李志浩,李 晔,尚建壮,王成龙
(石油和化学工业规划院,北京100013)
摘要:本文重点介绍了我国钡资源及重点钡盐产品生产、消费、进出口等情况,分析了钡盐行业存在的问题,有针对性地提出了发展建议。
关键词:钡资源;钡盐;市场现状;存在问题;发展建议
自20世纪80年代,我国钡盐生产开始步入飞速发展时期。欧美等发达国家受能源、环境与资源等因素制约,行业竞争力下降,开始大量进口钡盐产品,推动我国钡盐出口量增长迅猛。我国钡盐需求大幅增长,叠加出口需求,促使我国钡盐产业产能与产量迅速提升。我国钡盐产业经过多年的发展,目前已占全球钡盐产能的70%,形成从钡矿开采、钡盐生产、钡盐应用和副产物综合利用的完整产业链和产业结构体系。
钡盐作为重要的基础化工原料,其用途涉及军工、航空航天、电子信息化、磁性材料、核电防辐射、高级光学玻璃、电子陶瓷、手机等新兴应用领域,以及钢铁渗碳、医药、颜料、搪瓷、陶瓷、油漆、橡胶、涂料、造纸、焊条、烟火、净水剂、化学试剂等传统应用领域,钡盐系列产品已成为国民经济中不可缺少的重要材料。
1 钡资源情况
钡在地壳中的含量为0.05%,位列第14位。在自然界中,钡的主要矿物为重晶石和毒重石,其中重晶石是最常见矿物,硫酸钡是其主要成分;毒重石是自然界另一种含钡矿物,属全球稀有矿种,以碳酸钡为主要成分。
1.1 重晶石
重晶石为无色透明、白色或浅黄色晶体,具有玻璃光泽,产于低温热液矿脉中,如石英-重晶石脉、萤石-重晶石脉等,常与方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辰砂等共生;亦可产于沉积岩中,呈结核状出现,多存在于沉积锰矿床和浅海的泥质、砂质沉积岩中。全球可开发利用的重晶石主要有沉积型、低温热液型和风化残积型等3种类型。
目前,全球重晶石储量约4亿t,资源主要集中在中国、哈萨克斯坦、印度、伊朗、土耳其、巴基斯坦、俄罗斯、美国、摩洛哥等国家。作为资源依赖性产业,全球重晶石生产主要集中在中国、印度、摩洛哥、哈萨克斯坦、老挝、美国、伊朗,2024年七国重晶石产量占全球产量的比例约90%,其中中国与印度重晶石产量约占全球比例的60%。
我国重晶石资源主要分布在贵州、湖南、广西、甘肃、陕西和浙江等省份,六省储量合计占全国总储量的72.8%,资源量合计占全国总资源量的70.1%。其中,贵州储量和资源量排第一,其次是湖南和广西。近年来,我国重晶石产量稳定在200万t左右,开采利用的重晶石矿床主要为单一重晶石矿石类型的大型、特大型矿床,开采条件简单,生产成本相对较低。
我国重晶石进出口贸易以出口为主。2025年,我国重晶石出口78.7万t,进口20.1万t。过去十年,受环境保护、安全监管日益严格的影响,我国重晶石出口量总体呈逐步下降趋势,出口量由2015年的207.3万t降至2025年的78.7万t。出口产品类型方面,自2015年以来,基本杜绝原矿出口,出口价格呈现较大幅度增长。
1.2 毒重石
毒重石具有比重大、硬度低、吸收X射线和γ射线等特性,广泛应用于油气钻探、化工、轻工、冶金、建材、医药等行业,特别是化工产品制造中的优质钡原料。在自然界,由于毒重石成矿条件非常苛刻,因而在全球范围内,毒重石是稀有矿种,矿床十分罕见。在国外,历史上仅有英国赛特林斯顿矿山有产出,但其规模极其有限,到20世纪60年代已采尽闭坑。目前,全球最大的毒重石成矿带位于我国南秦岭,主要集中在重庆市城口县。
我国毒重石资源主要分布在重庆、四川、陕西和甘肃四省市。其中,重庆储量占全国总储量的84.8%,资源量占全国总资源量的92.5%,储量和资源量在全国占据绝对主导位置,是我国毒重石资源的主要集聚地。
我国毒重石消费结构呈现“化工为主、多元协同”的特征,其中化工领域占比62.5%,是核心消费场景,主要用于硫酸钡制备、精细钡盐生产及阻燃剂等,对产品纯度要求较高;电子信息领域占比18%~20%,为增长最快的领域(年增速超12%),核心应用于电子陶瓷、钛酸钡及光学玻璃等,依赖高纯碳酸钡;油气钻探领域占比10%~12%,用于高端钻井泥浆加重剂,与重晶石形成互补;建材领域占比5%~8%,主要用于防辐射混凝土、钡水泥等,需求稳定;医药及其他领域占比2%~5%,医用硫酸钡(造影剂)为核心应用,对纯度和粒度要求严苛。
我国钡矿进出口贸易以重晶石为主,毒重石进出口量极少。
2 钡盐行业发展情况
我国钡盐产业经过多年的发展,已经形成了比较好的产业基础,从资源开采到资源加工形成了比较完善的产业结构。钡盐行业主要以重晶石和毒重石为原料,主要产品种类包括:碳酸钡、沉淀硫酸钡、氢氧化钡、氯化钡、硝酸钡、钛酸钡等。以重晶石为原料的化工产业链,需先生产碳酸钡,再以碳酸钡为中间平台产品生产其他下游产品。
2025年,国内主要钡盐产品包括碳酸钡、硫酸钡、氯化钡、硝酸钡、氢氧化钡等,总产量约130万t,较前两年无明显变化,产销基本保持平衡。下游应用领域虽无明显增长趋势,但受成本增加以及生产的不确定因素的影响,部分品种终端价格年末较年初上涨幅度超过30%,阶段性出现供应紧张的局面。
2.1 碳酸钡
2.1.1 供应情况
2025年,我国碳酸钡产能约80万t/a,产量约56万t,占全球产量70%以上。贵州红星发展股份有限公司碳酸钡产能30万t/a,位居全国第一。
近年来,受环保监管日益严格导致落后产能加速退出、上游原材料价格上涨以及下游市场需求放缓等多方因素的影响,我国碳酸钡产量整体呈下降态势。
2.1.2 需求情况
碳酸钡作为重要的无机化工产品,普通碳酸钡主要用于陶瓷、瓷釉、制砖行业,电子及磁性材料行业,玻璃、涂料行业,以及其他行业;高纯碳酸钡主要用于液晶和光学玻璃基板行业。2025年,我国碳酸钡的表观消费量达到47万t。
在玻璃制造行业,随着我国城镇建设建筑物节能工程的实施,高强度大面积中空节能建筑玻璃正逐步推广应用,碳酸钡在增加玻璃强度、透光性、光洁性方面,具有极大的潜力。在光学和特殊玻璃生产时加入碳酸钡,可使玻璃折射度更高、硬度更大,有效提升耐刻划性等。2025年碳酸钡在玻璃制造的用量约10万t。
在陶瓷行业,生产过程中加入碳酸钡可有效提升产品硬度、耐磨性、耐腐蚀性。在陶瓷和砖瓦中加入碳酸钡可去除原料中的硫酸根,减少产品泛白,增加产品的硬度、耐磨性、耐腐蚀性,减少气孔和气泡,扩大烧结范围,增加热膨胀系数;在瓷釉中加入碳酸钡可提高瓷釉的耐烧结和耐摩擦能力,使色泽牢固、光亮稳定,有效提高釉面的密度和折射率,增强釉面的光洁度。2025年碳酸钡在陶瓷行业用量约16万t。
在其他领域,碳酸钡在制造其他钡盐、特种涂料和抛光剂、橡胶生产、冶金、积层陶瓷电容器、热敏电阻(PTC)、水净化等方面也有一定的应用,2025年上述领域碳酸钡需求量约21万t。
2.1.3 进出口情况
目前,我国碳酸钡出口以初级原料为主,进口主要为高品质产品。我国碳酸钡进口规模在千吨级,出口规模在万吨级,进出口价格差距显著。
2.1.4 发展趋势
我国碳酸钡产品正朝着系列化、规格化、专用化方向发展,以满足不同行业的需求。如无线电行业主要将其用作电容器、高压铁电等的原料,纯度(主要是铁杂质)的高低、粒度大小和粒子形状等对产品质量有决定性的影响。光学玻璃行业对铁杂质要求更严。瓷砖行业碳酸钡用量大,但质量要求较低,价格要求便宜。今后应根据不同行业需求,研制专用级碳酸钡,如制砖级碳酸钡、电子级碳酸钡、玻璃级碳酸钡、医药级碳酸钡等。高纯碳酸钡属于精细化工产品,是电子行业中半导体陶瓷、电子元器件生产的基本化工原料,是我国半导体陶瓷生产及其向高精发展所需的原料,未来精细专用的高纯碳酸钡产品具有较好的市场前景。
2.2 硫酸钡
2.2.1 供应情况
目前,我国化学法沉淀硫酸钡产能约51.5万t/a,产量约45万t。产业由之前主要以资源产地布局,逐渐转变为以资源、市场多点布局的供应格局。
2.2.2 消费情况
2025年,我国硫酸钡表观消费量约为35万t,主要用作涂料、颜料、塑料、橡胶、造纸、纺织品、油漆、油墨、焊条的原料及填料等,此外在医药方面也有广泛的用途。
沉淀硫酸钡是涂料行业中不可或缺的一种功能添加剂。虽然近几年,许多低端涂料厂家用重晶石粉或其他廉价填料,但由于分散性不好或遮盖力不强,在中高端市场不能替代硫酸钡。近年来由于电器、装饰等行业向高档化发展趋势强劲,硫酸钡市场呈稳步发展态势。2025年硫酸钡在该领域的用量达24万t。
硫酸钡在橡胶、塑料、油墨等行业的主要应用是作为粉体填料,其中在油墨中的用途接近于涂料。在橡胶和塑料中,要求粉体填料必须有很大的分子量,钡盐由于其比重高成为最佳填料,硫酸钡因其无毒无味成为上述行业中不可或缺的填充剂。随着汽车、耐磨橡胶、工程塑料等的飞速发展,硫酸钡的用量将有较大的提高。2025年硫酸钡在该领域的用量约7万t。
硫酸钡还在造纸、选矿、粘合剂、医药等多个领域广泛应用,其中在造纸行业中硫酸钡作为填充料,用于生产高档铜版纸等要求较高克重的特种纸;在选矿中逐渐取代氯化钡成为钡离子的提供者;在医药行业中作为X射线造影剂。2025年硫酸钡在该领域的用量约4万t。
2.2.3 进出口情况
目前,我国硫酸钡出口以初级原料为主,进口主要为高品质产品。我国硫酸钡进口规模在5000t级,出口规模在10万t级,进出口价格差距较大。
2.2.4 发展趋势
近年来,随着科学技术不断进步,硫酸钡的应用领域正从传统的油漆、油墨行业,向粉末涂料行业、汽车制造用高档漆和改性工程塑料等行业扩展。而国内硫酸钡企业的产品多为品质低档的初级产品,难以适应市场发展需要,致使上述扩展行业所需高档专用硫酸钡多为国外进口。
在高端硫酸钡市场中,超细改性硫酸钡具有耐热性高、耐候性强、抗酸碱腐蚀、环境相容性好等突出优点,日益受到新兴行业及市场的青睐。因此,顺应市场需求,生产超细及改性高档硫酸钡,可占领高端硫酸钡市场,替代进口产品,创造难得的行业发展机遇。
2.3 氯化钡
我国氯化钡产能约22万t/a,产量约13万t。氯化钡市场处于供需平衡状态,由于没有新应用领域,未来市场增长空间有限。
氯化钡主要用于制造各种钡盐及染料红、钡岩红等含钡颜料,还可用于食盐电解去除盐水中的硫酸根。钢铁工业中,用于热处理、合金钢切削工具的淬火处理,并代替氰化钠作钢材的渗碳剂;农业生产中,含1%~4%的氯化钡水溶液可用于除治农作物害虫,如除去甜菜、苜蓿、甘蓝、黄瓜、番茄以及西瓜中的象鼻虫、螈蛾、跳甲及其他害虫;造纸工业中,用于制造感光纸、铜版纸,使之具有优良的光泽和白度。此外,还用于锅炉水的处理、陶瓷制品防止褪色、人造丝的消光剂、织物媒染剂和鞣革等,以及机械工业中高温热处理及金属加工的加热介质等。
目前,我国氯化钡出口以初级原料为主,进口主要为高品质产品。我国氯化钡进口规模很小,出口规模保持在3万t以上,进出口价格差距较大。
2.4 氢氧化钡
我国氢氧化钡产能约6万t/a,产量约4万t。主要生产企业为青岛红星化工集团有限责任公司、河北深州嘉信化工有限责任公司和四川自贡鸿奇化工有限责任公司。
氢氧化钡主要用于钡基润滑脂及油品的精制和多效添加剂、制糖及玻璃搪瓷工业用净化剂、其他钡盐制造、有机合成树脂稳定剂等。一水氢氧化钡主要用作生产塑料稳定剂、橡胶硫化催化剂、人造丝处理剂、锅炉硬水软化剂、矿石助溶剂等。在化工领域,主要用于钛酸钡、高纯碳酸钡、高纯偏磷酸钡、催化剂等产品的生产。
我国氢氧化钡在钡盐生产消费领域中尚具有一定的市场空间,其余领域的市场处于供需平衡的状态,增长空间有限。
2.5 钛酸钡
我国钛酸钡产能约2万t/a,产量约1万t,部分企业产品质量和产量稳定性不足。主要生产厂家有河北辛集市纳新电子材料有限公司、山东国瓷功能材料股份有限公司、深圳先导智能新材料有限公司、福建贝思科电子材料股份有限公司、广东风华高新科技股份有限公司、湖北天瓷电子材料有限公司等,大部分企业的产品自产自用,生产多层陶瓷电容器配方粉等产品。其中,山东国瓷功能材料股份有限公司产能为1200t/a;河北辛集市纳新电子材料有限公司处于半停产状态,产量很少。
2025年,我国钛酸钡产品需求量约2万t。钛酸钡产品作为电子元器件的基础材料,对电子元器件向高性能、微型化、智能化方向发展起到至关重要的作用,因此,该产品被电子界誉为“电子工业的支柱”。对元件制造厂家而言,使用高性能钛酸钡可缩短生产周期、提高生产效率。
近年来,随着全球范围内电子工业的快速发展,尤其是电子工业的发展中心向我国转移,带动我国电子元件需求量迅速提高,为钛酸钡产品的发展提供了广阔的市场前景,但国内产品质量和稳定性还有待提高。
3 行业存在问题
3.1 国际竞争力不足
随着全球经济一体化进程的进一步加快,国际竞争也将日益激烈。发展钡盐精细化工产业已成为全球无机化工的发展趋势,也是竞争焦点。大型化工企业均将提高钡盐精细化率作为企业经营的战略目标,以提升自身竞争力;部分钡盐精细化工产品的生产技术只掌握在少数公司手里,市场占有率较高。随着电子技术和微电子技术的发展,配套的钡化学品向高纯、超净、优良性能和专用方向发展。
大宗产品方面,我国是全球最大的工业级碳酸钡、沉淀硫酸钡等大宗钡盐的生产国和出口国。随着东南亚等地新兴产能的兴起,我国传统的成本优势正在被削弱。精细产品方面,高纯与电子级产品,如用于介电材料的超高纯纳米钛酸钡等,其纯度、粒径分布、结晶形态等指标要求苛刻,市场主要被日本、美国等少数企业垄断。特种功能改性产品,如用于材料增强剂和粉体填充剂的超细硫酸钡等,国内企业大多停留在小批量市场,当前仍主要依靠进口。
3.2 资源约束加剧
优质矿产资源日益紧张。钡盐的主要生产原料为重晶石,属于不可再生资源。经过长期开采,国内易选、高品位的优质重晶石矿日益减少,直接影响原料供应的稳定性和产品质量的均一性。重晶石长期低价导致开采企业利润微薄,缺乏资金投入深部勘探与技术升级,低品位矿浮选技术储备不足。
3.3 产业技术水平有待提高
全球高纯精细钡盐产品主要生产企业分布在日本、德国、美国、中国台湾等国家和地区,但主要原料如工业碳酸钡需要从我国采购,下游应用领域包括电子元器件、显示玻璃基板、高档涂料、电子油墨、塑料等。高纯品紧跟国际新兴产业发展需求,受外部经济环境和行业波动影响小于工业品碳酸钡。
我国钡盐企业近年来加快了高纯精细钡盐研发,但总体市场竞争力较国际领先企业仍有较大差距。钡盐系列产品研发及相关专利,除部分为现有大中型钡盐生产企业研发并应用于自有生产线上外,相当比例的产品研发技术及专利均为大专院校及科研机构技术人员在实验室小试成功的技术。该类技术要转化为工厂化大规模生产技术,仍需持续投入研发及生产费用,引进大批具备研发及工艺生产能力的专门人才,长期坚持不懈地刻苦攻关,优化技改生产工艺流程,投入巨资打造钡盐生产装置。
4 发展建议
我国钡盐产业发展需要稳定或降低普通型钡盐产品比重,大力发展高质量、高端化、专用或多功能的钡盐精细化学品。未来我国钡盐产业发展的重点发展方向如下。
4.1 产品结构优化调整
为适应全球需求发展,我国钡盐发展的方向是积极采取措施,调整产品结构,大力发展精细化产品。其主要原因一是精细产品节省资源,附加值高,技术密集;二是随着消费水平的提高,为钡盐精细化工产品提供了广阔的市场。利用先进、可靠的单元生产技术提高现有产品的生产质量。通过计算机技术和组合化学技术进行分子设计、应用超细粉体等技术,进一步促进传统钡盐产品向高档化、精细化、复合化、功能化方向发展,整体提升钡盐产品的档次。
4.2 技术装备优化升级
目前,全球面临资源与能源、环境与健康、食品与营养等重大问题,精细钡盐化工也将围绕这些主题发展。现代生物工程、新材料、信息化产业,将为钡盐无机精细化工产业的发展提供有力的支持。加大创新力度,开发新的钡盐产品,通过与大学、科研院所合作,开发新的钡盐产品,实现产品的创新发展。通过与各科研单位合作,研发先进、节能的生产设备,提升工艺技术装备水平。搭建应用技术平台,拓展产品应用领域,通过研发增加新应用功能、新应用领域及相应配套的应用技术,是实现钡盐精细化工产品引领产业发展的重要环节。
4.3 绿色低碳发展
钡渣中主要含有酸溶性钡和水溶性钡。其中黑钡渣中的钡离子含量较高,具有毒性。钡渣长期堆放,不仅占用大量土地,还会给环境带来污染。钡渣经雨水渗透,会流出大量含硫化物的黄色废水,流入地表水及地下水,污染水体;同时,废渣中的硫化钡和酸溶钡还会对土壤直接产生毒害作用。目前,我国钡渣累计堆存量已超过千万吨。
钡渣的妥善处理,应首先从生产工序上进行技改,在生产过程中将钡渣中的水溶性钡固化,使其达到环保要求,实现综合利用;对暂时无法利用的钡渣,应于符合国家相关标准的渣场进行安全堆放,定期对钡渣场堆存过程中产生的液体进行化学处理,使水溶性钡转化为不溶性钡,最大限度地减少水溶性钡盐的含量,以达到减少污染的目的。
钡渣的综合利用途径主要是利用钡渣生产建材产品,如作为生产水泥的添加剂,可有效减少钡渣堆存量。此外,可研究探讨其他利用方式,如利用脱毒的钡渣作为铺路基础材料,生产城市地砖等。