走向新时代的中国镁工业

林如海 孙前｜文

在新时代背景下，随着节能减排的不断推进，新能源汽车、重型货车等对轻量化材料需求迫切，中国具备镁资源优势和技术基础，产业发展有较大潜力。另一方面，近年来，镁冶炼产生的二氧化碳已成为世界主要镁应用国家关注的焦点。因此，推进镁产业高质量发展，要以“绿色冶炼、提升性能、扩大应用”为主要目标。

中国镁工业基本情况及国际地位

1.全球最大镁生产国。目前，除中国外生产原镁的国家有8个，分别是美国、俄罗斯、以色列、哈萨克斯坦、巴西、马来西亚、韩国和土耳其。2017年全球原镁产能为170万吨，产量为118.10万吨，同比增长12.55%。根据中国有色金属工业协会统计数据，2017年中国镁冶炼产能（硅热法）为138万吨，电解法产能为5万吨。中国原镁产量为102.2万吨，同比增长12.3%。自1999年起，中国连续保持世界第一产镁大国地位。

2018年1～10月中国共产原镁57.02万吨，同比减少22.38%。其中陕西地区累计生产35.46万吨，同比减少8.9%；宁夏地区累计生产6万吨，同比减少59.38%；山西地区累计生产7.88万吨，同比减少33.77%。产量下降的主要原因是工人短缺、环保督查力度的增强。

2.全球最大消费国。2017年全球镁消费量120万吨左右，同比增加17.07%。中国是世界第一镁消费大国，也是镁需求增长最快的国家之一，据统计，2017年，中国金属镁消费量41.75万吨，同比增长4.98%。其中，增长量几乎全部来自于加工领域，年增长率为11.6%。自2017年开始，镁加工成为中国镁消费的最大组成部分，具有标志性意义。

3.镁产品第一大出口国。据海关总署统计数据，2017年中国镁产品出口总量46.02万吨，同比增加29.08%，创历史新高。中国自1998年起，一直保持全球最大镁出口国地位。2017年中国镁产品出口到92个国家和地区，其中最大出口目的地为荷兰。另外亚洲地区用镁量也在不断增加，中国向日本、印度、韩国出口量，分列3～5名。2018年1～10月中国共出口各类镁产品35.02万吨，同比减少8.5%。

4.价格波动加剧。受主要原材料：硅铁价格剧烈波动的影响，2017年价格波动较为剧烈。中国原镁价格宽幅震荡，年均价14921元/吨，同比上涨5.43%。全年日均价波动范围在13500～18600元/吨，全年最高价为8月份的18700元/吨，最低价为年初的13200元/吨。

2009年～2018年，镁铝比值基本在1.0～1.2之间波动，平均为1.1，从10多年数据来看，镁/铝比值还是相对稳定的。多数专家认为，镁和铝的价格比保持在1.3以内，镁是有应用前景的。

进入2018年，原镁价格一路上行，11月份上涨到18300元/吨，创出年内新高。产量下降、环保改造、夏季常规检修都构成价格持续上涨的客观因素。

值得肯定的是，经过2008年的暴涨暴跌后，中国镁市场进入相对成熟期，上游冶炼企业心态日趋理性，面对突发事件，价格波动也趋于合理。

全年预测总的来看，2018年中国镁产业发展呈平稳态势，价格也有望较好水平。初步预测，随着环保改造的陆续完成，产量有可能有所释放，全年原镁产量在85万吨左右，出口量在40万吨左右，原镁价格波动区间为15000～18500元/吨。

5.冶炼工艺技术改进空间很大。据统计，2017年中国镁冶炼产能（硅热法）为138万吨，主要分布在陕西、山西、宁夏等省区。电解法产能为5万吨在青海建成。低成本的硅热法炼镁技术在效率、工作条件、自动化和环境等方面存在很大的改进空间。而电解法整个系统运行不够稳定，存在综合成本高的问题，下游用户暂时难以承受。

近几年，国内在镁冶炼技术开发方面开展了大量而富有成效的工作，通过借鉴其它行业，并结合现有冶炼工艺技术，镁冶炼技术有了较大提升。

（1）硅热法

采用清洁能源和引进蓄热式高温空气燃烧技术的还原炉、竖式预热白云石和竖式冷却煅白的回转窑、连续蓄热精炼炉、竖罐式蓄热还原炉、大容量粗镁及镁合金连续精炼炉、低频电磁半连续铸造机等新工艺和新装备都取得了新进展，不仅装备水平明显提升，节能50%以上，而且大大降低了二氧化碳的排放量。

竖式还原技术是相对成熟并成功实现了产业化的新型冶炼技术，南京云海特种金属股份有限公司在安徽巢湖、山西五台建设了两个产能为5万吨的产业化工厂。竖式还原技术在节能减排方面的成效是非常显著的，采用该技术后，镁冶炼综合能耗下降到3吨标煤/吨镁以下。竖式预热白云石和竖式冷却煅白的竖窑技术在山西五龙镁业也取得较好的效果。

（2）电解法

电解法炼镁在青海盐湖集团实现试运行，年产10万吨金属镁一体化项目，利用含氯化镁33%左右老卤废液，变废为宝；采用水电能源，通过卤水精制、脱水、电解、铸造四个工序，已连续生产，副产品氯气直接生产PVC，实现了资源综合利用和绿色生产。电解镁99.95%。整个生产过程机械化、自动化、提高劳动生产率，设备密闭，实现节能清洁文明生产。

但以目前的运行状况，成本过高，下游用户暂时难以接受。电解法工艺还在单位产能投资过大，每万吨产能7亿的投资；系统复杂，相互牵制严重，运行稳定性待考验等问题。

6.镁合金研发、应用技术与国际同步。近些年，中国镁合金研发、应用与国际同步，一些领域甚至走在国际前列。

在航空航天军工领域，镁合金的特点可满足对轻质、吸噪、减振、防辐射和电磁屏蔽的要求，应用走在国际前列并日趋广泛，产品涉及各个领域，典型产品有：卫星肼瓶支架，直升机减速机匣，导弹电子舱壳体，卫星安装支架、火箭燃料加注口框、航空航天用镁合金测试平台等，其中，航空航天用镁合金测试平台单产品重量达到10吨左右。

3c领域，是镁合金应用最为广泛、也是最为成熟的领域，目前，镁合金应用向高端发展，如开发出最小厚度为0.8mm，超薄超轻镁合金笔记本外壳，平板电脑用镁合金外壳等。

在交通运输领域，除汽车外，应用开拓成效显著。中国已成功开发出高铁、地铁用镁合金型材、锻件，典型产品有：挤压侧墙型材、地板导槽型材、横梁型材、中央纵梁及内外侧纵梁型材等，据统计，复兴号单节车厢用镁合金量可达2吨左右。镁合金挤压技术日趋成熟，挤压材的成本已大大下降，逐步显示出竞争力。

汽车领域一直是镁合金开发最为重要的领域，也是目前应用量最大的领域，当前已经开发出100多种镁合金压铸件，并在不同车型使用。其中，典型产品：方向盘（0.5千克）镁合金仪表盘（4.5千克）、转向支柱已在国内普遍使用，镁合金掀背门（7.8千克）、镁合金内侧门、中控台、水箱支架、镁合金座椅等已开发成功，逐渐推广应用，预计今后两年使用量将会大大提升。2018年初，万丰镁瑞丁新材料科技有限公司年产70万件仪表盘骨架和1000万件转向管柱项目通过环保验收，有望快速达产。

山东费县银光镁业研制生产的大型镁合金电机壳体，已应用于电动公交车上。壳体具有重量轻、比强度和比刚度高，减震和散热性能好，电磁屏蔽能力强等优点，可显著降低整车重量并大幅提高电机性能。

上海牌轿车单车用镁合金108千克，应用了由沈阳工业大学联合国内10余所院校企业与用户（上汽）同步共同研制出的镁合金典型汽车零部件10余种，突破了美国福特概念车103千克。

福建坤孚将12米大巴镁合金车身骨架（重0.8吨）正式交付珠海银隆客车，将镁合金车身骨架推向市场。

值得一提的是，河南德威合金股份公司生产的镁合金锻造轮毂，已经通过各类测试，并在改装车使用，目前特斯拉、上海汽车、北汽新能源都在积极测试，有望在新车型实现规模化使用。

相关研究院所与自行车及零部件厂商共同开发镁合金自行车，包括车架、车把、前后车圈等采用镁合金材料，使镁合金自行车质量最低达8千克以下。近年来，共享单车市场火热，摩拜单车作为品牌中的佼佼者，投放数量超过700万辆，是镁合金应用最多的单车，采用镁合金一体轮毂，车身减重32%，

镁合金在其它民用领域中的应用有：制作各种手动工具壳体，便携式工具壳体、园林工具壳体；运动器材：高尔夫球头、头盔安全帽、淡水用独木舟和船体、弓箭把手、垒球球棒、背包架、钓鱼竿绕线轮、乒乓球拍，滑雪橇捆绑件，网球拍等；办公设备：打字机框架、出纳机框架和机盒、铅笔刀、打印机卷轴、台架等等。

7.镁合金表面处理技术进步显著。由于镁金属活性高的特点，镁合金产品多数需要做表面处理。镁合金表面处理技术进步也会大大带动镁合金的应用。山西闻喜银光表面处理中心成功研发出异质型材同槽微弧氧化技术，实现了异质型材同槽、同电解液、同电参数微弧氧化技术；不仅操作简单安全，而且避免了电解液的浪费，同时又提高了生产效率，降低了生产成本。

镁合金连续铸轧技术取得突破。镁合金连续铸轧是一项短流程、低成本板材生产技术，是发展方向，又是世界级难题。山西闻喜银光开发并设计出镁合金熔炼、保温、异地输送、双辊连续铸轧、流嘴、铸轧卷等成套关键设备，形成了具有自主知识产权的镁合金板带双辊，连续铸轧成套设备和技术达到国际领先水平。建成了年产板带3000吨的生产能力，用铸轧法生产的镁合金板材性能超过国家标准，由通用汽车公司做的杯凸试验，获得通用汽车公司认可。

双辊连续铸轧镁合金板，通过快速加热、热轧并结合适当的温轧和退火，产品质量超过传统轧制板材的质量。AZ31板材平均晶粒度可以小于10µm，抗拉强度280MPa,屈服强度230MPa，延伸率达25%。镁合金板的晶粒组织致密均匀，成为良好的冲压材料和超塑性成型加工材料。

闻喜银光的铸轧和精轧镁合金板材有三大类、20多个品种，幅宽600mm、厚度0.5～7mm，2mm薄板晶粒度小于10µm，已经销往军工、汽车、3C、建材、皮革、印刷、电池、工艺品等行业应用。

8.镁电池应用开发取得突破。现有镁电池主要有两类，有与普通锌锰干电池相似的随时可以放电的镁锰干电池；还有干燥状态下可长期储存，临用时加水使之活化而可随即使用的储备型电池。发展的重点在于后者。2018年，上海硅酸盐所动力学改善的镁硫电池研究取得进展，上海交通大学的水激活镁应急电源已经商品化，并已批量出口美国。

中国镁工业存在的主要问题

1.冶炼工艺的环保和劳动保护问题。硅热法冶炼而言，镁冶炼污染源主要是粉尘、固体废弃物，没有水污染。硅热法冶炼还有一些较大的问题：间断式生产，自动化程度低，劳动生产率低，工人劳动强度较大。有的地区镁渣产出量多，由于粒度、氧化镁含量等未完全满足水泥使用要求，缺乏消纳的渠道，当前主要还是填埋。但镁还原渣不是危险废物。

电解法炼镁的最大问题是成本居高不下，吨镁投资达到7万元，是皮江法的10倍以上。运行成本高，近期还难以作为中国炼镁的主流工艺。

2.镁合金生产及应用的主要瓶颈。一是，终端应用市场还处于开拓阶段，全社会对镁及镁合金认知度还比较低。镁对多数人的印象还停留在初中化学里接触的易燃易爆，认为是不安全的金属。对懂得一些专业知识的人来说，认为它易腐蚀、不易加工。实际的情况和人们的认知之间存在比较大的差距；二是，应用技术和装备还有待开发和完善。和钢、铝相比，因为镁的产业规模还不够大，行业里对镁的相关研究不够充分，技术开发基础薄弱，装备水平更低；三是，成本偏高。成本偏高也和产业规模、技术基础以及装备水平密切相关；四是，价格不稳定影响下游用户应用的积极性。因为规模小，行业稍有风吹草动，价格就会剧烈波动。下游用户担心无法控制原料成本，影响应用积极性；五是，原镁产能过度集中在中国。国外用户担心原料保障不稳定，影响开发镁合金应用的积极性。

新时代背景下中国镁工业发展趋势

十九大报告指出：人与自然是生命共同体，人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然。人类只有遵循自然规律才能有效防止在开发利用自然上走弯路，人类对大自然的伤害最终会伤及人类自身，这是无法抗拒的规律。我们要建设的现代化是人与自然和谐共生的现代化，既要创造更多物质财富和精神财富以满足人民日益增长的美好生活需要，也要提供更多优质生态产品以满足人民日益增长的优美生态环境需要。必须坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，还自然以宁静、和谐、美丽。

十九大报告还指出：要推进绿色发展，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系。要构建市场导向的绿色技术创新体系，发展清洁生产产业、清洁能源产业。推进资源全面节约和循环利用，降低能耗、物耗，实现生产系统和生活系统循环链接。加强固体废弃物和垃圾处置。提高污染排放标准，强化排污者责任，健全环保信用评价、信息强制性披露、严惩重罚等制度。构建政府为主导、企业为主体、社会组织和公众共同参与的环境治理体系。对外要积极参与全球环境治理，落实减排承诺。

新时代背景下，一方面，随着节能减排的不断推进，新能源汽车、重型货车等对轻量化材料需求迫切，中国具备镁资源优势和技术基础，产业发展有较大潜力。另一方面，也要看到，近年来，镁冶炼产生的二氧化碳已成为世界主要镁应用国家关注的焦点，参照国外对中国电解铝生产依靠煤炭而非清洁能源的相关指责，现有的镁冶炼工艺将可能成为未来部分国家制约镁应用、引发贸易摩擦的主要借口。因此，推进镁产业高质量发展，要以“绿色冶炼、提升性能、扩大应用”为主要目标，重点开展以下工作：

1.促进冶炼行业绿色发展。建立技术先进、节能环保的绿色化、智能化镁冶炼体系，是镁产业可持续发展的重要基础和前提。一是应充分发挥环保政策倒逼机制，督促镁冶炼企业加快技术创新和改造，提升自动化水平、节能减排及污染防治能力；二是集中力量联合攻关绿色冶炼技术。协调推动冶炼企业集中的陕西府谷等地区建立硅热法炼镁技术研发平台，加强企业、科研院所、地方政府的政产学研合作，加快冶炼新技术的成果转化。鼓励硅热法炼镁企业与周边水泥企业开展镁渣处置的技术攻关和项目合作。支持青海盐湖提升电解法炼镁技术，完善脱水技术，减少电耗，促进全线装置平稳运行，降低成本；三是修订《镁行业规范条件》，进一步提高技术、环保、能耗、资源综合利用等门槛，引导行业持续提升技术，加快转型升级。

2.加快镁合金研制生产。建议加快推进轻量化材料制造业创新中心建设，通过工业转型升级（中国制造2025）专项资金等，选择培育那些基于原创的工程化开发骨干企业，形成质量稳定的规模生产。推动产学研合作，支持有特色、典型产品的龙头企业加快低成本高性能镁合金制造、镁合金纯化和净化、镁合金板带连续铸轧、大规格复杂镁合金压铸、焊接表面处理等关键共性技术攻关及产业化，不断提升镁合金性能，降低加工成本，推进产业迈向中高端。

3.扩大镁合金应用。考虑到镁产品的特殊性能、加工成本与铝存在差异，在轻量化活动中，可作为铝材的应用补充和升级，逐步由装饰件、承载较低的零部件向次重要部件、主承力部件拓展。从制品设计，热冷加工，功能验证，全产业链布局等多角度研究，提升应用原创镁合金新材料的能力。一是提升智能制造水平。智能制造一方面可以把工人从枯燥乏味，甚至是恶劣环境下的流水线或是操作台前解脱出来。另一方面，也可大大提高制造精度，达到仅靠人力无法达到水准。通过争取智能制造试点示范等方式支持龙头企业实施智能制造，加强数据积累，实现质量可追溯、工艺更优化、成本更经济；二是以镁轮毂作为重点产品，集聚资源扩大镁应用。专家们已一致认为正反挤压一次成型在现阶段是适用技术，值得推广。镁轮毂已经被国家工信部列入《重点新材料首批次应用示范指导目录》以及“新能源汽车材料生产应用示范平台”的重点产品。要建立镁企业与汽车等下游用户的合作对接机制，推动上下游协同解决合金设计、工艺研究、加工专用设备开发、检测认证等问题。通过扩大镁应用，促进有个性有深度的基础研究，培育一批稳定可靠的镁合金供应商，带动全产业链高质量发展。

4.鼓励镁冶炼企业走出国门。为培育国外镁应用市场，应当鼓励中国镁冶炼企业走出国门，到“一带一路”沿线建厂，或者输出冶炼技术，帮助国外企业建立镁冶炼厂。这样欧美的下游用镁企业才敢大胆开发和使用镁合金产品，有利于镁市场的开拓。

5.为中国镁领跑世界做好顶层设计。要立足全国布局，扬长避短，只扬长，不补短。例如，西部镁资源集聚区重点聚焦在大规模，以有竞争力的价格向世界供应高品质的镁合金材料。长三角、珠三角重点聚焦于汽车、通讯家电等终端产品设计和总成生产，中部地区逐渐承接东部转移的总成产能和零部件生产，并开发镁新的应用领域，比如，镁在能源方面的应用以及其它功能材料等，形成若干个战略联盟，互补互助，发展成世界镁产业集聚区。

镁合金应用前景光明，但道路依然不平坦。我们首先要树立信心，要满怀信心。这种信心，首先来自于对传统燃油车的排放限值，来自于新能源汽车的发展趋势，来自于节能减排、轻量化逐渐深入人心，来自于镁合金自身具备的特点能够满足很多下游产品对优异功能、性能的要求，从而满足人民对满好生活的向往需要。信心也来自于政府的支持，工信部非常重视镁产业的发展，并将镁产业作为“放、管、服”试点行业，着力支持重点企业、重点地区和重点项目的发展。在今后前进的道路上，无论出现什么样的外部挑战，我们都要保持定力，按照自己的节奏，办好自己的事情，围绕轻量化，氢科学，充分挖掘镁的内涵和潜能，发展轻、氢镁产业，做好顶层设计。从结构功能一体化角度综合考虑，物尽其性，深度挖掘镁的内涵潜能，顺性而为，为镁量身定制适用的加工工艺和装备，使镁优点充分展现，“镁好”的春天一定就会到来。正如古罗马哲学家奥勒留所讲的：“要像屹立于不断拍打的巨浪之前的礁石，岿然不动，驯服着它周围海浪的狂暴。”

其次，要更加增强忧患意识，防止犯战略性、颠覆性错误。前进道路不可能一帆风顺，越是处于发展的关键性阶段，越是要有如履薄冰的谨慎。当前必须维护好以镁合金轮毂为代表的这些镁合金新产品的形象，防止出现一只苍蝇坏了一锅汤、一个产品坏掉一个行业的现象，确保镁合金新产品平稳有序进入市场。