镁合金及其加工材生产技术可行性实施报告.docx
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镁合金及其加工材生产技术可行性实施报告
镁合金及其加工材生产技术
第一部分镁的资源分布及市场
镁的资源分布
镁为地壳中第六个分布广的元素，约占地壳重量的2.35%。
已知含镁矿物有60余种，其中有工业价值的为菱镁矿（MgCO3），含镁28.8%；白云石（MgCO3CaCO3），含镁13.2%；光卤石（KClMgCl26H2O），含镁8.8%等，其中以白云石分布最广。
另外，世界各地还有很多含镁的盐湖、地下卤水和盐矿床。
海水是取之不尽的镁资源，据估算，1km3海水中含有130万吨的镁。
我国的镁资源居世界首位，其中、产菱镁矿，各省都有白云石矿，有盐湖卤水和光卤石，沿海盐场的副产品卤水，均可作为炼镁的原料。
原镁生产能力
从19861990年间,由于一些新建镁厂的投产，国外镁产量一直在增加，1990年西方镁产量为26.08万吨，但从1990年以后，为经济利益，西方国家用减产来提高镁价，因此，从1990年1994年，镁产量持续下降，1994年，西方国家实际镁产量只有22.41万吨。
1994年以来，以美国为首的西方国家经济复苏，小汽车产量增加11.1%，因而需要大量的镁。
在西方的镁产量还没有提上来时，中国的镁填补了这个空白。
1994年我国出口镁1.5万吨，1995年111月份出口量已达3.5万吨，保证了世界镁市场的需求。
在1997年发运的33.37万吨原镁中，巴西、加拿大、法国、挪威和美国产的为24.42万吨，独联体和中国大陆出口的估计为8.03万吨,动用库存0.92万吨。
在1998年，全球镁的生产能力为54.6万吨，实际产量为43.81万吨。
其中包括了美国得克萨斯州Dow公司Freeport镁厂大约4.5万吨的产量（该厂已于1998年12月底关闭）。
目前世界上有12个国家在生产镁，总生产能力为53.6万吨，1999年全球镁的生产量实际达到45.82万吨。
美国的Dow化学公司在Freeport的镁厂生产能力为6.5万吨/年，1998年9月遭飓风袭击造成严重破坏，经努力难以再恢复生产，不得不于当年年底关闭。
Dow公司是世界上最老的镁生产厂家，它从1916年开始生产镁，一直到1998年12月，先是在密执安州用卤水，后在得克萨斯州用海水生产镁金属。
现在Dow公司卖掉了耐用消费品的生产，关闭了原镁生产，完全退出了镁行业。
表11998-1999年世界原镁产量分布（吨）
地区
年代
中国
美国及加拿大
其它西方国家
独联体
合计
1998
120000
183200
88900
46000
438100
1999
160000
151100
101100
46000*
458200
*估计数
表21998年全球原镁生产能力及产量（吨）
公司
所在国
98年生产能力
98年产量
NorskHydro
挪威及加拿大
90000
85000
Timminco
加拿大
7000
7000
Magcorp
美国
41000
83000
Northwest
美国
38000
Dow
美国
65000
Pechiney
法国
18000
18000
Deadsea
以色列
27500
25000
Brasmag
巴西
12000
9000
Solikamsk
俄罗斯
20000
46000
Avisma
俄罗斯
35000
Kalash
乌克兰
5000
UstKamencgoisk
哈萨克斯坦
4500
BelaStena
塞尔维亚
5000
3000
印度
2000
1500
中国
160000
120000
合计
546000
438100
注：
由于美国的Dow化学公司在Freeport的镁厂98年遭飓风袭击，所以产量下降。
1.在建与拟建的镁工程
目前，全世界有20多个大的镁工程在议论着建设与扩建，或在做立项前的准备工作，或在做可行性研究。
如果这些工程都能预期完成，那么2001年全球原镁的生产能力可达76.65万吨，几乎相当于目前生产能力的2.5倍；2002年的生产能力可达93.1万吨；2005年的生产能力可高达143.2万吨，为目前生产能力的3.7倍。
须指出的是，在这些产能中还不全包括中国的成百个小镁厂的生产能力。
全球拟建、在建的与估测生产能力或产量见表3。
表3目前及未来的产量（万吨）
地区或国家
1998年产量
未来的估测产量
刚果（布拉柴维尔）
0
2002年：
5.8
加拿大
5.5
2001年：
13.8
美国
8.3
2002年：
9.0
巴西
0.9
2001年：
1.8
以色列
2.5
2005年：
3.5
约旦
0
2005年：
2.5
阿拉伯联合酋长国
0
2005年：
2.0
中国
10
2002年：
20
印度
0.15
2002年：
0.3
澳大利亚
0
2001年：
26.6
2005年：
53.4
法国
1.8
2002年：
2.2
挪威
5.2
2002年：
6.0
荷兰
0
2005年：
4.0
前苏联（FSU）
4.6
2001年：
8.5
冰岛
0
2005年：
4.5
阿尔巴尼亚
0
2005年：
2.5
塞尔维亚（Serbia）
0.3
2002年：
0.6
总计
38.25
1.1刚果国（布拉柴维尔）
刚果目前的原镁产量为0，2002年估计可产5.8万吨。
刚果的镁合金公司（MAC-MagnesiumAlloyCorporation）与加拿大蒙特利尔（Montreal）的SNClavailn公司签署了一项在库路（Kouilou）地区建设一座水电站的意向书（LOI），现正在作可行性研究。
一旦通过可行性报告，SNClavailn公司将帮助水电站建设融资和建设，并利用水电站的廉价电力建一个镁厂。
可行性研究分两部进行，第一步工作已于1999年3月完成。
参与镁厂建设的有德国的SAB公司（SalzgitterAnlagenbauGmbH）与KBB公司（KavernenBau-undBetriebs）、俄罗斯的航空材料研究院（VAMI）、乌克兰的钛研究所（UkrainianStateTitaniumInstitute）。
后两个研究院所负责炼镁工艺的设计与提供部分装备，以及全部技术工作。
它们曾参与：
以色列死海镁厂、苏联的贝莱兹尼基镁厂、索利卡姆斯克镁、卡芦什镁厂等的设计与建设。
可行性研究报告称，镁合金公司原镁的生产成本相当低，产品具有强的国际市场竟争力。
工厂分两期建成，一期的生产能力为5.8万吨，二期的生产能力为1.6万吨，计划于1999年试生产，2001年可正式投产。
1.2加拿大
1998年加拿大生产了5.5万吨镁，2001年估计产量可达13.8万吨。
目前，正在建设的主要镁工程是诺兰达镁业公司（NorandaMagnesium）的马格诺那冶金（MagnolaMetallurgy）厂，位于魁北克省的阿斯贝斯拖斯镇（Asbestos）,总投资7.33亿加元。
该厂建设前作了10余年的工艺研究，一个生产能力为250吨的中试厂于1986年投产。
该厂采用石棉尾矿以专利技术生产无水氯化镁，然后通过电解工艺获得镁，即采用加拿大铝业公司开发的电解工艺，生产能力为6.3万吨。
积存的尾矿可生产250兆吨以上的炼镁原料。
这是目前全世界正在建设的镁工程，并计划在今后适当时候进行扩建，使生产能力翻一番。
截止1999年第一季度，设计与工程工作已完成约75%，建设工作已完成30%左右。
该厂建设工作在按计划进行，2000年中期进行试生产，正式投产定于2001年3月。
诺斯克.海德鲁（加拿大）公司（NorskHydroCanadaInc.）是全世界最大的原镁生产者，所属的魁北克省贝坎科（Becancour）镁厂的生产能力为4.3万吨。
目前正在扩建，产能将扩大到8.6万吨。
分两期进行，第一期工作已开始，可于2001年投产。
该厂进口菱镁矿，采用专利技术生产无水氯化镁，并用取得专利的电流强度大于400KA的电解槽电解（根据法拉第定律，电解槽的电流越大，生产的镁就越多）。
工厂在扩建的同时，还要对现有的某些生产线进行现代化技术改造，以适应扩建的需要。
例如脱水装置与建新的电力设施，以扩大电力容量与降低能耗。
海德鲁公司在加拿大还有一个生产能力为1万吨的重熔镁厂。
1.3美国
美国目前的镁产量为8.3万吨，2001年的产量估计可达9万吨。
美国犹他州罗利市（Rowley）美国镁业公司（MagnesiumCorporationofAmerica—Magcorp）正在进行一项强有力的成本管理计划，拟制定与投资4.6千万美元，对新的镁电解工艺进行中间试验，并建设一条新的半连续铸造生产线，以降低成本，提高产量。
这一新项目建成后，镁的产量可提高到4.1万吨，可用低的成本铸造各种尺寸、不同形状与重量的镁锭。
美国铝业公司（Alcoa）西北合金公司（NorthwestAlloys）对华盛顿州爱迪市（Addy）的爱迪镁厂的热法炼镁工艺在不断地改进与完善，该厂高纯镁的生产能力为4.1万吨，所产镁锭供美国铝业公司配制铝合金。
最近，对该厂进行了投资，增建了一条压铸合金生产线。
爱迪镁厂于70年代初投产，但冶炼工艺有了很大改进。
原有9台炼镁炉，每炉的生产能力为0.4万吨。
近年来，工厂的产量提高了，但炉子的数目却减少了。
1.4巴西
1998年巴西产镁0.9万吨，估计2002年的产量可达1.8万吨。
巴西在米拉斯.格维斯市（MinasGervais）有一个炼镁厂，采用改进的拉维里（Ravelli）硅热法生产镁。
该厂拟投资扩大镁产量，但未公布工程进度日期。
另外，巴西铝工业及汽车工业对镁的需求在不断上升。
1.5以色列
以色列1998年的镁产量为2.5万吨，2001年的产量估计可达3.5万吨，死海镁厂（DeadSeaMagnesium）于1998年达产。
死海镁厂（DSM）由以色列化学工业公司（IsraeliChemicalLimited）控股，将投资5千万美元，以解决生产的“瓶颈”问题。
据称，现有的辅助设施仅满足2.7万吨的产能要求。
该厂希望再扩建3.5万吨的生产能力。
有报告称，总部设在萨斯克特契旺（Saskatchewan）的钾碱公司（PotashCorporation）正在谈判收购镁厂大部分股权事宜，该公司控制以色列化学工业公司52%的股权，总金额达3.5亿美元。
另外，德国大众汽车公司在死海镁厂有投资。
1.6约旦
约旦1998年的镁产量为零，2005年的产量可达到2.5万吨。
约旦氧化镁公司（JordanMagnesiaCornpany）投资7千万美元于1998年末建成了一个氧化镁厂，其高纯氧化镁的生产能力为5万吨，其它产品的生产能力为1万吨，所用原料为死海海水。
近东集团公司（NearEastGroup）正在与阿拉伯钾碱公司（ArabPotashCompany）讨论建一个利用死海海水生产镁的工程的有关事宜，工厂生产能力为2.5万吨。
阿拉伯钾碱公司已与俄罗斯、乌克兰签署协议，采用他们开发的工艺生产镁。
阿拉伯钾碱公司将是镁厂的主要投资者。
1.7阿拉伯联合酋长国
1998年阿拉伯联合酋长国不生产镁，估计2005年的产量可达2.5万吨。
据称，将投资2亿美元在山贾斯.黑姆利亚自由区（Sharjah’sHmriyahFreeZone）建一个镁冶炼厂。
该厂由阿部.大比的萨哈利集团（SahariGroupofAbuDhabi）与阿尔巴尼亚的诺马斯公司（NormansofAlbania）投资兴建，各占50%股份，现正招引欧洲与海湾地区的投资者。
这个镁厂初期的生产能力为2万吨，投产24个月后将再建4万吨的生产能力。
炼镁所需的原料由阿尔巴尼亚提供，估计其储量超过400兆吨，其产品销往日本、美国与欧洲。
1.8印度
目前的产量为0.15万吨，2002年的产量估计为0.3万吨。
印度在运转的镁厂有两个，均为小厂，采用硅热法生产镁。
南方镁业公司（SouthernMagnesium）计划扩大生产能力，即由目前的0.1万吨扩大到0.2万吨。
印度曾拟建一个从海水提取镁的生产能力为0.8万吨的小厂，由于镁价不振，暂停建设。
如果价格合理，这样的小镁厂会很快建起来。
建设小镁厂镁价应达到2150美元/吨才有利可图。
1.9澳大利亚
1998年澳大利亚的镁产量为零，2001年的产量估计可达26.6万吨，2005年的产量可能达到53.4万吨。
目前，澳大利亚有一批在建与拟建的镁工程，在全部6个州中都有镁项目，而塔斯玛尼亚州（Tasmania）就有两个大项目。
首个大工程为昆士兰金属公司（QueenslandMetals）的昆士兰镁厂，利用洛克哈姆普顿（Rockhampton）以北的库瓦拉拉（Kumwararn）的高纯菱镁矿，储量巨大。
为生产此地的镁组建了澳大利亚镁业公司（AMC-AusralianMagnesiumCorporation）。
昆士兰金属公司与诺马迪矿业公司（NormandyMining）各持50%的股份。
美国福特汽车公司曾资助澳大利亚镁业公司4千万美元进行中间试验，该公司的设计生产能力为9万吨，总投资7.8亿澳元。
中试厂的能力为0.15万吨，试验工作于1999年底结束，建厂工作于2002年中期完成，2002年底投入商业运行，采用加拿大铝业公司的电解槽电解无水氯化镁。
伏特汽车公司已与澳大利亚镁业公司签定协议，将购买后者所产镁的一半。
有报告称，中试时的煅烧工序还要作一些改进，但除水与电解工序完全正常。
试验时采用全尺寸的加拿大铝业公司的电解槽。
该公司生产的镁的直接生产成本约为143澳元/公斤。
克莱斯特镁业公司（CrestMagnesium）是塔斯玛尼亚州发展与建设进程最快的工程项目，以争取尽快将镁投放市场。
该公司已与澳大利亚一家大的工程建设公司—默尔迪普莱克斯公司（Multiplex）签定协议，组建一个建设镁厂的公司，建设资金全部由默尔迪普莱克斯公司筹措，其中60%作为投资，2000年开始建设，2002年9月开始生产，生产能力为8万吨，总投资10亿澳元。
工程的建设与经营管理全部由默尔迪普莱克斯公司负责，以确保工程进度与质量。
1.10法国
1998年法国的镁产量为1.8万吨，2002年的估计产量为2.2万吨。
法国是世界上生产镁的最早国家之一，普基公司早在60年代就在马基纳克（Marginac）建了一个采用镁热法生产镁的工厂，其生产能力为1.8万吨。
由于电价较高，普基公司在很长时间都无意扩大镁生产。
近来，由于引进美国西北合金公司的新技术，能源效率有所提高，拟将生产能力略扩大一些，使其达到2.2万吨。
1.11挪威
挪威1998年产镁5.2万吨，估计2002年的产量可达6万吨。
诺斯克.海德鲁公司（NorskHydro）经营着挪威唯一的皮尔格鲁（Porsgrunn）镁厂。
据称，在加拿大建设诺斯克.海德鲁镁厂的同时，将扩大皮尔格鲁镁厂的生产能力，使其达到6万吨。
1.12荷兰
目前，荷兰没有镁厂，估计2005年的产量可达4万吨。
为了发展镁生产，荷兰拟在其北部建一个镁厂，筹建工作由荷兰德尔夫兹吉尔镁发展项目中心负责，其负责人为雷德.莱特马（ReinderRentema）。
工厂的生产能力为46万吨/年，概算总投资4亿美元。
由加拿大魁北克的哈奇联合会所提出的可行性研究报告指出，由于作为炼镁原料的卤水纯度很高，因此，镁的生产成本比世界上其它地方的都低一些，故产品有相当强的市场竞争力。
1.13前苏联
1998年的镁产量为4.6万吨，2001年的估计产量为8.5万吨。
俄罗斯的索利卡姆斯克镁厂（Solikamskfacility）是全球最古老的镁生产者，于1934年投产。
该厂有一个镁粉分厂，并与美国通用汽车公司（GM）签定了供应镁的长期合同。
索利卡姆斯克镁厂生产约1万吨原镁、1万吨镁合金，还生产再生镁。
新建的镁粉生产线的产量为0.2万吨/年，但有扩大到0.8万吨/年产量的潜力。
该厂制订了扩大产能的计划，从石棉尾矿提取镁，将原镁与镁合金的生产能力扩大一倍，估计投资3.05.0亿美元。
德国戴姆勒.克莱斯勒（Dammler-Chrysler）汽车公司对投资该厂有兴趣。
贝莱兹尼基（Berezniki）的阿维斯玛（Avisma）镁厂的生产能力为1.5万吨/年，目前无扩建计划。
哈萨克斯坦在乌斯特.卡梅诺哥尔斯克（Ust-Kmenogorsk）有一个1998年产量估计为1万吨的镁厂，也没有扩大生产能力的计划。
乌克兰有两个镁厂：
扎波罗什镁厂，1998年停产；卡芦什镁厂，1998年原镁产量估计为1万吨。
它们都不会扩大生产。
1.14冰岛
冰岛目前不产镁，2005年的产量估计为4.5万吨。
自1971年起，冰岛镁工程（IMC-IcelandMagnesiumProject）就以种种形式活动过。
由于苏杜尼斯热能公司（SudurnesHeatingCorporation）的倡导，使镁工程又有了新的活力，该公司是一个利用地热发电的公司。
俄罗斯航空材料研究院（VAMI）、乌克兰钛研究所（UTI）与阿马尔格梅特（Amalgamet）所作的可行性研究报告指出：
工厂的设计生产能力为5万吨/年，采用VAMI开发的生产工艺，以海水或菱镁矿作原料，由于电价低，生产成本低，生产的镁是有市场竞争力的。
1998年，澳大利亚镁投资公司（AustralianMagnesiumInvestments-AMI）收购了冰岛镁工程40%的股份，AMC代公司也于1998年4月加入冰岛镁工程。
不过，尚未作出开始设计与开发建设的日期。
澳大利亚镁投资公司是澳大利亚镁业公司的一部分。
1.15阿尔巴尼亚
1998年阿尔巴尼亚不产镁，2005年的产量可达2.5万吨。
阿尔巴尼亚有着丰富的镁矿藏，其储量超过400兆吨，引起了投资者在矿山附近建设镁厂的浓厚兴趣。
1.16中国
1999年中国的镁产量为15万吨，2000年我国的产镁量超过19万吨多，预计到2002年，中国镁的原产量可达到20万吨。
目前中国是世界上镁生产能力最大的国家。
一.镁合金的性能及其主要应用领域
1.性能
镁为元素周期表中第Ⅱ族化学元素，原子序数12，原子量24.305，银白色，密集六方晶格，无同素异构转变。
镁的化学性质活泼，固态镁在潮湿空气中很容易被氧化，熔融镁会在空气中强烈地燃烧。
300℃时，镁开始与氮反应，生成氮化镁（Mg3N2）。
镁不溶于碱性溶液，但能溶解在各种有机酸和无机酸（氟氢酸和铬酸除外）中。
镁具有比重小、质轻等优点，在现有的工程用金属中，镁合金密度最小，通常为1.751.85g/cm3,约为铝的64%，钢的23%。
镁合金的强度虽然接近铝合金，但因为其密度小，所以比强度明显高于铝合金和钢，比刚度则接近铝合金。
与工程塑料相比，虽然工程塑料尤其是纤维增强塑料的比强度最高，但其弹性模量很小，比刚度远小于镁合金，且工程塑料难以回收。
镁合金的比弹性模量与高强度铝合金、合金钢大致相同。
如果生产铸件的话，铸件的截面刚度会随其厚度的立方比而增加，所以当截面厚度增至2倍时，刚度将增大8倍。
因此用镁合金制造刚性好的整体构件十分有利，它除了能减轻重量以外，还可以减少零件数目和大量的铆接、焊接和组合装配等工序。
镁合金具有高的震动阻尼容量，即高的减震性。
镁合金在受外力时容易产生大的变形。
这一特性能使受力构件的应力分布更为均匀。
在一定场合下，除有利于避免过高的应力集中外，在弹性围，当受冲击载荷时，所吸收的能量比铝大一半。
镁合金的这个特性与其弹性模量较低有关，即弹性形变功与弹性模量成反比。
因此，镁合金适宜于铸造受猛烈碰撞的零件如轮毂和传送带轮。
镁合金具有优良的切削加工性能，其切削速度可大大高于其它金属。
切削掉一定量金属所需的功率，如以镁合金为1，则铝合金为1.8，铸铁为3.5，低碳钢为6.3。
镁合金的另一个突出的特点是不需要磨削和抛光、不使用切削液即可得到光洁的表面。
此外，镁合金铸件在受冲击和摩擦时不会起火花。
镁合金在铸造方面具有较大的适应性。
除砂型铸造外，根据各类合金的特性和零件的要求，可以采用金属型铸造、压力铸造、壳型铸造、石膏型铸造、低压铸造以及冷凝树脂砂型铸造等几乎所有特种铸造工艺均可铸造。
铸件中的细小油路管道，可以采用预先在铸型中放置特种玻璃管和金属丝编织套等，然后再从铸件中去除的方法而获得，也可以采用直接在铸件中埋设不锈钢管的方法获得。
镁合金的电磁遮蔽性良好，所以适合于生产电子产品。
另外，其回收性能极佳，符合当前的环保要求（如家电回收法）。
2.主要应用领域
镁的应用领域很广，镁可以作为合金化元素用于制造铝合金，从而提高铝合金的机械强度，改善机械加工性能以及耐碱抗腐蚀性能。
由于镁基合金的结构件或压铸件的比强度大，所以在汽车、航空航天、电子、通讯、影视等领域广泛使用，以减轻其重量。
镁和卤素的亲和力强，是用金属热还原法生产钛、锆、铪、铀、铍等的重要还原剂。
镁可用于生产球墨铸铁使硫的含量下降到更低。
在有机合成中，应用镁的格里纳德反应，可以合成多种复杂的有机化合物。
镁还用作化工槽罐、地下管道及船体等阴极保护的阳极材料，用来制造干电池、镁-海水储备电池。
镁由于燃烧热高，燃烧时发出耀眼的火焰，还用来制作照明弹、燃烧弹和焰火等。
此外，镁还可以作为一种新的储能材料。
其主要用途见表1。
表1国际镁协统计的西方国家镁消费量及构成（万吨）
1998
1999
增长率
铝合金
15.44
15.98
3.5%
脱硫
4.82
4.17
-13.5%
球墨铸铁
1.13
0.89
-21.2%
金属还原
0.49
0.24
-51%
电化学
1.0
1.12
12%
化工
0.68
0.52
-23.5%
压铸
11
13.34
21.2%
重力铸造
0.26
0.2
-23%
压力加工
0.45
0.41
-8.8%
其它
0.75
0.68
-9.3%
合计
36.03
37.55
4.2%
表2镁主要应用领域比例构成（%）
铝合金
压铸件
脱硫
电化学
球墨铸铁
其它
1998年
42.9
30.5
13.4
2.8
3.1
7.3
1999年
42.5
35.5
11.1
2.9
2.3
5.7
由表2可见，镁的最大应用领域为铝材的合金化、镁压铸件和钢铁脱硫。
表3给出了近几年镁在该三大应用领域的消费量。
表3镁三大应用领域的消费量（万吨）
部门
1995年
1996年
1997年
1998年
1999年
2000年
铝的合金化
15.7
13.82
14.61
15.4
15.98
16.51
钢脱硫
3.6
3.9
4.8
4.82
4.17
5.16
压铸
6.25
7.23
9.53
11.01
13.34
14.37
由表3可见，在近五六年来，镁用于铝材的合金化方面基本变化不大，这说明，铝材的生产工业已进入成熟期，对镁的需求趋于平缓，当然在今后仍会随着全球铝合金消费的增加而平稳地上升。
钢脱硫的用镁量在952000年期间稳步上升，只有1999年却有所下降。
不过，据资料分析，随着钢材连铸轧项目的不断开发，用于钢脱硫的镁消耗量也会不断上升。
据分析，北美州脱硫用镁量已进入平稳期，需求量为3.03.6
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