锌期货品种简介 稀土在有色金属中的应用 酸铝渣制取氟化铝 铝板及用途 冲压材料的应用

锌期货品种简介上海期货交易所今年年内将上网交易金属锌期货，而大多数投资者对锌期货都不了解。本文在此做一番介绍。一、锌的自然属性及应用锌是自然界中分布较广的金属元素。主要以硫化物、氧化物状态存在。矿物有闪锌矿、菱锌矿、硅、锌矿、异极矿、水锌矿等。由于锌熔点较低故冶炼中多采用密闭鼓风炉法生产及电解法生产。纯锌为银白色金属，元素符号Zn，原子量65.4，比重7.1kg/dm3，熔点419℃。锌具有良好的压延性、抗腐性和耐磨性，是10种常用有色金属中第三个重要的有色金属，广泛应用于有色、冶金、建材、轻工、机电、化工、汽车、军工、煤炭和石油等行业和部门。锌和许多金属能组成性能优良的各种合金。最主要的是，锌与铜、锡、铅等制成黄铜，用于机械制造业；锌与铝、镁、铜等制成压铸合金，用于制造各种精密铸件；钢铁及各种铸铁表面镀锌能防止腐蚀，含锌喷涂材料和各种抗腐蚀材料得到广泛应用；锌加工材是制造干电池的主要材料。锌的化学物，如氧化锌和立德粉是医药、橡胶、颜料和油漆等行业不可缺少的原材料。发现小史人类很早就使用了含锌的铜合金。中国最早掌握炼锌技术，明代《天工开物》称锌为倭铅。欧洲人在公元前5世纪得到过锌。大约16-18世纪，中国锌传入欧洲，被称为tuwtenagne，纯度98%.英国布里斯托尔(Brestol)于1738年开始生产锌。1746年德国化学家马格拉夫（S.A.Merggraf）将异极矿（H2Zn2SiO5）与木炭煅烧，制出金属锌。19世纪平罐炼锌在法国、比利时得到发展。锌的性质锌在室温下性脆，加热到100-150℃变软，能压片抽丝。但到200℃以上又变脆，易碎为粉末。锌是活性金属，常温下在空气中表面生成致密的碱式碳酸锌薄膜，阻止本体锌继续氧化。锌加热至225℃后氧化激烈，燃烧时呈蓝绿色火焰。加温时锌同氟、氯、溴、硫作用生成化合物。锌属负电势金属，易溶于酸，也易从溶液中置换某些金属，如金、银、铜、镉等。重要化合物有氧化锌、硫酸锌、氯化锌。锌的资源自然界锌的矿物种类较多，常见矿物有：闪锌矿、纤维锌矿、菱锌矿、异极矿、硅锌矿、水锌矿。全世界锌金属储量24亿吨，产量逐年增长，1980年产量614万吨。我国锌储量为3300万吨，1993年产量为85.69万吨。锌的制取硫化铅锌矿浮选产出的锌精矿，成分一般为：锌50%左右，硫30%左右，铁5-14%，还含有少量铅、镉、铜和贵金属，以及微量的铟、锗、镓、铊等稀散金属。用硫化锌精矿炼锌的方法有湿法和火法。70年代各种炼锌方法产锌量的大致辞比例是：湿法炼锌74%，火法炼锌26%（其中竖罐法5.6%、横罐法2.2%、鼓风法11.4%、电热法6.8%）。锌的用途锌的化学性质活泼，在常温下的空气中，表面生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜，可阻止进一步氧化。当温度达到225℃后，锌氧化激烈。燃烧时，发出蓝绿色火焰。锌易溶于酸，也易从溶液中置换金、银、铜等。锌的用途由于锌在常温下表面易生成一层保护膜，所以锌最大的用途是用于镀锌工业。锌能和许多有色金属形成合金，其中锌与铝、铜等组成的合金，广泛用于压铸件。锌与铜、锡、铅组成的黄铜，用于机械制造业。含少量铅镉等元素的锌板可制成锌锰干电池负极、印花锌板、有粉腐蚀照像制板和胶印印刷板等。锌与酸或强碱都能发生反应，放出氢气。锌肥（硫酸锌、氯化锌）有促进植物细胞呼吸、碳水化合物的代谢等作用。锌粉、锌钡白、锌铬黄可作颜料。氧化锌还可用于医药、橡胶、油漆等工业。自然界中，锌多以硫化物状态存在。主要含锌矿物是闪锌矿。也有少量氧化矿，如菱锌矿和异锌矿。二、市场分布（一）国际市场1、锌资源主要分布世界锌储量丰富。据美国地质调查所资料，截止1998年底全世界拥有锌储量（金属量）为：锌19000万吨；储量基础为44000万吨。世界铅锌储量主要集中在澳大利亚、加拿大、美国、中国、墨西哥、北朝鲜和秘鲁等几个国家，它们拥有铅锌储量占世界铅锌总储量的68%。2、锌的产量世界锌的主要生产国有：中国、加拿大、日本、美国、西班牙、德国、澳大利亚、法国、韩国、意大利、墨西哥和俄罗斯，其中以中国产锌最多，其次为加拿大。据国际铅锌研究小组统计，2005年全世界锌产量达1022.6万吨，同比减少了1.2%。3、锌的消费世界锌的消费量与世界经济发展状况密切相关。因为经济发展总能表现为建筑业、汽车业和家电设备的发展，而这将直接导致锌消费量的增长。锌消费量的近50%用作防腐蚀镀层，近20%用于生产黄铜（包括直接应用的再生原料锌），约15%用于生产铸造合金，其余的则用于轧制锌板、锌的化工及颜料生产等。锌消费相对集中在发达国家和地区，亚洲地区的锌消费量成为锌消费的主要增长点。锌的主要消费国有：中国、美国、日本、德国、韩国、意大利、法国、英国和俄罗斯等。2005年全球消费锌1061.6万吨，较2004年略有减少。（二）国内市场1、锌资源主要分布我国探明的锌资源储量为3300万吨。我国有铅锌矿产地700多处，主要为：黑龙江省的西林；辽宁省的红透山、青城子；河北省的蔡家营子；内蒙古自治区的白音诺、东升庙、甲生盘、炭窑口；甘肃省的西成(厂坝)；陕西省铅硐山；青海省的锡铁山；湖南省的水口山、黄沙坪；广东省的凡口；浙江省的五部；江西省的冷水坑；江苏省的栖霞山；广西壮族自治区的大厂；云南省的兰坪、会泽、都龙；四川省的大梁子、呷村等铅锌矿。2、锌的生产我国是世界主要锌生产国。据有色协会统计，2005年全国锌产量达到271万多吨，占世界总产量的26.3%，居世界第一位。3、锌的消费在我国，锌的最终消费主要集中在建筑、通信、电力、交通运输、农业、轻工、家电、汽车等行业，中间消费主要是镀锌钢材、压铸锌合金、黄铜、氧化锌以及电池等。2005年我国锌消费量为315万吨，占世界总消费量的30%。4、锌的进出口目前，我国既是世界上最大的锌生产国，又是最大的锌消费国。我国的锌矿山和冶炼厂的数目比世界上其他国家锌矿山和冶炼厂的总数还要多。但是，由于国内的锌精矿消耗量超过了国内的供应能力，仍须大量增加锌精矿的进口量。2004年净进口额达到4.4亿美元。全年净进口精锌15286吨，净进口合金180892吨，净进口锌精矿616074吨实物量，净进口锌材54706吨，净进口废料75430吨实物量，净出口氧化锌46449吨实物量。稀土在有色金属中的应用1稀土铝合金稀土在铝合金中的研究始于20世纪30年代，第二次世界大战期间稀土在铸造铝合金中得到应用，目的是改善铸造铝合金的高温性能和铸造性能。在50年代以后的20年中，对稀土元素在铝合金中的强化、变质、净化以及改善工艺性能方面进行了大量工作。迄今，在以下几方面取得了进展。（1）强化作用含0.15wt%Ce的Ceralumin最早应用于发动机缸体的高温工作零件。随后发现，含11wt%稀土的合金在427℃时的强度可提高1倍。前苏联已在超音速飞机中应用含稀土的АЦР1和ЖП207合金，它是现今高温性能最好的合金之一，可在400℃以下长期工作，它的持久强度比一般铝合金可提高1～2倍。此外，还发展了Al-Cu-RE系高强度耐热铸造铝合金，例如，含2wt%RE的铝合金，在300℃时的抗拉强度达160MPa，室温强度可达350MPa。在早期，加入0.3～0.35wt%Ce，可使Al-Cu、Al-Cu-Si合金活塞的强度和硬度提高，并可减少热裂。现在，稀土铝硅共晶和过共晶活塞已用于生产，以稀土取代镍可使活塞的高温性能和耐磨性能改善，因而使其寿命明显提高。稀土在固态铝中的溶解度很小（0.05wt%），故其固溶强化作用极弱。但因稀土的化学活泼性强，它可与铝合金中的许多元素形成金属间化合物（AlCuCe、AlSiCe等），它们在高温下十分稳定，硬度高且呈网状分布于晶界，可阻碍蠕变滑移，因而起到了高温强化的作用。（2）变质作用稀土对铝硅共晶和亚共晶合金的变质行为，就是使α+Si共晶组织细化，使硅由粗片状改变为细条状和颗粒状，从而使性能，特别是塑性提高。镧的变质作用最佳，如把镁含量从0.4wt%提高至0.9wt%，则镧的变质作用可进一步提高。镧的有效变质范围在0.03～0.18wt%之间，采用稀土作变质剂，要求一定的冷速相对应，其中镧的临界冷速（Vc值）最小，当Vc22℃/min时，即可有效。稀土的变质作用还具有长效性，如，经10次重熔，镧的浓度由0.056wt%减至0.035wt%，此时的含量仍处于最佳变质范围。（3）净化作用稀土与氢的亲和力很强，形成REH等，由此，在铝液中加稀土，可吸收部分氢，因而可降低凝固过程中因析出的氢而造成的针孔。加入0.2wt%RE，可使针孔率明显下降。此外，镁含量高的铝合金在液态极易氧化。近年发现，当含有0.001wt%Ce或RE时，可在600～760℃温度下阻止含10～12wt%Mg的铝合金氧化。加入稀土还可使铝合金中的杂质相FeAl、AlFeSi等形成多元的金属化合物，因而可改变其形态，提高铝合金的力学性能，例如在含1wt%Fe的合金中，加入适量RE，可使粗大的铁相细化乃至球化。（4）改善工艺性能在Al-Cu-Mn系加入0.2wt%Ce可降低热裂倾向。在Al-4wt%Cu合金中加入少量La、Ce、Y，可降低合金的固相线，有效地缩小热脆弱区，镧可明显提高合金准固态时的强度。此外，稀土元素富集在枝晶间，生成LaAl、La（CuAl）等金属间化合物，强化了晶界，因而降低了热裂倾向。此外，稀土还可改变铝合金表面氧化膜的结构与性质，使Al-Mg、Al-Zn-Mg合金具有更好的着色阳极化性能，如含有0.5wt%Ce（或稀土元素）的Al-Zn-Mg合金是适于表面着色的阳极化材料。稀土还提高Al-Si-Mg合金的耐腐蚀性能，加入0.15～0.2wt%La，可使抵抗海水腐蚀的性能提高。2铸造铜合金（1）提高性能在铅青铜中加入0.02～0.2wt%混合稀土，晶粒尺寸减少（比原来的减少1/3），表面磨损减少3/4。在无镍高锰铝青铜中，加入少量稀土和硼，可使磨损量减少50%。在铅青铜中加入0.05～1.0wt%混合稀土，抗拉强度提高30%，延伸率提高1倍。在铝青铜中加入0.045wt%稀土，在保证抗拉强度不下降的情况下，延伸率提高了3倍。铜铅合金中加入0.055～0.2wt%S，使合金中的富铅相趋于网状组织，加入0.028～0.149wt%稀土，使富铅相孤立地分布在枝晶间，随着含硫量的增加，疲劳强度明显下降；但是，随着稀土量增加，疲劳强度明显增加。（2）改善工艺性能铅青铜中低熔点的富铅相易于富集表面形成逆偏析。含铅量越多，这种偏析越严重。加入1wt%Ce，可消除偏析。硅锡青铜中加入0.01～0.05wt%混合稀土，使其中硅和锡的偏析改善。在Ce-8wt%Sn合金中，加入铈可增加锡的有效分配系数，同时使晶粒细化，由此，可抑制偏析的形成。高锰铝青铜中加入0.028wt%Ce，在锡磷青铜中加入0.1wt%混合稀土，均可明显提高流动性，大约可提高30%～40%。3铸造镁合金由于稀土（包括钍）镁合金的出现，使镁合金的应用自20世纪50年代以来，得到了迅速发展。稀土在镁合金中的作用可归结为：提高抗蠕变能力，提高室温和高温强度和改善工艺性能。因此，目前世界各国的含稀土镁合金已占铸造镁合金的50%以上。（1）高温抗蠕变合金首先在航空发动机上得到应用的是Mg-RE-Zr（Mg-3RE-0.1Zr）合金，满足了205℃具有高强度和抗蠕变性能。（2）高强度稀土Mg-Zn-Zr合金ZK51（Mg-4.5Zn-0.6Zr）具有280MPa的抗拉强度，但铸造性能差。加入稀土后，在铸造组织中呈现Mg-Zn-RE化合物，以分离型共晶分布于晶界，使铸造工艺性能明显改善。ZE63A（Zn-6wt%，RE-2.5wt%，Zr-0.6wt%）用于RB211发动机的推力换向器已有多年。它的抗拉强度可达276MPa；屈服强度达186MPa；延伸率达5%。（3）含钇稀土镁合金钇对镁合金具有很好的强化作用，这是由于钇固溶于基体中以及晶界被耐热的化合物封闭所致。因此，Y-Mg合金具有较高的热强性能，甚至达到钍镁合金的高温性能。此外，它还具有优异的高温抗氧化性能。含