走向新時代的中國鎂工業

林如海 孫前｜文

在新時代背景下，隨著節能減排的不斷推進，新能源汽車、重型貨車等對輕量化材料需求迫切，中國具備鎂資源優勢和技術基礎，產業發展有較大潛力。另一方面，近年來，鎂冶煉產生的二氧化碳已成為世界主要鎂應用國家關注的焦點。因此，推進鎂產業高質量發展，要以“綠色冶煉、提升性能、擴大應用”為主要目標。

中國鎂工業基本情況及國際地位

1.全球最大鎂生產國。目前，除中國外生產原鎂的國家有8個，分別是美國、俄羅斯、以色列、哈薩克斯坦、巴西、馬來西亞、韓國和土耳其。2017年全球原鎂產能為170萬噸，產量為118.10萬噸，同比增長12.55%。根據中國有色金屬工業協會統計數據，2017年中國鎂冶煉產能（硅熱法）為138萬噸，電解法產能為5萬噸。中國原鎂產量為102.2萬噸，同比增長12.3%。自1999年起，中國連續保持世界第一產鎂大國地位。

2018年1～10月中國共產原鎂57.02萬噸，同比減少22.38%。其中陜西地區累計生產35.46萬噸，同比減少8.9%；寧夏地區累計生產6萬噸，同比減少59.38%；山西地區累計生產7.88萬噸，同比減少33.77%。產量下降的主要原因是工人短缺、環保督查力度的增強。

2.全球最大消費國。2017年全球鎂消費量120萬噸左右，同比增加17.07%。中國是世界第一鎂消費大國，也是鎂需求增長最快的國家之一，據統計，2017年，中國金屬鎂消費量41.75萬噸，同比增長4.98%。其中，增長量幾乎全部來自于加工領域，年增長率為11.6%。自2017年開始，鎂加工成為中國鎂消費的最大組成部分，具有標志性意義。

3.鎂產品第一大出口國。據海關總署統計數據，2017年中國鎂產品出口總量46.02萬噸，同比增加29.08%，創歷史新高。中國自1998年起，一直保持全球最大鎂出口國地位。2017年中國鎂產品出口到92個國家和地區，其中最大出口目的地為荷蘭。另外亞洲地區用鎂量也在不斷增加，中國向日本、印度、韓國出口量，分列3～5名。2018年1～10月中國共出口各類鎂產品35.02萬噸，同比減少8.5%。

4.價格波動加劇。受主要原材料：硅鐵價格劇烈波動的影響，2017年價格波動較為劇烈。中國原鎂價格寬幅震蕩，年均價14921元/噸，同比上漲5.43%。全年日均價波動范圍在13500～18600元/噸，全年最高價為8月份的18700元/噸，最低價為年初的13200元/噸。

2009年～2018年，鎂鋁比值基本在1.0～1.2之間波動，平均為1.1，從10多年數據來看，鎂/鋁比值還是相對穩定的。多數專家認為，鎂和鋁的價格比保持在1.3以內，鎂是有應用前景的。

進入2018年，原鎂價格一路上行，11月份上漲到18300元/噸，創出年內新高。產量下降、環保改造、夏季常規檢修都構成價格持續上漲的客觀因素。

值得肯定的是，經過2008年的暴漲暴跌后，中國鎂市場進入相對成熟期，上游冶煉企業心態日趨理性，面對突發事件，價格波動也趨于合理。

全年預測總的來看，2018年中國鎂產業發展呈平穩態勢，價格也有望較好水平。初步預測，隨著環保改造的陸續完成，產量有可能有所釋放，全年原鎂產量在85萬噸左右，出口量在40萬噸左右，原鎂價格波動區間為15000～18500元/噸。

5.冶煉工藝技術改進空間很大。據統計，2017年中國鎂冶煉產能（硅熱法）為138萬噸，主要分布在陜西、山西、寧夏等省區。電解法產能為5萬噸在青海建成。低成本的硅熱法煉鎂技術在效率、工作條件、自動化和環境等方面存在很大的改進空間。而電解法整個系統運行不夠穩定，存在綜合成本高的問題，下游用戶暫時難以承受。

近幾年，國內在鎂冶煉技術開發方面開展了大量而富有成效的工作，通過借鑒其它行業，并結合現有冶煉工藝技術，鎂冶煉技術有了較大提升。

（1）硅熱法

采用清潔能源和引進蓄熱式高溫空氣燃燒技術的還原爐、豎式預熱白云石和豎式冷卻煅白的回轉窯、連續蓄熱精煉爐、豎罐式蓄熱還原爐、大容量粗鎂及鎂合金連續精煉爐、低頻電磁半連續鑄造機等新工藝和新裝備都取得了新進展，不僅裝備水平明顯提升，節能50%以上，而且大大降低了二氧化碳的排放量。

豎式還原技術是相對成熟并成功實現了產業化的新型冶煉技術，南京云海特種金屬股份有限公司在安徽巢湖、山西五臺建設了兩個產能為5萬噸的產業化工廠。豎式還原技術在節能減排方面的成效是非常顯著的，采用該技術后，鎂冶煉綜合能耗下降到3噸標煤/噸鎂以下。豎式預熱白云石和豎式冷卻煅白的豎窯技術在山西五龍鎂業也取得較好的效果。

（2）電解法

電解法煉鎂在青海鹽湖集團實現試運行，年產10萬噸金屬鎂一體化項目，利用含氯化鎂33%左右老鹵廢液，變廢為寶；采用水電能源，通過鹵水精制、脫水、電解、鑄造四個工序，已連續生產，副產品氯氣直接生產PVC，實現了資源綜合利用和綠色生產。電解鎂99.95%。整個生產過程機械化、自動化、提高勞動生產率，設備密閉，實現節能清潔文明生產。

但以目前的運行狀況，成本過高，下游用戶暫時難以接受。電解法工藝還在單位產能投資過大，每萬噸產能7億的投資；系統復雜，相互牽制嚴重，運行穩定性待考驗等問題。

6.鎂合金研發、應用技術與國際同步。近些年，中國鎂合金研發、應用與國際同步，一些領域甚至走在國際前列。

在航空航天軍工領域，鎂合金的特點可滿足對輕質、吸噪、減振、防輻射和電磁屏蔽的要求，應用走在國際前列并日趨廣泛，產品涉及各個領域，典型產品有：衛星肼瓶支架，直升機減速機匣，導彈電子艙殼體，衛星安裝支架、火箭燃料加注口框、航空航天用鎂合金測試平臺等，其中，航空航天用鎂合金測試平臺單產品重量達到10噸左右。

3c領域，是鎂合金應用最為廣泛、也是最為成熟的領域，目前，鎂合金應用向高端發展，如開發出最小厚度為0.8mm，超薄超輕鎂合金筆記本外殼，平板電腦用鎂合金外殼等。

在交通運輸領域，除汽車外，應用開拓成效顯著。中國已成功開發出高鐵、地鐵用鎂合金型材、鍛件，典型產品有：擠壓側墻型材、地板導槽型材、橫梁型材、中央縱梁及內外側縱梁型材等，據統計，復興號單節車廂用鎂合金量可達2噸左右。鎂合金擠壓技術日趨成熟，擠壓材的成本已大大下降，逐步顯示出競爭力。

汽車領域一直是鎂合金開發最為重要的領域，也是目前應用量最大的領域，當前已經開發出100多種鎂合金壓鑄件，并在不同車型使用。其中，典型產品：方向盤（0.5千克）鎂合金儀表盤（4.5千克）、轉向支柱已在國內普遍使用，鎂合金掀背門（7.8千克）、鎂合金內側門、中控臺、水箱支架、鎂合金座椅等已開發成功，逐漸推廣應用，預計今后兩年使用量將會大大提升。2018年初，萬豐鎂瑞丁新材料科技有限公司年產70萬件儀表盤骨架和1000萬件轉向管柱項目通過環保驗收，有望快速達產。

山東費縣銀光鎂業研制生產的大型鎂合金電機殼體，已應用于電動公交車上。殼體具有重量輕、比強度和比剛度高，減震和散熱性能好，電磁屏蔽能力強等優點，可顯著降低整車重量并大幅提高電機性能。

上海牌轎車單車用鎂合金108千克，應用了由沈陽工業大學聯合國內10余所院校企業與用戶（上汽）同步共同研制出的鎂合金典型汽車零部件10余種，突破了美國福特概念車103千克。

福建坤孚將12米大巴鎂合金車身骨架（重0.8噸）正式交付珠海銀隆客車，將鎂合金車身骨架推向市場。

值得一提的是，河南德威合金股份公司生產的鎂合金鍛造輪轂，已經通過各類測試，并在改裝車使用，目前特斯拉、上海汽車、北汽新能源都在積極測試，有望在新車型實現規模化使用。

相關研究院所與自行車及零部件廠商共同開發鎂合金自行車，包括車架、車把、前后車圈等采用鎂合金材料，使鎂合金自行車質量最低達8千克以下。近年來，共享單車市場火熱，摩拜單車作為品牌中的佼佼者，投放數量超過700萬輛，是鎂合金應用最多的單車，采用鎂合金一體輪轂，車身減重32%，

鎂合金在其它民用領域中的應用有：制作各種手動工具殼體，便攜式工具殼體、園林工具殼體；運動器材：高爾夫球頭、頭盔安全帽、淡水用獨木舟和船體、弓箭把手、壘球球棒、背包架、釣魚竿繞線輪、乒乓球拍，滑雪橇捆綁件，網球拍等；辦公設備：打字機框架、出納機框架和機盒、鉛筆刀、打印機卷軸、臺架等等。

7.鎂合金表面處理技術進步顯著。由于鎂金屬活性高的特點，鎂合金產品多數需要做表面處理。鎂合金表面處理技術進步也會大大帶動鎂合金的應用。山西聞喜銀光表面處理中心成功研發出異質型材同槽微弧氧化技術，實現了異質型材同槽、同電解液、同電參數微弧氧化技術；不僅操作簡單安全，而且避免了電解液的浪費，同時又提高了生產效率，降低了生產成本。

鎂合金連續鑄軋技術取得突破。鎂合金連續鑄軋是一項短流程、低成本板材生產技術，是發展方向，又是世界級難題。山西聞喜銀光開發并設計出鎂合金熔煉、保溫、異地輸送、雙輥連續鑄軋、流嘴、鑄軋卷等成套關鍵設備，形成了具有自主知識產權的鎂合金板帶雙輥，連續鑄軋成套設備和技術達到國際領先水平。建成了年產板帶3000噸的生產能力，用鑄軋法生產的鎂合金板材性能超過國家標準，由通用汽車公司做的杯凸試驗，獲得通用汽車公司認可。

雙輥連續鑄軋鎂合金板，通過快速加熱、熱軋并結合適當的溫軋和退火，產品質量超過傳統軋制板材的質量。AZ31板材平均晶粒度可以小于10μm，抗拉強度280MPa,屈服強度230MPa，延伸率達25%。鎂合金板的晶粒組織致密均勻，成為良好的沖壓材料和超塑性成型加工材料。

聞喜銀光的鑄軋和精軋鎂合金板材有三大類、20多個品種，幅寬600mm、厚度0.5～7mm，2mm薄板晶粒度小于10μm，已經銷往軍工、汽車、3C、建材、皮革、印刷、電池、工藝品等行業應用。

8.鎂電池應用開發取得突破。現有鎂電池主要有兩類，有與普通鋅錳干電池相似的隨時可以放電的鎂錳干電池；還有干燥狀態下可長期儲存，臨用時加水使之活化而可隨即使用的儲備型電池。發展的重點在于后者。2018年，上海硅酸鹽所動力學改善的鎂硫電池研究取得進展，上海交通大學的水激活鎂應急電源已經商品化，并已批量出口美國。

中國鎂工業存在的主要問題

1.冶煉工藝的環保和勞動保護問題。硅熱法冶煉而言，鎂冶煉污染源主要是粉塵、固體廢棄物，沒有水污染。硅熱法冶煉還有一些較大的問題：間斷式生產，自動化程度低，勞動生產率低，工人勞動強度較大。有的地區鎂渣產出量多，由于粒度、氧化鎂含量等未完全滿足水泥使用要求，缺乏消納的渠道，當前主要還是填埋。但鎂還原渣不是危險廢物。

電解法煉鎂的最大問題是成本居高不下，噸鎂投資達到7萬元，是皮江法的10倍以上。運行成本高，近期還難以作為中國煉鎂的主流工藝。

2.鎂合金生產及應用的主要瓶頸。一是，終端應用市場還處于開拓階段，全社會對鎂及鎂合金認知度還比較低。鎂對多數人的印象還停留在初中化學里接觸的易燃易爆，認為是不安全的金屬。對懂得一些專業知識的人來說，認為它易腐蝕、不易加工。實際的情況和人們的認知之間存在比較大的差距；二是，應用技術和裝備還有待開發和完善。和鋼、鋁相比，因為鎂的產業規模還不夠大，行業里對鎂的相關研究不夠充分，技術開發基礎薄弱，裝備水平更低；三是，成本偏高。成本偏高也和產業規模、技術基礎以及裝備水平密切相關；四是，價格不穩定影響下游用戶應用的積極性。因為規模小，行業稍有風吹草動，價格就會劇烈波動。下游用戶擔心無法控制原料成本，影響應用積極性；五是，原鎂產能過度集中在中國。國外用戶擔心原料保障不穩定，影響開發鎂合金應用的積極性。

新時代背景下中國鎂工業發展趨勢

十九大報告指出：人與自然是生命共同體，人類必須尊重自然、順應自然、保護自然。人類只有遵循自然規律才能有效防止在開發利用自然上走彎路，人類對大自然的傷害最終會傷及人類自身，這是無法抗拒的規律。我們要建設的現代化是人與自然和諧共生的現代化，既要創造更多物質財富和精神財富以滿足人民日益增長的美好生活需要，也要提供更多優質生態產品以滿足人民日益增長的優美生態環境需要。必須堅持節約優先、保護優先、自然恢復為主的方針，形成節約資源和保護環境的空間格局、產業結構、生產方式、生活方式，還自然以寧靜、和諧、美麗。

十九大報告還指出：要推進綠色發展，建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系。要構建市場導向的綠色技術創新體系，發展清潔生產產業、清潔能源產業。推進資源全面節約和循環利用，降低能耗、物耗，實現生產系統和生活系統循環鏈接。加強固體廢棄物和垃圾處置。提高污染排放標準，強化排污者責任，健全環保信用評價、信息強制性披露、嚴懲重罰等制度。構建政府為主導、企業為主體、社會組織和公眾共同參與的環境治理體系。對外要積極參與全球環境治理，落實減排承諾。

新時代背景下，一方面，隨著節能減排的不斷推進，新能源汽車、重型貨車等對輕量化材料需求迫切，中國具備鎂資源優勢和技術基礎，產業發展有較大潛力。另一方面，也要看到，近年來，鎂冶煉產生的二氧化碳已成為世界主要鎂應用國家關注的焦點，參照國外對中國電解鋁生產依靠煤炭而非清潔能源的相關指責，現有的鎂冶煉工藝將可能成為未來部分國家制約鎂應用、引發貿易摩擦的主要借口。因此，推進鎂產業高質量發展，要以“綠色冶煉、提升性能、擴大應用”為主要目標，重點開展以下工作：

1.促進冶煉行業綠色發展。建立技術先進、節能環保的綠色化、智能化鎂冶煉體系，是鎂產業可持續發展的重要基礎和前提。一是應充分發揮環保政策倒逼機制，督促鎂冶煉企業加快技術創新和改造，提升自動化水平、節能減排及污染防治能力；二是集中力量聯合攻關綠色冶煉技術。協調推動冶煉企業集中的陜西府谷等地區建立硅熱法煉鎂技術研發平臺，加強企業、科研院所、地方政府的政產學研合作，加快冶煉新技術的成果轉化。鼓勵硅熱法煉鎂企業與周邊水泥企業開展鎂渣處置的技術攻關和項目合作。支持青海鹽湖提升電解法煉鎂技術，完善脫水技術，減少電耗，促進全線裝置平穩運行，降低成本；三是修訂《鎂行業規范條件》，進一步提高技術、環保、能耗、資源綜合利用等門檻，引導行業持續提升技術，加快轉型升級。

2.加快鎂合金研制生產。建議加快推進輕量化材料制造業創新中心建設，通過工業轉型升級（中國制造2025）專項資金等，選擇培育那些基于原創的工程化開發骨干企業，形成質量穩定的規模生產。推動產學研合作，支持有特色、典型產品的龍頭企業加快低成本高性能鎂合金制造、鎂合金純化和凈化、鎂合金板帶連續鑄軋、大規格復雜鎂合金壓鑄、焊接表面處理等關鍵共性技術攻關及產業化，不斷提升鎂合金性能，降低加工成本，推進產業邁向中高端。

3.擴大鎂合金應用。考慮到鎂產品的特殊性能、加工成本與鋁存在差異，在輕量化活動中，可作為鋁材的應用補充和升級，逐步由裝飾件、承載較低的零部件向次重要部件、主承力部件拓展。從制品設計，熱冷加工，功能驗證，全產業鏈布局等多角度研究，提升應用原創鎂合金新材料的能力。一是提升智能制造水平。智能制造一方面可以把工人從枯燥乏味，甚至是惡劣環境下的流水線或是操作臺前解脫出來。另一方面，也可大大提高制造精度，達到僅靠人力無法達到水準。通過爭取智能制造試點示范等方式支持龍頭企業實施智能制造，加強數據積累，實現質量可追溯、工藝更優化、成本更經濟；二是以鎂輪轂作為重點產品，集聚資源擴大鎂應用。專家們已一致認為正反擠壓一次成型在現階段是適用技術，值得推廣。鎂輪轂已經被國家工信部列入《重點新材料首批次應用示范指導目錄》以及“新能源汽車材料生產應用示范平臺”的重點產品。要建立鎂企業與汽車等下游用戶的合作對接機制，推動上下游協同解決合金設計、工藝研究、加工專用設備開發、檢測認證等問題。通過擴大鎂應用，促進有個性有深度的基礎研究，培育一批穩定可靠的鎂合金供應商，帶動全產業鏈高質量發展。

4.鼓勵鎂冶煉企業走出國門。為培育國外鎂應用市場，應當鼓勵中國鎂冶煉企業走出國門，到“一帶一路”沿線建廠，或者輸出冶煉技術，幫助國外企業建立鎂冶煉廠。這樣歐美的下游用鎂企業才敢大膽開發和使用鎂合金產品，有利于鎂市場的開拓。

5.為中國鎂領跑世界做好頂層設計。要立足全國布局，揚長避短，只揚長，不補短。例如，西部鎂資源集聚區重點聚焦在大規模，以有競爭力的價格向世界供應高品質的鎂合金材料。長三角、珠三角重點聚焦于汽車、通訊家電等終端產品設計和總成生產，中部地區逐漸承接東部轉移的總成產能和零部件生產，并開發鎂新的應用領域，比如，鎂在能源方面的應用以及其它功能材料等，形成若干個戰略聯盟，互補互助，發展成世界鎂產業集聚區。

鎂合金應用前景光明，但道路依然不平坦。我們首先要樹立信心，要滿懷信心。這種信心，首先來自于對傳統燃油車的排放限值，來自于新能源汽車的發展趨勢，來自于節能減排、輕量化逐漸深入人心，來自于鎂合金自身具備的特點能夠滿足很多下游產品對優異功能、性能的要求，從而滿足人民對滿好生活的向往需要。信心也來自于政府的支持，工信部非常重視鎂產業的發展，并將鎂產業作為“放、管、服”試點行業，著力支持重點企業、重點地區和重點項目的發展。在今后前進的道路上，無論出現什么樣的外部挑戰，我們都要保持定力，按照自己的節奏，辦好自己的事情，圍繞輕量化，氫科學，充分挖掘鎂的內涵和潛能，發展輕、氫鎂產業，做好頂層設計。從結構功能一體化角度綜合考慮，物盡其性，深度挖掘鎂的內涵潛能，順性而為，為鎂量身定制適用的加工工藝和裝備，使鎂優點充分展現，“鎂好”的春天一定就會到來。正如古羅馬哲學家奧勒留所講的：“要像屹立于不斷拍打的巨浪之前的礁石，巋然不動，馴服著它周圍海浪的狂暴。”

其次，要更加增強憂患意識，防止犯戰略性、顛覆性錯誤。前進道路不可能一帆風順，越是處于發展的關鍵性階段，越是要有如履薄冰的謹慎。當前必須維護好以鎂合金輪轂為代表的這些鎂合金新產品的形象，防止出現一只蒼蠅壞了一鍋湯、一個產品壞掉一個行業的現象，確保鎂合金新產品平穩有序進入市場。