稀有金属 2003,(01),23-27 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.01.004
钽铌工业的进步与展望
宁夏有色金属冶炼厂、西北稀有金属材料研究院 宁夏石嘴山市753000
摘 要:
通过对以九O五厂 (NNMS) 为代表的我国钽铌工业的发展历程和世界钽铌工业发展历程的对比分析 , 采用了大量详实的第一手资料和基础数据 , 描述了我国钽铌工业发展的现状轮廓和技术发展历程及其在世界钽铌工业发展中所处的地位和竞争能力 ;阐明了在我国稀有金属钽铌资源冶、加技术领域中所存在的问题和面临的形势。从国家安全角度及行业整体发展的高度 , 提出了对国内稀有金属钽铌行业进行重组整合 , 并积极开发国外资源的可持续发展的战略构想
关键词:
钽铌工业 ;技术 ;发展 ;市场 ;展望 ;
中图分类号: F416.3
收稿日期: 2002-09-09
Progress and Prospect of Tantalum & Niobium Industry
Abstract:
The development of tantalum and niobium industry in China and in the world was described, and development of the metallurgical technology in Ningxia Nonferrous Metals Smelter was reviewed. According to the development condition and economic status in world trade of Chinese tantalum & niobium industry, the existing problem, development direction and measures that should be taken are pointed out.
Keyword:
tantalum and niobium industry; technology; development; market;
Received: 2002-09-09
1 钽、 铌金属的发展
1.1 钽、 铌金属的发现、 应用与发展现状
钽、 铌金属分别于1802年和1801年由瑞典化学家埃克贝格 (A G Ekeberg) 和英国化学家哈特契特 (C Hatchelt) 发现, 1922年, 1955年分别实现了钽、 铌工业化规模的生产, 经历了半个多世纪的发展, 世界钽、 铌工业现已达到了相当高的水平。 目前世界钽材料生产企业主要有美国Cabot集团、 德国HCST集团和中国宁夏九○五厂三大体系; 铌材料的主要生产企业主要有巴西冶金矿产公司 (CBMM) 、 卡塔朗戈亚斯矿产公司 (Catalao Goias) 和加拿大的奈奥贝克 (Niobec) 公司三大体系。
近10年来, 世界钽产品结构、 应用及消费数量、 比例和增长幅度见表1、 图1。
我们统计发现, 世界钽工业伴随着世界经济发展趋势呈5年一个周期攀升发展, 依据世界高科技发展的进程, 今后5~10年钽工业仍将会保持12%以上的增幅持续发展。
表1 世界钽产品结构、 应用; 消费量、 比例、 增长[1] (以Ta计)
Table 1 Shipments and rate of tantalum products, 1994~2001
产品
指标
1994
1998
1999
2000
2001
应 用
Ta2 O5 及其他化合物
总销量/T
63.12
159.90
112.67
146.99
171.36
化合物晶体; 溅射靶材; 涂层材料; 光学玻璃; 催化剂
平均增长/%
13.85
合金添加剂 (以Ta计)
总销量/T
57.79
72.23
145.02
127.81
139.16
耐腐蚀、 耐高温合金; 超合金添加组份
平均增长/%
25.97
TaC
总销量/T
115.59
140.36
127.66
175.60
197.80
硬质合金添加组份
平均增长/%
10.91
钽电容器用粉/阳极
总销量/T
492.76
795.33
1013.26
1359.33
750.32
通讯机站; 手机、 电脑、 汽车、 电子、 数码电器等领域用钽电容器
平均增长/%
8.02 (除2001年为25.62)
钽电容器用钽丝
总销量/T
78.84
146.01
158.30
209.21
115.34
钽电容器用阳极引线
平均增长/%
4.26 (除2001年为20.62)
其他加工制品
总销量/T
116.00
80.07
98.26
121.64
100.78
冶金、 化工、 航空航天、 电子等领域
平均增长%
5.40
锭、 未成型金属
总销量/T
92.61
84.55
80.94
94.48
86.41
钽加工品用料
平均增长%
0.43
Total
总销量/T
1061.74
1478.48
1736.11
2235.08
1561.59
平均增长%
5.47 (除2001年为19.17)
钽电容器用 粉/阳极、 钽丝
总销量/T
571.60
941.34
1171.56
1568.54
865.66
平均增长%
7.75 (除2001年为25.27)
图1 近几年来钽产品比例结构
Fig.1 Shipments of tantalum products in the world
近10年来, 世界铌产品结构、 应用及消费数量、 比例和增长幅度见表2。
另外, 近几年, 世界各电容器厂家都相继开发出了耐电压6~10 V, 电容量大于100 μF的铌电容器, 并在线性开关变压器上得到了成功的应用, 铌电容器的开发进一步带动了铌冶炼工业新一轮的技术进步
[3 ]
。
1.2 电容器级钽粉发展概述
钽金属除具有熔点高、 延展性好、 热导率大、 蒸气压低、 化学稳定性好、 抗腐蚀性强等优良特性外, 最重要的一个性能就是钽经阳极氧化处理后, 其表面可以形成致密、 稳定、 介电常数高的无定形氧化膜, 经专门的冶炼加工后可以制成每克达几平方米比表面积的高比容钽粉
[4 ]
。 用这种钽粉制做的电容器可以做到体积小、 容量大、 可靠性高、 寿命长、 耐压性能好、 功能稳定, 并且能够在其他电容器不能满足的苛刻条件下正常工作, 因而钽电容器在当代通讯、 电脑、 汽车电子、 数码电器等方面得到了极其广泛的应用。 钽粉、 钽丝在电容器方面的应用, 多年来一直是钽金属的第一大应用领域, 约占钽消费总量的60%~70%。 近年来世界钽电容器的发展大约每年以20%以上的速度递增, 虽经2001年的低潮, 但从世界经济发展的规模和速度预测, 今后仍会以15%左右的速度增长
[5 ]
, 见图2。
通讯机站、 移动电话、 个人电脑、 工业计算机及其元器件等是驱动钽电容器高速发展的重要领域。 近几年来移动电话和个人电脑的年增长率分别在60%和20%左右
[6 ]
, 见图3。
由于电子设备集成度不断增加和性能要求不断提高的驱动, 钽电容器呈现快速小型化和片式化, 见表3、 图4。 因而对钽粉的比电容量也提出了更高的要求。 近几年中国宁夏和国际的高比容钽粉的开发以每年增加10000 CV·g-1 的速度攀升 (图5) 。 1990年钽电容器单只耗粉量为64.9 mg/只, 2000年则降至39 mg/只。
1.3 钽资源的供需矛盾
由于90年代以来高科技的快速发展, 钽金属的应用更加广泛且呈现供不应求的紧张局面, 见图6。 2000年钽金属需求骤增近30%, 致使钽原料 (Ta2 O5 ) 在该年度8个月内暴涨600%, 高达每磅364美元。 多年来钽原料供应的短缺靠人造精矿、 分解残渣回收、 工艺过程中废边角料的回收及企业生产链各环节的库存予以补充。
世界已探明钽、 铌工业储量分别为30.64万吨 (Ta2 O5 ) 和3245.9万吨 (Nb2 O5 ) , 我国已探明储量为3.98万吨 (Ta2 O5 ) 和11.65万吨 (Nb2 O5 ) , 分别占全世界已探明储量的12.98%和0.36%。 钽资源储量占世界第5位。 但我国钽、 铌资源原矿品位低、 粒度细、 结构复杂、 可选性差且回收率低。 九○五厂钽原料国内国外采购比例为30%:70%, 基本上属两头在外, 充分利用自身的技术优势将资源转化为高科技含量的高附加值的产品。 近几年来, 该厂实施了建立自己的原料基地的发展战略, 先后在福建南平、 广西、 江西、 湖南、 非洲中部国家、 澳大利亚分别以投资或合作的方式建立了原料供应基地和稳定的供货渠道, 以全面提升国际市场的竞争力。
表2 世界铌产品结构、 消费数量、 增幅及应用领域[2]
Table 1 Shipments and rate of niobium products, 1998~2000
产品
指标
1998
1999
2000
应 用
Nb2 O5 (以Nb计)
总销量/T
2207.93
2188.41
2864.94
陶瓷电容器、 人工晶体、 光学玻璃、 化工原料、 铌合金原料
1993~2000年增幅/%
12.1
铌及铌合金 (以Nb计)
总销量/T
556.58
927.24
954.92
超导、 原子能、 化工、 航空航天工业等结构材料
1993~2000年增幅/%
10.2
钢铁用铌 添加剂
总销量/T
24067.34
20940.31
20369.23
汽车、 桥梁、 输油管等用高强度低合金钢、 各牌号不锈钢、 显微合金锻造钢
1993~2000年增幅/%
8.9
Total (以Nb计)
总销量/T
26831.86
24056.19
23989.10
93~2000年增幅/%
9.7
图2 近年来世界钽电容器的增长 (单位:亿只)
Fig.2 Shipments and of tantalum capacitors in world (1994~2006)
图3 近几年来移动电话和个人电脑的数量
Fig.3 Shipments of personal computers and mobile telephone (1995~2001)
表3 近年来小壳号的钽电容器发展迅速[7]
Table 3 Small size case tantalum capacitors
壳型
L /mm
W /mm
H /mm
A
3.2
1.6
1.6
P
2.0
1.2
1.2
S
1.6
0.8
0.8
图4 2000年钽电容器的片式化率[8]
Fig.4 Rate of chip tantalum capacitor in total
图5 1990~2000年世界、 九五厂电容器级钽粉发展进程[9]
Fig.5 Development of CV value of tantalum powder in the world and in NNMS
*μFV g指单位重量的比容
图6 世界钽资源供应占总需求百分比[10]
Fig.6 Supply and demand for tantalum in world (1994~2000)
钽、 铌属稀有金属, 全世界年消费总量分别为2000和20000 t左右, 虽总量甚小, 但钽、 铌是许多工业尤其是电子工业中被动元件的重要功能材料, 而且随着高科技的发展, 各产业对钽、 铌金属的各项性能不断提出新的更高的要求, 因此钽、 铌金属冶炼与加工工艺技术的不断更新与进步是钽铌工业全体工作者的重要任务。
2 九○五厂钽铌产业技术、 经济的进步与发展
2.1 发展简况
宁夏有色金属冶炼厂、 西北稀有金属材料研究院是1965年作为三线建设项目由北京有色金属研究院的二个半研究室搬迁到宁夏石嘴山市创建而成, 原来属于冶金部, 是具有厂院合一性质的企事业单位, 代号为九○五厂。
该厂主要从事稀有金属钽、 铌、 铍的研究与生产。 钽铌金属是电子、 冶金、 化工、 航空航天、 机械、 超导技术等领域的重要功能材料; 金属铍主要服务于原子能、 核武器、 宇航卫星、 惯性导航及国防军事工业, 近年来含铍的各类合金也广泛应用于电子、 电器、 计算机、 精密仪器等领域。
该厂长期坚持“科学技术是第一生产力”的指导思想; 长期坚持集中人力、 物力、 财力, 尤其是各级干部的精力, 大力推进钽铌冶炼、 加工的工艺技术进步的工作宗旨; 不断坚持技术创新, 坚持以我为主、 博采众长、 消化吸收融为一体的技术路线; 坚持融入国际大市场参与竞争, 应对挑战、 争占市场份额的发展战略。 经历了30多年的发展, 由当时充其量是一个半工业规模的中型试验室发展成为当今门类齐全的集钽、 铌、 铍冶炼、 加工及其延伸制品的专业化工厂和研究院, 成为我国钽、 铌、 铍工业重要的研究与生产基地, 属于该领域的国家队与排头兵, 代表着我国钽、 铌、 铍工业的整体水平。 特别是近十几年来, 该厂依靠技术进步、 使研究开发水平、 生产规模、 产品质量、 产品档次、 经营产品结构、 研究与生产装备水平、 企业经济效益等方面均发生了巨大的变化, 实现了跨越式的快速发展。 目前该厂钽、 铌主导产品国内市场占有率已达70%以上; 电容器级钽粉、 钽丝世界市场占有率分别达18%和40%以上, 成为世界钽金属材料供应商三强之一。
该厂以钽、 铌金属主导产品和不断开发的新产品在美国、 欧洲、 日本、 韩国、 以色列、 东南亚以及香港、 台湾等国际市场上实施了全方位开拓的战略, 先后与Kemet、 AVX、 Vishay、 Epcos、 NEC、 三星等全世界95%以上的钽电容器制造商建立了供应钽粉、 钽丝及其制品的商务关系, 已成为广大客商信赖的世界钽材料供应商三强之一, 经营规模总量自1993年以来呈现每两年翻一番的速度稳步发展。
2.2 技术开发与技术进步情况
九○五厂的几代科技人员即使在封闭的国策时期也始终未有放松钽、 铌金属的技术进步工作, 80年代初我国的钽工业产品水平同世界的差距约20年, 在从国外全套引进技术的思路受阻之后, 该厂完全依靠自己的技术能力不断创新, 进行了钽粉、 钽丝、 LT、 LN晶体、 钽铌及其合金的各类加工材、 钽铌电解电容器等钽铌加工产品和延伸产品的技术开发工作, 调整了经营产品结构。 到90年代末已将钽粉的工艺技术、 产品档次、 产品质量、 控制水平等方面推进到了当今世界的同等水平, 并同时赢得了世界市场。 自1989年开始, 先后实施了钽铌湿法冶炼、 火法冶炼、 钽丝加工、 钽铌精炼、 LT及LN晶体等多项扩能性的技术改造工作, 从而使钽、 铌湿法冶炼能力由100 t K2 TaF7 /年增加到1200 t/年; 钽粉产能由20 t/年增加到500 t/年; 钽丝产能由2吨/年增加到120 t/年; 钽、 铌精炼加工能力由5 t/年增加到150 t, 综合实力在国际化经营的竞争中得到极大增强。 2000年6月16日获得了江泽民总书记视察工厂时题词“科技创新、 再攀高峰、 为国争光”的勉励与鼓舞。
九○五厂的发展走的是一条坚持技术进步, 科技创新的成功之路。 几十年的努力, 企业的技术提升、 产品开发、 更新换代完全是建立在自力更生基础之上, 克服了国外技术、 市场的严密封锁, 形成了自己独特的具有自主知识产权的体系。
3我国钽、 铌金属发展中的问题与对策
1.以宁夏九○五厂为代表的我国钽、 铌行业近十几年来虽然取得了长足的进步与发展, 已经进入了世界钽供应商的强手之列, 但面对的是高科技主导世界经济发展的新形势, 入世后钽、 铌材料产业的竞争对手及下游客户有可能涌入中国投资建厂的新机遇和新挑战。 我国的钽、 铌材料产业及产品结构不尽齐全; 电容器级钽粉、 钽丝强于其他产品, 金属铌及其合金产能、 技术相对较弱; 我国的钽、 铌行业的技术创新能力还不平衡, 技术创新体系还缺乏高水平的、 有效的整合; 我国的技术装备水平还较差; 我国的钽、 铌行业的管理水平还有较大差距; 我国钽、 铌行业的科技、 管理人才的综合素质还有待提高, 人才机制还需加大加快改革力度。 基本的对策是钽、 铌行业要把改善产品结构, 提高技术创新能力、 装备水平、 管理水平, 加快人力资源开发等方面的高质化进程作为我国钽、 铌行业继续前进的方向和基本任务。
2.我国钽、 铌冶炼加工国有、 集体、 民营企业成分俱全, 数量渐多且大多数是以初级产品为主, 形成了国内行业间的无序竞争。 有色体制解体后, 地方保护主义因利益的驱动给行业的整合、 优势的发挥及中国钽、 铌工业整体形象的体现又产生了一定的负面影响。 因此建议国家政府对我国稀有金属产业从发展规划、 政策导向、 促进行业整合等方面予以高度重视; 钽、 铌行业间也应运用市场机制促进整合, 实现产权结合、 优势互补、 发挥整体优势, 促进我国钽、 铌工业良性的、 高水平的、 高效的持续进步与发展。
3.我国钽、 铌资源相对较差, 也有乱采乱挖的现象, 无论是从保证现冶炼加工产业发展看, 还是从长远发展看资源问题是一项涉及国家安全的战略问题, 如何加大我国钽、 铌资源勘探工作力度, 整合现有资源供需体系是一项十分紧迫的任务。 同时政府及相关部门也应对企业在国外开发钽、 铌资源给予明确的办事高效的方方面面的政策性支持, 从而保证我国钽、 铌材料工业和应用领域健康、 持续、 快速的发展。
4.我国钽、 铌行业自主知识产权的保护意识不强, 对申请专利还缺乏认识。 企业自主知识产权的创立是衡量一个企业的科技竞争力的标尺。 所以如何加强企业自主知识产权的开发、 培育和保护是一项十分重要的工作。 要尽快的提到议事日程上来, 发挥自主知识产权的作用, 把科技链和产业链有机结合起来。
参考文献
[1] TheEconomicsofTantalum.RoskillInformationServicesLtd, 1999, 41.
[2] TheEconomicsofNiobium.RoskillInformationServicesLtd, 1999.25.
[3] Harrystuart, GeoffTither.TICBulletin, 1997, 4:6.
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[5] GeorgeJ , Korineck. TICBulletin, 1997, 92:4.
[6] ToshioNishimura, SadaoMatsumura. Proceedingsofasympos iumatthe36thTICMeeting, 1995.15.
[7] KnabeW , KeckHG . ProcessingHighCapTantalumPowdersforExtremeHighCVTantalumCapacitors;the22ndCapacitorandResistorTechnologySymposium, 2002.
[17] MillmamWA . TantalumandNiobiumTechnologyRoadmap, the22 ndCapaci torandResistorTechnologySymposium, 2002.33.
[8] WilliamA , Serjak. TantalumAvailability2000andBeyond;the22 ndCapacitorandResistorTechnologySymposium, 2002.17.
[9] 何季麟. 稀有金属高质化.2000年院士西部行报告会, 2000.10.
[10] 何季麟. 中国工程科学, 2001, 3 (12) :5.