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石灰新产业3|金属钙行业趋势分析与应用前景
2024-07-01 09:01:06 来源：石灰窑生态圈
石灰新产业3|金属钙行业趋势分析与应用前景 一、金属钙行业概述 1、金属钙的定义与特性 金属钙是相当硬而质轻的一种银白色的金属元素，是元素周期表中的第2号元素，具有高活性、低密度、高热导率等特性。金属钙的化学性质活泼，容易与许多元素和化合物发生反应，在常温下能与许多非金属元素直接反应，生成相应的钙化合物。在常温下以固态形式存在，而在高温下则呈现液态或气态，因此在工业上具有广泛的应用。 物理性质:质软，密度 1.54g/cm3，熔点 839±2℃，沸点 1484℃。 2、金属钙的主要用途 金属钙具有高负电性、化学性质活泼等特性，在冶金、石油化工、电池能源等领域均有广泛的应用。 金属钙主要用于特钢等冶金的还原剂、铁和铁合金的脱硫与脱碳、铝的冶炼和合金制备的还原剂和脱氧剂，也是制取高纯稀土上金属的还原剂。金属钙还可用于合成氨、石油化工、有机合成等领域的反应催化剂。此外，金属钙还可用于制造合金、焊药、精密铸造等工业领域，以及油类的脱水剂、剂以及电子管中的吸气剂等。 在钙合金应用中主要应用于：钙易切削钢、钙铅合金、钙铝硅合金、钙硼合金、钙锰硅合金、铅钠钙轴承合金、硅钙合金、硅钙钡铝合金、钙铝吸气剂、钙-镍系储氢合金等。 3、金属钙的生产工艺 虽然钙是金属，且在地壳中含量排名第五（占地壳总质量的3%），但是纯钙的活性大，很容易氧化成二价离子的各式化学变化（在热水中即会产生反应），因此钙并没有实际的“钙矿”，要制造纯金属钙，或是挖掘含钙矿物，通常会取用属于非金属矿产的石灰岩等。 钙的制备主要有还原法、电解法和钙精炼。由于金属钙的活泼性非常强，过去主要用电解熔融氯化钙或氢氧化钙才能制成，近几年还原法逐渐成为生产金属钙的主要方法。 主要包括石灰石煅烧、石灰消化、碳还原、精炼和连铸等步骤。其中，石灰石煅烧是生产金属钙的第·一步，通过高温煅烧石灰石得到生石灰。然后将生石灰消化得到石灰乳，再与碳粉混合后进行还原反应，生成钙蒸气。*后通过精炼和连铸等步骤得到高纯度的金属钙锭或钙丝。 其中，石灰石煅烧竖窑新技术不断涌现，如：“唐山金泉冶化科技产业集团”旗下“唐山金泉冶化科技产业有限公司研发中心”推出的一系列新型煅烧竖窑，采用气体燃料（如：工业尾气、天然气、生物质气等）时选用“中心烧嘴式竖窑”专利技术（已授权发明专利号：CN202310089589.6，已授权实用新型专利号：CN202320170978.7），采用固体燃料（如：块状煤炭、粉状煤炭、生物质碳粉等）与气体燃料两用时选用“混料与喷吹两用的窑外通道支撑式双膛石灰窑（已授权实用新型专利号：CN202321555958.8，发明专利号：CN202310723255.X）”。该系列技术的推出，为生产高纯金属钙产品以及降低能耗、环保治理、提高品质、能源转换、CO2气体回收等环节实现产业升级打下良好基础。 二、金属钙行业市场现状 1、全球金属钙市场规模及发展走势 金属钙市场规模持续增长，随着全球经济的复苏和工业领域的快速发展，金属钙市场规模不断扩大。目前，随着金属钙用途的不断扩展，钙的市场需求将以每年5%以上的速度增长。 （一）、全世界金属钙发展走势： （1）、2023年全世界金属钙生产、加工、贸易和消费总量与2022年基本持平，且略高于2022年全年0.03%的总量增长空间。 （2）、预判2024年全世界金属钙产能达到15万吨以上，铝酸钙产量为20万吨以上，2025年全世界金属钙产能达到18万吨以上。 （3）、国际市场中，欧美国家对金属钙及其制品的消费需求在一段时期内保持不变，亚洲、中亚、非洲或中东是金属钙未来中长期增量的主要市场。 （二）、俄罗斯金属钙发展现状 （1）、俄罗斯切佩特斯基机械厂是一家军工企业，电解钙是三大产品中的一类产品，价格可以与中国的还原法粗钙对标，目前产量为600～700吨/月，电解钙改扩建将在2024年完成，建成后实现年产电解钙15000～16000的规模，公司主要生产钙块、钙屑、钙粒销往欧美市场，钙线材直接加工成钙复合包芯线销售给钢铁企业； （2）、俄罗斯新特罗伊茨克合金公司是一家小金属冶炼企业，还原法粗钙项目于2021年建成，2023年5月投产，目前产量为500～600吨/月，钙线材主要销往亚洲相关国家，或部分加工成钙复合包芯线销售给钢铁企业。 （三）全世界金属钙产能统计: 
2、中国金属钙发展情况分析
（一）、发展历史回顾： 2005-2010年是中国金属钙行业发展进程中极不平稳的五年。面对国内金属钙产业规模化生产刚刚起步，国际金融市场一度起伏跌宕的复杂形势和一系列重大风险挑战，行业企业艰苦创业、拼搏奋斗，全面推进工艺升级和还原钙环保治理。五年中，金属钙综合生产力、单体产业规模显著提高。上游工业水平迈上新的台阶。国内总体产业规模达到4万吨/年，较2005年的全世界1.2万吨/年，年均增长30%，单体*大规模由7000吨(电解)/年增加到1.8万吨(还原)/年。 同时，金属钙各项产品加速发展、新产品研发不断创新。电解钙工业技术精益求精，铝热法还原钙生产技术不断进步，单罐产量有了重大突破，钙块、钙屑、钙粒、钙棒、钙丝等系列产品的使用不断推陈出新，钙基系列合金产品在应用中得到了重大突破。硅钙火法生产工艺技术有了新的突破，实芯纯钙包芯线的工业试验得到了终端用户的认可。 另外，金属钙国内外贸易发挥了举足轻重的作用。由电解钙的独有市场到还原钙参与竞争，金属钙上、中、下游产品在内贸加工和出口外销中日益成长，由2005年的3000多吨左右小规模出口量，增加到了2010年1万吨(含电解钙、还原钙及包芯线等多类金属钙产品)出口量，产品对外贸易总额达到了近5亿元左右。 这五年，还原钙工业水平和市场占有率显著提升。电解钙和还原钙在行业发展中各司其职，随着民用市场扩大，原有低迷的市场被广泛开发，还原钙产品由2005年的总量不到2000吨，一跃发展成为2010年的3.5万吨。这些辉煌的数字，充分显示了中国金属钙产业发展的优越性，相信经过第·一个五年的工业奠基，以及后续的努力，金属钙行业的综合效率会有更大的提升，产业结构会有更大的改善。 （二）、国内近年的市场发展概况 （1）、2023年中国还原法粗钙生产较2022年减少了0.04%左右的产量，即3000吨的减量；其减量市场主要由俄罗斯新特罗伊茨克合金公司新建的还原法粗钙投产（4000吨）和俄罗斯切佩特斯基机械厂电解钙增产（2000吨）取代，总体来说2023年中国金属钙减量转化成了俄罗斯的增量。 （2）、2023年1月向国家工信部提交的《粗钙》和《钙线坯及线材》行业标准即将发布执行，2024年第二批《高纯钙》、《钙合金》、《钙复合线》和《粗钙副产品铝酸钙》四项行业标准即将立项，以及GB/T 10267.1-1988《金属钙分析方法（第1-6部分》检测标准的修订与行业检测机构项目启动。 （3）、2024年中国某国企新建还原法粗钙5万吨，项目分为两期建设，一期2万吨，二期3万吨，包含粗钙深加工。 3、其它主要生产国家和地区 ●美国 美国是全球重要的金属钙生产国之一，拥有多家大型钙业公司。 ●加拿大 加拿大是全球主要的金属钙生产国之一，其金属钙产业以矿山为主导。 4、市场需求与消费结构 ●市场需求持续增长 随着全球工业的快速发展，金属钙作为重要的工业原料，其市场需求持续增长。 我国金属钙行业发展近20年来，年度总产量较2004年增长了5.77倍。随着市场需求的不断增量，金属钙也由*初的小种类单一化朝着多元化产品发展，产业规模逐步朝着规范化、体系化和健全化不断升级，以《中国金属钙行业“十四五”发展规划纲要》中“产销倍增”目标为方向，着力推进金属钙产供消总量翻番计划，是2024年金属钙行业拓宽销售渠道、引领新产品消费和基础材料开发应用的首要任务，更是加速钙产业高质量发展和市场稳增长的有效保障。 ●消费结构多样化 金属钙的消费结构多样化，涉及汽车、建筑、化工、冶金等多个领域。其中，汽车和建筑领域是金属钙的主要消费领域。 ●产品结构分析 面对全球一体化和一带一路产业发展新格局，金属钙产业要从东盟合作组织、东盟丝路经济和欧美工业链等多方面具体分析研究。以前、现在和未来，欧美基本是以采购金属钙原材料和加工产品为贸易合作，而东盟、东盟或其他国家，将是以采购成套装备为主。例如：新能源汽车、高铁列车、成品件或蓄电池等，金属钙已经在国内产业链端进行了场景应用。 ●未来市场潜力 目前，金属钙70%-75%应用于全球钢铁冶炼领域。近三年来发生的迭代主要表现为：一是钙线材产品大批量的替代了钙粒产品，自2009年钙线材（俗称钙丝）第·一根线下线以来，截止2023年上半年，钙线材产品市场占有率达到了70%以上，预计到2025年，钙线材产品和钙粒产品的市场占有率为9/1。二是钙系包芯线产品的应用由精炼钢除渣和净化机，已经发展为精炼钢造渣后的助溶剂——不可替代。 从2023年第三度来看，金属钙呈现向好态势，价格随着原辅料的增长而增长，粗钙价格由之前的17000元/吨上升到10月份*高价格19800元/吨。目前近期的含量Ca=99.0%的金属钙价格可达25000元/吨（参考）。 同时，面对以能源、规模化竞争迭代，逐步发展壮大的金属钙产业来讲，资本推动了金属钙冶炼产业的发展，但金属钙产业上下游依旧属于机械化阶段，在实现连续冶炼生产和加工自动化，降低劳动强度和智能数字工厂方面有很大的提升空间。 目前，我国十四五规划为钙产业奠定了坚实基础，统筹推进金属钙行业高质量发展和经济双循环格局，支持、鼓励和实现 2025年金属钙和铝酸钙产销总量翻番已经成为钙产业链新兴市场发展的强心剂。行业崛起要致力于新型钙合金和铝酸钙新材料应用以及钢铁行业碳达峰，全面塑造钙产业链创新驱动新优势，协同铝酸钙、碳酸钙、氟化钙和纳米钙产业绿色发展。 未来，随着环保要求的提高和新能源等新兴产业的发展，金属钙市场将迎来新的发展机遇。 三、金属钙行业发展趋势 1、技术创新与产业升级 ●生产工艺优化 随着科技的不断进步，金属钙行业将不断优化生产工艺，提高产品质量和降低成本。 ●自动化和智能化生产 引入先进的自动化和智能化生产设备，提高生产效率和降低人工成本。 ●产业链整合 通过整合产业链上下游资源，实现产业协同发展，提高整体竞争力。 2、环保政策对行业的影响 ●环保标准趋严 随着环保政策的不断加强，金属钙行业的环保标准将更加严格，企业需要加大环保投入。 ●清洁能源利用 鼓励企业使用清洁能源，减少对环境的污染，推动可持续发展。 ●产业转移与升级 引导金属钙企业向环保条件较好的地区转移，促进产业升级和优化。 3、新兴应用领域的拓展 ●新材料领域 金属钙作为一种重要的工业原料，在新材料领域的应用前景广阔，如碳纤维、纳米材料等。 ●新能源领域 随着新能源产业的快速发展，金属钙在电池、储能等领域的应用需求不断增加。 ●生物医药领域 金属钙在生物医药领域的应用逐渐被发掘，如药物载体等。 四、金属钙的新应用前景 1、用于化学储能 氢能，作为目前发现的能源体系中储量*丰富、无公害、可再生的环境友好型能源，也是化石燃料*理想的替代品，将在我国乃至世界的能源转换体系中扮演着重要的角色。在氢能的开发利用过程中，主要涉及到包括氢的生产、应用、存储以及运输四个环节，而储能及化学储能及储能材料*为关键。 由于氢较低的体积能量密度（低热值9.9MJ/m³，标准状态下气态氢的体积能量密度仅为汽油的0.04%，即使在液态也只是汽油的32%）以至于对其存储环境的空间和压强要求较高。 金属钙本身就是很好的储氢材料，理论储氢含量为4.8%（w）。在LaNi5合金基础上开发出来的CaNi5合金储氢量可达1.9%（w），明显优于LaNi5合金。近年来Ca-Ni-M系列合金材料中，比较突出的是Ca-Mg-Ni系储氢材料，该材料在吸放氢过程中动力学性能优异。 所以，采用金属钙等材料的固态储氢是新兴技术，优势凸显，从零到一前景广阔。 2、新型储能材料应用 近日，复旦大学纤维电子材料与器件研究院、高分子科学系、先进材料实验室、聚合物分子工程国家重点实验室彭慧胜/王兵杰团队，联合王永刚、周豪慎、陆俊等合作者，研发出一种新型钙-氧气电池，该电池可在室温条件下进行电化学充放电，并稳定运行700次循环，展现出高安全性和较低成本等优势。日前，相关成果以《室温下可充钙-氧气电池》为题在线发表于《自然》杂志。 钙金属具有低氧化还原电位和多价性等特性，结合我国丰富的钙资源，基于金属钙的电池体系在未来的能源应用中具有广阔前景。其中，钙-氧气电池具有*高的理论能量密度，但此前一直未能实现在室温下稳定充放电。 以往由于难以找到一种能与钙金属负极相匹配，且能适应高电极电势空气正极的电解质，钙-氧气电池的发展受到了严重制约。为解决这一难题，团队通过系统设计溶剂、电解质盐以及电解质配比，成功制备出一种基于二甲基亚砜/离子液体的新型电解质，有效满足了电池正负极的高要求，研发了可室温工作的新型钙-氧气电池。 据了解，该钙-氧气电池主要由三个部分构成：金属钙负极、碳纳米管空气正极和有机电解质。这一电池的设计不仅优化了性能和成本，也兼顾了环境的可持续性与在柔性电子设备中的应用要求。其中，金属钙负极不仅成本较低，还具有较高的理论容量，有利于全电池实现较高的能量密度。 随着该项成果的应用，金属钙材料也必将迎来发展契机。 说明：本文未经原作者授权不得转发! 下期文章预告：《金属钙生产工艺及高纯钙制备技术》（2024.07.05），文章详细讲解目前国内外工业金属钙的主要制备方法，重点阐述了以工业钙为原料，制备出纯度超过 99. 999% （5N）的高纯金属钙。
资料编辑整理：
《石灰产业》编辑部
2024年07月01日
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行业快讯
唐山金泉公司单月石灰窑订单16座，创行业**。
2014年3月中旬，北方炉窑协会、石灰产业协会等单位走访了国内的*石灰生产单位及石灰窑工程设计建造单位，初步了解了部分石灰产业情况及石灰窑新建工程的在建情况，走访中将进一步对今年该行业的发展情况进行总结交流。
据悉，截至2014年3月1日，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司石灰窑工程订单单月订单达数量达到了16座，创造了国内*新记录，而且全部订单都在2014年2月10日至3月1日签约，也就是说在我国的传统节日2014年春节期间的正月中的半个月完成的订单，订单石灰窑数量平均一天一座窑。
据协会不完全统计，截至2014年3月底，国内石灰窑签约项目约25座，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司一家就签约16座，使其在国内的市场占有率超过了60%，这一业绩使唐山金泉公司2014年全年石灰窑业绩有望突破30座，可继续保持国内业绩*高记录。
据合同资料显示，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司已经签约并开始设计建造的主要用户有：
1、唐山凯业炉料有限公司 4x588m³石灰竖炉（燃煤，冶金灰、建筑灰）
2、甘肃古浪鑫淼精细化工有限公司4x358m³石灰竖炉（燃煤，电石灰、氰胺用灰）
3、广东德庆东航钙业有限公司4x258m³石灰竖炉（燃煤，冶金灰）
4、张家口宏宇化工材料有限公司2x158m³石灰竖炉（燃煤，化工重钙灰）
5、贵州德众钙业有限公司1x358m³石灰竖炉（燃煤，轻钙用灰）
6、印尼马斯特钢铁公司
