有色金属发展现状及进展
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有色金属发展现状及进展
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有色金属发展现状及进展
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[摘要]材料对社会、经济及科学技术活动的影响面大和带动力强,人类文明的发展和社会的进步同材料关系十分密切。现代社会种类繁多的有色金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础，有色金属材料的发展前景如何，不仅对相关行业有着重大影响，甚至对整个社会有着密切的关系。本文对金属材料的发展现状及进展做了简要的叙述。 [关键词]有色金属发展趋势 1前言
能源、信息、材料是社会发展的三大支柱，而材料又主要分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。通常人们根据金属的颜色和性质等特征，将金属分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。黑色金属以外的金属称为有色金属。日常生活中经常使用的铝、铜、锌和锡等都是有色金属。此外，作为电子工业基础的硅材料，以及有色金属的化合物和金属间化合物，按我国习惯也归入有色金属范畴。
2．1有色金属的地位
有色金属具有一系列独特性能和奇异功能，是航空航天、能源、交通运输、信息技术发展的重要支撑材料。铝、镁、钛等轻质高强结构材料是飞机的主要结构材料；硅、砷化镓、氮化镓等半导体材料是微电子技术和信息技术发展的基础；有色金属也是发展新能源技术的基础。有色金属材料在国民经济、国防建设和高技术领域都有广泛的应用。据不完全统计，90％以上的行业部门都使用有色金属材料。 2．2有色金属高性能材料
为了满足国防军工和高技术发展需要，有色金属高性能材料研究开发工作一直备受重视。各国在研究开发新材料、改进现有材料、开发材料高效使用技术三个层面上开展工作，以达到材料的高性能化、高可靠性和低成本化目标。
有色金属材料是重要结构材料，主要发展趋势足高性能化、多功能化、环境友好和低成本。高比强、高比模、低成本的复合材料和多功能化结构材料是研究的热点。铝合金的主要发展方向是进一步提高强度、塑性、韧性、耐蚀性和疲劳性能等综合性能及降低制造成本，特别是注意改进其比强度、持久性和损伤容限。镁合金的研究热点集中在耐热镁合金、高强高韧镁合金、半固态成形技术、塑性加工技术和耐蚀性等方面。钛台金的研究热点是改善抗氧化能力、提高高温蠕变强度、发展具有高损伤容限的合金，以及钛合金的低成本技术。金属间化合物材料、块状非晶材料及其复合材料也受到关注。以镁合金、钛合金、钛铝金属间化合物为基的复合材料也是研究的热点。有色金属功能材料一直是世界各国的研究开发热点，新材料、新技术层出不穷。新型信息功能材料、新型能源材料、生物医用与仿生材料、环境友好材料、纳米技术与材料等重点研究开发领域不断取得新突破。作为微电子技术基础的硅材料的直径不断增大，q)300rm硅片的应用迅速增加。SOI、GeSi和应变硅材料也开始应用。砷化镓和氮化镓等半导体材料朝着大尺寸和高质量方向发展。信息传输、存储和显示使用的材料也有日新月异的发展。稀土功能材料和新能源材料更是研究热点。发光材料、二次电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料等都取得了很大进展，主要发展方向是提高能量转换效率、使用寿命和降低成本。生物医用材料也涉及有色金属材料，如钛植入体，开发无毒性、生物相容性好的材料是关注热点。仿生和智能材料也是重要发展方向。此处，纳米材料与器件已经成为世界各国战略竞争的热点，有色金属也是一个竞争激烈的领域。 2．3新应用领域开拓
近年来，有色金属材料在汽车、薪能源及照明等领域的应用成了热点，促进了有色金属材料的发展和进步。
(1)汽车、高速列车等交通领域。随着汽车的轻量化和铁路车辆的高速化，铝、镁、钛等轻质高强材料应用领域得以拓展。轻质有色金属材料的使用谈国外汽车自身质量与20年前相比，己减少了20％～26％。汽车车身每减重10％，可以节省燃油6％～8％，废气排放量可减少lO％。
铝合金是汽车轻量化首选材料。2005年欧洲轿车平均每车用铝达到119kg，美国制造的汽车平均用铝量超过130kg。铝台金也愈来愈多地用于铁道运输和城市轨道车辆上，2003年全世界铝质车辆已达到l0万辆以上。镁合金比铝合金更轻，还有很好的阻尼性能，在汽车上的用量急剧上升，近年来由于钛合金低成本生产技术取得了进步凹，钛合金也开始在大量生产的汽车上得到了应用。
(2)新能源领域。新能源材料是发展新能源技术的核心和基础。当前的研究热点是高容量储氢材料、锂离子电池材料、质子交换膜燃料电池和中温固体氧化物燃料电池相关材料、薄膜太阳能电池材料等。镍氯电池、锂离子电池等绿色电池已在通讯、便携式电子产品及电动工具等方面得到了广泛应用。由于电池的容量、寿命和安全性有了显著提高，已用作电动车、混合动力车的动力电池。近年来，世界主要发达国家对燃料电池和氢能给予了高度重视。美国于2002年开始实施Freedom CAR计划，其目的就是要发展经济实用的民用燃料电池汽车。2003年美国实施了国家氢能计划，发展氢气生产、储存和利用技术，满足燃料电池电动车和清洁发电的需求。 (3)半导体照明。氮化镓半导体材料研究开发的突破引起了～场新的照明革命。用半导体发光二极管(LED)替代白炽灯和荧光灯，耗电量可降低80％～90％，而寿命可延长100倍。日本、美国、欧盟和韩国等相继制定了国家级的研究计划．投入了大量的人力物力。美国计划LED2007年替代白炽灯，2012年替代荧光灯，2020年全面进入市场。世界主要照明企业也在积极攻克关键技术以抢占市场。 2．4有色金属回收再生技术
为了节省资源和保护环境，世界各国都很注意废弃有色金属的回收再生和再利用工作。例如，用回收废铝生产1吨再生铝的能耗，比用铝土矿原料生产原铝能节约电能95％一97％，CO。排放量可减少90％以上。目前发达国家再生有色金属产量在全部有色金属产量中所占比重普遍在30％以上，有的已经高达50％左右。美国、西欧和日本对于铝、铜等大量应用的有色金属的回收都制定了比较优惠的政策和相关的法令法规。各国在回收技术和设备上开展了大量工作，在去除有害元素和杂质及再使用技术上取得了进展。美国目前汽车上使用的铝有一半以上都是再生铝”。目前我国再生有色金属产量所占比重尚不到25％，如果能增加到总产量的30％，每年生产400多万吨的再生有色金属，除了能减少资源的直接消耗外，每年还可以节约2000多万吨标准煤的能源消耗，减少数百万吨的废气、数千万吨的废水、上亿吨的废石废渣排放，对于环境保护将有重要意义。
2．6环境与资源：有害元素替代技术
为了做到可持续发展，各国在发展有色金属材料时，都非常注意材料对于环境的协调性，发展对环境友好的材料。好的材料不仅要具有优异的性能和功能，而且要能节省资源，在生产和使用过程中消耗能源要少，对环境不产生污染或污染要少，材料在废弃之后要易于回收再生或再利用。为此必须在设计新材料成分的时候就要考虑到环境的相容性，采用比较简单的合金体系，减少合金化元素的种类和数量，避免使用稀缺的元素和有害的元素。在材料的制各和加工中采用新技术和新工艺来降低能耗及对环境的污染，提高材料的使用蛀能、降低材料的使用量也是一种有效的途径，日本、美国和西欧等国家都有全国性的研究计划，日本的超级钢和超级金属计划都取得了很大进展。
许多有色金属元素及其化合物都是有毒的，对环境和人都是有害的。国际环境保护机构列出了17种对人体和环境有害的元素，铅、汞、镉、铬等有色金属都在其中。有害元素替代技术已成为国际上有色金属材料的一个研究热点。欧盟像《RoHS指令》严格限制在产品中使用铅、汞、镉、六价铬等6种有害物质，这种绿色壁垒将对我国产品出口带来严重的影响。 2．7我国有色金属现状
我国有色金属工业经过50多年的建成设，特别是近20年的快速发展，10种常用有色金属的产量2002年达到1012万t，超过了美国当年的产量，跃居世界第一。2003年中国有色金属的产量达到1228万t，2004年10种常用有色金属总产量达到1397．85万t，同比增长了17．53％。2005年我国10种有色金属产量达到1631．84万t，比上年增加18．14％，产量连续四年位居世界第一。其中，铜产量达到258万t，电解铝产量达到780万t。
我国近年来在有色金属新材料、传统材料的改进及材料的生产技术方面都取得了很大进展，基本上满足了国防建设、国民经济和高技术产业发的需求。 2．8我国有色金属存在问题
资源严重不足。我国有色金属资源总量较大，但人均资源量偏低，可供开发利用的资源短缺。稀土、钛、钨、钼等有较大的资源优势，储量居世界前列，但占有色金属产量94％的铜、铝、铅、锌等常用金属的储量严重不足。随着我国有色金属产量的继续增长，原料的对外依存度还将继续上升。因此，保护和合理开发利用国内外有色金属矿产资源，提高资源利用效率，已经成为实现有色金属工业可持续发展的关键。
创新能力不足。我国有色金属材料的研究、开发和生产水平在近年来有了很大的提高，已经从学习模仿向自主创新的方向前进，研究开发出了一批具有世界先进水平的新材料、新技术、新工艺和新装备。但是总的来看，我国和先过国家还存在着很大差距。在新材料的研制上，跟踪国外的多，自主创新的少；在材料的应用上也是跟着国外走。在生产工艺技术上，除了一些传统的有色金属材料外，仍以引进为主，具有自主知识产权的关键技术和技术储备严重不足，技术创新能力薄弱，不能适应产业结构调整和技术优化升级的迫切需要。
研究开发力量分散。目前我国从事有色金属材料研究开发的科技人员数量很大，机构很多。他们分散在企业、高校和研究院所里，竞争激烈，很难形成合力。我国有色金属企业很多，但大多规模小，除了少数大企业或企业集团外，绝大多数企业还没有形成自已的研发能力。研究开发更多的是为满足企业的直接需求，很少开展有色金属材料的共性关键技术研究，这种情况将对我国有色金属材料的技术进步带来十分不利的影响。 2．9发展建议
重视资源综合利用，建设可持续发展的有色金属工业。资源是有色金属材料发展的基础。当前我国有色金属工业持续发展已面临着资源严重不足的严峻挑战。为了保证有色金属工业的健康发展，保障国民经济和国防建设的需要，解决有色金属的资源危机已刻不容缓。解决我国的有色金属资源问题，一是要大力加强国内的探矿工作，发现新的资源；二是注意提高资源的利用率，减少采矿、选矿、冶金、加工和应用过程中的资源损失；三是要利用国外资源，做到资源国际化；四是要大力加强资源的循环利用。要建立起完整的废旧有色金属的回收和再生系统，要加强废旧金属回收再生利用的新工艺、新技术和新装备研究，扩大二次金属回收利用水平，提高再生金属的品质和应用水平，尽量节约有限的一次资源和能源。
加强有色金属新材料的研究开发和应用。有色金属材料是重要的战略材料，是国民经济、国防建设、高新技术发展的物质基础。国家应该重视有色金属材料，特别是有色金属功能材料的发展，在国家计划中加大支持力度。要加强高性能有色金属新材料的创新、开发和应用，特别是要大力支持和促进能源、交通运输、信息领域中应用的有色金属新材料的开发和应用；要大力加强有色金属材料共性关键技术的研究和创新，为我国有色金属材料的发展奠定坚实基础；要加强传统有色金属材料的高性能化和低成本化研究开发工作，为国民经济各部门提供价廉物美的材料，提高制成品的使用性能和国际上的竞争能力；要加强有色材料应用技术的研究，使材料更有效地应用，达到节约资源和能源的目的。
整合研究资源，加强有色金属共性关键技术的研究和创新。目前我国从事有色金属材料研究开发的力量相对分散，无序竞争激烈，低水平重复过多，应该根据企业研究所、工业系统研究院所、中国科学院和高校的特点及专长，建立起分工合作和互补的研究体系来。国家应进一步加强对有色金属材料的科技投入，有实力的企业也应该加强科技投入，建立自已的研究平台，逐步成为技术创新的主体。国家应加强宏观调控和组织工作，从基础研究、应用研究、生产技术和产品开发的不同层次上，围绕有色金属材料发展中的重大课题开展研究，围绕具有我国资源特色的材料开展研究和创新，特别应该加强有色金属共性关键问题的研究和创新，发展具有自主知识产权的有色金属关键技术和技术储备，为有色金属材料产业结构。 结语
在国家任何时期制定的重点支持行业中，有色金属始终都是榜上有名，这也反映出了有色金属对于国家经济和工业安全的重要作用。在未来的发展中，有色金属会向性能高、成本低、技术含量高等方向发展，并且随着这种发展，整个有色金属行业也将焕发出新的生命力。我们有理由相信，在相关科技工作者和政府部门的努力下有色金属行业将会呈现更为繁荣的未来。
