鎢礦冶煉產能相對過剩,回收利用方面中國鎢品回收率亟待提升(附70頁報告)
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鎢的冶煉環節主要涉及鎢精礦-APT-三氧化鎢-鎢粉-碳化鎢粉等多個環節。鎢粉或碳化鎢粉作為下游硬質合金、鎢材主要原料,藍鎢(WO2.90)、((WO2.72)等缺陷氧化鎢還可作為儲能電池電極材料、氣敏元件、隔熱涂層、催化劑、屏蔽材料和隱形材料等。鎢精礦還可直接制得鎢鐵,主要作為煉鋼添加劑使用,主要用于特種鋼生產。由于鎢主要以硬質合金形式消費,本節主要關注從鎢精礦到碳化鎢的產品鏈。

仲鎢酸銨:即APT(Ammonium Paratungstate),化學式為(NH?)WO·xH?O,是鎢冶煉的中間產物,在整個鎢產業鏈中具有承前啟后的重要作用。中國APT 冶煉技術早期從前蘇聯引入,主要采用蘇打燒結工藝處理黑鎢精礦。隨著國內黑鎢資源相對貧化、礦石成分趨于復雜及環保驅動下,主流APT生產工藝逐步演進為:燒堿((黑鎢)/蘇打((白鎢)壓煮制得粗鎢酸鈉——離子交換法/溶劑萃取法轉型為APT 溶液+鎢鉬分離——結晶得到APT,從而將含65%WO3 的鎢精礦轉化為含88.5%WO3 的APT,實現鎢元素的富集。

離子交換法與溶劑萃取法的作用機理本質相同,所采用的交換樹脂或萃取劑的功能團都是季銨或叔胺,區別在于樹脂為固相、萃取劑為液相,進而導致設備與工藝步驟的差異。

該環節工藝難點在于雜質的分離與去除以及溫度、pH 值和反應時間的控制,上述因素對產品粒度、純度及結晶狀態均會產生影響。

氧化鎢:APT 經焙燒脫去化合水與氨形成鎢酸,進一步煅燒得到鎢的氧化物。通過反應條件的調整,可制得不同含氧量/缺陷氧化鎢。不同氧化鎢呈現不同的顏色,常見的有黃鎢、紫鎢、藍鎢、褐鎢等。黃鎢即三氧化鎢((WO3),是最常見且穩定的鎢氧化物;紫鎢(WO2.72)具有獨特的針狀或棒狀晶粒,適用于超細鎢粉制備;藍鎢((WO2.90)除了常規用于制備鎢粉外,還可用作為催化劑使用。

鎢粉、碳化鎢粉:制取鎢粉的方法有氫還原、碳還原和金屬熱還原法等?,F代工業最通用的是一次或二次氫還原三氧化鎢或藍色氧化鎢的氫還原法。此法能精確地控制鎢粉的粒形、粒度及粒度組成。鎢粉經配碳燒結得到碳化鎢。

量的關系:依據元素守恒定律,1 噸65%鎢精礦可制得0.73 噸APT,1 噸APT 可生產0.89 噸三氧化鎢與0.7 噸鎢粉,實際生產中需要考慮損耗。國內鎢品冶煉工藝成熟且有行業規范限制,據工信部頒布的(《鎢行業規范條件》,對于新建及改造項目,APT 環節回收率不得低于95%,鎢粉、碳化鎢粉回收率均不低于99.5%。

礦端供應緊張及環保擾動下,2024 年APT 產量同步下調,江西、湖南、廣東減量明顯。

從工藝來看,據百川盈孚,2024 年國內APT 產能約18 萬噸,其中62%采用離子交換法,38%采用溶劑萃取法。APT 產能過剩且競爭格局較為分散,CR5 僅42%;2024 年國內鎢精礦產能達15.9 萬噸,按1 噸鎢精礦可制備0.7 噸APT 計算,國內鎢精礦僅可滿足11 萬噸APT 產能的原料需求。據SMM,2024 年國內APT 產量為13 萬噸,同比-8%,減量1.1 萬噸,主要供給來自江西(38%),湖南(20%),福建(16%)。各主產地均有較明顯減量,包括江西(-5410 噸)、湖南(-2930 噸)、廣東(-1710 噸)。

標準品的異質性:超細超粗、高純度鎢粉末具備較高附加值。從鎢精礦到硬質合金涉及多道加工工序及中間品,鎢粉末的粒度、粒度分布、氧含量、團聚狀態等特性會在硬質合金的制備過程中被“繼承”,并直接影響硬質合金的微觀結構和宏觀性能,因此,硬質合金的最終性能和質量在很大程度上取決于鎢粉末的品質。與許多金屬材料類似,國內鎢冶煉品呈現產能過剩、集中度低、高端品尚需進口等特征。具體至鎢粉末,目前國內中顆粒產品供應相對充足,但超細、超粗粉末供應相對稀缺,主要作為高性能需求的硬質合金原料,較標準品存在溢價。例如,超細鎢粉制得的硬質合金更細小的晶粒結構,可提升材料的硬度和強度,適用于微型鉆頭、精密模具、高精度切削工具等對硬度和耐磨性要求極高的領域;超粗鎢粉制得得硬質合金具有更高的耐磨性和抗熱沖擊性能,適用于礦山鑿巖工具、石油鉆采工具、沖壓模具等極端工況和連續作業場景。

回收鎢即對鎢生產過程中的固體廢渣以及終端消費品廢棄物回收再利用,占全球鎢品供應量35%。鎢回收主要原料包括硬料(如廢舊硬質合金、鎢合金、純鎢零部件及邊角料等)、軟料(如磨削料、粉末冶金生產廢料)以及含鎢催化劑廢料等。經處理產出鎢粉、碳化鎢粉、APT、鎢酸鈉等。目前,全球約35%鎢供應來自回收料。

經過50 年的技術迭代,中國已建立了完善的再生鎢資源回收利用產業體系,各類再生鎢資源實現有效回收和利用。2023 年,中國鎢消費總量達到6.42 萬噸,同比增長1.39%。

其中,原鎢消費為5.32 萬噸,再生鎢(廢鎢)消費為1.1 萬噸。然而,中國鎢報廢回收率僅為17%,遠低于國際平均水平(35%)和歐美國家(40%以上)。在回收質量方面,國內再生鎢主要應用于生產性能要求相對較低的礦用合金等領域,部分用于生產棒材及刀片。與原生鎢制品相比,再生鎢制品在穩定性和切削性能方面存在一定差距。相比之下,瑞典Sandvik 等公司的硬質合金刀具中,再生鎢原料占比高達40%以上。

鋅熔法、電溶法和化學法為三大主流鎢回收利用工藝。鋅熔工藝主要處理低鈷廢舊硬質合金,制得碳化鎢和鈷的混合料,用于制造硬質合金;電溶工藝主要處理鈷含量>10%的廢舊硬質合金,制得碳化鎢粉和鈷粉;化學法只能處理含鎢磨削料,通過焙燒、酸浸和堿煮,實現脫碳和鎢鈷分離,制得鎢酸鈉或APT 等。純鎢邊角料一般可直接用作熔煉特鋼的合金添加劑。據中國鎢業協會調研,2021 年再生鎢資源回收處理能力達3.9 萬噸。

從結構來看,化學法為國內廢鎢主要回收工藝,占比52%,而硬質合金主要回收方式中國,鋅熔法占比69%;回收產能主要分布于湖南、河北、湖北、福建等地。