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石灰新產(chǎn)業(yè)3|金屬鈣行業(yè)趨勢(shì)分析與應(yīng)用前景
2024-07-01 09:01:06 來源：石灰窯生態(tài)圈
石灰新產(chǎn)業(yè)3|金屬鈣行業(yè)趨勢(shì)分析與應(yīng)用前景 一、金屬鈣行業(yè)概述 1、金屬鈣的定義與特性 金屬鈣是相當(dāng)硬而質(zhì)輕的一種銀白色的金屬元素，是元素周期表中的第2號(hào)元素，具有高活性、低密度、高熱導(dǎo)率等特性。金屬鈣的化學(xué)性質(zhì)活潑，容易與許多元素和化合物發(fā)生反應(yīng)，在常溫下能與許多非金屬元素直接反應(yīng)，生成相應(yīng)的鈣化合物。在常溫下以固態(tài)形式存在，而在高溫下則呈現(xiàn)液態(tài)或氣態(tài)，因此在工業(yè)上具有廣泛的應(yīng)用。 物理性質(zhì):質(zhì)軟，密度 1.54g/cm3，熔點(diǎn) 839±2℃，沸點(diǎn) 1484℃。 2、金屬鈣的主要用途 金屬鈣具有高負(fù)電性、化學(xué)性質(zhì)活潑等特性，在冶金、石油化工、電池能源等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。 金屬鈣主要用于特鋼等冶金的還原劑、鐵和鐵合金的脫硫與脫碳、鋁的冶煉和合金制備的還原劑和脫氧劑，也是制取高純稀土上金屬的還原劑。金屬鈣還可用于合成氨、石油化工、有機(jī)合成等領(lǐng)域的反應(yīng)催化劑。此外，金屬鈣還可用于制造合金、焊藥、精密鑄造等工業(yè)領(lǐng)域，以及油類的脫水劑、劑以及電子管中的吸氣劑等。 在鈣合金應(yīng)用中主要應(yīng)用于：鈣易切削鋼、鈣鉛合金、鈣鋁硅合金、鈣硼合金、鈣錳硅合金、鉛鈉鈣軸承合金、硅鈣合金、硅鈣鋇鋁合金、鈣鋁吸氣劑、鈣-鎳系儲(chǔ)氫合金等。 3、金屬鈣的生產(chǎn)工藝 雖然鈣是金屬，且在地殼中含量排名第五（占地殼總質(zhì)量的3%），但是純鈣的活性大，很容易氧化成二價(jià)離子的各式化學(xué)變化（在熱水中即會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)），因此鈣并沒有實(shí)際的“鈣礦”，要制造純金屬鈣，或是挖掘含鈣礦物，通常會(huì)取用屬于非金屬礦產(chǎn)的石灰?guī)r等。 鈣的制備主要有還原法、電解法和鈣精煉。由于金屬鈣的活潑性非常強(qiáng)，過去主要用電解熔融氯化鈣或氫氧化鈣才能制成，近幾年還原法逐漸成為生產(chǎn)金屬鈣的主要方法。 主要包括石灰石煅燒、石灰消化、碳還原、精煉和連鑄等步驟。其中，石灰石煅燒是生產(chǎn)金屬鈣的第·一步，通過高溫煅燒石灰石得到生石灰。然后將生石灰消化得到石灰乳，再與碳粉混合后進(jìn)行還原反應(yīng)，生成鈣蒸氣。*后通過精煉和連鑄等步驟得到高純度的金屬鈣錠或鈣絲。 其中，石灰石煅燒豎窯新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如：“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)”旗下“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)有限公司研發(fā)中心”推出的一系列新型煅燒豎窯，采用氣體燃料（如：工業(yè)尾氣、天然氣、生物質(zhì)氣等）時(shí)選用“中心燒嘴式豎窯”專利技術(shù)（已授權(quán)發(fā)明專利號(hào)：CN202310089589.6，已授權(quán)實(shí)用新型專利號(hào)：CN202320170978.7），采用固體燃料（如：塊狀煤炭、粉狀煤炭、生物質(zhì)碳粉等）與氣體燃料兩用時(shí)選用“混料與噴吹兩用的窯外通道支撐式雙膛石灰窯（已授權(quán)實(shí)用新型專利號(hào)：CN202321555958.8，發(fā)明專利號(hào)：CN202310723255.X）”。該系列技術(shù)的推出，為生產(chǎn)高純金屬鈣產(chǎn)品以及降低能耗、環(huán)保治理、提高品質(zhì)、能源轉(zhuǎn)換、CO2氣體回收等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)打下良好基礎(chǔ)。 二、金屬鈣行業(yè)市場現(xiàn)狀 1、全球金屬鈣市場規(guī)模及發(fā)展走勢(shì) 金屬鈣市場規(guī)模持續(xù)增長，隨著全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，金屬鈣市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。目前，隨著金屬鈣用途的不斷擴(kuò)展，鈣的市場需求將以每年5%以上的速度增長。 （一）、全世界金屬鈣發(fā)展走勢(shì)： （1）、2023年全世界金屬鈣生產(chǎn)、加工、貿(mào)易和消費(fèi)總量與2022年基本持平，且略高于2022年全年0.03%的總量增長空間。 （2）、預(yù)判2024年全世界金屬鈣產(chǎn)能達(dá)到15萬噸以上，鋁酸鈣產(chǎn)量為20萬噸以上，2025年全世界金屬鈣產(chǎn)能達(dá)到18萬噸以上。 （3）、國際市場中，歐美國家對(duì)金屬鈣及其制品的消費(fèi)需求在一段時(shí)期內(nèi)保持不變，亞洲、中亞、非洲或中東是金屬鈣未來中長期增量的主要市場。 （二）、俄羅斯金屬鈣發(fā)展現(xiàn)狀 （1）、俄羅斯切佩特斯基機(jī)械廠是一家軍工企業(yè)，電解鈣是三大產(chǎn)品中的一類產(chǎn)品，價(jià)格可以與中國的還原法粗鈣對(duì)標(biāo)，目前產(chǎn)量為600～700噸/月，電解鈣改擴(kuò)建將在2024年完成，建成后實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)電解鈣15000～16000的規(guī)模，公司主要生產(chǎn)鈣塊、鈣屑、鈣粒銷往歐美市場，鈣線材直接加工成鈣復(fù)合包芯線銷售給鋼鐵企業(yè)； （2）、俄羅斯新特羅伊茨克合金公司是一家小金屬冶煉企業(yè)，還原法粗鈣項(xiàng)目于2021年建成，2023年5月投產(chǎn)，目前產(chǎn)量為500～600噸/月，鈣線材主要銷往亞洲相關(guān)國家，或部分加工成鈣復(fù)合包芯線銷售給鋼鐵企業(yè)。 （三）全世界金屬鈣產(chǎn)能統(tǒng)計(jì): 
2、中國金屬鈣發(fā)展情況分析
（一）、發(fā)展歷史回顧： 2005-2010年是中國金屬鈣行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中極不平穩(wěn)的五年。面對(duì)國內(nèi)金屬鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)剛剛起步，國際金融市場一度起伏跌宕的復(fù)雜形勢(shì)和一系列重大風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，行業(yè)企業(yè)艱苦創(chuàng)業(yè)、拼搏奮斗，全面推進(jìn)工藝升級(jí)和還原鈣環(huán)保治理。五年中，金屬鈣綜合生產(chǎn)力、單體產(chǎn)業(yè)規(guī)模顯著提高。上游工業(yè)水平邁上新的臺(tái)階。國內(nèi)總體產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到4萬噸/年，較2005年的全世界1.2萬噸/年，年均增長30%，單體*大規(guī)模由7000噸(電解)/年增加到1.8萬噸(還原)/年。 同時(shí)，金屬鈣各項(xiàng)產(chǎn)品加速發(fā)展、新產(chǎn)品研發(fā)不斷創(chuàng)新。電解鈣工業(yè)技術(shù)精益求精，鋁熱法還原鈣生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，單罐產(chǎn)量有了重大突破，鈣塊、鈣屑、鈣粒、鈣棒、鈣絲等系列產(chǎn)品的使用不斷推陳出新，鈣基系列合金產(chǎn)品在應(yīng)用中得到了重大突破。硅鈣火法生產(chǎn)工藝技術(shù)有了新的突破，實(shí)芯純鈣包芯線的工業(yè)試驗(yàn)得到了終端用戶的認(rèn)可。 另外，金屬鈣國內(nèi)外貿(mào)易發(fā)揮了舉足輕重的作用。由電解鈣的獨(dú)有市場到還原鈣參與競爭，金屬鈣上、中、下游產(chǎn)品在內(nèi)貿(mào)加工和出口外銷中日益成長，由2005年的3000多噸左右小規(guī)模出口量，增加到了2010年1萬噸(含電解鈣、還原鈣及包芯線等多類金屬鈣產(chǎn)品)出口量，產(chǎn)品對(duì)外貿(mào)易總額達(dá)到了近5億元左右。 這五年，還原鈣工業(yè)水平和市場占有率顯著提升。電解鈣和還原鈣在行業(yè)發(fā)展中各司其職，隨著民用市場擴(kuò)大，原有低迷的市場被廣泛開發(fā)，還原鈣產(chǎn)品由2005年的總量不到2000噸，一躍發(fā)展成為2010年的3.5萬噸。這些輝煌的數(shù)字，充分顯示了中國金屬鈣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)越性，相信經(jīng)過第·一個(gè)五年的工業(yè)奠基，以及后續(xù)的努力，金屬鈣行業(yè)的綜合效率會(huì)有更大的提升，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)會(huì)有更大的改善。 （二）、國內(nèi)近年的市場發(fā)展概況 （1）、2023年中國還原法粗鈣生產(chǎn)較2022年減少了0.04%左右的產(chǎn)量，即3000噸的減量；其減量市場主要由俄羅斯新特羅伊茨克合金公司新建的還原法粗鈣投產(chǎn)（4000噸）和俄羅斯切佩特斯基機(jī)械廠電解鈣增產(chǎn)（2000噸）取代，總體來說2023年中國金屬鈣減量轉(zhuǎn)化成了俄羅斯的增量。 （2）、2023年1月向國家工信部提交的《粗鈣》和《鈣線坯及線材》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即將發(fā)布執(zhí)行，2024年第二批《高純鈣》、《鈣合金》、《鈣復(fù)合線》和《粗鈣副產(chǎn)品鋁酸鈣》四項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即將立項(xiàng)，以及GB/T 10267.1-1988《金屬鈣分析方法（第1-6部分》檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的修訂與行業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)項(xiàng)目啟動(dòng)。 （3）、2024年中國某國企新建還原法粗鈣5萬噸，項(xiàng)目分為兩期建設(shè)，一期2萬噸，二期3萬噸，包含粗鈣深加工。 3、其它主要生產(chǎn)國家和地區(qū) ●美國 美國是全球重要的金屬鈣生產(chǎn)國之一，擁有多家大型鈣業(yè)公司。 ●加拿大 加拿大是全球主要的金屬鈣生產(chǎn)國之一，其金屬鈣產(chǎn)業(yè)以礦山為主導(dǎo)。 4、市場需求與消費(fèi)結(jié)構(gòu) ●市場需求持續(xù)增長 隨著全球工業(yè)的快速發(fā)展，金屬鈣作為重要的工業(yè)原料，其市場需求持續(xù)增長。 我國金屬鈣行業(yè)發(fā)展近20年來，年度總產(chǎn)量較2004年增長了5.77倍。隨著市場需求的不斷增量，金屬鈣也由*初的小種類單一化朝著多元化產(chǎn)品發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步朝著規(guī)范化、體系化和健全化不斷升級(jí)，以《中國金屬鈣行業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃綱要》中“產(chǎn)銷倍增”目標(biāo)為方向，著力推進(jìn)金屬鈣產(chǎn)供消總量翻番計(jì)劃，是2024年金屬鈣行業(yè)拓寬銷售渠道、引領(lǐng)新產(chǎn)品消費(fèi)和基礎(chǔ)材料開發(fā)應(yīng)用的首要任務(wù)，更是加速鈣產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和市場穩(wěn)增長的有效保障。 ●消費(fèi)結(jié)構(gòu)多樣化 金屬鈣的消費(fèi)結(jié)構(gòu)多樣化，涉及汽車、建筑、化工、冶金等多個(gè)領(lǐng)域。其中，汽車和建筑領(lǐng)域是金屬鈣的主要消費(fèi)領(lǐng)域。 ●產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析 面對(duì)全球一體化和一帶一路產(chǎn)業(yè)發(fā)展新格局，金屬鈣產(chǎn)業(yè)要從東盟合作組織、東盟絲路經(jīng)濟(jì)和歐美工業(yè)鏈等多方面具體分析研究。以前、現(xiàn)在和未來，歐美基本是以采購金屬鈣原材料和加工產(chǎn)品為貿(mào)易合作，而東盟、東盟或其他國家，將是以采購成套裝備為主。例如：新能源汽車、高鐵列車、成品件或蓄電池等，金屬鈣已經(jīng)在國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈端進(jìn)行了場景應(yīng)用。 ●未來市場潛力 目前，金屬鈣70%-75%應(yīng)用于全球鋼鐵冶煉領(lǐng)域。近三年來發(fā)生的迭代主要表現(xiàn)為：一是鈣線材產(chǎn)品大批量的替代了鈣粒產(chǎn)品，自2009年鈣線材（俗稱鈣絲）第·一根線下線以來，截止2023年上半年，鈣線材產(chǎn)品市場占有率達(dá)到了70%以上，預(yù)計(jì)到2025年，鈣線材產(chǎn)品和鈣粒產(chǎn)品的市場占有率為9/1。二是鈣系包芯線產(chǎn)品的應(yīng)用由精煉鋼除渣和凈化機(jī)，已經(jīng)發(fā)展為精煉鋼造渣后的助溶劑——不可替代。 從2023年第三度來看，金屬鈣呈現(xiàn)向好態(tài)勢(shì)，價(jià)格隨著原輔料的增長而增長，粗鈣價(jià)格由之前的17000元/噸上升到10月份*高價(jià)格19800元/噸。目前近期的含量Ca=99.0%的金屬鈣價(jià)格可達(dá)25000元/噸（參考）。 同時(shí)，面對(duì)以能源、規(guī)模化競爭迭代，逐步發(fā)展壯大的金屬鈣產(chǎn)業(yè)來講，資本推動(dòng)了金屬鈣冶煉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但金屬鈣產(chǎn)業(yè)上下游依舊屬于機(jī)械化階段，在實(shí)現(xiàn)連續(xù)冶煉生產(chǎn)和加工自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和智能數(shù)字工廠方面有很大的提升空間。 目前，我國十四五規(guī)劃為鈣產(chǎn)業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，統(tǒng)籌推進(jìn)金屬鈣行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和經(jīng)濟(jì)雙循環(huán)格局，支持、鼓勵(lì)和實(shí)現(xiàn) 2025年金屬鈣和鋁酸鈣產(chǎn)銷總量翻番已經(jīng)成為鈣產(chǎn)業(yè)鏈新興市場發(fā)展的強(qiáng)心劑。行業(yè)崛起要致力于新型鈣合金和鋁酸鈣新材料應(yīng)用以及鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰，全面塑造鈣產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)新優(yōu)勢(shì)，協(xié)同鋁酸鈣、碳酸鈣、氟化鈣和納米鈣產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展。 未來，隨著環(huán)保要求的提高和新能源等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，金屬鈣市場將迎來新的發(fā)展機(jī)遇。 三、金屬鈣行業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 1、技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí) ●生產(chǎn)工藝優(yōu)化 隨著科技的不斷進(jìn)步，金屬鈣行業(yè)將不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。 ●自動(dòng)化和智能化生產(chǎn) 引入先進(jìn)的自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)設(shè)備，提高生產(chǎn)效率和降低人工成本。 ●產(chǎn)業(yè)鏈整合 通過整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，提高整體競爭力。 2、環(huán)保政策對(duì)行業(yè)的影響 ●環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán) 隨著環(huán)保政策的不斷加強(qiáng)，金屬鈣行業(yè)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)將更加嚴(yán)格，企業(yè)需要加大環(huán)保投入。 ●清潔能源利用 鼓勵(lì)企業(yè)使用清潔能源，減少對(duì)環(huán)境的污染，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。 ●產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與升級(jí) 引導(dǎo)金屬鈣企業(yè)向環(huán)保條件較好的地區(qū)轉(zhuǎn)移，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和優(yōu)化。 3、新興應(yīng)用領(lǐng)域的拓展 ●新材料領(lǐng)域 金屬鈣作為一種重要的工業(yè)原料，在新材料領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，如碳纖維、納米材料等。 ●新能源領(lǐng)域 隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，金屬鈣在電池、儲(chǔ)能等領(lǐng)域的應(yīng)用需求不斷增加。 ●生物醫(yī)藥領(lǐng)域 金屬鈣在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸被發(fā)掘，如藥物載體等。 四、金屬鈣的新應(yīng)用前景 1、用于化學(xué)儲(chǔ)能 氫能，作為目前發(fā)現(xiàn)的能源體系中儲(chǔ)量*豐富、無公害、可再生的環(huán)境友好型能源，也是化石燃料*理想的替代品，將在我國乃至世界的能源轉(zhuǎn)換體系中扮演著重要的角色。在氫能的開發(fā)利用過程中，主要涉及到包括氫的生產(chǎn)、應(yīng)用、存儲(chǔ)以及運(yùn)輸四個(gè)環(huán)節(jié)，而儲(chǔ)能及化學(xué)儲(chǔ)能及儲(chǔ)能材料*為關(guān)鍵。 由于氫較低的體積能量密度（低熱值9.9MJ/m³，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣態(tài)氫的體積能量密度僅為汽油的0.04%，即使在液態(tài)也只是汽油的32%）以至于對(duì)其存儲(chǔ)環(huán)境的空間和壓強(qiáng)要求較高。 金屬鈣本身就是很好的儲(chǔ)氫材料，理論儲(chǔ)氫含量為4.8%（w）。在LaNi5合金基礎(chǔ)上開發(fā)出來的CaNi5合金儲(chǔ)氫量可達(dá)1.9%（w），明顯優(yōu)于LaNi5合金。近年來Ca-Ni-M系列合金材料中，比較突出的是Ca-Mg-Ni系儲(chǔ)氫材料，該材料在吸放氫過程中動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)異。 所以，采用金屬鈣等材料的固態(tài)儲(chǔ)氫是新興技術(shù)，優(yōu)勢(shì)凸顯，從零到一前景廣闊。 2、新型儲(chǔ)能材料應(yīng)用 近日，復(fù)旦大學(xué)纖維電子材料與器件研究院、高分子科學(xué)系、先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室、聚合物分子工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室彭慧勝/王兵杰團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合王永剛、周豪慎、陸俊等合作者，研發(fā)出一種新型鈣-氧氣電池，該電池可在室溫條件下進(jìn)行電化學(xué)充放電，并穩(wěn)定運(yùn)行700次循環(huán)，展現(xiàn)出高安全性和較低成本等優(yōu)勢(shì)。日前，相關(guān)成果以《室溫下可充鈣-氧氣電池》為題在線發(fā)表于《自然》雜志。 鈣金屬具有低氧化還原電位和多價(jià)性等特性，結(jié)合我國豐富的鈣資源，基于金屬鈣的電池體系在未來的能源應(yīng)用中具有廣闊前景。其中，鈣-氧氣電池具有*高的理論能量密度，但此前一直未能實(shí)現(xiàn)在室溫下穩(wěn)定充放電。 以往由于難以找到一種能與鈣金屬負(fù)極相匹配，且能適應(yīng)高電極電勢(shì)空氣正極的電解質(zhì)，鈣-氧氣電池的發(fā)展受到了嚴(yán)重制約。為解決這一難題，團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)溶劑、電解質(zhì)鹽以及電解質(zhì)配比，成功制備出一種基于二甲基亞砜/離子液體的新型電解質(zhì)，有效滿足了電池正負(fù)極的高要求，研發(fā)了可室溫工作的新型鈣-氧氣電池。 據(jù)了解，該鈣-氧氣電池主要由三個(gè)部分構(gòu)成：金屬鈣負(fù)極、碳納米管空氣正極和有機(jī)電解質(zhì)。這一電池的設(shè)計(jì)不僅優(yōu)化了性能和成本，也兼顧了環(huán)境的可持續(xù)性與在柔性電子設(shè)備中的應(yīng)用要求。其中，金屬鈣負(fù)極不僅成本較低，還具有較高的理論容量，有利于全電池實(shí)現(xiàn)較高的能量密度。 隨著該項(xiàng)成果的應(yīng)用，金屬鈣材料也必將迎來發(fā)展契機(jī)。 說明：本文未經(jīng)原作者授權(quán)不得轉(zhuǎn)發(fā)! 下期文章預(yù)告：《金屬鈣生產(chǎn)工藝及高純鈣制備技術(shù)》（2024.07.05），文章詳細(xì)講解目前國內(nèi)外工業(yè)金屬鈣的主要制備方法，重點(diǎn)闡述了以工業(yè)鈣為原料，制備出純度超過 99. 999% （5N）的高純金屬鈣。
資料編輯整理：
《石灰產(chǎn)業(yè)》編輯部
2024年07月01日
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