我國鎂資源開發利用現狀及發展對策

吳曉陽

（中國中鋼集團有限公司）

鎂及鎂合金材料與其他金屬材料相比，具有資源豐富、功能特性好、力學性能佳等優勢，近年來在汽車、航天、信息、國防、能源等領域的輕量化應用市場日益廣闊［1］。我國對鎂資源的開發和利用目前主要集中在金屬鎂、普通鎂砂和合成鎂硫肥等初級產品的生產上，深加工產品仍非常有限。在“雙碳”背景下，伴隨電力和環保成本的不斷攀升，高污染、低自然利用率的傳統原鎂生產企業面臨危機，迫切需要優化調整產品結構和加快技術升級改造。隨著全球各國傳統燃油車排放限制政策、新能源汽車輕量化政策的出臺，鎂合金作為最理想的輕量化金屬，已經成為生產輕量化汽車零部件的主要原材料。中國擁有全世界最大的鎂資源儲備量和生產能力，具備扎實的技術基礎，未來鎂產業發展潛力巨大。高效開發利用鎂資源對促進我國戰略性新興產業的發展，實現中國制造業的“減重騰飛”，具有重要的戰略意義。

1 資源狀況

我國鎂資源儲量居世界首位，鎂資源礦種齊全、分布廣泛，陸地鎂資源蘊藏量占全球總量的50%以上［2］。

（1）菱鎂礦（電解法原料）。美國地質調查局（USGS）2019 年公布的數據顯示，全世界已探明的菱鎂礦儲量為85 億t，資源量超過120 億t。我國菱鎂礦資源具有地理分布集中、大型礦床多等特點，產地主要分布在河北、遼寧、安徽、山東等9 個省區，總儲量約36 億t，占全世界的30%，其中儲量最大、品質最優的菱鎂礦在遼寧省，占全國的85%。

（2）白云石礦（皮江法原料）。我國含鎂白云石礦儲量同樣豐富，已查明儲量在40 億t 以上，產地主要分布在遼寧、陜西、山西、寧夏、河南、青海、貴州等省份，陜西和山西兩省的鎂錠產量占全國總量的84%，其中陜西榆林地區是我國的原鎂主產區，該地區原鎂產量占全國產量的60%以上。

（3）我國鹽湖鎂鹵水中的鎂鹽儲量達48 億t，其中硫酸鎂儲量約16 億t、氯化鎂儲量約32 億t，鎂鹽主產區集中在西藏北部和青海省柴達木盆地，兩地合計儲量占全國總量的99%。

2 鎂資源開發利用現狀

2.1 開發利用情況

鎂是地球上資源總量最多的輕金屬元素之一。作為一種新型的輕質耐腐蝕金屬材料，金屬鎂主要應用于汽車、冶金、化工、電子行業等領域，未來市場前景廣闊。鎂產業鏈的上游主要是從菱鎂礦、白云石、鹽湖鎂鹵水等含鎂資源中提煉出原鎂；中游是將原鎂轉化成鎂合金，再將鎂合金通過鑄造、變形等工藝加工成鎂合金型材與鑄件；下游產業主要是對鎂合金進行深加工，通過壓鑄等工藝，形成能滿足下游特殊性能需求的鎂合金系列材料。鎂產業鏈總體情況見圖1。

從產量上看，獨有的資源優勢和皮江法煉鎂技術在國內的推廣，使中國成為世界第一大原鎂生產國，原鎂產量和產能均居全球第一［3］。根據美國地質調查局（USGS）公布的數據顯示，2021 年全球鎂錠產量約120 萬t，其中中國鎂錠產量達95 萬t，市場份額已連續多年穩定在85%左右，2017—2021 年全球鎂錠產量分布見表1。

注：2017—2021 年，中國市場份額分別為88.6%，86.3%，86.6%，90.0%，84.7%。

從市場競爭格局來看，我國原鎂冶煉行業集中度不高，行業頭部企業與其他中小企業之間差距較大，CR3約為14%，CR10約為32%，產量在3 萬t以上的頭部原鎂冶煉生產企業共13 家，市場占有率達35.9%。作為全行業的龍頭企業，云海金屬的原鎂產量2021年達10 萬t，市場份額達9%。近年來，由于環保政策的不斷收緊，小型鎂企越來越難以達到1.5 萬t的行業產能最低門檻。未來3～5 a，伴隨供給側結構性改革的深入推進和鎂行業淘汰落后產能的逐步展開，行業集中度有望大幅提升。

2.2 進出口情況

中國同樣是世界上最大的鎂產品出口國，根據海關總署發布的統計數據，2021 年中國各類鎂產品累計出口量達47.8 萬t，同比增長21%［4］。其中，鎂錠累計出口28.1 萬t，同比增長38%；鎂合金累計出口10.9 萬t，同比增長1.4%；鎂粉累計出口7.7 萬t，同比增長11.6%；鎂制品累計出口0.5 萬t，同比增長4%；鎂加工材累計出口0.3 萬t，同比保持不變。截至2021 年底，各類鎂制品累計出口總額達19.4 億美元，與上年相比翻一番；鎂產品全年平均出口單價為4 052 美元/t，同比增長65.8%，年出口單價、出口量、出口總額均創歷史最高水平。2017—2021 年我國鎂產品出口量及出口金額見表2。從出口省份來看，山西、浙江、江蘇2021 年出口總量均在5 萬t以上，位列全國前三；從出口結構來看，我國目前鎂產品出口仍未能擺脫以鎂錠等初級產品為主，深加工產品有限的基本結構，鎂制品和鎂加工材的占比只有1.63%，與以出口高附加值的深加工產品為主的發達國家相比，仍存在較大差距。

中國每年僅有少量鎂錠進口，2021 年中國進口鎂錠268.46 t，同比增長105%；進口金額76 萬美元，同比保持不變。

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2.3 價格情況

據中國有色金屬工業協會統計，2012—2020 年中國鎂錠市場價格整體保持穩定，在14 000～17 500元/t 波動，2021 年國內鎂錠市場價格快速上升，年平均價格為25 598 元/t，同比增長88.8%，9 月份市場價格達全年最高點64 500 元/t，創歷史最高水平，價格走高主要是受國內外疫情影響，陜西省等鎂資源主產地的相關企業生產及物流運輸受阻，供給不足。由于國內外的需求恢復需要一定的時間，2022 年上半年鎂錠市場仍存在供大于求的情況，整體呈現下滑趨勢，價格回落至24 922 元/t，下半年逐漸恢復平穩，2022 年全年鎂錠市場均價為30 686 元/t，同比增長19.88%。2015—2022 年我國鎂錠市場價格及增速情況見表3。

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2.4 需求格局與消費量

鎂合金加工、鋁合金添加劑、海綿鈦以及鋼鐵脫硫構成我國鎂錠生產的下游產業鏈，其中鎂合金加工的需求占比最大。中國鎂錠下游應用需求占比情況見圖2。

在資源消費方面，根據中國有色金屬工業協會鎂業的統計數據，自2015年以來，中國的原鎂消費量連續多年保持世界第一。2015 年中國原鎂消費量為36.5 萬t，2021 年中國原鎂消費量為44.2 萬t，同比增長21%，2020 年消費量達到最高點51 萬t，2015—2021年中國鎂消費量及增速見表4。

2.5 技術研發現狀

電解法和硅熱法是最主要的2種鎂冶煉方法，電解法是從尖晶石、鹵水、海水中將含有氯化鎂的溶液脫水或焙融成氯化鎂熔體，然后進行電解；硅熱法是用硅鐵作為還原劑，對碳酸鹽煅燒產生的氧化鎂進行熱還原，2 種冶煉技術的比較分析見表5［5］。皮江法是在我國鎂生產企業中應用最為廣泛的一種硅熱法工藝，該工藝分為白云石煅燒、原料制備、還原和精煉4 個階段，工藝流程見圖3。世界上80%以上的發達國家是通過電解法來生產金屬鎂的，而我國主要采用硅熱法。

20世紀90年代初，由于低廉的勞動力、寬松的節能環保政策，我國開始出現了皮江法鎂廠的建設高潮，并在30 a的時間里得到了廣泛運用與推廣。皮江法的優勢在于可直接利用白云石作為原料，工藝簡單、設備易得、建廠投資低、生產規模靈活，在陜西、山西等白云石礦儲量豐富的地區具備推廣優勢；但這種冶煉方法的缺點也十分顯著，皮江法煉鎂在生產鎂的過程中會產生大量“三廢”，其單位金屬的溫室氣體排放量是鋼鐵行業的5倍，同時還存在能源消耗高、熱利用率低、還原罐壽命短、原鎂質量不穩定等問題。隨著我國“碳達峰、碳中和”目標的提出和環保政策的不斷收緊，為推動鎂冶煉行業的節能減排，圍繞硅熱法的技術升級已有大量科研成果，目前豎罐式蓄熱還原爐、豎式預熱白云石、豎式冷卻煅白的回轉窯等新工藝取得顯著進展［4］，已經在南京云海特種金屬有限公司和山西五龍鎂業等生產企業運用并取得了較好的效果，采用豎罐式還原技術，鎂冶煉1 t 鎂的綜合能耗可降低至3 t 標煤以下，溫室氣體排放量大幅降低。

與皮江法相比，電解法具有資源節約、產品質量穩定、生產過程連續、易規模化生產等優點。菱鎂礦顆粒氯化煉鎂工藝、道屋化學公司的海水煉鎂工藝、美國鹽湖鹵水煉鎂工藝等是目前世界上最主要的幾種電解工藝。其中，菱鎂礦顆粒氯化煉鎂工藝流程最簡潔，但在冶煉過程中需要消耗大量的氯氣，會造成空氣污染，現已基本不采用。在HCL 氣氛下對鹽湖鹵水提鉀后或海水曬鹽后所得的廢鹵，進行脫水制取金屬鎂是最適合我國的電解法工藝，該工藝具有環境污染小、流程簡潔、生產環境好、資源消耗低等優點，工藝流程見圖4。但電解法煉鎂同樣存在著生產成本高、建廠投資大等缺點，下游產業鏈用戶的承受度低，每萬噸產能需投資7 萬元，系統復雜，生產工藝較難控制。

3 存在的問題

得益于優秀的資源稟賦和扎實的技術基礎，我國鎂資源的開發與利用具有一定的優勢，但仍存在產業規模小，產品結構不合理、應用面窄等問題，具體如下。

（1）產業發展起步晚，基礎薄弱，產品附加值低，高端設備受制于人。與發達國家相比，我國鎂相關產業起步較晚，底子薄，產品結構仍未能改變以鎂錠等初級產品為主，深加工產品有限的格局，產品附加值低，高品質基礎材料產量低，鎂資源的利用總體上處于價值鏈和產業鏈的中低端。關鍵生產工藝技術與國外相比差距較大，高端生產設備對外依存度高，存在“卡脖子”問題。研發所需的設備和技術也存在受制于人的現象，許多高端鎂合金材料的研發面臨困難，性能提升緩慢，在國際市場上競爭力低。此外，我國鎂生產企業的數字化、智能化水平較低，相對于發達國家，整個行業缺乏系統而完備的標準制定、檢驗檢測、評價等支撐體系。

（2）鎂冶煉行業高污染、高耗能較為嚴重，皮江法煉鎂仍為主流工藝。電解法煉鎂目前仍難以成為我國主流的煉鎂工藝，主要原因在于電解法成本高昂，噸鎂投資約7 萬元，是皮江法的10 倍，難以被下游市場所接受。隨著近年來皮江法煉鎂生產工藝和技術水平的提升，相關企業的生產清潔水平有較大提升，能耗水平顯著降低，但與銅、鋁、鉛、鋅等金屬冶煉行業相比，“兩高”問題仍較為嚴重。根據相關城市的環統數據和企業申報的排污許可資料，皮江法煉鎂企業每生產1 t 鎂大約需消耗標煤4.5 t、新水9 t、白云石11 t、硅鐵1 t，產生約43.9 kg 煙塵、37.3 kgSO2和5 t 廢渣。因此，鎂冶煉在生態環境部公布的《環境保護綜合名錄（2017 版）》中被確定為高污染行業，在國家發改委公布的2019版《產業結構調整指導目錄》中被確定為限制類行業［6］。

（3）科研體系有待健全，研發投入強度低，人才隊伍建設仍需提高。以企業為主導的產業科研體系尚未健全，相關企業的研發投入強度較低，科研經費緊張，科技成果轉化率低，“產學研用”合作不緊密，企業、科研院所、地方政府間的合作尚未形成體系。人才隊伍建設水平有待提高，人才培育機制和人才激勵政策不完善。另外，針對投資運用新技術所可能產生的風險缺乏政府保障機制，科研單位的新技術很難在企業中得到推廣。

（4）鎂及鎂合金材料產業產能過剩的壓力與風險加大，大量企業不符合準入條件。隨著內需的不斷回暖和“雙碳”背景，新能源汽車等戰略性新興行業對輕量化金屬材料的需求預期，近年來，鎂及鎂合金產業已成為投資熱點之一，特別是2021年、2022年上半年鎂價大幅上漲，催發了國內外新一輪鎂冶煉投資熱潮。在過去的10 a 里，我國鎂產能利用率僅53%，產能過剩問題不斷凸顯。據不完全統計，目前國內已經獲批的鎂冶煉投資項目的總產能近60 萬t，2021 年我國鎂冶煉產能約138 萬t，如不考慮政策上的引導，預計3～5 a 之后，我國鎂冶煉總產能將突破230 萬t，增幅超50%，鎂冶煉行業的產能過剩問題將十分嚴峻。另一方面，行業內仍有許多小型鎂企業不符合工信部《鎂行業準入條件》，企業數量占27%，規模最小的企業產能僅0.2 萬t/a，遠低于1.5 萬t/a 的行業準入標準。

（5）廢鎂回收利用率低，未形成體系。廢鎂的主要來源是報廢的鎂合金零部件和在生產過程中產生的廢料與切屑［7］。根據國際鎂協會數據，鎂合金鑄件在成品中的平均利用率約為50%。我國從事鎂合金加工的企業受自身規模限制，加工后的廢料一般不再作為高純度鎂使用，這在造成資源浪費的同時，也提高了生產成本。國外鎂企業受制于行業嚴格的環境保護法，對廢鎂回收的重視程度遠高于我國，在回收方法、保護方法、重熔設備等方面開展了大量科研工作，并逐漸形成了規模化的廢鎂回收產業，回收后的使用量已占據一定比例的下游消費市場［8］。與發達國家相比，我國仍未能形成貫穿資源開采、加工、應用，直至回收的完整鎂產業鏈。

4 我國鎂資源開發利用需求前景分析

4.1 汽車輕量化拉動鎂合金材料需求

由工信部指導，中國汽車工程學會牽頭編制的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》中提出了汽車行業的未來發展路線，即近期以完善高強度鋼應用體系為重點，中期以形成輕質合金應用體系為方向，遠期形成多材料混合應用體系為目標，明確指出到2025年、2030年、2035年乘用車（含新能源）100 km平均油耗應分別降至4.6，3.2，2.0 L。相關研究顯示，普通汽車每減重0.1 t，100 km 油耗可降低0.7 L；新能源汽車每減重0.1 t，行駛里程可增加約10%。由此可見，汽車制造材料的輕量化已成為未來提升新能源汽車續航等核心性能的關鍵。目前，鋁合金主要應用在車身結構等主要零部件上，而鎂合金主要應用在汽車殼體類與支架類等次要零部件上，包括儀表盤支架、顯示屏支架等。若使用鎂合金替代鋁合金，車身整體質量將優化30%～40%，隨著鎂鋁價格比的不斷縮小以及鎂合金加工壓鑄技術的提升，未來鎂合金替代鋁合金更廣泛地運用在車身制造上已成為趨勢。

我國汽車行業的輕量化水平與國際高水平相比仍存在較大差距，輕量化材料的單車使用量較低。2021年我國汽車單車用鎂量不足5 kg，日本和歐洲單車用鎂量分別為9.3 kg 和14 kg，與發達國家相比，我國電動乘用車質量高出10%～30%，電動商用車質量高出15%左右。《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》提出的2020年、2025年、2030年的單車用鎂量具體目標分別為15，25，45 kg。如果2030 年我國汽車銷量達到3 900 萬輛，相應的汽車領域將需要175 萬t 左右的鎂資源，需求提升空間巨大。

4.2 “3C”市場應用成熟且需求穩定

由于鎂合金輕量化、減震性好、散熱快、電磁波屏蔽性佳等優點，在消費電子領域應用廣泛，“3C”市場是鎂的第二大應用市場。手機、筆記本電腦的支撐框架和背面殼體通常使用鎂合金制作，以提高整個機身的輕薄程度和耐久性，中高端及專業數碼單反相機的骨架一般也是由鎂合金制成的，既可以保證堅固性，又可實現設備的便攜性。總體來看，鎂合金在“3C”領域的應用市場已趨于成熟，預計未來對鎂合金的消費量維持在穩定水平。

4.3 鎂建筑模板性能優異，鎂代鋁前景廣闊

住房和城鄉建設部印發的《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》明確提出了“建設高品質綠色建筑，促進綠色建材推廣應用”的總體規劃方向，綠色、節能、可持續是未來建筑行業的發展趨勢。建筑模板作為一種臨時性支護結構，主要用于現澆混凝土結構施工，根據材質可分為木模板、鋼模板、鋁合金模板等，我國目前仍以使用木模板為主，由于木模板存在周轉使用次數低、回收困難等局限性，因此在使用過程中存在資源浪費，多地政府已陸續出臺政策限制木模板的使用，大力推進新型建筑材料的推廣。鋁合金模板因其高穩定性、高強度、綠色可回收等優勢，市場份額增長迅速，截至2021 年底，全國鋁合金模板市場保有量約7 950 萬m2，市占率約27%，但鋁合金模板存在耐酸不耐堿的缺點，鋁合金模板表面易與弱堿性的混凝土產生親和反應從而被腐蝕，影響成型混凝土的表面質量。鎂建筑模板在保留了鋁模板優勢的基礎上，存在以下優點：①密度低，輕質量。每平米鎂建筑模板比鋁建筑模板輕約25%，方便拆裝，降低了工人建筑工作和清理建筑垃圾的難度。②耐堿。不與混凝土發生反應，清洗后可實現再利用；③回收效率高。鎂合金模板可回收重新冶煉制作成鎂錠或鎂棒，在該過程中其物理特性不變，這是其他金屬材料無法實現的。考慮到鎂建筑模板的優勢和加工技術路徑的統一，未來實現規模化生產前景廣闊。

4.4 鎂基儲氫，未來可期

2021年3月，國家發改委和國家能源局聯合印發了《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035 年）》，規劃明確指出氫能是我國戰略性新興產業發展的重點方向，目前已有30 個省市將氫能產業作為“十四五”戰略發展規劃中的培育重點。氫氣由于其密度低、易爆炸的特征，存儲與運輸方面的困難一直是約束氫能產業快速發展的瓶頸，大力發展低廉、高效、安全的儲氫材料對實現我國氫能產業的規模化發展具有決定性作用。對新型儲氫材料的研究與推廣對新能源汽車、風能光能產業、電力行業等領域有重要價值，對實現國家氫能戰略意義重大。與金屬氫化物、碳納米管等傳統固態氫材料相比，鎂基儲氫材料具有豐富、廉價、易得、環保等優點，是最具應用前景的固態儲氫材料。國際能源協會（IEA）規定未來新型儲氫材料的標準是在低于373 K 下吸氫容量大于5%。鎂作為最理想的新型儲氫材料之一，其吸氫容量遠超標準，高達7.6%，且在儲氫過程中不釋放任何有害氣體。我國作為全球最大的鎂生產國和出口國，隨著鎂基儲氫科研工作的不斷開展，相關產業未來發展潛力巨大。

5 對策及建議

（1）完善政府支持鎂產業發展的相關政策和標準，建立產業研發、生產、應用一體化平臺。按照“嚴格準入、綠色轉型”的原則，充分發揮環保政策倒逼機制，在環保督察、排污許可等新型環保制度下，督促陜西、山西、寧夏等地的傳統鎂冶煉企業加快綠色轉型，推廣豎罐冶煉技術；建議生態環保主管部門聯合各有關部委制定行業環境管理指導意見，修訂《鎂行業規范條件》，盡快建立起完善的鎂行業節能減排指標體系，加強鎂冶煉投資項目的環保審查力度，提高鎂冶煉企業準入門檻；加強頂層設計，以政府為導向支持建設全國性、行業性的研發、生產、應用一體化平臺，建議國家層面通過工業轉型升級（中國制造2025）專項資金等支持國家級輕量化材料創新中心、國家級實驗室建設，支持有特色、典型產品的龍頭企業加快行業關鍵技術攻關、成果轉化及產業化推廣，在投資方面給予采用新技術的生產試點企業一定的政策傾斜，例如簡化審批程序、政策優惠等，降低企業的投資風險，提高企業開展創新生產的積極性。

（2）提高企業自主創新能力，構建完善的“產學研”體系。圍繞產業核心技術，縮短研發和產業化應用周期，建立產業鏈上下游優勢互補機制，增強企業自主創新能力；避免進口設備“卡脖子”的問題，在鎂及鎂合金材料的生產和檢測中，注重對高端設備的自主研發和使用［9］；重點推進企業向智慧化、數字化生產制造轉型升級，促進新一代信息技術在生產中的應用，如5G、大數據、工業互聯網等；鼓勵和支持企業內部相關科研成果的適應性生產，構建完善的應用研究體系和自主知識產權體系，在國內構建集設計、制備、檢測、應用、評價于一體的世界高水平行業研發系統。

（3）實施創新人才發展戰略，構建精尖人才體系。大力實施創新人才發展戰略，加大鎂及鎂合金行業創新型人才的培育力度，制定科研人員激勵政策，重點支持中青年創新骨干從事原創性研究，構建可持續的創新能力；制定完備的員工發展體系、薪酬體系和國內外人才交流體系，鼓勵年輕團隊與經驗豐富的國內外專家學者進行技術交流，落實“走出去、引進來”的精尖人才引進及發展戰略舉措，在國外人才引進方面給予政策優惠和薪酬激勵；匯聚領域內院士、科技創新領軍人才等高端創新人才，加強其與生產企業之間的聯系，發揮其引領作用，使創新人才與實體產業緊密結合，助力企業可持續的人才隊伍建設。

（4）鼓勵大型國有金屬材料企業進入鎂產業領域。國有企業是承擔國家戰略和重大任務的主要載體，是經濟發展和社會發展的重要支柱，在提升鎂行業整體資源配置效率和技術創新的速度方面發揮著重大作用，對行業發展至關重要。傳統金屬材料企業的冶煉加工工藝、技術儲備、生產設備等都可以用于發展鎂產業［1］。韓國浦項鋼鐵公司在10 a 前就已經與重慶大學在鎂合金新材料加工領域開展技術上的合作與交流，已投資建設多個鎂及鎂合金生產企業，為中國傳統金屬材料企業提供了借鑒。中國寶武集團、中鋁集團等大型國有企業同樣具備發展鎂產業的技術與人員基礎，并且近年來通過資本運作等方式正在不斷加大在鎂產業領域的參與度，建議國家有關部門能夠出臺相關政策，進一步鼓勵大型國有企業進入鎂產業，圍繞提升產業鏈整體競爭力開展市場化并購重組，在若干方面主導鎂產業發展，改變行業“小而散”的競爭格局，提高行業集中度，打造具有國際競爭力的鎂企業。

（5）擴大鎂合金應用，提高廢鎂利用效率。考慮到鎂與鋁相比存在密度小、比強度大、減震性好、輕量化效果顯著等優勢，應大力推動鎂產品逐步由裝飾件、承載較低的零部件向次要部件、主承力部件拓展。其中，鎂輪轂作為已經被工信部列入《重點新材料首批次應用示范指導目錄》的重點產品，國內廠商正在加快其推廣步伐，隨著鎂合金成形技術的不斷升級，應盡快建立起鎂合金生產企業與汽車、3C、能源、軍工等下游用戶的合作對接機制，推動上下游合作解決合金設計、工藝研究、設備研發等方面的行業難題，集聚資源進一步擴大鎂合金應用；提高廢鎂利用效率，對標發達國家在回收方法、保護方法、重熔設備等方面的優秀做法，開展科研活動，促進資源開采、加工成形、應用、廢料回收等環節形成完整的產業鏈。