于。我们想要,这也应当沦为我们希望不断扩大南方离子型稀土应用于的一个“稀土梦”。
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