我国碳化硼产业现状及对于我省硼酸企业建议

我国碳化硼产业现状及对于我省硼酸企业建议

（辽宁省硼工业协会第三届会员代表大会暨技术交流会的报告）2010.1.28

一、碳化硼的性质及用途

从1893年研究制造出碳化硼到现在已经有一百多年的历程，碳化硼从不被人们所熟悉到应用于多个领域，从电阻炉试验到电弧炉生产，从卧式炉冶炼演变成立式炉冶炼，从世界的需求量从几吨到几千吨，国内的产量也由几十吨/年发展到上万吨/年，碳化硼发展的如此迅速让硼行业刮目相看。

碳化硼为黑色粉末，莫氏硬度9.36，维氏显微硬度49Gpa仅次于金刚石；粉末常用于硬质合金、宝石等硬质材料的磨削和抛光，具有非常高的研磨能力，是理想的最硬的人造磨料之一；碳化硼具有很好的化学稳定性，能抵抗酸、碱腐蚀，因而作为抗腐蚀材料制成耐酸、碱零部件；碳化硼耐高温，熔融温度高达 2450℃是耐热制品和高级耐火材料的重要原料；碳化硼是高性能结构陶瓷和复相超硬、超高温陶瓷的原料，常制造成耐磨损喷砂嘴、水射流喷嘴、机械密封环、泥浆泵的柱塞、高温叶轮等；由于硬度高而密度为2.52g/cm3所以其陶瓷制品也用于航天高级装备防护上，在直升飞机、防弹装甲、防弹衣、舰船涂层方面普遍应用；碳化硼具有良好的中子吸收性能目前已广泛用于核工业原子能反应堆的屏蔽板和中子吸收芯块。

由于碳化硼在机械研磨、耐火、化工、工程陶瓷、核工业和军事等不同领域方面应用，碳化硼质量也有一定的差别，它们的用量又在不断增加，因此批量生产的碳化硼不得不对其主要的原料硼酸提出不同的要求、从而开始了硼酸的选择使用。

二、我国碳化硼生产现状

我国现有的碳化硼生产厂主要分布在黑龙江的牡丹江、黑河、大连、内蒙古通辽等地，由于碳化硼企业比较封闭，生产工艺比较落后，沿用前苏联的模式生产的小企业较多。近几年大连正兴磨料有限公司引进国外的先进冶炼技术，自主消化，提高冶炼水平，对碳化硼冶炼炉进行了突破性改进，使冶炼能力和产量大幅度提高，尤其是在B10同位素上有了新的突破。同时大连金玛、牡丹江金刚钻也先后进行了改造。据不完全的统计国内现有碳化硼冶炼能力可达10000--12000吨/年，碳化硼加工能力不超过8000吨/年。实际上各厂都没有达到满负荷生产能力，现有的产品几乎一半外销。近几年碳化硼产量波动在国内年需求2400—3000吨和国外年需求3000-3500的水平，其中耐火材料和混合原料用量的比例远远大于研磨和工程陶瓷的用量。

国外碳化硼厂大都集中在经济发达的国家如美国、德国、日本等国家，由于国外对碳化硼冶炼和生产环境污染控制的要求格外严格，加上能源和人工费用昂贵，几乎都不再冶炼碳化硼，纷纷改原来生产模式为进口所需的粉料加工成碳化硼耐火材料制品、工程陶瓷制品等更高端、附加值高的产品。07-08年度我国出口碳化硼约3500吨（分别约为亚洲700吨、欧洲1300多吨、北美洲1400吨和其它地区少量）。出口的价格分别为6800—12400美元/吨；进口碳化硼仅有1.2吨左右，价格达到29000美元/吨，而从欧洲进口的价格达到74000美元/吨。

国外碳化硼的刚性需求和我国出口碳化硼价格的差异，经济发达的国家在今后依然会通过我国进口碳化硼，也促使我们碳化硼行业如何来生产出满足他们需要的质量和规格。

三、碳化硼用硼酸原料及对于碳化硼生产影响

硼酸是生产碳化硼的主要原料之一，目前国内大多数生产厂都用它作为碳化硼的硼元素来源。在冶炼过程中，硼酸的纯度、粒度、杂质成分都将对碳化硼产生很大影响。我们知道硼酸实际上是氧化硼的水合物（B2O3·3H2O）, 比重为1.435是白色粉末状结晶或三斜轴面鳞片状光泽结晶，有滑腻手感，无臭味。目前工业化生产硼酸的方法有硼砂硫酸中和法、碳氨法、盐酸法、井盐卤水盐酸法等，由于硼酸的性质和生产方法可知道，不同的方法生产的硼酸其纯度、粒度不同、同时会伴有不同的残留物如含有SO4、Cl根等的杂质成分，这些杂质在生产不同用途的碳化硼中势必会有一定的影响。我们通过长期生产的实践掌握的情况把国内外硼酸来比较一下。

1.国内外硼酸质量的差异

（1）纯度

国外硼酸纯度要求99.5%以上，一般进口产品检测纯度波动在99.8-99.9%之间； 国内硼酸纯度要求98.5%，有的略带有黄色（含杂质），其中也有好的检测的纯度达到99.6%，（ 一是产品粒径较小，外观质量较差；二是含铁超标；三是硫酸盐超标，）

（2）粒径

国外硼酸（如美国、俄罗斯、土耳其）粒度一般小于0.5mm，一般为粉末状， 国内硼酸粒度一般1.4-2.8mm一般为晶体颗粒状 （3）杂质含量

一般的情况下国外硼酸各批次之间的波动较小，水不溶物很难检测到，个别检测到的硫酸盐等杂质已经是PPM级。

2.硼酸质量对于碳化硼生产的影响

（1）碳化硼的反应过程

通过生产的实践在碳化硼的反应过程中，国外硼酸扩散速率相对快一点。 （2）碳化硼结晶状态

国外的客户习惯于用立式炉冶炼含碳高的碳化硼，而国外硼酸比较适合这类碳化硼的生产工艺。

国内碳化硼主要用于研磨方面，对碳化硼来说需要B6.5C相位的含量多一点，自由研磨对磨料杂质的要求比较松，含有少量的硅、钙、铁以及硫酸盐和氟或氯残留对研磨本身的影响并不明显。所以国内的客户使用的碳化硼一般偏爱B6.5C相含量较多的碳化硼，长期以来这种碳化硼一直是用国产硼酸在卧式无芯电弧炉生产。

（3）生产效率

两种硼酸在实际碳化硼生产中有一定的差异，国产硼酸单耗会达到6-7，出品率约在12-13%左右；国外硼酸单耗可达到5.3-6，一般出品率约在13-14%左右，所以国外硼酸生产单耗低，出口量较多的情况和生产B4C相碳化硼多愿意采用国外硼酸。出口国外的碳化硼主要用于工程陶瓷制品所以应尽量采用国外硼酸，尊重国外客户采用习惯工艺生产的碳化硼。同时也能有效控制碳化硼产品中的硫酸盐和氯等的含量，和仅有ppm级的氧、铁、钙等含量对陶瓷制品成品率的影响。

四、对于我省硼酸生产的几点建议

目前国内的碳化硼冶炼技术的提高和冶炼炉的不断改进，卧式炉被各式各样的立式炉代替，如何将国内的硼酸也能生产出和国外质量相似，满足于碳化硼原料的不同要求也将成为硼酸行业的一个课题。辽宁省是硼资源丰富的省份，有几十年硼产业发展的基础，目前以”两硼”为主体的硼产品加工厂也不少，如果能将按照国外的硼酸标准对照我们生产产品的差异，参照国外的标准专门制定出用于我国碳化硼行业的硼酸企业标准，在粒度的细化、控制硫酸根和氯化物的含量等方面下功夫，一定能生产出和国外质量相似的硼酸。

同时国内碳化硼行业使用于国内的研磨等用途的碳化硼，可以尽量采用国产硼酸。我们深信辽宁的硼酸生产厂在今后通过工艺改进、项目改造等途径采用更先进的方法，定能提高硼酸的结晶收率，使硼酸降低成本，到那时碳化硼行业年用3万吨以上的硼酸也将有望全部国产化。

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