钨矿冶炼产能相对过剩,回收利用方面中国钨品回收率亟待提升(70页报告)
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钨的冶炼环节主要涉及钨精矿-APT-三氧化钨-钨粉-碳化钨粉等多个环节。钨粉或碳化钨粉作为下游硬质合金、钨材主要原料,蓝钨(WO2.90)、((WO2.72)等缺陷氧化钨还可作为储能电池电极材料、气敏元件、隔热涂层、催化剂、屏蔽材料和隐形材料等。钨精矿还可直接制得钨铁,主要作为炼钢添加剂使用,主要用于特种钢生产。由于钨主要以硬质合金形式消费,本节主要关注从钨精矿到碳化钨的产品链。

仲钨酸铵:即APT(Ammonium Paratungstate),化学式为(NH₄)WO·xH₂O,是钨冶炼的中间产物,在整个钨产业链中具有承前启后的重要作用。中国APT 冶炼技术早期从前苏联引入,主要采用苏打烧结工艺处理黑钨精矿。随着国内黑钨资源相对贫化、矿石成分趋于复杂及环保驱动下,主流APT生产工艺逐步演进为:烧碱((黑钨)/苏打((白钨)压煮制得粗钨酸钠——离子交换法/溶剂萃取法转型为APT 溶液+钨钼分离——结晶得到APT,从而将含65%WO3 的钨精矿转化为含88.5%WO3 的APT,实现钨元素的富集。

离子交换法与溶剂萃取法的作用机理本质相同,所采用的交换树脂或萃取剂的功能团都是季铵或叔胺,区别在于树脂为固相、萃取剂为液相,进而导致设备与工艺步骤的差异。

该环节工艺难点在于杂质的分离与去除以及温度、pH 值和反应时间的控制,上述因素对产品粒度、纯度及结晶状态均会产生影响。

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氧化钨:APT 经焙烧脱去化合水与氨形成钨酸,进一步煅烧得到钨的氧化物。通过反应条件的调整,可制得不同含氧量/缺陷氧化钨。不同氧化钨呈现不同的颜色,常见的有黄钨、紫钨、蓝钨、褐钨等。黄钨即三氧化钨((WO3),是最常见且稳定的钨氧化物;紫钨(WO2.72)具有独特的针状或棒状晶粒,适用于超细钨粉制备;蓝钨((WO2.90)除了常规用于制备钨粉外,还可用作为催化剂使用。

钨粉、碳化钨粉:制取钨粉的方法有氢还原、碳还原和金属热还原法等。现代工业最通用的是一次或二次氢还原三氧化钨或蓝色氧化钨的氢还原法。此法能精确地控制钨粉的粒形、粒度及粒度组成。钨粉经配碳烧结得到碳化钨。

量的关系:依据元素守恒定律,1 吨65%钨精矿可制得0.73 吨APT,1 吨APT 可生产0.89 吨三氧化钨与0.7 吨钨粉,实际生产中需要考虑损耗。国内钨品冶炼工艺成熟且有行业规范限制,据工信部颁布的(《钨行业规范条件》,对于新建及改造项目,APT 环节回收率不得低于95%,钨粉、碳化钨粉回收率均不低于99.5%。

矿端供应紧张及环保扰动下,2024 年APT 产量同步下调,江西、湖南、广东减量明显。

从工艺来看,据百川盈孚,2024 年国内APT 产能约18 万吨,其中62%采用离子交换法,38%采用溶剂萃取法。APT 产能过剩且竞争格局较为分散,CR5 仅42%;2024 年国内钨精矿产能达15.9 万吨,按1 吨钨精矿可制备0.7 吨APT 计算,国内钨精矿仅可满足11 万吨APT 产能的原料需求。据SMM,2024 年国内APT 产量为13 万吨,同比-8%,减量1.1 万吨,主要供给来自江西(38%),湖南(20%),福建(16%)。各主产地均有较明显减量,包括江西(-5410 吨)、湖南(-2930 吨)、广东(-1710 吨)。

标准品的异质性:超细超粗、高纯度钨粉末具备较高附加值。从钨精矿到硬质合金涉及多道加工工序及中间品,钨粉末的粒度、粒度分布、氧含量、团聚状态等特性会在硬质合金的制备过程中被“继承”,并直接影响硬质合金的微观结构和宏观性能,因此,硬质合金的最终性能和质量在很大程度上取决于钨粉末的品质。与许多金属材料类似,国内钨冶炼品呈现产能过剩、集中度低、高端品尚需进口等特征。具体至钨粉末,目前国内中颗粒产品供应相对充足,但超细、超粗粉末供应相对稀缺,主要作为高性能需求的硬质合金原料,较标准品存在溢价。例如,超细钨粉制得的硬质合金更细小的晶粒结构,可提升材料的硬度和强度,适用于微型钻头、精密模具、高精度切削工具等对硬度和耐磨性要求极高的领域;超粗钨粉制得得硬质合金具有更高的耐磨性和抗热冲击性能,适用于矿山凿岩工具、石油钻采工具、冲压模具等极端工况和连续作业场景。

回收钨即对钨生产过程中的固体废渣以及终端消费品废弃物回收再利用,占全球钨品供应量35%。钨回收主要原料包括硬料(如废旧硬质合金、钨合金、纯钨零部件及边角料等)、软料(如磨削料、粉末冶金生产废料)以及含钨催化剂废料等。经处理产出钨粉、碳化钨粉、APT、钨酸钠等。目前,全球约35%钨供应来自回收料。

经过50 年的技术迭代,中国已建立了完善的再生钨资源回收利用产业体系,各类再生钨资源实现有效回收和利用。2023 年,中国钨消费总量达到6.42 万吨,同比增长1.39%。

其中,原钨消费为5.32 万吨,再生钨(废钨)消费为1.1 万吨。然而,中国钨报废回收率仅为17%,远低于国际平均水平(35%)和欧美国家(40%以上)。在回收质量方面,国内再生钨主要应用于生产性能要求相对较低的矿用合金等领域,部分用于生产棒材及刀片。与原生钨制品相比,再生钨制品在稳定性和切削性能方面存在一定差距。相比之下,瑞典Sandvik 等公司的硬质合金刀具中,再生钨原料占比高达40%以上。

锌熔法、电溶法和化学法为三大主流钨回收利用工艺。锌熔工艺主要处理低钴废旧硬质合金,制得碳化钨和钴的混合料,用于制造硬质合金;电溶工艺主要处理钴含量>10%的废旧硬质合金,制得碳化钨粉和钴粉;化学法只能处理含钨磨削料,通过焙烧、酸浸和碱煮,实现脱碳和钨钴分离,制得钨酸钠或APT 等。纯钨边角料一般可直接用作熔炼特钢的合金添加剂。据中国钨业协会调研,2021 年再生钨资源回收处理能力达3.9 万吨。

从结构来看,化学法为国内废钨主要回收工艺,占比52%,而硬质合金主要回收方式中国,锌熔法占比69%;回收产能主要分布于湖南、河北、湖北、福建等地。