發(fā)布日期：2019-3-5 22:12:11
一、鋯的簡介
鋯（Zirconium）的元素符號Zr，位于化學元素周期表中IV-B族，它的原子序數是40，是一種銀白色的過渡金屬。鋯的表面易形成一層氧化膜，具有光澤，故外觀與鋼相似。有耐腐蝕性，但是溶于氫氟酸和王水；高溫時，可與非金屬元素和許多金屬元素反應，生成固體溶液化合物。鋯的可塑性好，易于加工成板、絲等。鋯在加熱時能大量地吸收氧、氫、氮等氣體，可用作貯氫材料；鋯的耐蝕性比鈦好，接近鈮、鉭。
鋯主要以礦物形式存在于自然界，鋯在地殼中鋯的含量居第20位，比常見的金屬銅、鉛、鎳、鋅多，卻被稱為“稀有金屬”，是因為制取工藝較為復雜，不易被經濟地提取。另外，在已發(fā)現的40多種鋯鉿礦床中，具有工業(yè)開采價值的只有10種左右，用于工業(yè)生產的僅有鋯英石和斜鋯石兩種。
二、鋯資源儲量豐富、供應集中
據美國地質調查局（USGS）統(tǒng)計，全球鋯儲量51百萬噸、基礎儲量77萬噸(以ZrO2計)，其中澳大利亞和南非擁有世界上最大的鋯英砂儲量，儲量占比分別占44.6%和25.0%，基礎儲量占比45.45%、18.18%。我國資源儲量相對比較缺乏，儲量和基礎儲量進展世界的0.98%和4.81%。
鋯英砂主要產地集中于澳大利亞、南非Richards Bay Deposit 地區(qū)、美國佛羅里達以及非洲的莫桑比克和亞洲的印度尼西亞、越南、印度等。目前世界年產鋯英砂在125-130萬噸之間。澳大利亞是世界第一大鋯英砂生產國，目前占世界市場份額總量1/3 以上。南非是世界第二大鋯英砂生產國，產量僅次于澳大利亞，目前占世界市場份額總量約1/3。
中國鋯英砂產地主要分布在海南的文昌和萬寧、廣東的湛江，年產量約為2萬噸。加工粗砂的能力為4-5萬噸。國內只有海南文昌的鋯英砂精礦的品質最好，萬寧和湛江主要生產普通鋯英砂。從地區(qū)消費結構來看，中國和歐洲是主要的鋯消費地區(qū)，各占約30%。
三、鋯應用領域廣泛、金屬鋯僅占3%-4%左右
鋯英砂是生產鋯制品的最初原料，可用于生產硅酸鋯和氯氧化鋯，而氯氧化鋯是生產碳酸鋯、硫酸鋯、二氧化鋯、復合氧化鋯、金屬鋯等鋯制品的主要原料，復合氧化鋯則是生產氧化鋯結構陶瓷的主要原材料。
鋯的應用領域非常廣泛，主要以硅酸鋯、氧化鋯的形式應用于陶瓷、耐火材料等領域，這部分的應用占鋯消費的90%以上。另外，由于金屬鋯具有優(yōu)異的核性能，它的熱中子吸收截面小，僅為0.18×l0-28。鋯及其合金的一個重要用途就是作為核動力反應堆的燃料包覆材料和其他結構材料。因此，鋯及鋯金的研究與發(fā)展是與核工業(yè)的發(fā)展密切相關聯(lián)的，最初是用于核動力艦船，后來則大力發(fā)展原子能發(fā)電站。鋯是一種活性金屬，對氧有很高的親合力，這就導致在室溫的空氣中會形成保護氧化膜，這層保護氧化膜使得鋯及其合金具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。具有優(yōu)異耐蝕性的鋯對很多腐蝕介質有很強的抗力，同時又具有良好的力學和傳熱性能，以及顯著的成本優(yōu)勢，使它成為當今石油化工領域優(yōu)異的耐蝕結構材料。工業(yè)鋯產品廣泛用于各類耐蝕工藝設備中，主要應用包括壓力容器、熱交換器、管道、槽、軸、攪拌器及其它機械設備以及閥、泵、噴霧器、托盤、除霧器和塔襯料等。
據統(tǒng)計，僅有3%-4%左右的鋯被加工成金屬鋯（或稱海綿鋯）的形式，再進一步加工成各種鋯合金，應用于核燃料組件或者普通工業(yè)領域。從加工難易程度、工藝水平、科技含量等方面而言，金屬鋯制品處于產業(yè)鏈最高端。鋯制品的應用領域如下表所示。
我國鋯產業(yè)鏈結構，為了便于行業(yè)內的協(xié)調和政府的管理，按專業(yè)特點將鋯行業(yè)分為五大產業(yè)，分別為鋯英砂采選、硅酸鋯（鋯英粉）加工、化學鋯制品生產、電熔二氧化鋯生產、鋯冶煉和加工等五個單元我國鋯的消費結構中，陶瓷占63.09%，化學鋯（不包括鋯金屬）占22.08%，電熔鋯占8.04%，金屬鋯占3.63%。
四、金屬鋯及下游產業(yè)鏈分析
金屬鋯制品分為兩大類，一種為核級鋯，主要用作核動力航空母艦、核潛艇和民用發(fā)電反應堆的結構材料、鈾燃料元件的包殼等，是重要的戰(zhàn)略金屬；另一種為工業(yè)級鋯（或化工鋯、火器鋯），主要用于制作化工耐酸堿的設備、軍工、電子行業(yè)。
金屬鋯的生產過程：鋯礦石經過精選提取鋯礦砂（精礦），然后冶煉成海綿鋯，在冶煉海綿鋯的同時進行鋯鉿分離，冶煉出海綿鉿。再將海綿鋯熔鑄成鋯鑄錠（和鈦鑄錠相同），鋯鑄錠再經過加工制成鋯坯（鋯管坯、鋯板坯、鋯棒坯等），最后經過擠壓等壓力加工制成鋯材。
目前金屬鋯的主要生產方法是鎂熱還原法，即利用金屬鎂還原四氯化鋯(ZrCl4)制取海綿鋯的方法。主要包括3個主要環(huán)節(jié)：鋯英砂的分解和四氯化鋯的制備；鋯和鉿的分離；四氯化鋯精制和鎂熱還原制取海綿鋯。3個程序完成就可生產出核級海綿鋯，若制取一般工業(yè)級海綿鋯，則無需分離鉿，完成1、3步驟即可得到工業(yè)級海綿鋯。用鎂還原ZrC14獲得的海綿鋯不具備可塑性，不能直接加工，且鋯加熱時可與空氣中的氧氣發(fā)生反應，因此海綿鋯必須根據核反應堆的特點添加少量錫、鐵、鈮等元素后再熔成錠。在冶煉海綿鋯的過程中，鋯鉿萃取分離，制取原子能級海綿鋯是其生產的核心技術。如果不能做到鋯鉿分離，那就只能制造工業(yè)級別的海綿鋯（其中大約含有4～5％的鉿）。
國際上應用較為廣泛的海綿鋯標準主要是美國的ASTM標準：ASTM B 349（原子能工業(yè)用）和ASTM B 494（普通工業(yè)用）。ASTM B 349包含一個級別R60001，ASTM B 494包含兩個級別R60702和R60703。我國的海綿鋯的標準分為原子能級和工業(yè)級，原子能級包括HZr-01和HZr-02兩個標準，其中HZr-01與美國R60001基本相同；工業(yè)級包括HZr-1和HZr-2兩個標準，HZr-2與美國R60702基本相同。
五、核級鋯材國產化進程漸行漸近
海綿鋯的下游是鋯材，海綿鋯必須根據工業(yè)需要或者核反應堆的特點添加少量錫、鐵、鈮等元素后再熔成錠，將海綿鋯熔鑄成鋯鑄錠，鋯鑄錠再經過加工制成鋯坯（鋯管坯、鋯板坯、鋯棒坯等），最后經過擠壓等壓力加工制成鋯材。目前，國外生產廠商它們從鑄錠到成品管的成材率約為60％～80％。從終端用途分類，可以分為核電用鋯材和工業(yè)用鋯材。
核級鋯材的需求將是決定核級海綿鋯市場主要因素。
1、核級鋯合金材的生產能力
從鋯材的形態(tài)來看，可以分為鋯管材和鋯板材（管材主要用于包殼材料和壓力管，棒材主要用于端塞元件，板帶材主要用于格架等），其中核電用鋯材對鋯管、棒材占75%-80%，核鋯板帶材的需求占到20%~25%。
國際生產廠商情況。目前，世界上較大的幾家鋯管廠美國西屋公司(每年400 t)、法國鋯管廠(每年450 t)、加拿大鋯管廠(每年150 t)、德國鋯管廠(每年250 t)都在滿負荷生產。亞洲是鋯材需求增長最快的地區(qū)，目前日本每年可生產50t管材；另外，韓國核燃料有限公司（KNFC）140×104m/a大型鋯管廠于2005年12月在大田（Daejon）破土動工，于2009年1月投入商運。總體來看，由于鋯材的生產需要根據核電站的需要而生產，所以目前國際主要的鋯合金材的生產商均為核電站供應商的子公司。
我國生產能力情況。我國目前共有兩條生產線具備生產鋯合金管棒材的能力。
西北鋯管：西北有色金屬研究院和寶鈦集團有限公司在獲得國家資金支持的基礎上并自籌部分資金建設了鋯鉿材生產線（西北鋯管有限責任公司，目前已劃撥為國核鋯業(yè)的全資子公司），公司擁有一條先進完備的核級鋯材生產線，主要設備從德國等發(fā)達國家國引進。
公司以核級鋯材加工制造為主營業(yè)務，曾多次榮獲國家級科研獎。其研發(fā)制造的我國首批核級鋯材用于我國第一座核電站秦山一期核反應堆燃料組件的制造環(huán)節(jié)中。目前，中核建中核燃料元件有限公司、中核北方核燃料元件有限公司所生產的燃料組件部分鋯管亦由公司供應。除為核反應堆燃料組件提供核級鋯材外，公司還向石油、化工等產業(yè)提供工業(yè)級鋯材，鋯管生產能力達到年產6×105m。目前公司鋯管年生產能力已達到60噸，其它異型材、棒材等生產能力40噸，總體年生產能力達到100噸。
西北鋯管的產品已經通過國家核工業(yè)總公司、中國核動力院和宜賓核燃料廠等國內專家的聯(lián)合質量認證和用戶鑒定。公司還分別同法國、加拿大、俄羅斯等國外大公司簽訂核燃料組件鋯材的生產技術轉讓合同，具備了向引進核電站重水核反應堆提供鋯材的資格。
2005年3月公司生產出首批重水堆用鋯-4合金板、棒、線材。
上海高泰稀貴金屬股份有限公司：上海高泰也建立了一條鋯管材生產線，公司成立于1998年5月，注冊資本9320萬元，公司專門從事核電用核燃料包殼管和稀貴金屬材料及高精密金屬管材的生產和研發(fā)。目前，中核建中核燃料元件有限公司持有公司5082萬股股份，占總股本的54.53%；嘉寶集團（600622）持有2178萬股股份，占總股本的23.37%。公司生產各種核反應堆用Zr-4合金管棒、Zr-704合金管棒，并生產φ2.0～φ30mm規(guī)格、符合各種標準的化工鋯及鋯合金無縫管產品。公司引進法國、加拿大先進的核電管材制造技術，先后為中核建中核燃料元件公司提供了300Mwe級核電站用鋯合金包殼管，該產品在核反應堆內運行狀況良好；同時也為秦山三期提供了重水核反應堆用CANDU管。目前公司鋯合金管生產能力70噸/年，擬擴建至150噸/年。
（3）核級鋯材國產化進程漸行漸近
由于我國初期的核電工程是引進項目，核電工程引進為配套工程，所需鋯材則隨中標公司配套供應，在一定期限不能夠自行采購。另外，目前國內生產鋯合金管棒所用原料如：管坯、板坯等半成品也均為進口，這就決定了鋯材的下游核級海綿鋯的國內市場基本很小。
但是隨著核級鋯材國產化進程加快，核級海綿鋯的國內市場也隨著打開。
我國在運行的廣東核電站和秦山核電站所需的鋯合金基本上為鋯-4，我國擁有這種鋯合金的生產技術。2005年開始，廣東核電站和秦山核電站的原子能級鋯材可自行采購，這樣為我國原子能級鋯（鉿）的產品提供了市場。
我國在建的二代+核電站大部分為CPR-1000，所需鋯合金為法國M5型號。1999年3月到2000年4月，法馬通已經完成向我相關公司的技術轉讓，限制期為10年。意味著到2010年之后，需要M5鋯合金的核電站也逐步可以自行采購相應的耗材。
我國在建的三代核電站大部分為AP1000，所需鋯合金為西屋公司ZIRLO。國核寶鈦鋯業(yè)是我國受讓美國西屋公司全套核級鋯材生產加工技術的指定用戶，目前國核鋯業(yè)已經和西屋公司達成了初步技術轉讓協(xié)議，并開工建設核級鋯材生產線。目前國核寶鈦鋯業(yè)股份公司已成功研制出了Φ280mm、重300Kg的我國第一個核級工業(yè)化Zirlo合金鑄錠。
預計2015年后，我國將全面實現核電裝備國產化（包括核級鋯材），核電站的建設速度還將明顯加快，核電建設還有很大的發(fā)展空間，對核級鋯材的需求將快速提升。
2、工業(yè)鋯合金材
工業(yè)用海綿鋯材市場受益于我國化工業(yè)的飛速發(fā)展呈現出了升溫趨勢。鋯由于其優(yōu)異抗腐蝕性而廣泛應用于化工設備制造，尤其是醋酸、農藥、塑料等行業(yè)用反應器、熱交換器、泵、閥、管道等。近年來，我國每年民用鋯材（鋯鉿不分離的鋯材）約500噸。
2009年10月，經專家組嚴格評審，寶鈦生產的工業(yè)級鋯合金——Zr-3鋯板(管) 材質量與國外先進水平相當，已滿足ASME 壓力容器使用的要求，完全可以替代進口產品用于壓力容器的建造。
六、全球核級海綿鋯的供需平衡分析
海綿鋯包括核級海綿鋯和工業(yè)級海綿鋯。鋯合金由于其與核燃料優(yōu)良的相容性和優(yōu)異的耐蝕性和加工性能，用于核燃料的包殼、格架、端塞和其它堆芯材料，由于燃料消耗及輻照，每年要更換三分之一，使其成為經常性消耗材料。核級海綿鋯是加工鋯合金關鍵原材料。
1、全球核級海綿鋯供需情況
（1）全球核級海綿鋯產能造8500-8600噸左右
目前全球生產核級海綿鋯的廠家主要包括美國華昌、西屋電氣公司、法國CEZUS和俄羅斯切別茲基機械廠四家，合計總產能為8500噸。
另外據美國Ux-Consulting公司的數據顯示，全球海綿鋯產能在8600噸左右。兩者數據基本一致。
（2）目前全球核級海綿鋯需求大約在5000-6000噸左右
目前關于全球合計海綿鋯的需求方面，沒有比較一致的數據。從公開資料可以查到數據有一定的差距。
1）據美國Ux-Consulting公司數據，全球核級海綿鋯需求大約在5000噸左右；
2）據美國西屋的數據，其海綿鋯年產量在2000-2200噸，占全球的40%左右，可以推算出全球需求在5000-5500噸；
3）據Matamec勘探公司的數據，目前全球大約消耗7000噸海綿鋯，其中85%左右用于核能方面，即大約6000噸左右。
4）根據《中國新材料產業(yè)發(fā)展報告（2004）》數據，全球海綿鋯的實際產量只占產能的71%。根據世界核電裝機容量來的情況來，目前和2004年的水平僅有小幅增長，所以預計海綿鋯的需求也基本持平。所以按照全球產能8500噸計算，海綿鋯需求在6000噸左右，其中核級海綿鋯在5100-5400左右。
所以綜合來看，全球核能級海綿鋯的需求在5000-6000噸左右。
（3）2020年全球海綿鋯需求預計增長22%-45.6%
截至2009年底，世界運行中的核電機組共計436臺，裝機容量約為373 GWe；在建核電機組53臺（截至目前已有57臺），裝機容量約為51.1GWe；計劃建造核電機組142臺，裝機容量約156.1GWe；擬建核電機組327臺，裝機容量約342.9GWe。
根據IAEA的樂觀和保守預測，2020年全球核電裝機容量將由2010年的373GW增加到455-543GW，增長幅度為22%-45.6%。按照保守估計，粗略估算海綿鋯的需求大約在6100-7320噸；按照樂觀估計，粗略估算海綿鋯的需求大約在7300-8700噸。
七、我國海綿鋯的供需分析
1、我國核級海綿鋯供給現狀：基本依賴進口
我國鋯、鉿冶金技術研究從20世紀50年代中期開始，通過聯(lián)合攻關，1960年解決了鋯、鉿分離技術，制取了原子能級海綿鋯。1963年，上海合利冶煉廠開始了海綿鋯的工業(yè)化生產。20世紀60年代末期，遵義鈦廠和錦州鐵合金廠建成了海綿鋯和海綿鉿生產車間，形成年產200噸海綿鋯、4噸海綿鉿的生產能力，使我國初步具備了海綿鋯工業(yè)化生產的基礎，并成為當時少數幾個具備工業(yè)化生產海綿鋯、鉿的國家之一。20世紀70年代后期，因需求驟減，核級鋯生產線全部關停，僅錦州鐵合金廠保留工業(yè)鋯生產線，主要生產少量火器鋯。
1997年遼寧錦州鐵合金股份有限公司恢復年產100t原子能級海綿鋯和2t原子能級海綿鉿的生產建設，2001年該生產線開始運行。錦州鐵合金股份有限公司恢復建設時，除鋯鉿萃取分離工藝采用我國20世紀80年代較為先進的“N235、P204—硫酸體系萃取分離工藝”，其它工序仍采用20世紀70年代的技術，與國外鋯鉿工業(yè)相比尚有相當的差距。
朝陽百盛鋯業(yè)完成了“原子能級海綿鋯制備新工藝應用研究”項目，并且建成了年產150噸原子能級海綿鋯的生產線，產品技術性能指標達到原子能級海綿鋯的要求。2010年6月18日，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織專家認為新工藝生產成本低，產品質量好，技術經濟指標處于國內領先地位。
目前我國生產海綿鋯的廠家主要集中在遼寧，包括中信錦州鐵合金股份有限公司（原錦州鐵合金廠）、朝陽百盛鋯業(yè)有限公司、寶鈦華神鈦業(yè)有限公司等，主要生產工業(yè)級和火器級海綿鋯，核能級海綿鋯基本依靠進口。
2、我國核級海綿鋯規(guī)劃有效產能在2500噸左右
近年來，隨著國家核電建設重新進入快速發(fā)展期，大大刺激了市場對核級海綿鋯的需求，國內一些企業(yè)紛紛開始建設或規(guī)劃建設核級海綿鋯生產項目。
綜合來看，按照國內核級海綿鋯規(guī)劃及已建的規(guī)模來看，總產能將達到3500噸左右（只考慮國核維科一期1500噸）。但是我們根據文獻資料得知，由于核級海綿鋯設備復雜，投資大，只有達到1000 t以上的生產規(guī)模經濟上才合算。所以我們判斷，只有國核維科和東方鋯業(yè)兩家公司的核級海綿鋯生產線建成以后，才真正具備核級海綿鋯低沉本、持續(xù)的供應能力。另外從項目建設的背景來看，國核維科和東方鋯業(yè)也具有一定的優(yōu)勢。所以，我們判斷國內未來有效的核級海綿鋯供應能力在2500噸左右。
3、我國核能級海綿鋯的需求分析
（1）我國核電進入快速發(fā)展階段催生核級鋯需求
截止到2010年8月15日，我國大陸已投入運行機組12臺，共計977萬千瓦；在建（已批準立項）機組共33臺，共計3727萬千瓦，其中已開工建設24臺，共計2698萬千瓦；共13個廠址在建，這13個廠址共可建二代+核電機組44臺，總容量為4360萬千瓦，三代核電機組18臺，總容量為2430萬千瓦，總計62臺核電機組，總容量為6790萬千瓦。
可以看出，我國核電發(fā)展已從起步階段進入快速發(fā)展階段，核級鋯作為核電的必要耗材之一，其需求必然將隨著核電的快速發(fā)展而增加。
（2）我國核級鋯需求測算
測算一：根據文獻資料數據測算，到2020年我國核電裝機容量將達到7000萬千瓦，海綿鋯需求量為大約在1800-2200噸左右。
鋯是核反應堆不可或缺的重要關鍵材料，而且由于燃料消耗及輻照，每年要更換三分之一左右，屬于主要耗材之一，所以鋯的需求包括首建核電站的需求和存量核電站的更換需求。資料和國際核電建設的實踐表明，每1萬千瓦核電首爐裝機容量需鋯材0.3-0.35噸，如按50%成材率計算，則需核級海綿鋯0.6-0.7噸，每年換材按1萬千瓦0.1-0.12噸計算，折合成海綿鋯0.2-0.25噸。（以上假設條件數據來源于：《核電發(fā)展為我國鋯鉿產業(yè)帶來發(fā)展機遇》. 魏占海,王力軍, 熊炳昆. 稀有金屬快報, 2007年01期.）
目前我國已建成的7座核電站，援巴核電站2座，存量核電站的海綿鋯更新需求大約在240噸左右。這些已建核電用鋯，初期全部按合同由建堆方提供，至2005年合同全部到期，所需鋯材可以自行生產解決。但目前基本上依然全部依靠進口。
目前裝機容量約為900萬千瓦（不包括援巴項目），如果按照國家核電發(fā)展規(guī)劃，到2020年，我國核電裝機容量將達到7000萬千瓦。按照目前單位核電的需求測算，2020年海綿鋯需求量為大約在1800-2200噸左右。
如果按照60%的成材率計算，則2020年需要核級海綿鋯1500-1800噸左右；如果按照70%的成材率計算，則2020年需要核級海綿鋯1300-1560噸左右。
測算二：根據東方鋯業(yè)公告數據測算，2020年我國核級海綿鋯需求在1425噸左右。
根據東方鋯業(yè)公告，目前我國已經建成及正在建設的核電站每年鋯材的用量約550噸，需耗用核級海綿鋯760噸。我們統(tǒng)計目前已經建成及正在建設的核電站裝機容量為37,270MW，按照2020年達到70,000MW的裝機容量計算，2020年我國核級海綿鋯需求在1425噸左右。
測算三：根據全球需求測算，2020年我國核級海綿鋯需求在950-1150噸左右。按照2020年全球核電裝機容量將由2010年的373GW增加到455-543GW，我國2020年達到70GWM的水平測算，我國到2020年海綿鋯的需求大約在950-1150噸左右。
綜合來看，我們判斷第一種測算方法50%的成材率偏低，而第三種測算方法國外的成材率預計高于我國。所以我們認為第二種方法或者按照60%左右的成材率計算比較合適。預計到2020年我國核級海綿鋯的需求在1500-1800噸左右。
總體來看，我國到2020年核級海綿鋯的供給平衡情況與目前或者2020年全球核級海綿鋯的供給平衡情況基本一致。在目前全球核級海綿鋯鋯供需的狀態(tài)下，核級海綿鋯毛利率處于較高的水平。從這個角度來看，按照我國規(guī)劃的核級海綿鋯的產能來看，未來不不用擔心產能過剩的局面，核級海綿鋯依然能夠保持目前的高盈利水平。