当代中国的有色金属工业(第18——20章,完)
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钨属高熔点稀有金属,比重19.3,熔点居所有金属之首,达3410摄氏度,并具有高硬度、良好的高温强度和导电、传热性能,常温下化学性质稳定,不与盐酸或硫酸起作用。钨及其合金为现代工业、国防及高技术应用中极重要的功能材料之一。
碳化钨极坚硬耐磨,为制造硬质合金的主要原料。中国硬质合金用钨量占钨消费总量的45%左右。
钨为合金钢的重要添加元素,含钨钢种有高速工具钢、模具钢和枪炮钢等。中国炼钢业用钨量约占消费总量的40%。
钨亦为高温合金的重要组分。含钨高温合金主要应用于燃气轮机、火箭、导弹及核反应堆的部件,高比重钨基合金则用于反坦克和反潜艇的穿甲弹头等军事用途和手表摆锤等。
金属钨及钨合金还是电光源,触点材料,电焊极和超大规模集成电路等电子工业中的重要材料,而钨化合物则可用于催化剂等化学工业领域中。
硬质合金主要以碳化钨、碳化钛,其次以碳化钽、碳化铌、碳化铬和碳化铪等为硬质成分和以钴、镍、铁等为粘结成分组成,并用粉末冶金方法生产。其硬度极高,仅次于天然材料中的金刚石,且具有突出的高温硬度,弹性模量比高速钢大3倍,因而受外力时变形较高速钢小;抗弯强度虽比高速钢低,却比金刚石和立方氮化硼为高。具有这些优异性能的硬质合金,是制造高速切削刀具、地质矿山钻具以及各种耐磨损、耐高温、耐高压的工具和结构部件的理想材料。
现有六类硬质合金,即碳化钨基、碳化钛基、碳化铬基、钢结、铸造碳化物和涂层等硬质合金。其中,最主要的是碳化钨,而硬质合金则又是钨工业中最主要的产品。由于硬质合金和钨冶炼工业具有互相依存而又不可分割的关系,故此将钨工业及硬质合金在一章中合并加以叙述。
中国钨资源极为丰富,截至一九八五年底,已探明的三氧化钨保有储量占世界储量的50%以上,居世界第一位。
中国自一九一四年开始生产钨精矿。新中国建立后三十六年间,中国钨精矿产量为一九四九年以前累计产量的5倍多,已形成年产钨精矿数万吨的能力。钨精矿产量发展情况见图。
一九四九年以前,中国没有现代化的钨冶炼和硬质合金工业。新中国建立以后,钨冶炼及硬质合金工业得以同时建立并逐步发展。经过三十余年的努力,中国钨工业已发展成为从矿山直到硬质合金生产的完整工业体系,并拥有世界上最大的钨工业生产、科研、设计和教学的职工队伍,同时亦成为世界上钨产品和硬质合金产量最高的国家之一。
钨是中国传统出口商品之一。一九四九年以前,所生产的钨精矿全部出口,而所需的钨制品又全靠进口。新中国建立后,已逐渐改变了这种局面,于一九五八年开始出口钨制品。中共十一届三中全会以来,钨制品和中间制品的出口量对钨出口总量的比例大幅度增长,其金额之比已从一九七八年的9.7%上升到一九八五年的37.4%。
本章重点叙述新中国的钨冶炼和硬质合金工业。关于钨的地质、采矿、选矿和合金加工等可参阅本书有关各章。另外,由于中国钨工业生产在世界上占有突出重要地位,因此,这里着重说明其在国际贸易中的重要性。
中国钨产品在国际贸易中的地位
新中国建立三十六年来,中国钨精矿的年平均出口量达到两万吨。在中国的出口金属商品中,钨精矿是对国际市场影响最大的一种。进入八十年代,中国在继续保持钨精矿出口优势的同时,出口了大批量的钨中间产品和制品,如仲钨酸铵、三氧化钨、钨粉、碳化钨粉和硬质合金,增加了外汇收入。
新中国建立以来,中国钨进出口形势的发展大致可分为三个时期。
(一)一九四九至一九五七年为第一个发展时期。
这一时期以全部出口钨精矿,同时进口钨制品为特点。然而,出口金额却远远大于进口金额。
(二)一九五八至一九七七年为第二个发展时期。
这一时期继续大量出口钨精矿,同时开始出口钨制品,钨制品的进口量已减少到极少额度。然而,由于“十年动乱”造成生产上的波动,出口量和出口金额不稳定,形成了一个以一九六八年为最低点的马鞍形。
(三)一九七八至一九八五年为第三个发展时期。
中国钨制品出口形势出现好兆头,其出口金额占钨出口总金额的比重逐年增加。一九八一年,钨出口总金额创历史最高记录。然而,由于钨价下跌,一九八二年至一九八五年,出口总金额也随之减少。
这一时期,中国钨生产开始注意提高产品质量,赢得了外商的信任,中国钨精矿及其制品在国际市场上的声誉也大大提高。江西省冶金厅副总工程师吴威孙在一九七九年第一届国际钨讨论会(瑞典斯德哥尔摩)和一九八二年第二届国际钨讨论会(美国旧金山)上,先后两次宣读论文,向与会代表宣传中国钨精矿生产的技术水平、装备水平和质量水平,收到了良好效果。
钨冶炼与硬质合金工业的建立与发展
一九四三年前,日本侵华时,曾在大连大华电气冶金工厂生产少量的硬质合金,日本投降时只留下一片废墟。一九四五年大连解放,大华电冶厂改名为大连钢厂,当时由朱毅、李振南等组织恢复硬质合金车间。林树安技师带领一批老工人,从一个防空洞里找回了日本人埋藏的100余吨白钨精矿和3桶金属钴粉。他们凭着记忆,拟定试验方案和工艺条件,在旧厂房里,使用烧杯、水缸、电热板等简陋工具,进行用白钨精矿盐酸分解法生产三氧化钨和用两次氢还原法生产钨粉的探索和试验,终于在一九四八年六月生产出了40公斤粗三氧化钨、27公斤钨粉和30公斤钨钴硬质合金。这一成果开创了中国钨冶炼和硬质合金生产的历史。当时生产有24个型号、257个规格的钨钴合金刀片和各种不同规格大小拉丝模具,并进行拉丝模研磨加工供直接装套使用,一九五○年年产量达1.6吨。于尧明是这项工作主要技术骨干,对中国硬质合金的生产技术有显著贡献。
一九五○年中期,大连钢厂对原有车间进行全面改造和扩建,正当土建工程接近完工时,由于抗美援朝战争开始,重工业部通知大连钢厂南迁湖北大冶。一九五二年东北人民政府决定恢复大连钢厂硬质合金车间的生产,并派钨冶炼工程师仇同领导钨冶炼和硬质合金技术工作。到一九五七年形成了年产180吨三氧化钨的生产能力,年产合金达135吨。大连钢厂在中国硬质合金工业发展史上的功绩是不可磨灭的。
五十年代初期,由于军工生产和工业建设的迫切需要,在一些工厂新建了一批钨冶炼和硬质合金车间。这些工厂有:上海灯泡厂、大冶钢厂、北京化学试剂厂、牧丹江北方工具厂和重庆长江电工厂。他们各自发挥特长,为中国的钨冶炼和硬质合金工业谱写了许多新的篇章。
上海灯泡厂三氧化钨和钨粉生产车间的建立也经历了一个艰苦创业过程。新中国建立之前,郑良永工程师从国外留学归来,来到上海灯泡厂,立志要用中国的钨矿炼出三氧化钨。然而,他的雄心壮志却得不到国民党政府的支持。
一九五一年,上海灯泡厂开始试制灯用钨丝,该厂把这一任务交给了工程师郑良永。经过他一年多的奋力拼搏,于一九五二年八月试制出三氧化钨和钨粉,并用国产钨粉拉制出新中国第一根灯用钨丝。一九五二年九月二十六日,郑良永用这第一根国产钨丝,精心制作了两个白炽灯泡,从而结束了中国灯用钨丝长期依赖进口的历史。
同时,上海灯泡厂还对硬质合金生产工艺和设备进行了多项改革。一九五二年投产即采用石蜡做增塑剂,一九五六年研制出倾斜式回转还原炉,一九五七年该厂生产的钨钴钛合金与一些进口的同类合金进行使用对比,寿命更长一些。对此,一直非常关心中国硬质合金工业发展的机械工业部副部长刘鼎曾给该厂发了贺电。此外,大冶钢厂硬质合金车间研制了大型机械化酸分解白钨精矿设备和氧化法回收废混合料新工艺。牡丹江北方工具厂和重庆长江电工厂在兵器工具硬质合金化方面起到了领先作用,使弹壳生产行业从单一使用硬质合金引伸模,扩大到使用平底模、打凹模、收口模、弧形模和后来的钢芯冲模和钢棒下料冷挤盂模。做子弹壳用的硬质合金模具从一九五三年的7种扩大到一九五四年的14种,一九五五年再扩大到18种。硬质合金的应用比例也越来越大。
随着各行各业使用硬质合金的要求日益迫切,在一九五三年中苏联合签订技术援助协定中,株洲硬质合金厂列为苏联援建的156项重点工程之一。株洲硬质合金厂设计年产三氧化钨630吨,硬质合金500吨,合金牌号6个,规格型号520个,工艺技术装奋达到或接近当时的世界水平。一九五五年三月开工兴建,一九五八年四月一日全面投产。实际施工时间历时一年零九个月。以一年多时间完成45000平方米的工业建筑面积,安装1960吨设备,架设52000米的高压输电线路,铺设17800米室外供排水管线,施工速度之快是惊人的。由于在基建过程中,各项生产准备工作,从原辅材料订货到工器具的准备,从资料的翻译到操作规程的编制以及人员的培训,各种规章制度的建立,都按照总体计划紧张而又有秩序地进行,因而在负荷试车时一次试车成功,生产出质量合格的硬质合金产品。该厂是当时亚洲最大的硬质合金厂。
株洲硬质合金厂在投产的当年仅用八个月的时间就生产出硬质合金756吨,突破了设计水平,结束了我国大量进口硬质合金的历史。同时,产品开始进入国际市场,至八十年代先后销往43个国家和地区。另外,企业的经济效益不断提高,到一九八五年底止,已创利税为建厂投资的26倍。
在株洲硬质合金厂投产的同时,天津津东化工厂钨盐车间也建成投产,使中国钨冶炼工业的产品品种进一步增多。
一九五八年,在株洲硬质合金厂建设钨钼条车间,一九五九年建成投产,为中国钨钼加工的发展建立了原料生产基地。
五年之后,以高纯钨酸为主要产品的沈阳石油化工二厂钨酸车间也建成投产,使石油精炼所需催化剂和钨丝生产所需高纯钨酸得到解决。
军工部门在推广应用硬质合金工具方面,行动快,效果好。如某军工厂的工具车间,一九六一年以前由于任务重,经常加班加点。一九六二年任务又有了增加。根据工作量计算,必须在一九六一年的基础上增加50%的机床和50%的人员。但是他们没有这样做,而是采取了工具硬质合金化的方法,将硬质合金工具,由原来的31种扩大到300种,最后不但机床和人员都没有增加,而且超额80%完成了年度计划,产品精度还有了提高。
第三机械工业部和第五机械工业部总结了他们的经验,在一九六四年联合向国务院提出了《关于大搞工具硬质合金化》的报告。国务院批转了这个报告,并指出:“这项新工具技术是近年来机械工业开展技术革命、技术革新所获得的重要成果。第三、五机械工业部和其他工业部已在生产中应用,效果很好,是机械工业工艺革命化的一个发展方向,是多、快、好、省加工机件可以普遍应用的途径,值得各机械工业部门大力推广”。国务院文件下发后,机械工业积极推广硬质合金工具,硬质合金用量不断增加,逐渐产生了供不应求的新形势。且由于应用领域扩大,用户在硬质合金牌号和型号方面提出的一些新要求也远远不能满足。如面粉机械厂用的硬质合金拉丝刀,一直使用从瑞典进口的H1硬质合金,后因外贸部门限制进口,而国产合金又达不到使用要求,粮食部门曾向国务院报称,如这一问题不能迅速解决,全国人民的面粉供应将成问题。又如一些特殊钢厂使用的高镍合金钢轧辊,原本依靠进口,后来这种轧辊在国内试制成功,但由于材质硬而韧,一般牌号硬质合金无法加工。还有手表工业使用的小模数滚刀等急需产品,或是生产不出来,或是不能大量供应。为了满足对硬质合金的迫切需要,许多地区、部门和行业兴办了一批各具特色、各持优势的中小型硬质合金企业。一九六五年九月,上海市工业生产委员会决定筹建上海硬质合金厂,生产能力为年产200吨。东北地区需要更多的硬质合金。辽宁省经委在一九六五年决定筹建旅顺硬质合金厂和沈阳硬质合金厂。旅顺硬质合金厂是将大连钢厂硬质合金车间的主要人员和设备调往旅顺建成的。一九六五年四月开始筹建,次年七月投产。
在六十年代,一批中小型钨冶炼厂(车间),如广州红心化工厂钨冶炼车间,赣州有色冶炼厂钨冶炼车间、廊坊地区钨钼材料厂、陕西钢厂钨冶炼车间和南宁铝厂钨冶炼车间相继建成,使中国钨冶炼工业的生产能力进一步扩大,布局更加合理。
在这个时期建设和得到进一步发展的企业还有中南矿冶学院粉末冶金厂,南昌硬质合金厂,渭河工具厂,北京硬质合金厂,天津硬质合金厂,成都硬质合金工具厂,牡丹江工具厂,宜昌硬质合金厂,天津硬质合金研究所,青岛粉末冶金厂,广州粉末冶金厂,哈尔滨无线电工具厂,陕西钢厂硬质合金车间,石家庄硬质合金厂,无锡钻探工具厂,龙岩粉末冶金厂,第一汽车制造厂附件分厂硬质合金车间,第二汽车制造厂刀量具分厂硬质合金车间等。
在这个“工具硬质合金化”热潮中,中国的钨冶炼和硬质合金工业逐步形成了完整的工业体系,钨冶炼技术水平显著提高,不仅完善和改进了从苏联引进的工业纯三氧化钨生产工艺,而且发展了化学纯三氧化钨生产工艺和白钨酸法工艺。
一九六四年,冶金工业部根据中央加强内地建设的指示精神,建设四川自贡硬质合金厂。该厂由长沙有色冶金设计院和株洲硬质合金厂共同负责设计,从一九六四年十一月开始筹建。株洲硬质合金厂上下总动员,配备了全套班子,815人赴自贡。这批骨干力量对自贡硬质合金厂的建设和发展起了决定性的作用。
为提高中国钨冶炼技术水平,冶金部决定在自贡硬质合金厂设计中采用白钨酸法新工艺。一九六五年六月至十二月,在小型工艺条件试验的基础上,由株洲硬质合金厂、中南矿冶学院、成都工学院、长沙有色冶金设计院和自贡硬质合金厂筹备处组成联合试验小组,在株洲硬质合金厂进行白钨酸法工艺的半工业及工业性试验。通过工业性试验,使白钨酸法工艺得到验证和进一步完善,为自贡硬质合金厂的设计提供了可靠的数据,该工艺被自贡硬质合金厂于七十年代初正式用于工业生产。白钨酸法工艺的工业化,是大专院校、科研(设计)和生产三结合的典型范例。
自贡硬质合金厂,一九七一年开工生产。开工第一年就取得了生产硬质合金302吨的好成绩,以后产量逐年增加,到一九八五年产量达1218.45吨,为原设计能力的3倍。从一九七一年投产到一九八五年累计上缴利税为这个厂投资总额的4倍。
自贡硬质合金厂投产十多年来,特别是中共十一届三中全会以来,由于不断进行工艺改革,大力开展科研,开发新产品,形成了有自己特色、比较先进的生产体系和质量控制体系,产量逐年发展,质量稳步提高,新产品不断涌现,为国家重点工程和军工生产解决难加工材料和攻克各种难关方面做出了重要贡献。
自从六十年代在工业生产中提出“工具硬质合金化”的口号后,硬质合金工具的应用领域迅速扩大,从而刺激了硬质合金的生产。从一九七一至一九七九年,硬质合金年产量一直保持在3000吨以上,其中有四年达到或接近4000吨的水平,它与当时中国钢材产量的比例已远远超过了一些工业发达国家。
随着硬质合金在切削工具、模具和地质矿山钻具等应用领域迅速扩大的同时,各种异型产品和耐磨零件的应用范围也大大增加,硬质合金从工具材料进一步扩展为结构材料。
在化工行业中,广泛应用YG6或YG8硬质合金制做各种用途的喷嘴和大小不等的机械密封环;还用于超高压装置的直径80毫米、长1327毫米、重达100多公斤的YG8硬质合金大柱塞。这种难度很大的特大制品的试制成功,标志着中国硬质合金生产技术达到了一个新的水平。
在缝纫机、无线电、钟表、建材、瓷器以及食品加工等行业方面,除推广应用了硬质合金标准产品之外,还采用了各种专用的硬质合金刀具以及用硬质合金制做的耐磨零件。
七十年代,中国的硬质合金工业在满足国内国民经济各部门需要的同时,还进行了技术输出,援助一些国家建设了一些硬质合金工程项目。
由株洲硬质合金厂援助罗马尼亚建设的“奈弗拉尔”工厂硬质合金车间规模最大。产品有9个牌号,年产硬质合金刀片100吨。由长沙有色冶金设计研究院和株洲硬质合金厂共同提供初步设计,株洲硬质合金厂进行援建工作。一九七七年九月,冶金工业部派出以株洲硬质合金厂副总工程师王云礼为专家组长、由26名工程技术人员组成的专家组赴罗马尼亚对设备安装和试生产进行全面技术指导。一九七九年五月正式投入生产。该项目由于一次试车成功,按时按质按量完成了援建任务,罗方给予很高的评价。此外,牡丹江北方工具厂援助孟加拉、巴基斯坦和罗马尼亚完成了援建工程中的硬质合金配套项目,重庆长江电工厂援助孟加拉、越南和巴基斯坦完成了援建工程中的硬质合金配套项目。专家组曾受到第五机械工业部和对外经济联络部的表扬。
七十年代硬质合金工业的大发展也带来了一些新的问题。由于国家对硬质合金一直实行指令性计划,以产定销,产销不能直接见面。这种供需关系造成了两个结果:一是迫使生产厂家大量增产,忽视产品质量;二是中央各有关部门和一些省、市、地区争相建设硬质合金厂。据一九七八年调查,全国硬质合金厂点曾达156家。有些工厂技术力量不足、装奋简陋却匆匆上马,不少新建的硬质合金厂产品质量过不了关,成本高,价格普遍比国家定价高出2—3倍。
一九七二年,国家物资总局对硬质合金用户进行调查,发现广大中小企业需用硬质合金求货无门,而全国硬质合金生产能力极大,因此当即决定从一九七三年开始,首先在北京、沈阳和武汉成立硬质合金小额供应站,向用户提供产品,继而在全国各直辖市、各大区首埠和各省会建立金属材料公司硬质合金门市部,实行批零供应,大大缓解了供需矛盾。但是,直到这时仍然实行单一的计划供应。由于用户普遍存在怕用货时买不到合金,于是无论是用户企业或金属材料公司都习惯于把计划订得很高,因此各处库存量越来越大。
一九七九年,国家实行了两项改革,从根本上扭转了以上现象:一是一九七九年初,对硬质合金实行以销定产,一改长达三十年之久的以产定销、国家包销的办法。二是从一九七九年七月一日开始对库存积压实行按价交税。至此硬质合金大量库存积压的问题才全面暴露出来。据国家经委和冶金部对全国26个省、市、自治区的金属材料公司硬质合金门市部和42个大型厂矿的调查资料统计,到一九八○年,这些单位积压硬质合金达2170吨。硬质合金市场暴露出供过于求,许多小型硬质合金厂关、停、并、转,纷纷下马,到一九八○年只剩下了35家。这一年全国硬质合金产量,比一九七九年下降了近35%,一九八一年再次下降。
中共十一届三中全会以后,中国钨冶炼和硬质合金行业出现了欣欣向荣的好形势。经过三年调整,机械行业生产开始回升,基本建设任务增加,特别是轻工业、纺织和建材工业得到优先发展,因而大大提高了对硬质合金的需求,同时也对产品品种和质量提出新的要求。
一九八一年和一九八二年,国务委员方毅亲自主持召开了两次全国钨业科技工作会议,有力地推动了中国硬质合金工业的发展。
随着改革形势向前发展,硬质合金产品购销体制发生了变化。市场机制开始发挥调控作用,促使企业把注意力集中到提高质量和扩大品种上来。各企业都加强了科研和技术工作,组织技术攻关,提高工艺技术水平。尤其是实行开放政策以后,各硬质合金生产厂家加强了与国外经济技术交流,对国际市场有了进一步了解,掌握了世界硬质合金的发展方向,努力赶超国际先进水平,促使中国硬质合金工业发生了十分可喜的变化。
(一)生产能力逐步扩大。
由于一批技术和装备条件较好的钨冶炼车间或生产线相继投产,使中国三氧化钨的生产能力逐步扩大,一九八五年的产量为一九七六年的2倍。
硬质合金产量一九八二年比一九八一年增长36.7%,一九八三年又比一九八二年增长30.6%。一九八三年以后,硬质合金产量的年增长速度开始放慢,一九八四年比上年增长7.2%,而一九八五年仅比上年增长6%。这个产量与中国国内市场总需求量基本上平衡。中国硬质合金的年产量仅次于美国和苏联,居世界第三位。
(二)产品质量显著提高,产品品种不断增加。
八十年代初,由于各钨冶炼厂开始实行全面质量管理,产品质量普遍提高,合格率保持在95%以上,优质产品不断涌现。这一时期,还增添了一些新的产品,如偏钨酸铵、蓝色氧化钨、高比重钨合金等。由于产品质量提高,品种增多,许多钨冶炼产品如仲钨酸按、三氧化钨和钨粉等都已大批量出口。
在硬质合金产品质量方面,由于生产厂在管理上和技术上采取了一系列措施,使有些产品,特别是一些新牌号合金,已接近或达到世界先进水平。但是从总体上来看,与世界先进水平仍存在一定差距。一九八二年,株洲硬质合金厂总工程师王君笃组织领导了株洲硬质合金厂全面提高产品质量的工作。在提高硬质合金用原料三氧化钨及仲钨酸铵以及钛、钽、铌的纯度,控制各种半成品,特别是钨粉、碳化钨粉、钽铌粉和钴粉的粒度,提高硬质合金产品的尺寸精度和降低硬质合金产品的孔隙度和污垢度等方面做了大量工作并取得明显的效果。
通过改进工艺操作规程,硬质合金的孔隙度、污垢度和石墨夹杂度比过去显著下降。用户普遍反映切削刀具耐用度提高了,硬质合金顶锤的使用寿命由过去平均两、三百次提高到千次左右,接近或达到国外先进水平。
此外,还组织了大学、研究院等单位以提高质量为中心,制定科研课题,联合攻关,取得了一批科研成果,有的已在生产上使用,取得了显著经济效益。
进入八十年代以来,硬质合金产品品种也不断增加。据一九八四年有色金属工业总公司调查统计,共生产近70个牌号的硬质合金。一些新的硬质合金牌号相继问世。如钢材铸铁铣削专用硬质合金牌号,热作模具用硬质合金牌号,无磁硬质合金牌号,重力切削硬质合金牌号,以及各种涂层硬质合金牌号等。新牌号合金或者大幅度提高了使用寿命;或者明显提高了生产效率;有的改善了加工质量;有的填补了国内空白,并解决了许多难加工材料的加工问题。
(三)新工艺新技术不断涌现。
这一时期,中国开发了一批钨冶炼新工艺和新技术,使中国钨冶炼工业的技术水平提高了一大步。例如,碱压煮分解工艺、溶剂萃取工艺、离子交换工艺、蓝色氧化钨制备工艺、偏钨酸铵制取工艺、粉状钨酸生产工艺、处理废钨物料新工艺、特殊钨粉制备新技术及设备、新型萃取剂和离子交换树脂等,都已用于工业生产。其中白钨酸法工艺和黑钨碱法现代工艺的建立是新中国钨冶炼工业最突出的成就之一。
自贡硬质合金厂采用白钨酸法工艺以工业规模生产化学纯和高纯三氧化钨,使该厂成为能全部用优质三氧化钨作为生产硬质合金原料的企业,其产品畅销国内外市场。株洲硬质合金厂采用黑钨碱法工艺,使三氧化钨回收率提高了3—5%,产品纯度达到99.95%,生产成本降低6%。黑钨碱法现代工艺中的离子交换技术是具有中国特色的新技术,已有10多家钨冶炼厂采用了这一新技术。八十年代初,离子交换技术在钨冶炼工艺中的应用,中国处于世界领先地位。
(四)大力进行技术改造。
为了更好地适应国内市场竞争形势和全面赶超世界先进水平,使中国的硬质合金更多地进入国际市场,许多硬质合金厂进行了技术改造和技术引进。株洲硬质合金厂和自贡硬质合金厂分别从美国李钨公司、瑞典山特维克公司和美国辛太克斯公司引进从湿法冶炼处理钨精矿开始至生产出硬质合金产品的成套技术。石油部江汉油田粉末冶金厂从美国休斯公司引进石油牙轮钻头生产线,从生产硬质合金球齿到装配成牙轮钻头成品出厂。南昌硬质合金厂从日本东芝钨公司引进硬质合金管、棒、带材生产线和微型钻头生产线。天津硬质合金工具厂则从西德克虏伯公司维第亚工厂引进以生产切削刀具为主,配套成工具出厂的硬质合金生产线。除此以外,南昌硬质合金厂、旅顺硬质合金厂、株洲钨钼材料厂、赣州钨钼材料厂、南宁铝厂钨冶炼车间和厦门钨品厂等都相继用离子交换新技术完成了技术改造,使产品质量稳步提高,并打入了国际市场。
通过技术改造,加上厂、院、所联合攻关所取得的科研成果,使中国钨冶炼及硬质合金工业与世界先进水平的差距明显缩小,某些方面已达到世界先进水平。
开展综合利用,发挥资源优势
难选低度钨物料系指选矿过程中产生的钨细泥、低度钨中矿、钨杂砂等,特点是三氧化钨含量低(15—25%),成分复杂,不能用选矿的办法进一步富集。原来采用混批法将其掺入优质钨精矿中出售,这一作法极不合理。八十年代初,中国已有5家选矿厂推行选冶联合流程,开发了难选低度钨物料的处理工艺,解决了钨矿山长期未能解决的难题。
赣州有色冶炼厂(原赣州精选厂)用碱煮工艺处理钨细泥,生产出合成白钨,成为优质白钨精矿。韶关精选厂用碱煮工艺,以广东难选低度钨物料生产出化学纯仲钨酸铵。云南锡业公司第三冶炼厂用酸法工艺处理难选钨锡中矿,制得工业纯三氧化钨和品位大于55%的锡精矿。湘东锡矿用碱煮—离子交换工艺处理钨细泥,生产出工业纯和化学纯三氧化钨,三氧化钨回收率达到86%。这些工厂的生产实践表明,中国已为难选低度钨物料的处理找到了一个符合中国国情的途径。这些厂以难选低度钨物料为原料生产三氧化钨或仲钨酸铵的年生产能力已超过700吨(以WO3含量计)。
钨废料包括两大类。一类是钨及钨合金材的加工残料,如烧结棒端料(切头)、碳化钨车间地面垃圾、磨削废渣、金属鳞皮和切削碎片等。另一类是磨损、用坏或废弃的含钨材料,如废旧碳化钨刀具和废催化剂等。
钨废料是一种二次钨资源,它的回收利用具有极高的经济价值。进入八十年代,国外主要钨消费国,如美国、日本和联邦德国对钨废料的回收利用很重视,专门建立了回收再生机构。这些国家每年从废钨物料中回收的钨,占当年硬质合金生产用钨量的25—30%。中国对钨废料的回收再生也比较重视。五十年代末期已经开始进行工业规模的废硬质合金回收处理工作。例如株洲硬质合金厂的技术设计中就有硝石熔融法回收废合金这一内容。该厂在一九五八年投产后,开始回收、处理废硬质合金,但是数量不大,回收率也比较低,且污染环境,阻碍了回收工作的进一步发展。从七十年代初开始,中国寻求新的处理方法,取得了成效。天津第七金属制品厂(现天津大成五金厂)、株洲硬质合金厂和江西冶金学院分别于一九七三年、一九七四年和一九七七年开展了锌熔法的研究和试验,并获得成功,不仅回收了废硬质合金中的钨,还回收了其中的钴。截至一九八五年底,已有30多个厂家推行了锌熔法,为中国钨废料的回收再生工作开创了新的局面。
现在中国硬质合金工业,每年回收处理废硬质合金约500吨。回收方法有硝石熔融法、锌熔法、氧化法、电解法及酸溶法等。既开发利用了第二资源,为国家回收了宝贵的金属钨和钴,又增加了企业的经济效益。据国内有关专家估算,在中国可以回收的废硬质合金数量,达到产量的40%以上。因此,应当进一步采取措施,加强这项十分有意义的工作。
中国钨业的发展目标是,充分发挥资源优势,提高技术和装备水平,加强科学研究,大力开发新用途,在进一步扩大国内市场的同时,提高钨产品在国际市场上的竞争能力,多创外汇,支援“四个现代化”建设。
钼为银灰色难熔金属。钼的导电性、耐腐蚀性和传热性好,膨胀系数小,是合金钢的重要添加元素之一。它能提高钢的韧性、耐磨性和耐腐蚀性。钼在钢铁工业中的用量约占钼消费总量的80%。
钼常用作耐盐酸和氢氟酸腐蚀的化工设备或湿法冶金设备。钼丝和钼带用作惰性气体保护下或真空状态中的高温(1000—1800℃)加热元件。钼用作白炽灯泡钨丝的支架、真空管内的金属片、电器开关上的铂代用品和电火花塞的尖端等。钼还用作高温喷嘴材料,钼板用作防热辐射材料。钼的氧化物可作催化剂,如石油精炼催化剂和煤液化催化剂等。钼酸铵是微量元素肥料之一。
中国钼资源比较丰富,主要分布在东北、西北和中南等地区。除原有的杨家杖子钼矿外,通过地质勘探,又发现100多个钼矿区(点),其中,金堆城、栾川和大黑山为大型钼矿床。栾川、大黑山、金堆城和杨家杖子四大钼矿的储量占中国钼储量的60%。除了单一钼矿床外,中国还发现了许多与钨、铜、铀矿等共生的钼矿床。
新中国建立以前,杨家杖子钼矿是中国唯一的钼矿。该矿原为铅锌矿,一八九九年开始开采。一九三五年,日本帝国主义在此建了一座小型铅锌选矿厂。一九四○年,发现杨家杖子蕴藏有钼矿,为了侵略战争的需要,就大力开采,到一九四五年,已经形成了日采选矿石量2000吨的生产能力。
东北解放后,东北人民政府工业部有色金属工业管理局委派许光甫负责杨家杖子钼矿的恢复工作。一九五○年四月,杨家杖子矿务局成立,由郑岳胜任局长。在矿务局领导下,全矿干部、工人和工程技术人员以百折不挠的精神,克服重重困难,仅用一年的时间,就于一九五○年六月恢复了生产,形成日采选610吨矿石的生产能力,当年就产出了677吨钼精矿。在矿山恢复工作中,工程技术人员杨春山、王振益、尹鸿初等为矿山恢复生产作出了贡献。
一九五○年底,杨家杖子钼矿进行了民主改革,进一步调动了全矿职工的积极性,使日采选矿石能力从一九五○年底的610吨提高到一九五一年六月的1500吨。经过一九五一年秋至一九五二年冬的第一次扩建和一九五三年的第二次扩建,到一九五四年初,杨家杖子钼矿的日采选能力提高到了5000吨,为进一步发展打下了基础。一九五七年,开始从苏联引进技术和装备,对杨家杖子钼矿进行总体改建。一九五九年五月,改建工程竣工投产,日采选矿石能力达到8000吨。一九六○年,杨家杖子钼矿的钼精矿产量达到9210吨。经过改建和扩建,杨家杖子钼矿在五十年代末,发展成为中国第一个大型的钼业生产基地。
金堆城钼矿位于陕西省华县境内,是一九五六年发现的大型钼矿床。该矿床除含钼外,还含有硫、铼、硒、碲和镓等有利用价值的元素。
一九五八年六月,金堆城钼矿筹建处成立。同年十月,从杨家杖子矿务局抽调500名职工来到金堆城,拉开了金堆城钼矿建设的序幕。
金堆城钼矿一期工程于一九七○年十二月竣工投产,到一九七三年,形成了日采选矿石量4500吨的能力。同年,规模宏大的二期工程动工。一九八○年,北露天矿建成投产,形成日采剥矿岩量26000吨的综合生产能力。一九八三年,百花岭大型钼选厂竣工投产,形成年产9000吨钼精矿的生产能力,成为八十年代初世界上大型钼选厂之一。二期工程的辅助工程,如机修厂、汽车大修厂、铁路转运站和水玻璃厂等也先后完工,使金堆城钼矿成为中国第二个,也是最大的钼业生产基地,并开始向大型联合企业迈进。
新中国建立以来,特别是中共十一届三中全会以后,各地方钼矿山建设有了较快的发展。
栾川钼矿区是截至一九八五年中国钼储量最大的钼矿区,但因钼精矿的需求量有限,该矿区未列入国家重点开发项目,暂由河南省进行局部开采。到一九八五年,该矿区已陆续建成了9座乡镇和地方国营小钼矿选矿厂。
另外,辽宁省锦西兰家沟、浙江省青田和福建省福安等地的钼矿区也建立了地方小钼矿。据不完全统计,截至一九八五年底,中国地方中小型钼矿的日处理矿石能力已达7000吨。一九八五年,地方钼矿山的钼精矿产量占全国当年钼精矿产量的25.4%。
至此,中国已拥有杨家杖子、金堆城两个大型钼矿,同时又建成了小寺沟、白石嶂和新华等中小型钼矿,加上八十年代发展起来的地方小钼矿,钼选厂共15座,形成了年处理矿石量为1000万吨的综合生产能力,钼精矿年产能力已超过两万吨。钼精矿产量发展情况见图。
中国钼冶炼工业起步于一九四九年。最早生产钼酸铵的厂家是上海利培纯粹化工厂。该厂于一九四九至一九五二年间,采用一台反射炉、几口陶瓷缸和两个200升的不锈钢反应锅,以辉钼精矿为原料生产钼酸铵、钼酸钠等钼盐,年生产能力仅7吨。上海立德化工厂和北京化工厂也同时开始从事钼盐生产。这一时期,中国的钼冶炼工业产量低,工艺技术落后,设备简陋,产品质量差,品种单一。尽管如此,中国毕竟有了自己的钼冶炼工业。
“一五”计划时期,从苏联引进技术和装备兴建北京电子管厂和吉林铁合金厂,分别于一九五六年和一九五七年建成投产。
北京电子管厂钨钼加工车间是中国最早从事钼粉、钼条生产和钼板、钼丝加工的企业,吉林铁合金厂钼铁车间至今仍然是国内处理钼精矿能力最大的钼冶炼厂家。
一九五八年,冶金部决定在株洲硬质合金厂建立钨钼条车间,于一九五九年底建成投产。从钼精矿处理开始,经过湿法冶金制得钼酸铵,再经煅烧,还原得到钼粉,然后加工成钼条,形成了较完整的钼冶炼工业生产系统。
在这一时期,化工、电子等系统的小型钼冶炼厂也相继兴起,例如上海森丰化工厂、上海新中华化学试剂厂(现上海化学试剂三厂)也建立了钼盐生产线,从事钼酸铵等产品的生产。
至此,中国钼冶炼工业已有了一个较大的发展,特别是株洲硬质合金厂钨钼车间的建成和投产,标志着中国钼冶炼工业进入了大规模生产时期,技术装备水平和产品质量都有显著提高。
一九六五至一九八五年,中国钼冶炼工业在初步形成工业生产规模之后,继续向更高的阶段发展。
六十年代中期,为了满足军事工业对钨钼条的需求,冶金部决定兴建自贡硬质合金厂。该厂于一九七○年建成投产。自贡硬质合金厂钨钼条车间的生产能力比株洲硬质合金厂钨钼条车间大三倍,并采用了一些新工艺和新设备,例如四管炉还原工艺、真空自耗电弧炉熔炼钼锭工艺和冷等静压制坯工艺等,从而使中国钼冶炼工业的技术水平和装备水平提高了一大步。
与此同时,还建成了一批中小型钼冶炼厂。例如,上海胶体化工厂,一九六五年开始生产钼酸铵,后来发展到生产多种钼盐。该厂生产的钼酸钡,是中国最早代替进口氧化镍和氧化钴,用于搪瓷行业的产品。一九七七年钼酸钡产量达到153吨。
吉林锗厂于一九六四年开始生产农业用钼酸铵(钼肥),一九六六年发展到生产工业用钼酸铵,一九八五年生产能力已达1000吨。
成都御河化工厂于一九七○年开始生产钼酸铵及其他钼盐产品,年产能力为400吨。
东台钼酸化工厂于一九七七年兴建,八十年代初已形成年产100吨钼酸铵及其他钼盐的生产能力。
此外,中国一些钼矿山和提炼铀的工厂也建立了钼冶炼车间。例如,杨家杖子钼矿,从一九六六年开始,以钼细泥为原料生产钼酸铵,一九八五年已形成年产80吨钼酸铵的生产能力。栾川县钼业公司于一九八二年建成采、选、冶联合企业,年处理钼精矿能力达到1000吨。国营二七六厂从铀矿中回收钼,钼酸铵年生产能力达到150吨。
截至一九八五年年底,中国已有钼冶炼厂约40家。总生产能力为:钼精矿年处理能力1.5万吨,钼铁年产能力约5000吨,钼酸铵年产能力4000吨(不含生产钼金属用的钼酸铵),钼金属年产能力600吨(不含加工材)。
中国钼冶炼主要采用钼精矿氧化焙烧—湿法冶金处理钼焙砂制取仲钼酸铵—仲钼酸铵煅烧制取三氧化钼—三氧化钼氢还原制取钼粉—钼粉压制烧结生产致密金属钼的工艺。此工艺经过逐步完善和改进,形成了一条适合中国钼冶炼工业发展的工艺流程。
进入八十年代,中国钼冶炼厂已能生产从钼酸铵、钼粉、钼条到钼顶头、钼坩埚、钨钼合金等10多个品种、数十种规格的钼冶炼产品,满足了国内各工业部门对钼制品的需要。
中国生产的钼酸铵纯度达到了国外先进水平。国产钼粉和钼条的纯度都在99.9%以上,其纯度和物理性能均达到国外先进水平。钼酸铵生产过程中钼的平均回收率达到80.5%,最好水平为95%;钼粉钼条生产中钼的平均回收率为98.94%,最高水平达到99.5%。
新中国建立三十六年以来,特别是自中共十一届三中全会以来,中国钼冶炼工业的科研工作也取得了很多成果,其中已有10项用于生产。例如,氧压煮法处理辉钼精矿新工艺、高压氧碱浸法处理辉钼精矿工艺、酸分解法处理氨浸渣工艺和钼顶头生产工艺等。
(一)氧压煮法从辉钼精矿中提取钼和铼。
一九八○年前,辉钼精矿的处理以多膛炉氧化焙烧法为主。这种方法虽然比较成熟,但是,劳动强度大,污染环境,伴生元素(如硫和铼)损失大。早在六十年代,国外就开始探索钼的湿法冶金工艺来代替多膛炉氧化焙烧工艺。中国的工程技术人员也一直在探索辉钼精矿湿法冶金工艺。
株洲硬质合金厂于一九六九年开始了氧压煮法的研究。一九七五年,冶金部长沙矿冶研究所与株洲硬质合金厂合作,在一九七六年完成了半工业性试验,又用三年的时间完成了工业性试验,于一九八○年三月通过部级鉴定,正式应用到工业生产,生产出了优质仲钼酸铵和高铼酸铵。
工业生产实践证明,氧压煮法从辉钼精矿中提取钼和铼,钼和铼的回收率都稳定在95%以上。它还具有成本低、产品质量好、无污染等优点。
(二)高压氧碱浸法处理钼精矿工艺。
株洲钨钼材料厂与中国科学院化工冶金研究所合作,于一九八三年完成了高压氧碱浸法处理钼精矿的研究。用此法处理钼精矿,钼和铼的回收率均大于99%。由于反应物对设备的腐蚀小,反应釜的材质容易解决。此法适合中、小型钼冶炼厂采用。它是继氧压煮法之后,钼冶炼的又一个新技术研究成果。
(三)酸法分解氨浸钼渣工艺。
自贡硬质合金厂于一九七五年研究酸法分解氨浸钼渣工艺获得成功,并用于工业生产。此工艺与原苏打烧结工艺相比,具有流程短,回收率高和无污染等优点。最终残渣还可用作农肥。
此外,离子交换法提纯钼酸铵溶液工艺、粉末成型直接熔炼钼及钼合金工艺、粉末冶金法制取钨钼合金新工艺等都是七十年代末、八十年代初中国钼冶炼工业所取得的重大成就。
(一)铼的回收。
辉钼矿中一般都伴生有铼。铼是在石油化工和电子工业等领域有着多种用途的稀散金属,具有极高的使用价值。在钼精矿的氧化焙烧过程中,铼以七氧化二铼的形式随焙烧炉烟气逸出,若不采用有效的回收措施,铼就会白白浪费掉。
吉林铁合金厂从一九五九年开始,采用喷淋吸收萃取工艺,从多膛焙烧炉烟气中回收铼,七十年代末改用离子交换法,使焙烧烟气中的铼得到了更有效的回收。
焙烧烟气中的七氧化二铼,一部分由气态凝成固态而进入焙烧烟尘中,因此,焙烧烟尘中的铼也有回收价值。上海胶体化工厂与复旦大学合作,于一九七三年研究成功从焙烧烟尘中回收铼的石灰浸出—溶剂萃取工艺,并应用于工业生产。
一九七八年,株洲硬质合金厂将氧压煮法处理辉钼矿提取钼铼新工艺用于工业生产。在提取钼之后,用萃取法直接从酸母液中回收铼,铼的回收率提高到96%,从而把中国钼冶炼工业回收铼的水平提高到一个崭新的高度。
中国已开发了几种有效的从钼精矿中回收铼的方法,但是,还有相当一部分钼冶炼广没有设置铼回收系统,应该引起关注。
(二)氨浸钼渣的利用。
由于氧化焙烧不可能把钼精矿中的钼全部转化成可溶性钼,因此,钼焙砂经氨浸后留下的残渣(简称氨浸钼渣)通常还含有约3%的不溶钼,含钼3%,相当于钼矿原矿平均品位的30倍。所以,氨浸钼渣是一种二次钼资源,应该很好加以利用。
上海胶体化工厂从一九六六年开始,采用碱液浸出法处理氨浸钼渣,生产钼酸钠和钼酸钡。一九七一年改用苏打焙烧—热水浸出法。仅一九七一至一九八四年间,该厂就利用氨浸钼渣生产了300余吨钼酸钠和1300多吨钼酸钡。
一九七五年以来,许多钼冶炼厂采用盐酸分解氨浸钼渣新工艺,不仅钼的回收率提高,而且提钼后的母液和最终残渣均可直接用作农肥,能使小麦和水稻等农作物增产。
(三)废钼料的回收利用。
废钼料,如废钼条、废钼块、废钼丝等,是另一类二次钼资源。株洲硬质合金厂从一九六三年开始回收废钼料,并采用升华法把废钼料变成三氧化钼,返回到钼酸铵生产中,效果良好。七十年代中期,株洲硬质合金厂和自贡硬质合金厂各自对升华炉的结构和加热方式作了卓有成效的改进,降低了回收成本,减少了能源费用,提高了升华效率。近年来,许多中小型钼冶炼厂也开展了废钼料的回收利用工作,收到了节资增益的效果。
(四)“三废”治理。
八十年代以来,不少钼冶炼厂开始重视废水、废气的治理和利用,并根据各企业的特点及条件,采取不同的治理办法。
例如,株洲硬质合金厂、自贡硬质合金厂和吉林锗厂等,采用中和法处理废酸液,制取农用肥料。上海胶体化工厂用萃取法提取结晶母液中的残钼,然后把萃余液直接用作农肥。吉林铁合金厂,采用氨吸收法来消除二氧化硫污染,并得到亚硫酸铵副产品。
然而,“三废”治理工作在各钼冶炼厂之间的发展极不平衡,特别是一些小厂,在生产中没有采取任何措施来防止“三废”对环境造成的污染。因此,彻底治理“三废”是摆在中国钼冶炼工业面前一项艰巨的任务。
贵金属包括金、银、铂、钯、铑、铱、锇、钌八个元素,后六个称为铂族金属。
贵金属有优异的物理性能,多数有独特的化学稳定性和催化活性。“真金不怕火炼”,说明了金具有很高的抗氧化性能。贵金属除了作硬通货、装饰品以外,已经成为宇航、航空、航海、电子、电讯、电器、冶金、化工、原子能等工业不可缺少的重要材料。
中国的金、银资源分布较广,脉金和砂金主要分布在山东、河南、河北、黑龙江、吉林、辽宁、湖南、广西、四川、云南和台湾省等地。在全国各地的重有色金属矿中多伴生有金、银。金主要与硫化铜矿伴生,银主要与硫化铅锌矿伴生,铂族金属主要与硫化铜镍矿伴生。
新中国成立前夕,除了老解放区外,只有一两个冶炼厂生产金、银,产量微不足道。加工方面除了造币厂外,只有小作坊,技艺也逐渐失传。至于铂族金属的提取和加工则都是空白。
中华人民共和国成立后,贵金属产量有很大增长,铂族金属的生产更是从无到有,现在已具有工业规模的生产。贵金属材料和制品已有200多个牌号,上千个品种规格,基本满足了军工及国民经济各部门发展的需要。生产技术也有明显的提高,从五十年代初期仅能提炼金、银,用手工方法生产首饰和工艺品,进步到采用现代化设备和先进的检测手段生产全部贵金属。从事贵金属原料、材料生产及再生利用的工厂已有上百个。贵金属工业从地质、采矿、选矿、冶炼、加工、废料再生回收的科研和生产,到分析测试等许多方面,都取得了迅速的发展,建立了比较完整的贵金属生产体系。
本书有关黄金部分,只论述有色金属冶炼副产金。从金矿中生产黄金的情况另卷叙述。
新中国的贵金属工业,特别是金银的生产,最早开始于东北解放区。一九四七年,在哈尔滨市成立了金矿局,组织北满沙金生产。同时,夹皮沟金矿于一九四八年五月恢复了黄金生产。一九四八年十一月沈阳解放后,沈阳冶炼厂于一九四九年初即恢复金、银生产,以后产量逐年增加。到一九五七年,该厂黄金产量约占全国的三分之一,白银产量几乎占全国的100%。
三年国民经济恢复和第一个五年计划期间,有色冶金工业最主要的成绩是从重有色金属(主要是铜和铅)冶炼副产品中,提炼出大量的伴生金、银。
从一九五七年起,在国务院发出大力发展贵金属(特别是黄金)生产号召后的近二十年间。全国各地有色金属冶炼厂,先后建立起金银生产车间,如株洲冶炼厂、上海冶炼厂、重庆冶炼厂、昆明冶炼厂、白银有色金属公司、云南冶炼厂、天津电解铜厂、洛阳铜加工厂等,从铜铅冶炼过程中,提炼出伴生金、银。
一九五八年以来,生产金银的各冶炼企业,认真贯彻中央关于“加强资源综合利用”的指示,在扩大原料来源、提高技术和改进设备等方面,都取得了显著进展。
一九七五年,王震副总理受国务院委托主管黄金生产以来,黄金产量有显著增长。现在中国已成为世界主要产金国之一。
随着黄金矿产的扩大,生产了大量的金块矿和金精矿,为重有色金属冶炼厂增产黄金开辟了更多的原料来源。一九六四年以来,沈阳、株洲、云南、烟台等重有色金属冶炼厂,都相继在冶炼系统中处理金块矿和金精矿。实践表明,把这些原料送到冶炼能力强的有色金属冶炼厂处理,不仅工艺合理,可以综合回收多种共生的有色和稀有金属,黄金回收率比各矿山分散处理高2—5%,而且原料中的二氧化硅,可代替一部分熔剂,降低生产成本。另外,沈阳冶炼厂和株洲冶炼厂从湿法炼锌渣中回收银,也收到了成效。
沈阳冶炼厂最初以传统的火法冶炼工艺,从铜、铅阳极泥中提炼伴生金、银。后来该厂不断完善生产流程,在国内首创了将铜铅阳极泥先硫酸化焙烧回收硒,再提炼金银,不仅有利于提炼金银,而且加强了资源的综合利用。该厂的一整套技术,及时推广到上海冶炼厂、株洲冶炼厂等单位。七十年代以来,很多有色金属冶炼厂与昆明冶金研究所、昆明贵金属研究所等科研单位合作,研究出了从铜、铅阳极泥中回收金银新工艺,先后研究成功了选冶联合流程、湿火法联合流程新工艺、全湿法新工艺。这些新工艺已分别在云南、天津、富春江、武汉、重庆、烟台等冶炼厂使用,不仅提高了金银产量,而且在技术上具有中国特色。
一九六四年初,上海冶炼厂副总工程师刘耀中提出用回转窑代替马弗炉、焙烧锅生产硒的设想。经过半年多的努力,设计并制出水平式回转窑来处理铜阳极泥,一九七二年正式投入生产。
贵金属工业传统火法冶炼所采用的贵铅炉和分银炉,多系固定式炉床,这种型式的炉子比较落后。一九六四年,上海冶炼厂副厂长肖宇桥和技术员黄干,根据该厂一九六○年用转炉熔铸银锭的成功经验,提出用转炉代替反射炉的建议。一九六六年七月,正式设计并制作一台Ф2500×2800毫米的卧式贵铅炉和一台Ф1500×1800毫米的转动分银炉,均获得成功,为中国的金银冶炼生产作出了重要贡献。这些技术装备的革新,及时推广到有关冶炼厂,除显著提高生产能力外,还改善了操作条件。
新中国成立以后,不仅扩大了金银产品的产量、品种,而且在质量上也有很大提高,已能生产纯度为99.9999%的金和银。
中国的铂族金属生产开始于一九五八年,沈阳冶炼厂首次从金电解废液中提出了铂、钯。
随着社会主义建设的发展,国民经济各部门及军工单位对铂族金属的需要日益增加。当时,一方面各重有色金属冶炼厂,努力从伴生资源中回收铂族金属,另一方面,地质部门和科研单位则积极寻找国内新的资源。
一九五九年,发现金川镍矿中伴生有铂族金属。金川矿床资源巨大,铂族金属储量很是可观。冶金工业部在加速开发金川镍资源的同时,极为重视铂族金属的资源开发与综合利用。一九六四年初,北京有色金属研究院毛月波等人开始试验,得出了铂族金属富集物。同年五月,由昆明贵金属研究所谭庆麟等人参加了这项研究工作,组成联合试验组。为了加快进度,先集中北京,在实验室条件下,完成了提炼出(铂+钯+金)品位达54.4%和60%的铂族金属精矿的条件试验。接着,用氯化铵沉淀分离法,在金川分别制取出海绵状的铂、钯、金。
一九六四年九月十六日,全国主要有关单位,在金川召开了金川资源开发及综合利用科研会议,冶金工业部吕东部长指出:“铂族金属我国紧缺,应先解决有无问题”。于是金川公司决定,与在北京进行铂族金属提取工艺流程研究的同时,根据试验所得结果,在金川现场进行试生产,并要求在一九六五年春节以前提炼出铂族金属。当时,建立了金川最早提炼铂族金属的冶金二室,与昆明贵金属研究所的科技人员通力协作,克服重重技术困难,终于按预定时间,提炼出了铂、钯、金、银……等贵金属产品。随即由昆明贵金属研究所负责,筹建了火试金及化学分析室,及时配合了提炼工作。一九六五年底,原在北京进行小型流程试验的联合试验组也到达现场,共同完成了扩大试验,并提出了可作设计依据的试验报告。由于“十年动乱”的干扰,生产铂族金属车间的建设,进度迟缓。在这种情况下,国家紧缺的铂族金属,仍不得不利用临时厂房,由金川有色金属公司何焕华等人负责,继续在极其艰苦条件下,坚持生产了五、六年。除生产了铂、钯外,还提取了铑、铱、锇、钌的粗金属。至此,中国可以从国产资源中生产出全部铂族金属了。
从一九七一年至一九七九年,金川铂钯的产量逐年提高,部分满足了国内需要。但铑、铱、锇、钌的生产量仍然很少。为了改变这种状况,金川公司在坚持生产的同时,继续与昆明贵金属研究所合作,测定了八种贵金属在各种工序中的走向和分布的大量数据,判明铑、铱、锇、钌在电解过程中有分散和损失。一九七二年,冶金工业部在金川召开工作会议,研究了铂族金属的回收工艺。为了避免部分铂族金属的损失,决定直接单独处理铜镍合金,来富集提取和分离提纯铂族金属。于是,铜镍合金单独处理被列为重点科研课题。金川有色金属公司和昆明贵金属研究所、北京有色冶金设计研究总院紧密合作,在一九七三年完成了小型试验的基础上,一九七五年底又共同进行了试验,使提取流程得到了进一步的改进和完善,并获得了良好的生产成果。
一九七八年,国家把金川列为三大资源综合利用基地之一。金川资源的开发和综合利用,进入了蓬勃发展的新阶段。一九七九年元月,冶金工业部在昆明召开了新工艺的技术鉴定会。之后,在不到半年的时间里,北京有色冶金设计研究总院、金川有色金属公司和昆明贵金属研究所在金川进行了铜镍合金二次硫化的富集方法扩大试验,获得成功。对深入解决铂族金属的精炼和设备防腐蚀的问题,也作了大量的研究。至此,金川铜镍合金单独处理的主流程基本联通。一九七九年八月,国家科委决定拨款,按新工艺建设新的贵金属车间。
北京有色冶金设计研究总院在金川有色金属公司和昆明贵金属研究所的有关人员参与下,仅用三个月就完成了设计,于年底交付施工。一九七九年十二月二十三日破土动工,于一九八○年七月建成了贵金属车间。
一九八○年九月二十九日,新工艺工业试验正式开始。试验过程中,遇到了一些困难。昆明贵金属研究所的王琼华等和北京有色冶金设计研究总院、金川公司参加这项工作的人员,坚守岗位,用了一年的时间,基本解决了联动试验以来所暴露的各种技术问题。全车间的冶炼回收率,除金稍有差距外,铂、钯已达到设计指标,铑、铱、锇、钌超过了设计指标。以铜镍精矿中伴生的贵金属含量来计算,经过全冶炼过程后,获得每个商品贵金属的回收率,铂、钯、金比旧工艺提高了19%,铑、铱、锇、钌提高到44%。试验结果表明,新车间的设计是成功的。
方毅在第五次金川资源综合利用科技工作会议上,对新工艺流程给予了充分评价;对大家忘我的辛勤劳动,给以了充分的肯定。他说:“象贵金属车间建设进度这样快,投资回收周期这样短,在全国也是少有的”。
从一九八一至一九八三年上半年,合计产出铂、钯为以前十五年累计产量的43%,产出铑、铱、锇、钌粗金属为以前十五年累计产量的12倍。由于新工艺周期短,回收率高,成本低,经济效益十分显著。一九八三年七月,在金川召开了技术鉴定会。与会者一致认为,新工艺的研究成功并实现工业化是一项重大科技成果,标志着中国铂族金属提炼的科学技术水平,在自力更生的基础上达到了一个新的高度。它具有中国特色,在技术上具有国际水平。
以后,金川继续扩大与研究单位和大专院校的协作,进行新流程的探索研究。如长沙矿冶研究院提出用萃取法分离金的技术,已实验成功,开始用于生产。北京大学与金川公司协作,研究成功萃取铑和铱的新工艺,已用于生产,产出的成品铑、铱纯度达到99.99%。
贵金属材料与制品,主要包括电接点、测温、电阻、应变、磁性、焊料、透氢材料、坩埚器皿、化工用铂催化网、玻璃纤维工业用漏板、饰品、铱粒等材料,以及化合物、络合物,催化剂、浆料、膏状焊料、抗癌药物及电镀制品等。
新中国成立后,生产首饰的少数银楼继续从事首饰生产,大部分加工企业根据国民经济发展的需要,转产工业用贵金属材料,小批量地生产铂丝、铂过滤网、电极、小坩埚、平底皿、小舟、锥形漏斗及包头钳等。虽然加工设备非常简陋,产量不多,但这些企业都是新中国贵金属材料及制品工业的萌芽。上海合金厂是这方面生产历史最早的工厂。
五十年代末,国防建设和一些基础工业部门急需贵金属材料。第三机械工业部六二一所、北京有色金属研究院、昆明贵金属研究所等单位,先后试制成功一系列铂铱、钯铱、钯银等合金材料。如试制成功了航空工业所需金属材料铂铱25合金等,并开始小批量生产。上海有色金属研究所、上海合金厂、沈阳有色金属加工厂,也为中国军用贵金属材料作出了贡献。上海金银饰品厂承担了试制铂合金网的任务。他们先用简陋设备,制出了直径0.09毫米的合金丝,由上海光华金属丝网厂用木织布机,手工编织出合金网,供给化工部门使用。上海华昌仪器厂是一九五六年由三家小首饰厂合并成立起来的。为使中国玻璃纤维工业用的漏板坩埚材料能早日立足国内,他们克服了装备技术上的许多困难,于一九五七年试制成功52孔的铂铑合金漏板坩埚。
在中国贵金属材料发展的初期阶段,除了上述材料之外,还有透氢材料、测温材料、熔化光学玻璃用的大型铂坩埚、钎焊料、各种银基触头材料等,都已研究出来,并能批量生产。例如,北京有色金属研究院、宝鸡稀有金属加工研究所,先后研制出超纯氢净化器用的钯银和钯银金等合金材料。
六十年代初,铂、钯产量还很少,因此,必须设法找代用金属。从六十年代中期开始,开展了“以金代铂”的研究工作。北京有色金属研究院姜斌等人研究成功了5种金基合金。与此同时,第三机械工业部六二一所、上海有色金属研究所、昆明贵金属研究所、宝鸡稀有金属加工研究所等单位,研制成功一系列金基合金,用在精密仪表制造中,代替原用的铂、钯基合金。一九六八年,在六二一所召开了金基合金航空材料鉴定会及标准审定会,初步建立了中国金基合金体系并制定出中国第一批金基合金材料标准。为了进一步提高材料的耐磨性,宝鸡稀有金属加工研究所、昆明贵金属研究所,还分别研制出加入稀土元素的新型金基合金。经过十多年的努力,在金基合金领域内,无论是合金品种,还是应用的广泛程度,都具有中国自己的特点。
七十年代以后,中国军工及国民经济各部门的发展,对贵金属材料的品种、牌号、规格、数量、质量等方面都提出了更进一步的要求。而这时,中国各种贵金属产量也有了很大提高。这就使得中国贵金属材料的发展进入了一个蓬勃发展的时期。其特点是:
化工用铂催化网生产技术水平不断提高,再生铂网的年生产量逐年增加,还制定了部颁标准。玻璃纤维漏板坩埚的规格已从原来单一的50孔,发展到1000孔的各种规格。精密电阻材料方面,研制生产出10几种合金,形成了从低阻到高阻比较完整的合金系列。三种铂基应变电阻材料的产品性能,达到了国外同类产品的先进水平。电接触材料方面,研制出从小负荷到大负荷,包括有银基、金基、铂基、钯基以及钯银铜金铂锌六元合金、银镁镍合金等新型材料40多种。测温材料方面,生产出符合国际温标规定的标准电阻温度计、工业用铂电阻温度计用纯铂丝、多种工业用的铂偶丝和金基低温偶丝。贵金属焊料也得到发展,除能生产多种银基、金基等通用焊料外,还研制出许多电真空、半导体器件用焊料和其他特殊用途的焊料。生产出能加工纯金、纯银、纯铂及其合金的,规格小到容积几毫升(实验室用),大到上百立升(生产光学玻璃用)的坩埚器皿,还研制出高质量的精密铸造铱坩埚。磁性材料方面,为满足制作高精度精密仪表的需要,研制并生产出具有优良磁性、抗腐蚀、易加工成型的铂钻永磁合金。贵金属电镀研究和应用取得了很大成绩,如光亮电镀、厚层镀铑、电镀液商品化等。铱粒生产也得到了提高,从原来用废料复制生产铱粒,发展到以锇、铱、钌为主要原料,自行配制,生产多种高级金笔用的铱粒。
金属及合金的熔炼一般都采用了真空中频炉或高频炉。大部分单位都具有多种较精密的轧机、挤压机、拉丝机和拉管机,少数单位还装备有20辊精密轧机。产品的精度,箔材可薄到3—5微米,丝材直径细至0.008毫米,管材可生产Ф0.8×0.05毫米的毛细管。除少数金属及其合金外,已能提供各种规格的管、片、箔、丝、棒材,满足工业发展的需要。
七十年代以来,特别是进入八十年代,随着家用电器、通讯、计算技术和各种微电子技术的迅速发展,中国的贵金属材料及制品工业,开拓了许多新领域。贵金属材料应用最广、最重要的是在精密合金方面,出现了很多性能优异的新材料;难熔铂族金属的加工取得突破;透氢材料有了新的进展;体现贵金属独特性能的一些新型材料,如膏状焊料、催化剂、浆料等被研制出来,并形成批量生产;这个时期发展最迅速的是复合材料。
在这个时期中,中国贵金属精密合金向高性能、高寿命方向发展,出现了一大批新型合金。如昆明贵金属研究所马光辰、黎鼎鑫等人开创并指导了铂族合金的研究工作,在此基础上,研制成功了铂钨铼镍等应变电阻合金,电接点材料铂钌10合金、银铈0.5合金。六二一所在电接触新材料、新工艺方面做了大量研究工作,改善铂铱25合金板质量的新工艺,获一九八四年国家发明三等奖。该所还主持制定了中国第一部航空用贵金属材料标准。在测温材料方面,重庆仪表材料研究所、昆明贵金属研究所等单位,研制成功符合国际电工委员会(IEC)标准Ⅰ、Ⅱ级的铂铑10/铂、铂铑13/铂、铂铑30/铂铑6等三种热电偶材料,还研制成功铂电阻温度比为1.385的工业铂电阻用铂丝。四川仪表一厂、昆明贵金属研究所先后研制出转炉炼钢生产中快速确定钢水中碳含量用的铂铑10/铂和铂铑13/铂定碳偶丝。在电真空及半导体用焊料方面,昆明贵金属研究所研制成功钯系电真空焊料,填补了国内空白。北京有色金属与稀土应用研究所研制成功满足砷化镓半导体微波器件上芯片粘接、蒸发、溅射靶片用的金锗银合金材料。
铑、铱、钌、锇四个元素,通称难熔铂族金属,加工非常困难。为了满足工业发展的需要,昆明贵金属研究所、北京有色金属研究院、西北铜加工厂自七十年代以来,研究这些金属及其合金的加工。研制成功铱铑/铱热电偶丝,20K以下测温材料铑铁丝,电真空管、原子吸收灯等用的铑、铱、钌及其合金的丝、片材。
宝鸡稀有金属加工研究所,在一九七○年至一九八○年期间,李景臻、王栋、袁弘鸣等人研制成功一系列透氢量大、强度高,在氢气中稳定性好的钯合金,其中钯银金镍新合金获一九八二年国家三等发明奖。该所还研制出环保及防化器材用电解超纯氢净化用钯合金管材。
贵金属,特别是铂族金属,具有优良的催化活性。中国自七十年代中期开始研制这类催化材料。昆明贵金属研究所研制成功的柴油机排气净化用的铂族催化剂、“红旗”轿车排气净化催化剂,其净化能力、强度、稳定性等能满足实际使用要求。抚顺石油三厂研制成功的铂铑双金属重整催化剂,大连化学物理研究所等单位研究成功的铂铱铈铝多金属重整催化剂,都用于石油生产。六二一所的铂铑催化剂新工艺研究,获一九八三年国家发明三等奖。
为适应微电子技术发展的需要,中国从六十年代末开始研制贵金属浆料。昆明贵金属研究所研制成功银浆及高导低温银浆,银钯30导电带等多种导电及电极浆料,玻璃型厚膜细线金浆,钯—银浆,二氧化铱浆,二氧化钌浆等电阻浆料。
随着国民经济的发展,对贵金属材料的需求量越来越大,而贵金属产量却满足不了需要。另外,近代工业中许多元器件的综合性能,单靠一种材料是难以达到的。因此,中国自七十年代起,采用多种形式的节约代用措施和不同的复合工艺技术,研究和生产了多种复合材料和贵金属材料的代用品。昆明贵金属研究所、四川仪表一厂、南京玻璃纤维研究院等单位研制成功弥散强化铂和铂铑合金。用这些材料制造的坩埚高温性能好,使用寿命长,可节省50%以上的铂。桂林电器科学研究所、上海电器科学研究所、苏州合金材料厂、济南电工合金厂等单位研制和生产了一系列的银基颗粒复合材料,既提高了电接点的使用寿命,又为国家节约了大量银。层状复合材料是近十几年来发展最快的领域。昆明贵金属研究所、北京有色金属研究院、宝鸡稀有金属加工研究所以及全国许多电工合金厂,研制出多种银/铜、银合金/铜合金的复合材料,满足了电子、电讯、机械工业、家用电器工业发展的需要。复合种类从纯金属到合金,复合方式从二层到多层,从整面到局部嵌镶复合。复合方法从爆炸、钎焊发展到固相复合。
在节约代用贵金属方面,昆明贵金属研究所研制成功新型非钌钛阳极,与航空工业部三○三所共同研制成精密瓷基导电滑环,沈阳有色金属加工厂研制成功部分代替金—镍的铜—锰焊料。
二次资源是使用后再生的贵金属。新中国建立以前,中国仅金、银的再生回收技术有些基础。除金笔行业能少量回收一些自身的废料外,其他方面的回收工作均属空白。
新中国成立后,此项工作发展迅速。八十年代,废料回收已在贵金属工业中十分兴旺活跃。中国因铂族金属使用较集中,再生回收的研究工作也进行得多一些,其回收与使用量的比率稍高,约可达70%。金、银回收与使用量的比率却很低,金约5%,银约12%,此项指标,与生产规模、技术装备、管理方法等各方面的水平密切相关。
碳化钨极坚硬耐磨,为制造硬质合金的主要原料。中国硬质合金用钨量占钨消费总量的45%左右。
钨为合金钢的重要添加元素,含钨钢种有高速工具钢、模具钢和枪炮钢等。中国炼钢业用钨量约占消费总量的40%。
钨亦为高温合金的重要组分。含钨高温合金主要应用于燃气轮机、火箭、导弹及核反应堆的部件,高比重钨基合金则用于反坦克和反潜艇的穿甲弹头等军事用途和手表摆锤等。
金属钨及钨合金还是电光源,触点材料,电焊极和超大规模集成电路等电子工业中的重要材料,而钨化合物则可用于催化剂等化学工业领域中。
硬质合金主要以碳化钨、碳化钛,其次以碳化钽、碳化铌、碳化铬和碳化铪等为硬质成分和以钴、镍、铁等为粘结成分组成,并用粉末冶金方法生产。其硬度极高,仅次于天然材料中的金刚石,且具有突出的高温硬度,弹性模量比高速钢大3倍,因而受外力时变形较高速钢小;抗弯强度虽比高速钢低,却比金刚石和立方氮化硼为高。具有这些优异性能的硬质合金,是制造高速切削刀具、地质矿山钻具以及各种耐磨损、耐高温、耐高压的工具和结构部件的理想材料。
现有六类硬质合金,即碳化钨基、碳化钛基、碳化铬基、钢结、铸造碳化物和涂层等硬质合金。其中,最主要的是碳化钨,而硬质合金则又是钨工业中最主要的产品。由于硬质合金和钨冶炼工业具有互相依存而又不可分割的关系,故此将钨工业及硬质合金在一章中合并加以叙述。
中国钨资源极为丰富,截至一九八五年底,已探明的三氧化钨保有储量占世界储量的50%以上,居世界第一位。
中国自一九一四年开始生产钨精矿。新中国建立后三十六年间,中国钨精矿产量为一九四九年以前累计产量的5倍多,已形成年产钨精矿数万吨的能力。钨精矿产量发展情况见图。
一九四九年以前,中国没有现代化的钨冶炼和硬质合金工业。新中国建立以后,钨冶炼及硬质合金工业得以同时建立并逐步发展。经过三十余年的努力,中国钨工业已发展成为从矿山直到硬质合金生产的完整工业体系,并拥有世界上最大的钨工业生产、科研、设计和教学的职工队伍,同时亦成为世界上钨产品和硬质合金产量最高的国家之一。
钨是中国传统出口商品之一。一九四九年以前,所生产的钨精矿全部出口,而所需的钨制品又全靠进口。新中国建立后,已逐渐改变了这种局面,于一九五八年开始出口钨制品。中共十一届三中全会以来,钨制品和中间制品的出口量对钨出口总量的比例大幅度增长,其金额之比已从一九七八年的9.7%上升到一九八五年的37.4%。
本章重点叙述新中国的钨冶炼和硬质合金工业。关于钨的地质、采矿、选矿和合金加工等可参阅本书有关各章。另外,由于中国钨工业生产在世界上占有突出重要地位,因此,这里着重说明其在国际贸易中的重要性。
中国钨产品在国际贸易中的地位
新中国建立三十六年来,中国钨精矿的年平均出口量达到两万吨。在中国的出口金属商品中,钨精矿是对国际市场影响最大的一种。进入八十年代,中国在继续保持钨精矿出口优势的同时,出口了大批量的钨中间产品和制品,如仲钨酸铵、三氧化钨、钨粉、碳化钨粉和硬质合金,增加了外汇收入。
新中国建立以来,中国钨进出口形势的发展大致可分为三个时期。
(一)一九四九至一九五七年为第一个发展时期。
这一时期以全部出口钨精矿,同时进口钨制品为特点。然而,出口金额却远远大于进口金额。
(二)一九五八至一九七七年为第二个发展时期。
这一时期继续大量出口钨精矿,同时开始出口钨制品,钨制品的进口量已减少到极少额度。然而,由于“十年动乱”造成生产上的波动,出口量和出口金额不稳定,形成了一个以一九六八年为最低点的马鞍形。
(三)一九七八至一九八五年为第三个发展时期。
中国钨制品出口形势出现好兆头,其出口金额占钨出口总金额的比重逐年增加。一九八一年,钨出口总金额创历史最高记录。然而,由于钨价下跌,一九八二年至一九八五年,出口总金额也随之减少。
这一时期,中国钨生产开始注意提高产品质量,赢得了外商的信任,中国钨精矿及其制品在国际市场上的声誉也大大提高。江西省冶金厅副总工程师吴威孙在一九七九年第一届国际钨讨论会(瑞典斯德哥尔摩)和一九八二年第二届国际钨讨论会(美国旧金山)上,先后两次宣读论文,向与会代表宣传中国钨精矿生产的技术水平、装备水平和质量水平,收到了良好效果。
钨冶炼与硬质合金工业的建立与发展
一九四三年前,日本侵华时,曾在大连大华电气冶金工厂生产少量的硬质合金,日本投降时只留下一片废墟。一九四五年大连解放,大华电冶厂改名为大连钢厂,当时由朱毅、李振南等组织恢复硬质合金车间。林树安技师带领一批老工人,从一个防空洞里找回了日本人埋藏的100余吨白钨精矿和3桶金属钴粉。他们凭着记忆,拟定试验方案和工艺条件,在旧厂房里,使用烧杯、水缸、电热板等简陋工具,进行用白钨精矿盐酸分解法生产三氧化钨和用两次氢还原法生产钨粉的探索和试验,终于在一九四八年六月生产出了40公斤粗三氧化钨、27公斤钨粉和30公斤钨钴硬质合金。这一成果开创了中国钨冶炼和硬质合金生产的历史。当时生产有24个型号、257个规格的钨钴合金刀片和各种不同规格大小拉丝模具,并进行拉丝模研磨加工供直接装套使用,一九五○年年产量达1.6吨。于尧明是这项工作主要技术骨干,对中国硬质合金的生产技术有显著贡献。
一九五○年中期,大连钢厂对原有车间进行全面改造和扩建,正当土建工程接近完工时,由于抗美援朝战争开始,重工业部通知大连钢厂南迁湖北大冶。一九五二年东北人民政府决定恢复大连钢厂硬质合金车间的生产,并派钨冶炼工程师仇同领导钨冶炼和硬质合金技术工作。到一九五七年形成了年产180吨三氧化钨的生产能力,年产合金达135吨。大连钢厂在中国硬质合金工业发展史上的功绩是不可磨灭的。
五十年代初期,由于军工生产和工业建设的迫切需要,在一些工厂新建了一批钨冶炼和硬质合金车间。这些工厂有:上海灯泡厂、大冶钢厂、北京化学试剂厂、牧丹江北方工具厂和重庆长江电工厂。他们各自发挥特长,为中国的钨冶炼和硬质合金工业谱写了许多新的篇章。
上海灯泡厂三氧化钨和钨粉生产车间的建立也经历了一个艰苦创业过程。新中国建立之前,郑良永工程师从国外留学归来,来到上海灯泡厂,立志要用中国的钨矿炼出三氧化钨。然而,他的雄心壮志却得不到国民党政府的支持。
一九五一年,上海灯泡厂开始试制灯用钨丝,该厂把这一任务交给了工程师郑良永。经过他一年多的奋力拼搏,于一九五二年八月试制出三氧化钨和钨粉,并用国产钨粉拉制出新中国第一根灯用钨丝。一九五二年九月二十六日,郑良永用这第一根国产钨丝,精心制作了两个白炽灯泡,从而结束了中国灯用钨丝长期依赖进口的历史。
同时,上海灯泡厂还对硬质合金生产工艺和设备进行了多项改革。一九五二年投产即采用石蜡做增塑剂,一九五六年研制出倾斜式回转还原炉,一九五七年该厂生产的钨钴钛合金与一些进口的同类合金进行使用对比,寿命更长一些。对此,一直非常关心中国硬质合金工业发展的机械工业部副部长刘鼎曾给该厂发了贺电。此外,大冶钢厂硬质合金车间研制了大型机械化酸分解白钨精矿设备和氧化法回收废混合料新工艺。牡丹江北方工具厂和重庆长江电工厂在兵器工具硬质合金化方面起到了领先作用,使弹壳生产行业从单一使用硬质合金引伸模,扩大到使用平底模、打凹模、收口模、弧形模和后来的钢芯冲模和钢棒下料冷挤盂模。做子弹壳用的硬质合金模具从一九五三年的7种扩大到一九五四年的14种,一九五五年再扩大到18种。硬质合金的应用比例也越来越大。
随着各行各业使用硬质合金的要求日益迫切,在一九五三年中苏联合签订技术援助协定中,株洲硬质合金厂列为苏联援建的156项重点工程之一。株洲硬质合金厂设计年产三氧化钨630吨,硬质合金500吨,合金牌号6个,规格型号520个,工艺技术装奋达到或接近当时的世界水平。一九五五年三月开工兴建,一九五八年四月一日全面投产。实际施工时间历时一年零九个月。以一年多时间完成45000平方米的工业建筑面积,安装1960吨设备,架设52000米的高压输电线路,铺设17800米室外供排水管线,施工速度之快是惊人的。由于在基建过程中,各项生产准备工作,从原辅材料订货到工器具的准备,从资料的翻译到操作规程的编制以及人员的培训,各种规章制度的建立,都按照总体计划紧张而又有秩序地进行,因而在负荷试车时一次试车成功,生产出质量合格的硬质合金产品。该厂是当时亚洲最大的硬质合金厂。
株洲硬质合金厂在投产的当年仅用八个月的时间就生产出硬质合金756吨,突破了设计水平,结束了我国大量进口硬质合金的历史。同时,产品开始进入国际市场,至八十年代先后销往43个国家和地区。另外,企业的经济效益不断提高,到一九八五年底止,已创利税为建厂投资的26倍。
在株洲硬质合金厂投产的同时,天津津东化工厂钨盐车间也建成投产,使中国钨冶炼工业的产品品种进一步增多。
一九五八年,在株洲硬质合金厂建设钨钼条车间,一九五九年建成投产,为中国钨钼加工的发展建立了原料生产基地。
五年之后,以高纯钨酸为主要产品的沈阳石油化工二厂钨酸车间也建成投产,使石油精炼所需催化剂和钨丝生产所需高纯钨酸得到解决。
军工部门在推广应用硬质合金工具方面,行动快,效果好。如某军工厂的工具车间,一九六一年以前由于任务重,经常加班加点。一九六二年任务又有了增加。根据工作量计算,必须在一九六一年的基础上增加50%的机床和50%的人员。但是他们没有这样做,而是采取了工具硬质合金化的方法,将硬质合金工具,由原来的31种扩大到300种,最后不但机床和人员都没有增加,而且超额80%完成了年度计划,产品精度还有了提高。
第三机械工业部和第五机械工业部总结了他们的经验,在一九六四年联合向国务院提出了《关于大搞工具硬质合金化》的报告。国务院批转了这个报告,并指出:“这项新工具技术是近年来机械工业开展技术革命、技术革新所获得的重要成果。第三、五机械工业部和其他工业部已在生产中应用,效果很好,是机械工业工艺革命化的一个发展方向,是多、快、好、省加工机件可以普遍应用的途径,值得各机械工业部门大力推广”。国务院文件下发后,机械工业积极推广硬质合金工具,硬质合金用量不断增加,逐渐产生了供不应求的新形势。且由于应用领域扩大,用户在硬质合金牌号和型号方面提出的一些新要求也远远不能满足。如面粉机械厂用的硬质合金拉丝刀,一直使用从瑞典进口的H1硬质合金,后因外贸部门限制进口,而国产合金又达不到使用要求,粮食部门曾向国务院报称,如这一问题不能迅速解决,全国人民的面粉供应将成问题。又如一些特殊钢厂使用的高镍合金钢轧辊,原本依靠进口,后来这种轧辊在国内试制成功,但由于材质硬而韧,一般牌号硬质合金无法加工。还有手表工业使用的小模数滚刀等急需产品,或是生产不出来,或是不能大量供应。为了满足对硬质合金的迫切需要,许多地区、部门和行业兴办了一批各具特色、各持优势的中小型硬质合金企业。一九六五年九月,上海市工业生产委员会决定筹建上海硬质合金厂,生产能力为年产200吨。东北地区需要更多的硬质合金。辽宁省经委在一九六五年决定筹建旅顺硬质合金厂和沈阳硬质合金厂。旅顺硬质合金厂是将大连钢厂硬质合金车间的主要人员和设备调往旅顺建成的。一九六五年四月开始筹建,次年七月投产。
在六十年代,一批中小型钨冶炼厂(车间),如广州红心化工厂钨冶炼车间,赣州有色冶炼厂钨冶炼车间、廊坊地区钨钼材料厂、陕西钢厂钨冶炼车间和南宁铝厂钨冶炼车间相继建成,使中国钨冶炼工业的生产能力进一步扩大,布局更加合理。
在这个时期建设和得到进一步发展的企业还有中南矿冶学院粉末冶金厂,南昌硬质合金厂,渭河工具厂,北京硬质合金厂,天津硬质合金厂,成都硬质合金工具厂,牡丹江工具厂,宜昌硬质合金厂,天津硬质合金研究所,青岛粉末冶金厂,广州粉末冶金厂,哈尔滨无线电工具厂,陕西钢厂硬质合金车间,石家庄硬质合金厂,无锡钻探工具厂,龙岩粉末冶金厂,第一汽车制造厂附件分厂硬质合金车间,第二汽车制造厂刀量具分厂硬质合金车间等。
在这个“工具硬质合金化”热潮中,中国的钨冶炼和硬质合金工业逐步形成了完整的工业体系,钨冶炼技术水平显著提高,不仅完善和改进了从苏联引进的工业纯三氧化钨生产工艺,而且发展了化学纯三氧化钨生产工艺和白钨酸法工艺。
一九六四年,冶金工业部根据中央加强内地建设的指示精神,建设四川自贡硬质合金厂。该厂由长沙有色冶金设计院和株洲硬质合金厂共同负责设计,从一九六四年十一月开始筹建。株洲硬质合金厂上下总动员,配备了全套班子,815人赴自贡。这批骨干力量对自贡硬质合金厂的建设和发展起了决定性的作用。
为提高中国钨冶炼技术水平,冶金部决定在自贡硬质合金厂设计中采用白钨酸法新工艺。一九六五年六月至十二月,在小型工艺条件试验的基础上,由株洲硬质合金厂、中南矿冶学院、成都工学院、长沙有色冶金设计院和自贡硬质合金厂筹备处组成联合试验小组,在株洲硬质合金厂进行白钨酸法工艺的半工业及工业性试验。通过工业性试验,使白钨酸法工艺得到验证和进一步完善,为自贡硬质合金厂的设计提供了可靠的数据,该工艺被自贡硬质合金厂于七十年代初正式用于工业生产。白钨酸法工艺的工业化,是大专院校、科研(设计)和生产三结合的典型范例。
自贡硬质合金厂,一九七一年开工生产。开工第一年就取得了生产硬质合金302吨的好成绩,以后产量逐年增加,到一九八五年产量达1218.45吨,为原设计能力的3倍。从一九七一年投产到一九八五年累计上缴利税为这个厂投资总额的4倍。
自贡硬质合金厂投产十多年来,特别是中共十一届三中全会以来,由于不断进行工艺改革,大力开展科研,开发新产品,形成了有自己特色、比较先进的生产体系和质量控制体系,产量逐年发展,质量稳步提高,新产品不断涌现,为国家重点工程和军工生产解决难加工材料和攻克各种难关方面做出了重要贡献。
自从六十年代在工业生产中提出“工具硬质合金化”的口号后,硬质合金工具的应用领域迅速扩大,从而刺激了硬质合金的生产。从一九七一至一九七九年,硬质合金年产量一直保持在3000吨以上,其中有四年达到或接近4000吨的水平,它与当时中国钢材产量的比例已远远超过了一些工业发达国家。
随着硬质合金在切削工具、模具和地质矿山钻具等应用领域迅速扩大的同时,各种异型产品和耐磨零件的应用范围也大大增加,硬质合金从工具材料进一步扩展为结构材料。
在化工行业中,广泛应用YG6或YG8硬质合金制做各种用途的喷嘴和大小不等的机械密封环;还用于超高压装置的直径80毫米、长1327毫米、重达100多公斤的YG8硬质合金大柱塞。这种难度很大的特大制品的试制成功,标志着中国硬质合金生产技术达到了一个新的水平。
在缝纫机、无线电、钟表、建材、瓷器以及食品加工等行业方面,除推广应用了硬质合金标准产品之外,还采用了各种专用的硬质合金刀具以及用硬质合金制做的耐磨零件。
七十年代,中国的硬质合金工业在满足国内国民经济各部门需要的同时,还进行了技术输出,援助一些国家建设了一些硬质合金工程项目。
由株洲硬质合金厂援助罗马尼亚建设的“奈弗拉尔”工厂硬质合金车间规模最大。产品有9个牌号,年产硬质合金刀片100吨。由长沙有色冶金设计研究院和株洲硬质合金厂共同提供初步设计,株洲硬质合金厂进行援建工作。一九七七年九月,冶金工业部派出以株洲硬质合金厂副总工程师王云礼为专家组长、由26名工程技术人员组成的专家组赴罗马尼亚对设备安装和试生产进行全面技术指导。一九七九年五月正式投入生产。该项目由于一次试车成功,按时按质按量完成了援建任务,罗方给予很高的评价。此外,牡丹江北方工具厂援助孟加拉、巴基斯坦和罗马尼亚完成了援建工程中的硬质合金配套项目,重庆长江电工厂援助孟加拉、越南和巴基斯坦完成了援建工程中的硬质合金配套项目。专家组曾受到第五机械工业部和对外经济联络部的表扬。
七十年代硬质合金工业的大发展也带来了一些新的问题。由于国家对硬质合金一直实行指令性计划,以产定销,产销不能直接见面。这种供需关系造成了两个结果:一是迫使生产厂家大量增产,忽视产品质量;二是中央各有关部门和一些省、市、地区争相建设硬质合金厂。据一九七八年调查,全国硬质合金厂点曾达156家。有些工厂技术力量不足、装奋简陋却匆匆上马,不少新建的硬质合金厂产品质量过不了关,成本高,价格普遍比国家定价高出2—3倍。
一九七二年,国家物资总局对硬质合金用户进行调查,发现广大中小企业需用硬质合金求货无门,而全国硬质合金生产能力极大,因此当即决定从一九七三年开始,首先在北京、沈阳和武汉成立硬质合金小额供应站,向用户提供产品,继而在全国各直辖市、各大区首埠和各省会建立金属材料公司硬质合金门市部,实行批零供应,大大缓解了供需矛盾。但是,直到这时仍然实行单一的计划供应。由于用户普遍存在怕用货时买不到合金,于是无论是用户企业或金属材料公司都习惯于把计划订得很高,因此各处库存量越来越大。
一九七九年,国家实行了两项改革,从根本上扭转了以上现象:一是一九七九年初,对硬质合金实行以销定产,一改长达三十年之久的以产定销、国家包销的办法。二是从一九七九年七月一日开始对库存积压实行按价交税。至此硬质合金大量库存积压的问题才全面暴露出来。据国家经委和冶金部对全国26个省、市、自治区的金属材料公司硬质合金门市部和42个大型厂矿的调查资料统计,到一九八○年,这些单位积压硬质合金达2170吨。硬质合金市场暴露出供过于求,许多小型硬质合金厂关、停、并、转,纷纷下马,到一九八○年只剩下了35家。这一年全国硬质合金产量,比一九七九年下降了近35%,一九八一年再次下降。
中共十一届三中全会以后,中国钨冶炼和硬质合金行业出现了欣欣向荣的好形势。经过三年调整,机械行业生产开始回升,基本建设任务增加,特别是轻工业、纺织和建材工业得到优先发展,因而大大提高了对硬质合金的需求,同时也对产品品种和质量提出新的要求。
一九八一年和一九八二年,国务委员方毅亲自主持召开了两次全国钨业科技工作会议,有力地推动了中国硬质合金工业的发展。
随着改革形势向前发展,硬质合金产品购销体制发生了变化。市场机制开始发挥调控作用,促使企业把注意力集中到提高质量和扩大品种上来。各企业都加强了科研和技术工作,组织技术攻关,提高工艺技术水平。尤其是实行开放政策以后,各硬质合金生产厂家加强了与国外经济技术交流,对国际市场有了进一步了解,掌握了世界硬质合金的发展方向,努力赶超国际先进水平,促使中国硬质合金工业发生了十分可喜的变化。
(一)生产能力逐步扩大。
由于一批技术和装备条件较好的钨冶炼车间或生产线相继投产,使中国三氧化钨的生产能力逐步扩大,一九八五年的产量为一九七六年的2倍。
硬质合金产量一九八二年比一九八一年增长36.7%,一九八三年又比一九八二年增长30.6%。一九八三年以后,硬质合金产量的年增长速度开始放慢,一九八四年比上年增长7.2%,而一九八五年仅比上年增长6%。这个产量与中国国内市场总需求量基本上平衡。中国硬质合金的年产量仅次于美国和苏联,居世界第三位。
(二)产品质量显著提高,产品品种不断增加。
八十年代初,由于各钨冶炼厂开始实行全面质量管理,产品质量普遍提高,合格率保持在95%以上,优质产品不断涌现。这一时期,还增添了一些新的产品,如偏钨酸铵、蓝色氧化钨、高比重钨合金等。由于产品质量提高,品种增多,许多钨冶炼产品如仲钨酸按、三氧化钨和钨粉等都已大批量出口。
在硬质合金产品质量方面,由于生产厂在管理上和技术上采取了一系列措施,使有些产品,特别是一些新牌号合金,已接近或达到世界先进水平。但是从总体上来看,与世界先进水平仍存在一定差距。一九八二年,株洲硬质合金厂总工程师王君笃组织领导了株洲硬质合金厂全面提高产品质量的工作。在提高硬质合金用原料三氧化钨及仲钨酸铵以及钛、钽、铌的纯度,控制各种半成品,特别是钨粉、碳化钨粉、钽铌粉和钴粉的粒度,提高硬质合金产品的尺寸精度和降低硬质合金产品的孔隙度和污垢度等方面做了大量工作并取得明显的效果。
通过改进工艺操作规程,硬质合金的孔隙度、污垢度和石墨夹杂度比过去显著下降。用户普遍反映切削刀具耐用度提高了,硬质合金顶锤的使用寿命由过去平均两、三百次提高到千次左右,接近或达到国外先进水平。
此外,还组织了大学、研究院等单位以提高质量为中心,制定科研课题,联合攻关,取得了一批科研成果,有的已在生产上使用,取得了显著经济效益。
进入八十年代以来,硬质合金产品品种也不断增加。据一九八四年有色金属工业总公司调查统计,共生产近70个牌号的硬质合金。一些新的硬质合金牌号相继问世。如钢材铸铁铣削专用硬质合金牌号,热作模具用硬质合金牌号,无磁硬质合金牌号,重力切削硬质合金牌号,以及各种涂层硬质合金牌号等。新牌号合金或者大幅度提高了使用寿命;或者明显提高了生产效率;有的改善了加工质量;有的填补了国内空白,并解决了许多难加工材料的加工问题。
(三)新工艺新技术不断涌现。
这一时期,中国开发了一批钨冶炼新工艺和新技术,使中国钨冶炼工业的技术水平提高了一大步。例如,碱压煮分解工艺、溶剂萃取工艺、离子交换工艺、蓝色氧化钨制备工艺、偏钨酸铵制取工艺、粉状钨酸生产工艺、处理废钨物料新工艺、特殊钨粉制备新技术及设备、新型萃取剂和离子交换树脂等,都已用于工业生产。其中白钨酸法工艺和黑钨碱法现代工艺的建立是新中国钨冶炼工业最突出的成就之一。
自贡硬质合金厂采用白钨酸法工艺以工业规模生产化学纯和高纯三氧化钨,使该厂成为能全部用优质三氧化钨作为生产硬质合金原料的企业,其产品畅销国内外市场。株洲硬质合金厂采用黑钨碱法工艺,使三氧化钨回收率提高了3—5%,产品纯度达到99.95%,生产成本降低6%。黑钨碱法现代工艺中的离子交换技术是具有中国特色的新技术,已有10多家钨冶炼厂采用了这一新技术。八十年代初,离子交换技术在钨冶炼工艺中的应用,中国处于世界领先地位。
(四)大力进行技术改造。
为了更好地适应国内市场竞争形势和全面赶超世界先进水平,使中国的硬质合金更多地进入国际市场,许多硬质合金厂进行了技术改造和技术引进。株洲硬质合金厂和自贡硬质合金厂分别从美国李钨公司、瑞典山特维克公司和美国辛太克斯公司引进从湿法冶炼处理钨精矿开始至生产出硬质合金产品的成套技术。石油部江汉油田粉末冶金厂从美国休斯公司引进石油牙轮钻头生产线,从生产硬质合金球齿到装配成牙轮钻头成品出厂。南昌硬质合金厂从日本东芝钨公司引进硬质合金管、棒、带材生产线和微型钻头生产线。天津硬质合金工具厂则从西德克虏伯公司维第亚工厂引进以生产切削刀具为主,配套成工具出厂的硬质合金生产线。除此以外,南昌硬质合金厂、旅顺硬质合金厂、株洲钨钼材料厂、赣州钨钼材料厂、南宁铝厂钨冶炼车间和厦门钨品厂等都相继用离子交换新技术完成了技术改造,使产品质量稳步提高,并打入了国际市场。
通过技术改造,加上厂、院、所联合攻关所取得的科研成果,使中国钨冶炼及硬质合金工业与世界先进水平的差距明显缩小,某些方面已达到世界先进水平。
开展综合利用,发挥资源优势
难选低度钨物料系指选矿过程中产生的钨细泥、低度钨中矿、钨杂砂等,特点是三氧化钨含量低(15—25%),成分复杂,不能用选矿的办法进一步富集。原来采用混批法将其掺入优质钨精矿中出售,这一作法极不合理。八十年代初,中国已有5家选矿厂推行选冶联合流程,开发了难选低度钨物料的处理工艺,解决了钨矿山长期未能解决的难题。
赣州有色冶炼厂(原赣州精选厂)用碱煮工艺处理钨细泥,生产出合成白钨,成为优质白钨精矿。韶关精选厂用碱煮工艺,以广东难选低度钨物料生产出化学纯仲钨酸铵。云南锡业公司第三冶炼厂用酸法工艺处理难选钨锡中矿,制得工业纯三氧化钨和品位大于55%的锡精矿。湘东锡矿用碱煮—离子交换工艺处理钨细泥,生产出工业纯和化学纯三氧化钨,三氧化钨回收率达到86%。这些工厂的生产实践表明,中国已为难选低度钨物料的处理找到了一个符合中国国情的途径。这些厂以难选低度钨物料为原料生产三氧化钨或仲钨酸铵的年生产能力已超过700吨(以WO3含量计)。
钨废料包括两大类。一类是钨及钨合金材的加工残料,如烧结棒端料(切头)、碳化钨车间地面垃圾、磨削废渣、金属鳞皮和切削碎片等。另一类是磨损、用坏或废弃的含钨材料,如废旧碳化钨刀具和废催化剂等。
钨废料是一种二次钨资源,它的回收利用具有极高的经济价值。进入八十年代,国外主要钨消费国,如美国、日本和联邦德国对钨废料的回收利用很重视,专门建立了回收再生机构。这些国家每年从废钨物料中回收的钨,占当年硬质合金生产用钨量的25—30%。中国对钨废料的回收再生也比较重视。五十年代末期已经开始进行工业规模的废硬质合金回收处理工作。例如株洲硬质合金厂的技术设计中就有硝石熔融法回收废合金这一内容。该厂在一九五八年投产后,开始回收、处理废硬质合金,但是数量不大,回收率也比较低,且污染环境,阻碍了回收工作的进一步发展。从七十年代初开始,中国寻求新的处理方法,取得了成效。天津第七金属制品厂(现天津大成五金厂)、株洲硬质合金厂和江西冶金学院分别于一九七三年、一九七四年和一九七七年开展了锌熔法的研究和试验,并获得成功,不仅回收了废硬质合金中的钨,还回收了其中的钴。截至一九八五年底,已有30多个厂家推行了锌熔法,为中国钨废料的回收再生工作开创了新的局面。
现在中国硬质合金工业,每年回收处理废硬质合金约500吨。回收方法有硝石熔融法、锌熔法、氧化法、电解法及酸溶法等。既开发利用了第二资源,为国家回收了宝贵的金属钨和钴,又增加了企业的经济效益。据国内有关专家估算,在中国可以回收的废硬质合金数量,达到产量的40%以上。因此,应当进一步采取措施,加强这项十分有意义的工作。
中国钨业的发展目标是,充分发挥资源优势,提高技术和装备水平,加强科学研究,大力开发新用途,在进一步扩大国内市场的同时,提高钨产品在国际市场上的竞争能力,多创外汇,支援“四个现代化”建设。
钼为银灰色难熔金属。钼的导电性、耐腐蚀性和传热性好,膨胀系数小,是合金钢的重要添加元素之一。它能提高钢的韧性、耐磨性和耐腐蚀性。钼在钢铁工业中的用量约占钼消费总量的80%。
钼常用作耐盐酸和氢氟酸腐蚀的化工设备或湿法冶金设备。钼丝和钼带用作惰性气体保护下或真空状态中的高温(1000—1800℃)加热元件。钼用作白炽灯泡钨丝的支架、真空管内的金属片、电器开关上的铂代用品和电火花塞的尖端等。钼还用作高温喷嘴材料,钼板用作防热辐射材料。钼的氧化物可作催化剂,如石油精炼催化剂和煤液化催化剂等。钼酸铵是微量元素肥料之一。
中国钼资源比较丰富,主要分布在东北、西北和中南等地区。除原有的杨家杖子钼矿外,通过地质勘探,又发现100多个钼矿区(点),其中,金堆城、栾川和大黑山为大型钼矿床。栾川、大黑山、金堆城和杨家杖子四大钼矿的储量占中国钼储量的60%。除了单一钼矿床外,中国还发现了许多与钨、铜、铀矿等共生的钼矿床。
新中国建立以前,杨家杖子钼矿是中国唯一的钼矿。该矿原为铅锌矿,一八九九年开始开采。一九三五年,日本帝国主义在此建了一座小型铅锌选矿厂。一九四○年,发现杨家杖子蕴藏有钼矿,为了侵略战争的需要,就大力开采,到一九四五年,已经形成了日采选矿石量2000吨的生产能力。
东北解放后,东北人民政府工业部有色金属工业管理局委派许光甫负责杨家杖子钼矿的恢复工作。一九五○年四月,杨家杖子矿务局成立,由郑岳胜任局长。在矿务局领导下,全矿干部、工人和工程技术人员以百折不挠的精神,克服重重困难,仅用一年的时间,就于一九五○年六月恢复了生产,形成日采选610吨矿石的生产能力,当年就产出了677吨钼精矿。在矿山恢复工作中,工程技术人员杨春山、王振益、尹鸿初等为矿山恢复生产作出了贡献。
一九五○年底,杨家杖子钼矿进行了民主改革,进一步调动了全矿职工的积极性,使日采选矿石能力从一九五○年底的610吨提高到一九五一年六月的1500吨。经过一九五一年秋至一九五二年冬的第一次扩建和一九五三年的第二次扩建,到一九五四年初,杨家杖子钼矿的日采选能力提高到了5000吨,为进一步发展打下了基础。一九五七年,开始从苏联引进技术和装备,对杨家杖子钼矿进行总体改建。一九五九年五月,改建工程竣工投产,日采选矿石能力达到8000吨。一九六○年,杨家杖子钼矿的钼精矿产量达到9210吨。经过改建和扩建,杨家杖子钼矿在五十年代末,发展成为中国第一个大型的钼业生产基地。
金堆城钼矿位于陕西省华县境内,是一九五六年发现的大型钼矿床。该矿床除含钼外,还含有硫、铼、硒、碲和镓等有利用价值的元素。
一九五八年六月,金堆城钼矿筹建处成立。同年十月,从杨家杖子矿务局抽调500名职工来到金堆城,拉开了金堆城钼矿建设的序幕。
金堆城钼矿一期工程于一九七○年十二月竣工投产,到一九七三年,形成了日采选矿石量4500吨的能力。同年,规模宏大的二期工程动工。一九八○年,北露天矿建成投产,形成日采剥矿岩量26000吨的综合生产能力。一九八三年,百花岭大型钼选厂竣工投产,形成年产9000吨钼精矿的生产能力,成为八十年代初世界上大型钼选厂之一。二期工程的辅助工程,如机修厂、汽车大修厂、铁路转运站和水玻璃厂等也先后完工,使金堆城钼矿成为中国第二个,也是最大的钼业生产基地,并开始向大型联合企业迈进。
新中国建立以来,特别是中共十一届三中全会以后,各地方钼矿山建设有了较快的发展。
栾川钼矿区是截至一九八五年中国钼储量最大的钼矿区,但因钼精矿的需求量有限,该矿区未列入国家重点开发项目,暂由河南省进行局部开采。到一九八五年,该矿区已陆续建成了9座乡镇和地方国营小钼矿选矿厂。
另外,辽宁省锦西兰家沟、浙江省青田和福建省福安等地的钼矿区也建立了地方小钼矿。据不完全统计,截至一九八五年底,中国地方中小型钼矿的日处理矿石能力已达7000吨。一九八五年,地方钼矿山的钼精矿产量占全国当年钼精矿产量的25.4%。
至此,中国已拥有杨家杖子、金堆城两个大型钼矿,同时又建成了小寺沟、白石嶂和新华等中小型钼矿,加上八十年代发展起来的地方小钼矿,钼选厂共15座,形成了年处理矿石量为1000万吨的综合生产能力,钼精矿年产能力已超过两万吨。钼精矿产量发展情况见图。
中国钼冶炼工业起步于一九四九年。最早生产钼酸铵的厂家是上海利培纯粹化工厂。该厂于一九四九至一九五二年间,采用一台反射炉、几口陶瓷缸和两个200升的不锈钢反应锅,以辉钼精矿为原料生产钼酸铵、钼酸钠等钼盐,年生产能力仅7吨。上海立德化工厂和北京化工厂也同时开始从事钼盐生产。这一时期,中国的钼冶炼工业产量低,工艺技术落后,设备简陋,产品质量差,品种单一。尽管如此,中国毕竟有了自己的钼冶炼工业。
“一五”计划时期,从苏联引进技术和装备兴建北京电子管厂和吉林铁合金厂,分别于一九五六年和一九五七年建成投产。
北京电子管厂钨钼加工车间是中国最早从事钼粉、钼条生产和钼板、钼丝加工的企业,吉林铁合金厂钼铁车间至今仍然是国内处理钼精矿能力最大的钼冶炼厂家。
一九五八年,冶金部决定在株洲硬质合金厂建立钨钼条车间,于一九五九年底建成投产。从钼精矿处理开始,经过湿法冶金制得钼酸铵,再经煅烧,还原得到钼粉,然后加工成钼条,形成了较完整的钼冶炼工业生产系统。
在这一时期,化工、电子等系统的小型钼冶炼厂也相继兴起,例如上海森丰化工厂、上海新中华化学试剂厂(现上海化学试剂三厂)也建立了钼盐生产线,从事钼酸铵等产品的生产。
至此,中国钼冶炼工业已有了一个较大的发展,特别是株洲硬质合金厂钨钼车间的建成和投产,标志着中国钼冶炼工业进入了大规模生产时期,技术装备水平和产品质量都有显著提高。
一九六五至一九八五年,中国钼冶炼工业在初步形成工业生产规模之后,继续向更高的阶段发展。
六十年代中期,为了满足军事工业对钨钼条的需求,冶金部决定兴建自贡硬质合金厂。该厂于一九七○年建成投产。自贡硬质合金厂钨钼条车间的生产能力比株洲硬质合金厂钨钼条车间大三倍,并采用了一些新工艺和新设备,例如四管炉还原工艺、真空自耗电弧炉熔炼钼锭工艺和冷等静压制坯工艺等,从而使中国钼冶炼工业的技术水平和装备水平提高了一大步。
与此同时,还建成了一批中小型钼冶炼厂。例如,上海胶体化工厂,一九六五年开始生产钼酸铵,后来发展到生产多种钼盐。该厂生产的钼酸钡,是中国最早代替进口氧化镍和氧化钴,用于搪瓷行业的产品。一九七七年钼酸钡产量达到153吨。
吉林锗厂于一九六四年开始生产农业用钼酸铵(钼肥),一九六六年发展到生产工业用钼酸铵,一九八五年生产能力已达1000吨。
成都御河化工厂于一九七○年开始生产钼酸铵及其他钼盐产品,年产能力为400吨。
东台钼酸化工厂于一九七七年兴建,八十年代初已形成年产100吨钼酸铵及其他钼盐的生产能力。
此外,中国一些钼矿山和提炼铀的工厂也建立了钼冶炼车间。例如,杨家杖子钼矿,从一九六六年开始,以钼细泥为原料生产钼酸铵,一九八五年已形成年产80吨钼酸铵的生产能力。栾川县钼业公司于一九八二年建成采、选、冶联合企业,年处理钼精矿能力达到1000吨。国营二七六厂从铀矿中回收钼,钼酸铵年生产能力达到150吨。
截至一九八五年年底,中国已有钼冶炼厂约40家。总生产能力为:钼精矿年处理能力1.5万吨,钼铁年产能力约5000吨,钼酸铵年产能力4000吨(不含生产钼金属用的钼酸铵),钼金属年产能力600吨(不含加工材)。
中国钼冶炼主要采用钼精矿氧化焙烧—湿法冶金处理钼焙砂制取仲钼酸铵—仲钼酸铵煅烧制取三氧化钼—三氧化钼氢还原制取钼粉—钼粉压制烧结生产致密金属钼的工艺。此工艺经过逐步完善和改进,形成了一条适合中国钼冶炼工业发展的工艺流程。
进入八十年代,中国钼冶炼厂已能生产从钼酸铵、钼粉、钼条到钼顶头、钼坩埚、钨钼合金等10多个品种、数十种规格的钼冶炼产品,满足了国内各工业部门对钼制品的需要。
中国生产的钼酸铵纯度达到了国外先进水平。国产钼粉和钼条的纯度都在99.9%以上,其纯度和物理性能均达到国外先进水平。钼酸铵生产过程中钼的平均回收率达到80.5%,最好水平为95%;钼粉钼条生产中钼的平均回收率为98.94%,最高水平达到99.5%。
新中国建立三十六年以来,特别是自中共十一届三中全会以来,中国钼冶炼工业的科研工作也取得了很多成果,其中已有10项用于生产。例如,氧压煮法处理辉钼精矿新工艺、高压氧碱浸法处理辉钼精矿工艺、酸分解法处理氨浸渣工艺和钼顶头生产工艺等。
(一)氧压煮法从辉钼精矿中提取钼和铼。
一九八○年前,辉钼精矿的处理以多膛炉氧化焙烧法为主。这种方法虽然比较成熟,但是,劳动强度大,污染环境,伴生元素(如硫和铼)损失大。早在六十年代,国外就开始探索钼的湿法冶金工艺来代替多膛炉氧化焙烧工艺。中国的工程技术人员也一直在探索辉钼精矿湿法冶金工艺。
株洲硬质合金厂于一九六九年开始了氧压煮法的研究。一九七五年,冶金部长沙矿冶研究所与株洲硬质合金厂合作,在一九七六年完成了半工业性试验,又用三年的时间完成了工业性试验,于一九八○年三月通过部级鉴定,正式应用到工业生产,生产出了优质仲钼酸铵和高铼酸铵。
工业生产实践证明,氧压煮法从辉钼精矿中提取钼和铼,钼和铼的回收率都稳定在95%以上。它还具有成本低、产品质量好、无污染等优点。
(二)高压氧碱浸法处理钼精矿工艺。
株洲钨钼材料厂与中国科学院化工冶金研究所合作,于一九八三年完成了高压氧碱浸法处理钼精矿的研究。用此法处理钼精矿,钼和铼的回收率均大于99%。由于反应物对设备的腐蚀小,反应釜的材质容易解决。此法适合中、小型钼冶炼厂采用。它是继氧压煮法之后,钼冶炼的又一个新技术研究成果。
(三)酸法分解氨浸钼渣工艺。
自贡硬质合金厂于一九七五年研究酸法分解氨浸钼渣工艺获得成功,并用于工业生产。此工艺与原苏打烧结工艺相比,具有流程短,回收率高和无污染等优点。最终残渣还可用作农肥。
此外,离子交换法提纯钼酸铵溶液工艺、粉末成型直接熔炼钼及钼合金工艺、粉末冶金法制取钨钼合金新工艺等都是七十年代末、八十年代初中国钼冶炼工业所取得的重大成就。
(一)铼的回收。
辉钼矿中一般都伴生有铼。铼是在石油化工和电子工业等领域有着多种用途的稀散金属,具有极高的使用价值。在钼精矿的氧化焙烧过程中,铼以七氧化二铼的形式随焙烧炉烟气逸出,若不采用有效的回收措施,铼就会白白浪费掉。
吉林铁合金厂从一九五九年开始,采用喷淋吸收萃取工艺,从多膛焙烧炉烟气中回收铼,七十年代末改用离子交换法,使焙烧烟气中的铼得到了更有效的回收。
焙烧烟气中的七氧化二铼,一部分由气态凝成固态而进入焙烧烟尘中,因此,焙烧烟尘中的铼也有回收价值。上海胶体化工厂与复旦大学合作,于一九七三年研究成功从焙烧烟尘中回收铼的石灰浸出—溶剂萃取工艺,并应用于工业生产。
一九七八年,株洲硬质合金厂将氧压煮法处理辉钼矿提取钼铼新工艺用于工业生产。在提取钼之后,用萃取法直接从酸母液中回收铼,铼的回收率提高到96%,从而把中国钼冶炼工业回收铼的水平提高到一个崭新的高度。
中国已开发了几种有效的从钼精矿中回收铼的方法,但是,还有相当一部分钼冶炼广没有设置铼回收系统,应该引起关注。
(二)氨浸钼渣的利用。
由于氧化焙烧不可能把钼精矿中的钼全部转化成可溶性钼,因此,钼焙砂经氨浸后留下的残渣(简称氨浸钼渣)通常还含有约3%的不溶钼,含钼3%,相当于钼矿原矿平均品位的30倍。所以,氨浸钼渣是一种二次钼资源,应该很好加以利用。
上海胶体化工厂从一九六六年开始,采用碱液浸出法处理氨浸钼渣,生产钼酸钠和钼酸钡。一九七一年改用苏打焙烧—热水浸出法。仅一九七一至一九八四年间,该厂就利用氨浸钼渣生产了300余吨钼酸钠和1300多吨钼酸钡。
一九七五年以来,许多钼冶炼厂采用盐酸分解氨浸钼渣新工艺,不仅钼的回收率提高,而且提钼后的母液和最终残渣均可直接用作农肥,能使小麦和水稻等农作物增产。
(三)废钼料的回收利用。
废钼料,如废钼条、废钼块、废钼丝等,是另一类二次钼资源。株洲硬质合金厂从一九六三年开始回收废钼料,并采用升华法把废钼料变成三氧化钼,返回到钼酸铵生产中,效果良好。七十年代中期,株洲硬质合金厂和自贡硬质合金厂各自对升华炉的结构和加热方式作了卓有成效的改进,降低了回收成本,减少了能源费用,提高了升华效率。近年来,许多中小型钼冶炼厂也开展了废钼料的回收利用工作,收到了节资增益的效果。
(四)“三废”治理。
八十年代以来,不少钼冶炼厂开始重视废水、废气的治理和利用,并根据各企业的特点及条件,采取不同的治理办法。
例如,株洲硬质合金厂、自贡硬质合金厂和吉林锗厂等,采用中和法处理废酸液,制取农用肥料。上海胶体化工厂用萃取法提取结晶母液中的残钼,然后把萃余液直接用作农肥。吉林铁合金厂,采用氨吸收法来消除二氧化硫污染,并得到亚硫酸铵副产品。
然而,“三废”治理工作在各钼冶炼厂之间的发展极不平衡,特别是一些小厂,在生产中没有采取任何措施来防止“三废”对环境造成的污染。因此,彻底治理“三废”是摆在中国钼冶炼工业面前一项艰巨的任务。
贵金属包括金、银、铂、钯、铑、铱、锇、钌八个元素,后六个称为铂族金属。
贵金属有优异的物理性能,多数有独特的化学稳定性和催化活性。“真金不怕火炼”,说明了金具有很高的抗氧化性能。贵金属除了作硬通货、装饰品以外,已经成为宇航、航空、航海、电子、电讯、电器、冶金、化工、原子能等工业不可缺少的重要材料。
中国的金、银资源分布较广,脉金和砂金主要分布在山东、河南、河北、黑龙江、吉林、辽宁、湖南、广西、四川、云南和台湾省等地。在全国各地的重有色金属矿中多伴生有金、银。金主要与硫化铜矿伴生,银主要与硫化铅锌矿伴生,铂族金属主要与硫化铜镍矿伴生。
新中国成立前夕,除了老解放区外,只有一两个冶炼厂生产金、银,产量微不足道。加工方面除了造币厂外,只有小作坊,技艺也逐渐失传。至于铂族金属的提取和加工则都是空白。
中华人民共和国成立后,贵金属产量有很大增长,铂族金属的生产更是从无到有,现在已具有工业规模的生产。贵金属材料和制品已有200多个牌号,上千个品种规格,基本满足了军工及国民经济各部门发展的需要。生产技术也有明显的提高,从五十年代初期仅能提炼金、银,用手工方法生产首饰和工艺品,进步到采用现代化设备和先进的检测手段生产全部贵金属。从事贵金属原料、材料生产及再生利用的工厂已有上百个。贵金属工业从地质、采矿、选矿、冶炼、加工、废料再生回收的科研和生产,到分析测试等许多方面,都取得了迅速的发展,建立了比较完整的贵金属生产体系。
本书有关黄金部分,只论述有色金属冶炼副产金。从金矿中生产黄金的情况另卷叙述。
新中国的贵金属工业,特别是金银的生产,最早开始于东北解放区。一九四七年,在哈尔滨市成立了金矿局,组织北满沙金生产。同时,夹皮沟金矿于一九四八年五月恢复了黄金生产。一九四八年十一月沈阳解放后,沈阳冶炼厂于一九四九年初即恢复金、银生产,以后产量逐年增加。到一九五七年,该厂黄金产量约占全国的三分之一,白银产量几乎占全国的100%。
三年国民经济恢复和第一个五年计划期间,有色冶金工业最主要的成绩是从重有色金属(主要是铜和铅)冶炼副产品中,提炼出大量的伴生金、银。
从一九五七年起,在国务院发出大力发展贵金属(特别是黄金)生产号召后的近二十年间。全国各地有色金属冶炼厂,先后建立起金银生产车间,如株洲冶炼厂、上海冶炼厂、重庆冶炼厂、昆明冶炼厂、白银有色金属公司、云南冶炼厂、天津电解铜厂、洛阳铜加工厂等,从铜铅冶炼过程中,提炼出伴生金、银。
一九五八年以来,生产金银的各冶炼企业,认真贯彻中央关于“加强资源综合利用”的指示,在扩大原料来源、提高技术和改进设备等方面,都取得了显著进展。
一九七五年,王震副总理受国务院委托主管黄金生产以来,黄金产量有显著增长。现在中国已成为世界主要产金国之一。
随着黄金矿产的扩大,生产了大量的金块矿和金精矿,为重有色金属冶炼厂增产黄金开辟了更多的原料来源。一九六四年以来,沈阳、株洲、云南、烟台等重有色金属冶炼厂,都相继在冶炼系统中处理金块矿和金精矿。实践表明,把这些原料送到冶炼能力强的有色金属冶炼厂处理,不仅工艺合理,可以综合回收多种共生的有色和稀有金属,黄金回收率比各矿山分散处理高2—5%,而且原料中的二氧化硅,可代替一部分熔剂,降低生产成本。另外,沈阳冶炼厂和株洲冶炼厂从湿法炼锌渣中回收银,也收到了成效。
沈阳冶炼厂最初以传统的火法冶炼工艺,从铜、铅阳极泥中提炼伴生金、银。后来该厂不断完善生产流程,在国内首创了将铜铅阳极泥先硫酸化焙烧回收硒,再提炼金银,不仅有利于提炼金银,而且加强了资源的综合利用。该厂的一整套技术,及时推广到上海冶炼厂、株洲冶炼厂等单位。七十年代以来,很多有色金属冶炼厂与昆明冶金研究所、昆明贵金属研究所等科研单位合作,研究出了从铜、铅阳极泥中回收金银新工艺,先后研究成功了选冶联合流程、湿火法联合流程新工艺、全湿法新工艺。这些新工艺已分别在云南、天津、富春江、武汉、重庆、烟台等冶炼厂使用,不仅提高了金银产量,而且在技术上具有中国特色。
一九六四年初,上海冶炼厂副总工程师刘耀中提出用回转窑代替马弗炉、焙烧锅生产硒的设想。经过半年多的努力,设计并制出水平式回转窑来处理铜阳极泥,一九七二年正式投入生产。
贵金属工业传统火法冶炼所采用的贵铅炉和分银炉,多系固定式炉床,这种型式的炉子比较落后。一九六四年,上海冶炼厂副厂长肖宇桥和技术员黄干,根据该厂一九六○年用转炉熔铸银锭的成功经验,提出用转炉代替反射炉的建议。一九六六年七月,正式设计并制作一台Ф2500×2800毫米的卧式贵铅炉和一台Ф1500×1800毫米的转动分银炉,均获得成功,为中国的金银冶炼生产作出了重要贡献。这些技术装备的革新,及时推广到有关冶炼厂,除显著提高生产能力外,还改善了操作条件。
新中国成立以后,不仅扩大了金银产品的产量、品种,而且在质量上也有很大提高,已能生产纯度为99.9999%的金和银。
中国的铂族金属生产开始于一九五八年,沈阳冶炼厂首次从金电解废液中提出了铂、钯。
随着社会主义建设的发展,国民经济各部门及军工单位对铂族金属的需要日益增加。当时,一方面各重有色金属冶炼厂,努力从伴生资源中回收铂族金属,另一方面,地质部门和科研单位则积极寻找国内新的资源。
一九五九年,发现金川镍矿中伴生有铂族金属。金川矿床资源巨大,铂族金属储量很是可观。冶金工业部在加速开发金川镍资源的同时,极为重视铂族金属的资源开发与综合利用。一九六四年初,北京有色金属研究院毛月波等人开始试验,得出了铂族金属富集物。同年五月,由昆明贵金属研究所谭庆麟等人参加了这项研究工作,组成联合试验组。为了加快进度,先集中北京,在实验室条件下,完成了提炼出(铂+钯+金)品位达54.4%和60%的铂族金属精矿的条件试验。接着,用氯化铵沉淀分离法,在金川分别制取出海绵状的铂、钯、金。
一九六四年九月十六日,全国主要有关单位,在金川召开了金川资源开发及综合利用科研会议,冶金工业部吕东部长指出:“铂族金属我国紧缺,应先解决有无问题”。于是金川公司决定,与在北京进行铂族金属提取工艺流程研究的同时,根据试验所得结果,在金川现场进行试生产,并要求在一九六五年春节以前提炼出铂族金属。当时,建立了金川最早提炼铂族金属的冶金二室,与昆明贵金属研究所的科技人员通力协作,克服重重技术困难,终于按预定时间,提炼出了铂、钯、金、银……等贵金属产品。随即由昆明贵金属研究所负责,筹建了火试金及化学分析室,及时配合了提炼工作。一九六五年底,原在北京进行小型流程试验的联合试验组也到达现场,共同完成了扩大试验,并提出了可作设计依据的试验报告。由于“十年动乱”的干扰,生产铂族金属车间的建设,进度迟缓。在这种情况下,国家紧缺的铂族金属,仍不得不利用临时厂房,由金川有色金属公司何焕华等人负责,继续在极其艰苦条件下,坚持生产了五、六年。除生产了铂、钯外,还提取了铑、铱、锇、钌的粗金属。至此,中国可以从国产资源中生产出全部铂族金属了。
从一九七一年至一九七九年,金川铂钯的产量逐年提高,部分满足了国内需要。但铑、铱、锇、钌的生产量仍然很少。为了改变这种状况,金川公司在坚持生产的同时,继续与昆明贵金属研究所合作,测定了八种贵金属在各种工序中的走向和分布的大量数据,判明铑、铱、锇、钌在电解过程中有分散和损失。一九七二年,冶金工业部在金川召开工作会议,研究了铂族金属的回收工艺。为了避免部分铂族金属的损失,决定直接单独处理铜镍合金,来富集提取和分离提纯铂族金属。于是,铜镍合金单独处理被列为重点科研课题。金川有色金属公司和昆明贵金属研究所、北京有色冶金设计研究总院紧密合作,在一九七三年完成了小型试验的基础上,一九七五年底又共同进行了试验,使提取流程得到了进一步的改进和完善,并获得了良好的生产成果。
一九七八年,国家把金川列为三大资源综合利用基地之一。金川资源的开发和综合利用,进入了蓬勃发展的新阶段。一九七九年元月,冶金工业部在昆明召开了新工艺的技术鉴定会。之后,在不到半年的时间里,北京有色冶金设计研究总院、金川有色金属公司和昆明贵金属研究所在金川进行了铜镍合金二次硫化的富集方法扩大试验,获得成功。对深入解决铂族金属的精炼和设备防腐蚀的问题,也作了大量的研究。至此,金川铜镍合金单独处理的主流程基本联通。一九七九年八月,国家科委决定拨款,按新工艺建设新的贵金属车间。
北京有色冶金设计研究总院在金川有色金属公司和昆明贵金属研究所的有关人员参与下,仅用三个月就完成了设计,于年底交付施工。一九七九年十二月二十三日破土动工,于一九八○年七月建成了贵金属车间。
一九八○年九月二十九日,新工艺工业试验正式开始。试验过程中,遇到了一些困难。昆明贵金属研究所的王琼华等和北京有色冶金设计研究总院、金川公司参加这项工作的人员,坚守岗位,用了一年的时间,基本解决了联动试验以来所暴露的各种技术问题。全车间的冶炼回收率,除金稍有差距外,铂、钯已达到设计指标,铑、铱、锇、钌超过了设计指标。以铜镍精矿中伴生的贵金属含量来计算,经过全冶炼过程后,获得每个商品贵金属的回收率,铂、钯、金比旧工艺提高了19%,铑、铱、锇、钌提高到44%。试验结果表明,新车间的设计是成功的。
方毅在第五次金川资源综合利用科技工作会议上,对新工艺流程给予了充分评价;对大家忘我的辛勤劳动,给以了充分的肯定。他说:“象贵金属车间建设进度这样快,投资回收周期这样短,在全国也是少有的”。
从一九八一至一九八三年上半年,合计产出铂、钯为以前十五年累计产量的43%,产出铑、铱、锇、钌粗金属为以前十五年累计产量的12倍。由于新工艺周期短,回收率高,成本低,经济效益十分显著。一九八三年七月,在金川召开了技术鉴定会。与会者一致认为,新工艺的研究成功并实现工业化是一项重大科技成果,标志着中国铂族金属提炼的科学技术水平,在自力更生的基础上达到了一个新的高度。它具有中国特色,在技术上具有国际水平。
以后,金川继续扩大与研究单位和大专院校的协作,进行新流程的探索研究。如长沙矿冶研究院提出用萃取法分离金的技术,已实验成功,开始用于生产。北京大学与金川公司协作,研究成功萃取铑和铱的新工艺,已用于生产,产出的成品铑、铱纯度达到99.99%。
贵金属材料与制品,主要包括电接点、测温、电阻、应变、磁性、焊料、透氢材料、坩埚器皿、化工用铂催化网、玻璃纤维工业用漏板、饰品、铱粒等材料,以及化合物、络合物,催化剂、浆料、膏状焊料、抗癌药物及电镀制品等。
新中国成立后,生产首饰的少数银楼继续从事首饰生产,大部分加工企业根据国民经济发展的需要,转产工业用贵金属材料,小批量地生产铂丝、铂过滤网、电极、小坩埚、平底皿、小舟、锥形漏斗及包头钳等。虽然加工设备非常简陋,产量不多,但这些企业都是新中国贵金属材料及制品工业的萌芽。上海合金厂是这方面生产历史最早的工厂。
五十年代末,国防建设和一些基础工业部门急需贵金属材料。第三机械工业部六二一所、北京有色金属研究院、昆明贵金属研究所等单位,先后试制成功一系列铂铱、钯铱、钯银等合金材料。如试制成功了航空工业所需金属材料铂铱25合金等,并开始小批量生产。上海有色金属研究所、上海合金厂、沈阳有色金属加工厂,也为中国军用贵金属材料作出了贡献。上海金银饰品厂承担了试制铂合金网的任务。他们先用简陋设备,制出了直径0.09毫米的合金丝,由上海光华金属丝网厂用木织布机,手工编织出合金网,供给化工部门使用。上海华昌仪器厂是一九五六年由三家小首饰厂合并成立起来的。为使中国玻璃纤维工业用的漏板坩埚材料能早日立足国内,他们克服了装备技术上的许多困难,于一九五七年试制成功52孔的铂铑合金漏板坩埚。
在中国贵金属材料发展的初期阶段,除了上述材料之外,还有透氢材料、测温材料、熔化光学玻璃用的大型铂坩埚、钎焊料、各种银基触头材料等,都已研究出来,并能批量生产。例如,北京有色金属研究院、宝鸡稀有金属加工研究所,先后研制出超纯氢净化器用的钯银和钯银金等合金材料。
六十年代初,铂、钯产量还很少,因此,必须设法找代用金属。从六十年代中期开始,开展了“以金代铂”的研究工作。北京有色金属研究院姜斌等人研究成功了5种金基合金。与此同时,第三机械工业部六二一所、上海有色金属研究所、昆明贵金属研究所、宝鸡稀有金属加工研究所等单位,研制成功一系列金基合金,用在精密仪表制造中,代替原用的铂、钯基合金。一九六八年,在六二一所召开了金基合金航空材料鉴定会及标准审定会,初步建立了中国金基合金体系并制定出中国第一批金基合金材料标准。为了进一步提高材料的耐磨性,宝鸡稀有金属加工研究所、昆明贵金属研究所,还分别研制出加入稀土元素的新型金基合金。经过十多年的努力,在金基合金领域内,无论是合金品种,还是应用的广泛程度,都具有中国自己的特点。
七十年代以后,中国军工及国民经济各部门的发展,对贵金属材料的品种、牌号、规格、数量、质量等方面都提出了更进一步的要求。而这时,中国各种贵金属产量也有了很大提高。这就使得中国贵金属材料的发展进入了一个蓬勃发展的时期。其特点是:
化工用铂催化网生产技术水平不断提高,再生铂网的年生产量逐年增加,还制定了部颁标准。玻璃纤维漏板坩埚的规格已从原来单一的50孔,发展到1000孔的各种规格。精密电阻材料方面,研制生产出10几种合金,形成了从低阻到高阻比较完整的合金系列。三种铂基应变电阻材料的产品性能,达到了国外同类产品的先进水平。电接触材料方面,研制出从小负荷到大负荷,包括有银基、金基、铂基、钯基以及钯银铜金铂锌六元合金、银镁镍合金等新型材料40多种。测温材料方面,生产出符合国际温标规定的标准电阻温度计、工业用铂电阻温度计用纯铂丝、多种工业用的铂偶丝和金基低温偶丝。贵金属焊料也得到发展,除能生产多种银基、金基等通用焊料外,还研制出许多电真空、半导体器件用焊料和其他特殊用途的焊料。生产出能加工纯金、纯银、纯铂及其合金的,规格小到容积几毫升(实验室用),大到上百立升(生产光学玻璃用)的坩埚器皿,还研制出高质量的精密铸造铱坩埚。磁性材料方面,为满足制作高精度精密仪表的需要,研制并生产出具有优良磁性、抗腐蚀、易加工成型的铂钻永磁合金。贵金属电镀研究和应用取得了很大成绩,如光亮电镀、厚层镀铑、电镀液商品化等。铱粒生产也得到了提高,从原来用废料复制生产铱粒,发展到以锇、铱、钌为主要原料,自行配制,生产多种高级金笔用的铱粒。
金属及合金的熔炼一般都采用了真空中频炉或高频炉。大部分单位都具有多种较精密的轧机、挤压机、拉丝机和拉管机,少数单位还装备有20辊精密轧机。产品的精度,箔材可薄到3—5微米,丝材直径细至0.008毫米,管材可生产Ф0.8×0.05毫米的毛细管。除少数金属及其合金外,已能提供各种规格的管、片、箔、丝、棒材,满足工业发展的需要。
七十年代以来,特别是进入八十年代,随着家用电器、通讯、计算技术和各种微电子技术的迅速发展,中国的贵金属材料及制品工业,开拓了许多新领域。贵金属材料应用最广、最重要的是在精密合金方面,出现了很多性能优异的新材料;难熔铂族金属的加工取得突破;透氢材料有了新的进展;体现贵金属独特性能的一些新型材料,如膏状焊料、催化剂、浆料等被研制出来,并形成批量生产;这个时期发展最迅速的是复合材料。
在这个时期中,中国贵金属精密合金向高性能、高寿命方向发展,出现了一大批新型合金。如昆明贵金属研究所马光辰、黎鼎鑫等人开创并指导了铂族合金的研究工作,在此基础上,研制成功了铂钨铼镍等应变电阻合金,电接点材料铂钌10合金、银铈0.5合金。六二一所在电接触新材料、新工艺方面做了大量研究工作,改善铂铱25合金板质量的新工艺,获一九八四年国家发明三等奖。该所还主持制定了中国第一部航空用贵金属材料标准。在测温材料方面,重庆仪表材料研究所、昆明贵金属研究所等单位,研制成功符合国际电工委员会(IEC)标准Ⅰ、Ⅱ级的铂铑10/铂、铂铑13/铂、铂铑30/铂铑6等三种热电偶材料,还研制成功铂电阻温度比为1.385的工业铂电阻用铂丝。四川仪表一厂、昆明贵金属研究所先后研制出转炉炼钢生产中快速确定钢水中碳含量用的铂铑10/铂和铂铑13/铂定碳偶丝。在电真空及半导体用焊料方面,昆明贵金属研究所研制成功钯系电真空焊料,填补了国内空白。北京有色金属与稀土应用研究所研制成功满足砷化镓半导体微波器件上芯片粘接、蒸发、溅射靶片用的金锗银合金材料。
铑、铱、钌、锇四个元素,通称难熔铂族金属,加工非常困难。为了满足工业发展的需要,昆明贵金属研究所、北京有色金属研究院、西北铜加工厂自七十年代以来,研究这些金属及其合金的加工。研制成功铱铑/铱热电偶丝,20K以下测温材料铑铁丝,电真空管、原子吸收灯等用的铑、铱、钌及其合金的丝、片材。
宝鸡稀有金属加工研究所,在一九七○年至一九八○年期间,李景臻、王栋、袁弘鸣等人研制成功一系列透氢量大、强度高,在氢气中稳定性好的钯合金,其中钯银金镍新合金获一九八二年国家三等发明奖。该所还研制出环保及防化器材用电解超纯氢净化用钯合金管材。
贵金属,特别是铂族金属,具有优良的催化活性。中国自七十年代中期开始研制这类催化材料。昆明贵金属研究所研制成功的柴油机排气净化用的铂族催化剂、“红旗”轿车排气净化催化剂,其净化能力、强度、稳定性等能满足实际使用要求。抚顺石油三厂研制成功的铂铑双金属重整催化剂,大连化学物理研究所等单位研究成功的铂铱铈铝多金属重整催化剂,都用于石油生产。六二一所的铂铑催化剂新工艺研究,获一九八三年国家发明三等奖。
为适应微电子技术发展的需要,中国从六十年代末开始研制贵金属浆料。昆明贵金属研究所研制成功银浆及高导低温银浆,银钯30导电带等多种导电及电极浆料,玻璃型厚膜细线金浆,钯—银浆,二氧化铱浆,二氧化钌浆等电阻浆料。
随着国民经济的发展,对贵金属材料的需求量越来越大,而贵金属产量却满足不了需要。另外,近代工业中许多元器件的综合性能,单靠一种材料是难以达到的。因此,中国自七十年代起,采用多种形式的节约代用措施和不同的复合工艺技术,研究和生产了多种复合材料和贵金属材料的代用品。昆明贵金属研究所、四川仪表一厂、南京玻璃纤维研究院等单位研制成功弥散强化铂和铂铑合金。用这些材料制造的坩埚高温性能好,使用寿命长,可节省50%以上的铂。桂林电器科学研究所、上海电器科学研究所、苏州合金材料厂、济南电工合金厂等单位研制和生产了一系列的银基颗粒复合材料,既提高了电接点的使用寿命,又为国家节约了大量银。层状复合材料是近十几年来发展最快的领域。昆明贵金属研究所、北京有色金属研究院、宝鸡稀有金属加工研究所以及全国许多电工合金厂,研制出多种银/铜、银合金/铜合金的复合材料,满足了电子、电讯、机械工业、家用电器工业发展的需要。复合种类从纯金属到合金,复合方式从二层到多层,从整面到局部嵌镶复合。复合方法从爆炸、钎焊发展到固相复合。
在节约代用贵金属方面,昆明贵金属研究所研制成功新型非钌钛阳极,与航空工业部三○三所共同研制成精密瓷基导电滑环,沈阳有色金属加工厂研制成功部分代替金—镍的铜—锰焊料。
二次资源是使用后再生的贵金属。新中国建立以前,中国仅金、银的再生回收技术有些基础。除金笔行业能少量回收一些自身的废料外,其他方面的回收工作均属空白。
新中国成立后,此项工作发展迅速。八十年代,废料回收已在贵金属工业中十分兴旺活跃。中国因铂族金属使用较集中,再生回收的研究工作也进行得多一些,其回收与使用量的比率稍高,约可达70%。金、银回收与使用量的比率却很低,金约5%,银约12%,此项指标,与生产规模、技术装备、管理方法等各方面的水平密切相关。
当代中国的有色金属工业(第18——20章,完)
当代中国的有色金属工业(第4—5章)
当代中国的有色金属工业(第12——13章)
当代中国的有色金属工业(第4——5章)
当代中国的有色金属工业(第1——3章)
当代中国的有色金属工业(第6——7章)
当代中国的有色金属工业(第8——11章)
当代中国的有色金属工业(第14——17章)
当代中国的有色金属工业(第1——3章)1
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