镁需求大增,降碳降能耗技术大势所趋:镁冶炼能源开始变革

材料那些事 2023-01-16
3850 字丨阅读本文需 9 分钟

碳酸镁供需稳定就供给端看,碳酸镁行业新产能不断释放,目前碳酸镁海内外需求量较大,产能释放使得碳酸镁市场供需稳定。

原材料高价支撑碳酸镁价格上升,占据生产成本的70%,剩下的30%包括辅料、包装成本以及机器损耗等费用。2022年原料市场报价同比增长,碳酸镁价格也一路稳步向上。原材料的高价支撑碳酸镁价格上升。

汽车轻量化和建筑模板将大力助推镁行业。

低碳化要求交通运输节能降耗,汽车轻量化就是最理想的途径。而镁合金或是最有效的汽车轻量化材料,新能源汽车由于里程问题轻量化需求则更加旺盛。伴随如此发展趋势,单车用镁量以及新能源车产量都有极大的市场空间,有望带动镁需求爆发性增长。

需求大增

镁及镁合金作为一种轻金属材料,被誉为“21世纪最具开发和应用潜力的绿色工程材料”,美国、日本等许多发达国家均将其作为战略性原材料,全球原镁消费量总体呈持续上涨的态势,共研产业研究院预计,2022年我国原镁实际消费量有望达到 60万吨左右。

(图源:共研产业研究院)

原镁下游需求主要分为:镁合金加工深加工(汽车、3C 压铸件)、铝合金(建筑、交通运输)冶金添加原料(铝合金、稀土合金、炼钢脱硫等)、其他领域(金属冶炼还原剂等)。镁合金具有强度高、弹性模量大、散热好、消震性好、耐冲击、良好的机械性能等特点,下游约 70%消费于汽车领域,23%应用于 3C 领域。

根据相关研究,汽车每减重 100kg 可降低油耗 0.7L/100km,汽车自重每降低 10%可提高 5.5%汽车燃油效率;新能源汽车车身每减重 10%可增加 14%的续航里程。在西门子发布的不同技术措施的节能潜力对比中,汽车轻量化以46%的节能潜力位列榜首,是节油降耗的最理想途径。

根据 2020 年 11 月发布的《新能源汽车产业发展 规划(2021-2035 年)》,到 2025 年纯电动乘用车新车平均电耗降至 12.0 千瓦时/100km,新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的 20%左右。

事实上,新能源汽车除了没有发动机外,其他零部件与普通汽车并无本质差异。然而,目前新能源汽车市场受制于续航里程与价格的平衡,电池数量及能量密度的提升短期内均较难实现,为追求降低电耗对轻量化材料的需求更加迫切。若新能源汽车每减少 100Kg重量,续航里程可提升 10-11%、电池成本减少20%、日常损耗成本减少 20%,因此材料轻量化成为解决新能源汽车难题的关键路径。

目前,用于汽车轻量化的新材料包括高强钢、镁合金、铝合金及碳纤维。使用镁合金材料可使车体重量减轻 60%~70%,减重效果优于高强度钢与铝合金。此外,镁合金强度高、吸震性能强、模铸生产率高、铸造性能好,对汽车构件的设计十分有利。

根据 2015年平均每辆车消耗镁合金数据,日本/欧洲单车用镁量分别为 9.3/14kg,2021年我国汽车单车用镁量不到5kg。据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》,2026年~2030年为第三阶段,重点发展镁合金和碳纤维复合材料技术,解决镁合金及复合材料循环再利用问题,实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用,突破复杂零件成型技术和异种零件连接技术。

对于单车用镁量的具体的目标是:2020 年达到 15kg;2025 年达到 25kg;2030 年达到 45kg。假设汽车销量达到3800万辆,届时汽车领域镁需求量将达 171 万吨。

第79届世界镁业大会上 CM公司推测,2022 年全球镁产量预计可达到 111.5 万吨,镁需求量 为 106 万吨,市场平衡之后将会出现大约 5.5 万吨的过剩量。预测 10 年镁市场年均复合增长率为 4.2%。

长期来看,供给放缓叠加需求放量,镁供需格局已由供需平衡转向供需紧张,并且供需紧张局面将持续,未来镁价企稳向上,2025 年或将出现供需缺口。

降碳降能耗技术大势所趋

20 世纪初世界原镁产量的 80%由电解法生产,20%由热还原法生产。90 年代后热还原 法原镁产量迅速增长,加之电解法的生产成本较高,国内外的电解法纷纷关闭。目前,世界 原镁 80%由热还原法生产,其中 90%以上由热还原法中的皮江法生产。

镁冶炼行业是一个高能耗的能源密集型行业。生产镁的过程中会产生大量三废,其单位 金属的温室气体排放量是钢铁行业的 5 倍。早在 08 年发改委就发布了《镁冶炼企业单位产品 能源消耗限额》并且该能源消耗限额强制性国家标准逐渐严格。2011 年发改委在《产业结构 调整指导目录》中将镁冶炼列入限制类名单。随着我国提出“碳达峰、碳中和”目标和相关 环保政策,高能耗、高污染的工艺现状与日益收紧的节能、环保政策之间的矛盾越发凸显, 我国镁冶炼行业提出了诸多机遇和挑战。 二十世纪九十年代初,得益于丰富易取的原材料、低廉的劳动力和早期粗放的环保要求, 技术门槛相对较低的皮江法真空硅热炼镁工艺在我国得到推广。皮江法是利用硅铁(Si>75%) 还原煅烧后的白云石生产镁。虽然皮江法炼镁技术在过去的 20-30 年间取得了很大的进步, 但皮江法镁冶炼技术存在的问题及挑战还有很多:“三废”排放多、热还原反应生成金属镁的废渣,仍未得到较好的处理,环保压力大;能耗高、成本高;自动化、智能化水平低; 不能实现连续化、规模化;资源综合利用低。

铝热法

铝热法炼镁作为一种高效、节能、环保的炼镁技术,是在碳中和背景下真空热法炼镁的 发展方向之一。铝热法是采用铝粉为还原剂的一种金属热还原法,铝热法炼镁技术以氧化镁 或白云石为原料以铝粉为还原剂在真空条件下热还原制取金属镁,同时副产轻质碳酸钙和镁 铝尖晶石或铝酸钙水泥。生产过程中无废渣、无废水外排,环境友好。 铝热法解决了白云石煅烧尾气排放问题;解决了镁冶炼过程中还原渣的问题,实现了“废 气、废渣”零排放。能减少镁行业 50%土地的占用,还原物料总量减少 52%;实现了“废气、 废渣”零排放;打造环保节能企业,清洁生产;有利于优化金属镁产业结构和我国镁行业可 持续发展。

相较于皮江法,铝热法一方面能耗更低,去除镁铝尖晶石及轻质碳酸钙产品后,吨镁能 耗 0.561tce/t;另一方面碳排放更低,在清洁生产上更进一步。

单看得到金属镁的生产成本来说铝热法比皮江法更高,铝热法炼镁得到金属镁的同时还 会得到轻质碳酸钙和镁铝尖晶石产生收入,随着产业化发展,未来铝热法成本有望持续降低, 具有成本优势。

实际上由于改变生产方法需要新建生产线,年产 100kt 金属镁的生产线需建设投资 15 亿 元,项目建设也需要 16~18 个月,并且需要铺设轻质碳酸钙和镁铝尖晶石的销售渠道,铝热 法的使用规模暂不及皮江法。

真空碳热还原法

真空碳热还原炼镁(VCTRM)工艺具有低成本、低能耗、低资源消耗、环保等优点,被认 为是一种理想的镁清洁生产工艺。 真空碳热还原相比于皮江法和电解法能耗分别降低了 42.9%和 27.5%。并且相比于皮江 法,碳热法可处理的原料更广,菱镁矿和硅镁镍矿都可作为提取金属镁的原料。

碳热还原炼镁在成本和能耗方面都要低于皮江法,生产过程中冷凝镁易燃易爆的问题目 前得到一定程度的解决,但是镁蒸汽与 CO 发生逆反应污染冷凝镁的关键问题制约了其工业 化应用。

再生镁技术

镁及其合金是易于回收的金属,目前使用的镁合金均可以回收。报废镁合金产品回收处 理技术,不仅对于减少环境污染、节约能源、降低成本、延长使用周期具有重要意义,也有 利于缓解镁供给受限和下游需求大的市场矛盾。各地大型镁加工企业也开始投入资金和技术 开发回收技术,像重庆镁业股份有限公司为了开发镁资源专门成立了万盛镁厂,其中一个很 重要的职能就是对压铸生产过程中的废件及毛边料和失效报废镁合金零部件进行回炉提炼, 生产出合格的再生锭,其成本和质量远远优于镁矿产品。

天然气替代煤炭作为镁冶炼能源

天然气较煤的利用效率更高,燃烧排放的 CO2、SO2、NOX 以及烟尘较少,可在节能减排 过程中发挥重要作用。吨镁冶炼需约 1100m3 天然气,1m3 天然气与相应可替代的煤炭相比, 可节约能量 11%~73%,减排二氧化碳 47%~84%,氮氧化物 44%~95%,二氧化硫和烟尘近 100%。根据公司公告,云海金属旗下五台山云海、巢湖云海部分采用天然气替代煤,有利于 降低能源成本。 总体看,双碳背景下低碳技术及能源结构升级将加速推动镁冶炼低碳环保工艺发展,具 有相应技术的企业将获益于成本降低及得到更多市场机会。

中国主导全球

实际上,我国拥有丰富的镁资源和低成本优势,所生产镁产品除了能够满足自身需求,在出口量方面也占到全球近一半。

就上游原镁产能格局来看,2021年全国原镁产能为 156.7万吨,前十家产能占全部的 26%,分布较分散。而考虑到硅铁和原镁是 1:1的关系,预计未来原镁产能将从现在的 10 万吨 /年增长到 30 万吨/年。

现阶段,云海金属(002182.SZ)原镁产能10万吨,国内第一,市场占有率 7.2%,远高于行业第二银光华盛镁业的6.5万吨产能,规模效应明显,竞争优势显著。至于剩余的绝大部分,则是 0.5-2 万吨产能的公司。

随着国家环保高压持续,进入行业的门槛提高,落后产能逐步出清,未来 3-5年行业集中度有望持续提升。

(图源:共研产业研究院)

再由于生产工艺存在一定的技术壁垒,国内镁合金行业目前集中度比原镁行业更高,目前国内镁合金总产能为 50 万吨左右,云海金属镁合金约占国内市场份额的 36%,具有绝对龙头地位。瑞格金属及海镁特镁业次之,分别拥有镁合金产能 7 万吨、4 万吨。

近几年,国内镁合金深加工企业也在加快镁汽车轮毂相关项目的投资,比如林州鼎鑫镁业和河南德威科技已完成正反挤压成型生产线的建设与投产;云海金属与健信科技、合肥信实共同投建年产100万件汽车镁轮毅生产项目:中镁宏海也在山西阳泉建设320万件镁锻造汽车轮毂项目。

此外,科研机构也不断改进镁汽车轮毂的生产工艺。例如上海交大研发出铸造+旋压复合成型技术,明显提高镁汽车轮毂铸坯成品率。在技术进步以及生产厂商的推动下,国内镁合金汽车轮毂有望加快进入商业化生产、使用阶段。

同时,镁建筑模板的发展潜力也促使相关企业加快投资步伐。以云海金属为例,其在 2021年12月发布公告称子公司将投建 200 万片建筑模板项目,并于今年3月再次发布公告称,将与南京领航共同投建又一镁铝建筑模板项目。

从全局出发,低碳化背景下,交通运输节能降耗是大势所趋,材料轻量化可行有效,而镁制品减重效果显著,新能源汽车由于里程问题轻量化需求更加旺盛,有望带动镁需求爆发性增长。

节能、 环保、绿色、可持续发展也逐渐成为建筑行业的大趋势,镁建筑模板市占率目前较低,但性能极佳, 相关企业已开始加大对该领域投入和布局,未来亦值得关注。

文章来源: 每日财报,河北镁熙生物有限公司,华宝证券

免责声明:凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处本网。非本网作品均来自其他媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如您发现有任何侵权内容,请依照下方联系方式进行沟通,我们将第一时间进行处理。

0赞 好资讯,需要你的鼓励
来自:材料那些事
0

参与评论

登录后参与讨论 0/1000

为你推荐

加载中...