| 赣州钕铁硼磁性材料的产业现状与发展趋势 |
1b. 江西理工大学,材料与化学工程学院,江西 赣州 341000;
2. 赣州嘉通新材料有限公司,江西 赣州 341000
1b. Jiangxi University of Science and Technology, Faculty of Materials and Chemical Engineering, Ganzhou 341000, Jiangxi China;
2. Ganzhou Jiatong New Material Co. Ltd. Ganzhou 341000, Jiangxi, China
稀土永磁材料作为一种高性能功能材料,被广泛应用于能源、交通、机械、医疗、IT、家电等领域,已成为许多高新技术产业的基础。而钕铁硼作为第三代稀土永磁材料[1],具有综合优异磁性能、价格相对较低等优点,因此近年来在科研、生产、应用方面都得到了高速发展。以信息技术为代表的知识经济的发展,给钕铁硼产业不断带来新的机遇。在钕铁硼磁性材料应用于生活中时,主要应用于计算机磁盘驱动器的音圈电机、核磁共振成像仪以及各种音像器材、微波通讯、磁力机械(磁力泵、磁性阀)、家用电器等。
生产钕铁硼磁性材料离不开稀土,稀土是重要的战略物资。而我国是稀土大国,已探明储量居世界首位,20世纪70年代初,国家首先在赣州发现了世界罕见的离子吸附型稀土矿,是世界独有的富钇型重稀土矿产资源产地。其离子型稀土储量约占全国同类型矿床储量的50 %, 赣州是我国南方离子型稀土最大的生产基地;离子型稀土是我国独有、宝贵、有限而不可再生的战略资源,鉴于其储量十分有限和对高新技术产业发展的重要支撑作用,国务院已将离子型稀土资源列为保护性开采的特殊矿种。所以赣州享有“稀土王国”之美称,这给赣州生产钕铁硼磁性材料企业带来了机遇和挑战。
1 我国钕铁硼磁性材料的发展现状我国钕铁硼磁体产业自1984年以来,经过20多年的发展,有了长足的进步,取得了世界瞩目的成绩。我国生产的烧结NdFeB,粘结NdFeB等均走在世界前列。在原料供给、生产量、品种质量、工艺技术、国内应用量及市场销量等都达到了较高水平[2]。其中烧结NdFeB的产量、应用量和市场销量在国内外尤为突出,烧结NdFeB的产量2001年就已超过日本居世界第一,从总体上看,这种状况将持续保持下去[3]。
目前, 我国钕铁硼产业已有相当的基础,全国烧结钕铁硼的地域集中分布的特点非常明显,由于进入行业最早的一些企业在当地的带动作用[4-5],目前全国共有烧结钕铁硼永磁材料厂200余家, 较大的厂有近100家, 形成了以浙江、山西、京津三地为中心的中国钕铁硼产业群, 形成了中国三足鼎立的稀土永磁产业格局。这三个地区的产量占到中国烧结钕铁硼总产量的87 %。尤其以宁波为中心的江浙地区比重最大, 达到全国的51 %, 其次是以太原为中心的山西地区, 占全国总产量22 %, 京津地区占到14 %。
1.1 我国钕铁硼磁性材料的应用状况(1)烧结NdFeB的应用。我国烧结NdFeB主要应用在电机、电器件、声器件、微波通讯技术、磁力机械、磁疗器械、磁分离技术、磁化技术等方面[6-7]。
(2)粘结NdFeB的应用。我国的粘结NdFeB磁体主要用于办公自动化设备、电动机械、仪表仪器、小型马达、视听设备、家用电器、计量机械、医疗保健、磁选机和传感器等方面[6-7]。
1.2 我国钕铁硼的品种质量及产量情况由于国内外对稀土永磁体的要求高, 促进了我国稀土永磁特别是钕铁硼品种、质量及产量的发展。近年来全国烧结NdFeB和粘结NdFeB的生产能力及实际产量的发展状况见表 1和表 2[8-9]。
| 表 1 我国烧结NdFeB历年来的产能及产量状况 |
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| 表 2 历年来我国粘结NdFeB的产量状况 |
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由表 1数据表明, 烧结NdFeB的产能及产量逐年发展, 2006年达到产量最大为39300 t, 比2005年增加19 %, 比1990年增长217倍。2000—2006年的年均增长率为35.4 %。2006年的产能利用率最高为96 %。与世界同行业相比, 我国烧结NdFeB的产能、产量和年均增长率等居世界之冠, 预计今后将会维持此种发展态势。
从表 2可知,我国粘结NdFeB的能力和产量逐年增长,2008年产量最高为4200 t,比2007年增长31.1 %,比1990年增长839倍。2002—2008年的年均增长率为48.3 %。与世界同行业相比,我国的产量及年均增长率居世界前列。今后仍会保持此种发展态势。目前粘结NdFeB为烧结NdFeB产量的1/20,有待发展。
2 赣州钕铁硼磁性材料的产业现状 2.1 赣州钕铁硼先进的制备工艺我国制备高性能烧结钕铁硼磁体的生产工艺有了很大的进展,主要有五方面的改进,分别是合金制备、制粉、成型、烧结、热处理。但是在赣州主要有三个方面使用了先进工艺,下面简单介绍这三种先进生产工艺。
(1)制备-速凝薄带的SC工艺。速凝薄带工艺可以使其合金组织有良好的柱状晶和均匀的富钕相并且可以很好的避免α-Fe的出现[10],能够得到理想的铸锭组织;目前该工艺已经形成产业化,这种工艺类似于熔体旋淬,即将熔融的合金液喷在辊速为1~2 m/s的铜辊上,厚度约为250~350 μm,见图 1。
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| 图 1 SC工艺示意图 |
(2)制粉-氢爆+气流磨。新的制粉工艺是氢爆+气流磨制粉[11]。氢爆工艺[12]是利用稀土金属间化合物的吸氢特性,将钕铁硼合金置于氢气环境下,氢气沿富钕相薄层进入合金,使之膨胀爆裂而破碎,沿富钕相开裂,保证了主相晶粒及富钕相晶粒间界相的完整。气流磨工艺[13]是利用高压惰性气体将粉末颗粒加速到超音速, 使之相互碰撞而粉碎,调整分级轮转速可以把粉末颗粒尺寸控制在要求的范围内,过大的颗粒继续互相碰撞,过小的粉末被分离排出。制粉原理是利用高压惰性气体气流将粉末颗粒加速到超音速,使之相互碰撞而破碎。
(3)烧结-多室连续多功能烧结技术。多室连续多功能烧结设备有准备室、预热室、烧结室、冷却室, 每个工作室按工艺要求具有确定的温度和气氛条件,待烧结的坯件按工艺流程依次进入上述各室, 经预定的烧结程序后出炉[14-15]。采用多室连续多功能烧结技术可使生坯料在保护气氛下进入烧结炉,加热室控温精度高,而且准备室具有脱去有机溶剂和气体的功能,冷却室具有600 kPa的高压气淬功能,从而保证工艺条件均匀、产品一致性好。使用多室连续多功能烧结设备可连续烧结、生产效率高、适于大批量生产高性能钕铁硼磁体。
2.2 赣州钕铁硼生产企业的基本情况| 表 3 江西赣州地区钕铁硼生产企业数量发展情况 |
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| 表 4 江西赣州地区钕铁硼生产企业的基本情况 |
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从表 3、表 4数据显示,到2009年,赣州已有NdFeB相关企业13家,赣州NdFeB企业的数量、产能及产量逐年发展,2009年企业数量达到最多,报批立项的年产量最大企业是赣州金力永磁有限公司,年产6000 t,是赣州最小企业的6.7倍。与国内同行业相比,赣州烧结NdFeB的产能、产量和年均增长率都是发展比较快,预计今后将会维持此种发展态势。
3 新形势下赣州钕铁硼产业的发展方向近几年,赣州利用本身具有的丰富稀土资源,已经形成了与稀土金属相关的完整产业链,从矿山采矿-湿法冶炼-电解生产镨钕镝等金属-生产钕铁硼磁性材料-对钕铁硼磁性材料进行深加工,大大小小共计10余家工厂,每年生产10000 t左右的钕铁的硼磁性材料[16-17]。
从目前我国稀土永磁材料的发展现状来看,全国的钕铁硼磁性材料已经达到饱和状态,全方位综合赣州实际情况和钕铁硼本身的优点和不足、在未来发展的过程中,赣州钕铁硼产业的发展出路在哪里?这个是整个行业关心和关注的问题, 笔者认为以下几个方向可发展赣州钕铁硼产业。
(1)生产高性能、高品质的磁性材料。多年来, 赣州的磁性材料的质量及磁性能有了很大的提高,但是整体水平还是不高,主要生产中档磁品(320~360 kJ/m3),仅能在音响、永磁电机和消费电子类等领域应用(受磁性能的限制),而在音圈马达、汽车用的小型电机和核磁共振成像仪等的领域应用较少。要想有更大的发展空间,必须向高磁能积、高矫顽力、耐高温、耐腐蚀等高性能的方向发展[18-19],现在钕铁硼的应用领域逐渐向高科技领域发展,所以需要高性能、高品质的磁性材料来满足市场的需求, 加快赣州钕铁硼产业更好更快的发展。
(2)完善产业链, 进行深加工。除了单生产钕铁硼以外, 还必须完善产业链的发展,进行深一步的加工, 对钕铁硼产业不能只停留在简单的粗生产,必须进行更深一步的加工, 增强企业的竞争力。
(3)完善生产工艺, 更新生产设备,提高生产水平。目前赣州磁性材料的生产工艺及设备已具有国内先进水平,但是还有许多企业在生产工艺及设备方面没有及时更新,生产工艺也比较落后,即使生产工艺及设备是比较先进的,但还存在一些问题,如烧结NdFeB的机加工工序,造成磁品的成品率较低,假如提高成品率就可节约原材料,降低生产成本。
(4)寻求其他稀土元素来替代Nd[20]。由于稀土元素有17种,每种稀土金属的价格都不一样,甚至差距比较大,利用赣州现有的稀土资源,寻求其他元素替代部分钕降低其生产成本,从而可以降低原材料成本,带来可观的经济效益。
(5)扩大产品出口量,提高市场竞争力。目前赣州磁品的市场竞争力差,获得产品的效益较低,其主要原因是产品磁性能低,造成了市场的销路不畅。因此,今后稀土永磁企业除了主要提高磁性能外,今后要组织营销联盟机构,稳定磁品价格,开展与其他地区和国家的销售竞争,扩大磁性材料的出口量,提高效益及市场竞争力,占领国内和国际市场,提高创汇效益,促进永磁企业的健康发展。
(6)近终形技术的开发, 提高钕铁硼的利用率[20]。由于钕铁硼烧结后要经过后续加工,这样造成的浪费增大其制造成本,近年来一些企业将近终形技术应用于烧结钕铁硼,可提高烧结钕铁硼的生产率和拓宽烧结钕铁硼的应用领域, 提高市场竞争力。
4 结语几十年来,赣州的稀土磁性材料已取得了丰富的经验,并得到快速的发展, 虽然赣州NdFeB磁性材料取得了较好的业绩,但是还存在一些问题,诸如:①产品产量和产值不适配;②磁性产品性能偏低;③生产工艺和设备相对落后。必须及早加以解决,以促进赣州磁性材料更加健康的发展。
钕铁硼产业是一个朝阳产业,前途是光明的,赣州虽然是中国南方离子型稀土矿供应基地,但不是钕铁硼生产的基地;近年来,赣州正在形成一个与稀土金属相关的产业链,钕铁硼相关企业正在逐年增加,企业自身的竞争力也在逐年增强。各企业只要按照国家磁性材料的发展战略,制定各自的战术,从小到大,从大到强,从国内到国际,步步实现自己的宏大理想。我们坚信赣州钕铁硼产业必能取得可喜成绩。
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