“减肥”金属矿产的投资有两个含义,一是在结构金属材料中加入其他的功能金属,在保证相同功能强度的同时达到减轻重量的目的;另一个含义是高强度或高磁场强度的合金或金属代替传统中低强度或中低磁场强度的材料。下面举例说明。
据国际钢铁协会公布的统计数据,2014年中国钢材产量达11.26亿吨,占全球钢材产量的46.6%。这个产量分别是日本的6倍、美国的10倍,比世界其他十大产钢国的总和还要多。正是因为我国钢铁产能的突飞猛进,使得完全能自给的铁矿石资源逐渐捉襟见肘,铁矿石的对外依存度屡创新高,从2002年的44%提高到2011年的69%,直到2014年的72.8%。2010年进口铁矿石6.2亿吨,2014年进口铁矿石9.325亿吨,如此大的铁矿石进口量是一个无法背负的沉重压力。
在加大国内找矿力度的同时,减少钢材的用量是一种见效比较快的办法。钢中加钒是减少钢材用量的好办法。在我国,90%左右的钒用于钢铁工业,钒在钢中的应用主要是通过添加钒来提高强度和韧性,技术也相对成熟。在钢中加入钒,可显著改善钢的性能。实践表明,在结构钢中加入0.1%的钒,可提高强度10%~20%,减轻结构重量15%~25%,降低成本8%~10%。若采用含钒高强度钢,可减轻金属结构重量40%~50%,比普通结构钢的成本低15%~30%。由于钒钢具有强度大,韧性、耐磨性及耐蚀性好的特点而广泛应用于输油(气)管道、建筑、桥梁、钢轨和压力容器等工程建设中。
除钒金属以外,铌、钛和硼等也能起到提高钢的强度,达到减轻结构重量的作用,其中以钒作为微合金化元素的占多数。在可统计到的各国非调质钢中,可知化学成分的牌号有186个,其中含钒非调质钢为158个,占85%;含铌的为9个,占5%;钒铌复合合金化的14个,占7.5%。
可见,在钢中作为微合金化元素,钒是绝对的主流。幸运的是,钒又是我国优势小金属。目前开采的钒矿床有两类,一类是与铁矿共生的钒钛磁铁矿型,如攀枝花钒钛磁铁矿床;另一类是发育在碳硅质板岩中的沉积石煤型钒矿,如陕西山阳中村钒矿。
根据国土资源部信息中心《世界矿产资源年评(2011—2012)》资料显示,截至2011年年底,世界钒金属的探明储量为1 400万吨,钒资源总量超过6 300万吨。其中我国已探明储量510万吨,居世界第一。攀枝花和承德地区钒储量约400万吨,占中国钒储量的80%左右,是世界最大的钒资源集中区。
世界钒矿看中国,中国钒矿看攀钢。据《全球铁合金网》2012年1月6日报道,2011年,攀钢钒炼钢厂共生产钒渣25.73万吨,是设计钒渣产能的2.3倍,连续7年创出历史新高。一般来说,钒渣中含V2O5达12%左右,由此可以推断,攀钢(攀枝花钢铁公司)可以生产V2O5达3万吨左右;同时,承钢(承德钢铁公司)报道2011年全年生产钒产品达到2万吨,两家合计每年可以生产V2O55万吨。2011年,中国钒产品年产能总计约有9万吨(以V2O5计),占世界总产能的61%,实际产量4.8万吨,占全球实际总产量6.1万吨的78.6%。
限于两大钢铁厂的钢铁产量限制,5万吨V2O5产量应该是它们产量的峰值。根据TTP Squared.Inc的Terry Perles预测,2015年全球钒消费量将达9.9万吨,中国消费量能达到6万吨。可见,发育在碳硅质板岩中的沉积石煤型钒矿有投资机会。
第二种情况是轻金属合金。翻开元素周期表,能作为轻金属合金的元素有锂、镁、铝、钛等。
汽车轻量化对于降低油耗、节约能源、减少废气排放十分重要。研究显示,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%~8%;汽车整备质量每减少100千克,100千米油耗可降低0.3~0.6升,汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%,二氧化碳排放可减少约5克/千米。据报道,2010年,欧美汽车企业制造的产品重量同过去相比减轻了20%~26%,预计到2020年,轿车平均重量还将继续减轻20%。
汽车轻量化必须研究和使用轻质材料。比如铝合金的比重仅为钢的1/3,镁合金的比重为1.8,比铝还轻1/3,强度和刚性也较好。在有色金属中,镁和铝两种有色金属在汽车轻量化应用上是最好的轻质金属,它们的发展前景也最为广阔。
据中国汽车轻量化技术创新战略联盟专家委员会主任陈一龙的资料,我国目前中型载货汽车年产销量80万~100万台,其中有70%以上为可轻量化的重型专用车,仅此一项,年需金属铝就超过100万吨。如果考虑所有汽车全部实现轻量化,每年则需要600万吨金属铝。(www.daowen.com)
在笔者的印象里,镁一直是个低端的金属,中国产的金属镁主要是出口。最近看了《中国有色金属》杂志记者曲永祥采访中国有色金属协会镁业分会会长徐晋湘的报道,据介绍,镁合金的应用在2008年以后取得突破性的发展,镁合金几乎全部用于高端装备制造领域,包括航空航天、军工、汽车和高铁等。由于镁的比强度大,所以它被用于战斗机、客机中的机翼、轮毂连接件等非承重结构件,一架超音速战斗机需要5%的镁合金构件,一枚导弹一般要消耗100~200千克的镁合金。镁在高铁中的应用更是不可替代,研究数据表明,高铁时速在260~300千米/小时的情况下,铝板还可以对付,但当速度超过300千米/小时后,铝板就太重了,这时就需要镁合金板了。
钛合金在前面的“上天入地”一节中已讲得很多,这里也就不再展开。
锂是世界上最轻的金属,它的比重仅为0.53,也就是只有约同体积水重的一半,它的密度只有铝的1/5。如果用锂做一辆汽车,一个人就可以把它举起来。科学家经过研究发现,锂—镁和锂—铝等合金不仅重量轻、强度高、抗冲击性能好,而且还具有良好的耐腐蚀性和抗太空中高速辐射粒子穿透的能力。用这类合金制造宇宙飞船的热防护舱和卫星、导弹的包覆材料是再好不过的了。据报道,美国的阿纳吉-D末级制动火箭,因使用了锂—镁合金而使其重量减轻了23千克。
在锂、镁矿床中具有长期投资价值的首选盐湖。中国的盐湖矿产资源可以用“多、大、富、全”4个字来概括。
所谓“多”,是指我国现代盐湖数量众多、盐湖矿产资源种类多。新疆境内,有“无百里之内无盐湖”之说;青海柴达木盆地,有“盐的世界”之称;西藏的盐湖更是星罗棋布。盐湖固体矿物原料资源十分丰富,矿种较为齐全,可作为大规模开采的矿床有石盐、芒硝、石膏、天然碱、硼酸盐、镁盐、钾盐、锶盐等,且盐湖液体矿床资源种类亦多,如锶、镁、锂、铷、铯、钾、硼、溴、碘、铀等。
所谓“大”,是指我国某些盐湖面积大和某些盐类矿产资源储量大。如我国柴达木盆地的察尔汗盐湖,总面积为5 800多平方千米,比西亚的死海大5倍多,比美国犹他州的大盐湖大1.6倍,察尔汗盐湖氯化物(石盐、氯化镁、氯化锂)资源总储量达数百亿吨。
所谓“富”,是指盐湖中某些矿种的品位高,即单位含量高。如我国某些含硼盐湖卤水,硼的含量可高达1.4克/升;某些含锂盐湖的卤水,锂含量可高达2克/升;个别盐湖铷、铯含量可高达几十毫克/升;铀可高达数10毫克/升。
所谓“全”,是指盐湖矿床类型全。在我国盐湖区内,各类碳酸盐矿床如天然碱矿床、菱镁矿矿床等,各类硫酸盐矿床如芒硝矿床、石膏矿床、天青石矿床等,各类氯化物矿床如石盐矿床、钾石盐矿床、光卤石矿床、水氯镁石矿床等,各类硼酸盐矿床如天然硼砂矿床、钠硼解石矿床、柱硼镁石矿床、多水硼镁石矿床、库水硼镁石矿床、水方硼石矿床等,种类十分齐全。
我国已经完全掌握了利用盐湖卤水生产碳酸锂的技术,金属镁和金属锂的生产技术就更不在话下了。用锂辉石和锂云母生产碳酸锂和提炼金属锂都是不经济的,用白云石提炼金属镁也一样。对于锂、镁等轻金属来说,从盐湖卤水中提炼这些金属或化合物才最经济,资源储量也最大,盐湖的投资要比固体矿物小得多。
另外是用高强度或高磁场强度的合金或金属代替传统中低强度或中低磁场强度的材料,如钕铁硼,前面有专门章节论述,这里就不再赘述了。
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