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镁产业分析

镁及镁制品产业报告

一、镁及镁合金的特性

镁是实用金属中最轻的金属,比重为,是铁的1/4,铝的2/3。

镁合金主要特性如下:

1、物理性能

镁合金最重要的物理性能在于它的比重,镁合金比重为铝合金的2/3,为工程塑料ABS的倍。

镁合金是最轻的可用于结构材料的实用金属。

除了比重低,镁还有很多其它的良好的物理特性:

比铝合金高30倍的减振性能;比塑料高200倍的导热性能;其热膨胀性能只有塑料的1/2。

2、机械性能

镁合金强度和刚度明显好于塑料,抗冲击力好于铝合金,由冲撞而引起的凹陷小于其他金属材料。

另外,镁合金抗蠕变性能好,即随着时间和温度的变化在尺寸上蠕变较少。

3、加工性能

镁合金有很好的加工性能。

如果镁合金切削阻力设定为,那么铝合金、黄铜和铸铁分别为、和。

镁合金比其他金属的切削阻力小,在机械加工时,可以较快的速度加工,缩短了加工周期。

镁的物理化学特性使其比铝更适合压铸大型部件。

镁单位体积的熔化潜热只有铝的2/3,比热只有铝的3/4,并且有非常低的溶铁性。

4、其他主要性能

%

电磁波屏蔽性好。

镁合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果好,因此,使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序和成本。

再生性好。

镁合金与塑料不同,它可以简单地再生使用且不降低其机械性能,而塑料很难在不降低其机械性能的前提下再生使用。

镁合金与其他金属相比,熔点低,比热小,在再生熔解时所消耗的能源是新材料制造所消耗能源的4%。

因此,镁合金被誉为“绿色”环保材料。

二、镁资源的情况

世界上镁盐资源是极其丰富的,主要以液体矿和固体矿两种形式存在。

液体矿以海水、地下卤水、盐湖卤水为主,固体矿包括菱镁矿、白云石矿、蛇纹石矿、滑石、水镁石及少量其他沉积矿等。

镁在地壳表层储量居第8位,占%(质量比)。

镁的总储量估计为100亿吨以上。

海水中的镁含量为%,全世界海水中的含镁量估计为6×1013千吨。

主要的含镁矿物有:

菱镁矿(MgCO3),白云石(MgCO3·CaCO3),光卤石(MgCl2·KCl·6H2O),水氯镁石(MgCl2·6H2O)和蛇纹石(3MgO·2SiO2·2H2O)等。

世界上所利用的镁盐矿物原料主要是菱镁矿和白云石,其次为海水苦卤、盐湖卤水及地下卤水。

中国是世界上著名的“镁大国”,镁储量占世界第一,镁资源占全球总储量的%。

菱镁矿、白云石资源丰富,其分布遍及全国各省区,约占全球的50%以上。

1、白云石(CaCO3•MgCO3)是碳酸镁与碳酸钙的复盐。

理论上含%,CaO%,CO2%。

CaO与MgO的质量比为,物质的量比为。

大多数天然白云石中CaO与MgO的质量比为~。

白云石有结晶形与无定形两种。

白云石因含有不同的杂质,而具有不同的颜色。

白云石分布很广,主要集中在山西、河南、陕西、宁夏等地。

中国的白云石资源已探明储量在40亿吨以上。

2、菱镁矿(MgCO3)是碳酸盐矿物,理论上MgO含量为%,CO2为%,矿物有结晶形与无定形两种。

结晶形菱镁矿属于六方晶系,有玻璃光泽,而无定形菱镁矿则没有光泽,并有角质断口。

菱镁矿外观色泽为白色或淡黄色,由于常含有碳酸钙、碳酸铁、碳酸锰、二氧化硅等杂质,因此其颜色各种各样。

中国的菱镁矿资源总量亿吨,符合炼镁要求的一、二级矿占78%。

世界上储量最大、质量最好的菱镁矿矿床是在中国的辽宁省大石桥。

山东掖县、河北邢台等地也有菱镁矿,但其质量不如大石桥。

3、水氯镁石及光卤石 水氯镁石(MgCl2•6H2O)与光卤石(KCl•MgCl2•6H2O)是两种含水的氯盐。

这两种原料必须经过彻底脱水后成为无水MgCl2或无水光卤石(KCl•MgCl2)后才能按电解法来生产金属镁。

MgCl2•6H2O与KCl•MgCl2•6H2O在我国青海省盐湖中有极为丰富的资源,青海盐湖氯化镁32亿吨,硫酸镁16亿吨。

三、镁的工业制法

镁的冶炼方法主要分为两种:

利用电解熔融氯化镁或用硅铁等使其还原而制得金属镁,前者叫做熔盐电解法,后者叫做硅热还原法。

熔盐电解法的成本高于硅热还原法。

1、硅热还原法是以煅烧白云石为原料、硅铁为还原剂,在高温和真空条件下,使氧化镁还原成金属镁。

按照还原炉的特点,硅热法有三种工艺:

皮江法(横罐外加热还原炉)炼镁、卧式电内热还原炉试验法、半连续硅热法。

目前全球90%以上的金属镁均是采用皮江法炼镁技术生产的,在中国则将近100%。

皮江法生产金属镁是以煅烧白云石或菱镁矿石为原料、硅铁为还原剂、萤石为催化剂,进行计量配料。

粉磨后压制成球,称为球团。

将球团装入还原罐中,加热到1200℃,内部抽真空至或更高,则产生镁蒸气。

镁蒸气在还原罐前端的冷凝器中形成结晶镁,亦称粗镁。

再经加熔剂精炼,产出商品镁锭,即精镁。

皮江法是在60多年前,受第二次世界大战的驱动,由加拿大国家研究院的皮江先生在政府资助下,率领上百人的研发团队发明的。

而蒂明科公司(加拿大上市公司)通过大规模的资本投入,持续进行金属镁冶炼和合金化技术的提升和创新,在高品质金属镁及镁合金生产工艺和生产装备方面形成了深厚的技术积淀和独有技术,有多项发明专利,多年来一直是全球皮江法金属镁冶炼和合金化的技术先驱和领导者。

1988、1998、2008年硅热法技术经济指标比较

白云石(吨/吨镁)

硅铁(吨/吨镁)

煤耗(吨/吨镁)

电耗(吨镁)

1988

14-18

、氯化熔盐电解法包括氯化镁的生产及电解制镁两大过程。

该方法又可分为以菱镁矿为原料的无水氯化镁电解法和以海水为原料制取无水氯化镁的电解法。

两种方法都是以菱镁矿和海水为原料,经氯化一电解一精炼的流程。

以菱镁矿为原料的无水氯化镁电解法流程的主要问题是氯耗高,颗粒氯化时,吨镁要补充~吨氯气。

以海水为原料制取无水氯化镁的难点是如何去除MgCl2·6H2O中的结晶水。

采用普通的加热法可以去除部分结晶水,生成MgCl2·3/2H2O。

但MgCl2·3/2H2O在空气中加热时很容易发生水解反应,生成不利于电解过程的杂质。

3、中国原镁产量占到世界总产量的80%。

中国的工厂全部采用白云石与硅铁进行热还原生产(皮江法冶炼)。

美国镁业公司是美国唯一一家原镁生产工厂。

而世界上其余的原镁工厂分别是:

以色列死海镁业有限公司,俄罗斯的索里卡姆斯克镁厂和AVISMA,哈萨克斯坦的一家,它们都采用电解氯化镁来生产原镁。

此外,巴西利马公司采用改良的皮江法生产。

世界主要国家产镁量单位:

万吨

年份

以色列

哈萨克斯坦

俄罗斯

巴西

加拿大

美国

中国

世界合计

2006

2

^

2007

3

2

2008

3

2

四、镁的应用

镁的应用主要集中在铝合金生产、变形生产、炼钢脱硫三大领域,还用在稀土合金、金属还原、腐蚀保护及其他领域。

<

1、镁合金:

由于镁的密度小,比强度高,并能与铝、铜、锌等金属构成高强度合金,因此,镁是重要的合金元素。

世界上镁的最大消费领域是作铝合金添加元素。

2、变形生产:

镁变形生产指压铸和挤压。

目前镁压铸生产占变形生产量的90%以上。

但镁挤压的性能和强度都高于镁铸压,因此镁挤压是镁深加工的主要发展方向。

3、很多钢厂都采用镁脱硫。

使用镁粒的脱硫效果比碳化钙好,虽然镁的价格比碳化钙高,但其用量仅为碳化钙的1/6—1/7,镁脱硫总费用较碳化钙经济。

一般来说,吨钢消耗镁粒—0.5公斤,脱硫后含硫量—%。

4、使用镁牺牲阳极进行阴极保护,是一种有效的防止金属腐蚀的方法,镁牺牲阳极具有以下特点:

防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运行、不需维护、占地面积少、工程费用低、与外界环境不发生任何干扰。

镁牺牲阳极广泛用于石油管道、天燃气、煤气管道和储罐;港口、船舶、海底管线、钻井平台;机场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处理厂、石化工厂、冶炼厂、加油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、锅炉等设备。

5、在人体细胞内,镁是第二重要的阳离子,它能激活体内多种酶抑制神经异常兴奋性,维持核酸结构的稳定性,参与体内蛋白质的合成、肌肉收缩及体温调节。

近代研究证实,动脉硬化、心脑血管病、高血压、糖尿病、白内障、妇女痛经、骨质疏松、抑郁症均与缺镁有关。

镁在医药领域的应用越来越受重视。

五、镁合金的应用

1、镁合金主要品种

根据ASTM标准,镁合金主要品种有AZ91D、AM60B、AM50A和AS41B。

以其中AZ91D为例,A和Z分别代表主要添加元素铝和锌,9代表第一种添加元素铝的重量比为约为9%,1代表第二种添加元素锌的重量比为约为1%,D代表合金开发的顺序号。

在不考虑其它微量添加元素和杂质时,镁合金中镁的重量比为扣除主要添加元素后的余量。

2、镁合金应用领域

镁合金具备良好的性能优势,随着近年来制造成本的降低和加工工艺的突破,镁合金的应用领域越来越广,市场需求量也越来越大。

目前,镁合金的主要用途可分为民用与军事—航空航天两大类。

1)民用领域

.

镁合金在民用领域的应用主要体现在:

交通运输工具:

包括汽车、摩托车、自行车和轨道交通车辆等;

3C类产品:

包括笔记本电脑、手机、数码摄像机、数码相机和便携式音乐播放器等;

其他民用产品:

包括手动工具、运动器械、建筑装潢材料等。

2)军事——航空航天领域

军事装备中使用镁合金可以提高结构件强度,减轻装备重量,提高武器命中率。

同时,镁合金能够满足航空航天等高科技领域对材料吸噪、减震、防辐射的要求,明显改善飞行器的气体动力学性能和减轻结构重量。

3、镁合金行业的发展状况

长期以来,由于受价格昂贵和技术方面的限制,镁及镁合金只少量应用于航空、航天及军事工业,因而被称为“贵族金属”。

自20世纪90年代以来,随着镁合金生产成本不断降低,镁合金压铸等成形技术不断完善,世界汽车及电子、电器产品追求轻量化,社会对节能与环保要求的提高,镁合金被广泛地应用于航空航天、汽车、摩托车、自行车、电子、移动通讯、冶金等领域。

同时,由于其它主要有色金属材料受其资源的限制,应用成本不断增加,因此,金属镁及镁合金的应用领域的不断扩大将成为趋势。

自20世纪90年代以来,凭籍丰富的矿产资源和低成本制造优势,中国连续10年成为世界最大的原镁产地,全球原镁生产一直呈现西方国家减产中国增产两大走向,近三年原镁产量均占全球市场的80%左右。

作为全球原镁最主要的产地,中国原镁产能充足,竞争充分,价格低于国际市场,因此,中国镁合金生产具有低成本的优势。

在竞争压力下,境外镁合金厂家相当部分的产能关闭或向中国转移。

加入WTO后中国已日益成为世界制造业中心之一,应用镁合金最多的汽车产品和3C产品越来越多在中国本土制造,跨国公司在中国构筑全球采购平台,所有这些促使了镁合金需求地域越来越向中国转移。

原镁价格低、镁合金就近供应有助于降低镁合金应用行业的成本以及镁合金应用技术的逐步成熟共同促进了近年来中国镁合金行业的发展,进一步提升了中国在全球镁合金市场的地位。

六、镁合金市场的容量及发展趋势

由于汽车和电子行业对产品轻量化的迫切需求,镁合金的应用得到了长足发展。

近二十年来,全球镁合金应用的年均增长率约10%,而欧美镁合金应用的年均增长率达到了15%以上。

2004年-2006年,镁合金全球市场年需求总量已达25万吨至30万吨。

中国镁资源丰富,在市场需求的拉动下,镁合金产业发展势头强劲,无论是产量,还是出口量,均已跃居世界第一。

相比欧美国家,中国镁合金的市场需求增长速度更快,从2000年的万吨增加到2006年的万吨,年均增长率达到了%。

未来镁合金的需求呈持续增加的趋势。

1、以汽车、3C为代表的民用产品领域仍处于明显的增长期,其总量和结构的变化为镁合金产业增长带来了积极需求。

(1)汽车行业

1998年至2005年世界汽车产量稳步增长,其中自2002年以来,世界汽车产量增速保持在3%左右的水平。

汽车产业是镁合金应用总量最多、前景最好的产业,全球主要汽车生产企业如宝马、通用、丰田、本田等均在大力研发镁合金汽车部件,目前,每辆汽车平均已使用约3.5公斤镁合金,业内预计2010年每辆汽车使用量将达到约10公斤,至2015年达到68公斤。

以2005年世界汽车产量约6,000万辆计算,到2010年汽车行业年用镁合金量约60万吨,2015年将达到400-500万吨的水平,市场非常广阔。

汽车厂家增加镁合金部件使用比例,部分替代原先钢铁、铝合金或塑料等材料的原因主要如下:

A、利用镁合金替代钢铁、铝合金实现汽车的轻量化,提高燃油经济性并减少汽车废气排放。

越来越高的石油价格使得汽车的使用成本居高不下,而汽车使用燃料的60%消耗在汽车自重上。

据测算,如果汽车减重10%,其燃油消耗可降低6-8%,排气量也随之大幅降低。

2006年USAMP在美国能源部赞助下完成了《展望2020年的镁:

北美汽车用镁的战略分析》的研究报告。

据该报告分析,到2020年,北美生产的每辆汽车镁合金用量将从目前平均10-12磅增加至约350磅,代替约500磅钢铁和约130磅铝合金,直接减轻约290磅重量,加上底盘、悬挂系统和动力系统相应发生的二次减重约210磅,每辆汽车自重将从目前的平均3,360磅减轻500磅至2,860磅,减轻约15%。

(1磅=0.公斤)

B、镁合金替代塑料,更易于回收,满足环保和循环利用的要求

镁合金与塑料不同,它在再生利用的同时不降低机械性能,而塑料很难在不降低其机械性能的前提下再生使用。

同时,塑料回收利用率只有约50%,而镁合金可以实现100%的回收利用,用镁合金部分替代塑料件有助于汽车满足政府对报废汽车材料回收利用率标准提高的要求。

(2)3C行业

3C产业是全球发展最快的产业,在以笔记本电脑、手机和数码相机为代表的3C产品朝着轻、薄、短、小方向发展的推动下,镁合金的应用得到了持续增长。

镁合金与传统3C产品使用的外壳材料相比具有轻量化、刚性高、减震性好、无磁、散热、可回收等优点;特别是应用于3C产品外壳上其外观及触摸质感极佳,已成为设计和消费的流行趋势。

3C产品中使用镁合金最早的是笔记本电脑,DELL公司2003年镁合金外壳笔记本的出货量就有400万台。

2006年,全球笔记本电脑采用镁合金机壳的比例已约达30%,即约2,200万台,随着镁合金机壳价格的降低,镁合金应用将扩及中档甚至低档笔记本电脑,2001年以来世界笔记本电脑产量以年均超过20%的速度增长,因此,镁合金在笔记本电脑的应用市场广阔。

镁合金在手机上的使用也在高速发展,采用镁合金外壳的移动电话在电磁相容性方面有了巨大提高,在减少了通信过程中电磁波散失的同时也降低了电磁波对人体的伤害。

2005年全球生产手机4亿部,其中约10%~11%采用镁合金机壳,而2006年采用镁合金机壳的手机预计将占总产量的16%以上。

数码相机自20世纪90年代面世后,市场需求迅速扩大,产品性能和档次也逐年提高。

2005年采用镁合金外壳的数码相机约200万-300万台,2006年预计将增加到500万台以上。

2、镁铝比价的下跌为镁合金应用打开了空间

镁铝比价下跌使得镁合金替代铝合金具有了经济优势。

汽车产业使用镁合金替代铝合金部件在减轻重量的同时也获得了成本的降低,这无疑进一步打开了镁合金应用的空间。

3、镁合金新品种、下游行业加工工艺开发等技术进步推动了镁合金在终端行业的应用

近年来随着镁合金新品种增加以及镁合金下游行业加工工艺的突破,镁合金在终端行业的使用范围不断扩大。

目前,高性能镁合金新材料及加工成型新技术的开发和研究已取得了大批的科研成果,国外已部分开始批量应用。

另外,镁合金目前主要成形方式集中于压铸,压铸镁合金产品用量约占镁合金销量的80%,远大于变形镁合金产品用量。

变形镁合金产品具有更高的强度和更好的延展性,具有铸造镁合金产品无法取代的优良性能。

国际镁协会(IMA)制定的镁合金开发与应用三个阶段中,长期的目标就是要开发变形镁合金的新合金和新工艺。

镁合金变形成形包括:

轧制、挤压、冲压、热锻和超塑性成形等加工方式。

随着变形镁合金产品研究的成熟与应用的不断完善,镁合金市场将更为广阔。

4、镁合金在其他领域的应用

近几年由于镁合金生产成本的下降极大地刺激了其在民用领域的应用,如用做自行车架、轮椅、康复和医疗器械及健身器材等。

七、中国镁业的发展情况

1、中国镁业的现状

中国镁冶炼产业凭借资源、能源、劳动力、投资成本、生产成本等优势获得了快速发展,在国际同业界具有很强的竞争力。

在1998-2007年间,世界上先后有10个国家的18个镁厂退出镁冶炼行业。

中国镁产量1990年居世界第9位。

从1992年起,国内硅热法镁厂的增产使中国镁总产量出现快速增长势头,产镁总量首次突破万吨大关,1994年便上升到第6位,1995年跃升到世界第2位,仅次于美国。

到1999年升到首位。

1992年中国出口镁6053吨,从一个镁产品净进口国转变为净出口国。

出口量从1994年超过万吨,1999年超过10万吨,2008年超过吨,1992年至2008年,出口年增长率为%。

中国的镁工业已转变为以依赖出口为主的产业。

2、中国原镁生产情况

2006、2007、2008、2009一季度年中国原镁产量单位:

万吨

山西

陕西

宁夏

内蒙

河南

其它

合计

2006

2007

'

2008

\

2009一季度

3、中国镁产品出口情况

<

2008年中国出口万吨镁产品,比较1998年增长近3倍,占国外消费的%。

不过目前中国镁产品的出口以原材料—镁锭出口为主,2008年镁锭的出口占镁制品出口的49%。

具有高附加值的镁加工品和镁制品还不到5%。

但近三年出口呈现上升趋势,出口结构向高附加值产品转变。

美国、欧盟、加拿大、日本、韩国和印度是中国镁产品出口的主要国家和地区。

单位:

万吨

2006

2007

2008

2009上半年

原镁(锭)

|

镁合金

镁粉

镁加工材

镁制品

|

合计

4、中国镁产品国内消费情况

从2007年起中国成为世界第一消费大国。

在国内,至2007年8月24日前,镁价一直低于铝价,对一些下游加工企业,可代替部分铝件。

由于有价格优势,国内消费市场需求增加,1978-2008年中国国内镁消费量逐年增长。

2007年国内消费量增加到万吨,是1978年的75倍,是1998年的倍,占世界消费的%。

中国成为镁的世界第一消费大国。

2008年因镁价大起大落,影响和制约了下游加工,不少企业改用铝合金,价格因素抑制消费,致使国内消费量下降到万吨,同比下降%,但仍占世界消费量的29%。

2001年—2008年国内镁产品消费量单位:

万吨

2001

2002

%

2003

2004

2005

2006

2007

2008

消费量

/

2008年国内镁消费领域单位:

万吨

分类

冶金

加工

其它

合计

铝合金添加

炼钢脱硫

球墨铸铁球化剂

金属还原

稀土镁合金

铸件、压铸件、型材

2007

;

3

4

1

2008

1

各占比

5、镁价格走势

由于镁在汽车、3C、型材等方面是替代铝的使用,镁价格的走势影响着镁的使用范围。

如在2008年6月,镁价涨到37500-38500元/吨,暴涨的结果是,影响和制约了镁下游加工企业和终端用户,迫使下游加工及用户企业,改用铝合金。

因此,镁价暴涨,抑制消费。

同时,镁产业的相关人士也认为镁与铝的比价在以下时,镁将大面积的推广使用。

2007、2008、2009年镁、铝价格走势万元/吨

1月

~

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

2007

2

2

2008

3

3

2

2009

'

;

6、中国镁产业相关公司

1)冶炼

皮江法:

山西金星镁业、山西银光华盛镁业股份有限公司、山西言必信镁业有限公司、太原金威镁业有限公司、榆次市天龙镁业有限公司、山西东义镁业、山西闻喜八达镁业有限公司、宁夏惠冶有限公司、陕西商洛山阳盛合镁业、府谷镁业集团、府谷京府煤化有限责任公司、府兴工贸镁业有限责任公司、鄂尔多斯天旭轻合金公司、重庆博奥镁业;

电解法:

青海盐湖工业集团;

2)加工、成型

压铸:

南京云海、山西银光华盛镁业股份有限公司、重庆博奥镁业、富士康集团太原镁合金制品厂、上海镁镁压铸合金有限公司、费县银光镁业有限公司;

挤压:

鹤壁维恩克公司、闻喜银光镁业公司、山西广灵精华化工集团、山东昌宇新材料、太原同翔跃进镁业。

7、中国镁业的技术情况

中国镁行业公司的技术水平参差不齐。

与国内其他主要有色金属行业如铜、铝等行业相比,中国镁产业集中度相对较低。

除了少数专业镁生产企业外,多数缺乏规模竞争优势,且工艺装备水平落后,劳动生产率低,产品质量水准参差不齐。

特别是中国镁合金生产企业针对下游镁合金应用行业的研发能力普遍薄弱,大多数只能被动合作,影响了镁合金应用市场的拓展进度和高端产品竞争力。

镁合金技术发展水平制约镁合金的应用。

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,但与铝合金相比,目前镁合金产量还不足铝合金的10%,制约镁合金应用的主要因素是镁合金新品种和镁合金加工工艺的发展滞后。

八、中国镁业的相关政策

1、产业政策

国家发改委、科技部、商务部于2004年4月30日发布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2004年度)》中,包含了“镁合金及其复合材料,镁及镁合金液态铸轧技术,镁合金系列化产品(线、板、带、薄板、铸件、断件、异形材等)的加工与焊接技术,后加工成形技术和着色、防腐技术以及相关的配套设备”等22项新材料产业化重点领域。

国务院于2005年12月2日发布“国发[2005]40号”《关于发布实施〈促进产业结构调整暂行规定〉的决定》,要求“按照产业聚集、规模化发展和扩大国际合作的要求,大力发展信息、生物、新材料、新能源、航空航天等产业,培育更多新的经济增长点”和“积极发展新材料产业,支持开发具有技术特色以及可发挥中国比较优势的光电子材料、高性能结构和新型特种功能材料等产品”。

国家发改委同日发布经国务院批准的“国家发改委令第40号”《产业结构调整指导目录(2005年本)》,该目录包含了“高品质镁合金铸造及板、管、型材加工技术开发”等19项鼓励类有色金属项目。

2、科技政策

国家科技部在“十五”期间将“镁合金开发应用与产业化”列为国家科技攻关计划重大项目,在“十一五”期间将“镁及镁合金关键技术开发与应用”列为国家科技支撑计划项目。

3、增值税出口退税及出口关税政策变动

国家发改委、财政部、商务部、国土资源部、海关总署、国家税

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