Анализ современного рынка металлов и материалов

Министерство образования  и науки, молодежи и спорта Украины

                  Национальная металлургическая  академия Украины

             

                  Кафедра материаловедения им. Ю.Н.  Тарана-Жовнира

 

 

 

                                             Индивидуальное задание

 

                       по дисциплине:

                    « Анализ современного рынка  металлов и материалов»

                                                    

                                                      Вариант №5

 

                               

 

 

                                                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила ст.гр МВ-03-09-2

                                                                                                     Климук Дарья

Проверил:  к.т.н.Ковзель  М.

 

 

 

 

 

 

 

 

Днепропетровск

 2012

                                                 Содержание

1)Введение……………………………………………………3

2) Минерально-сырьевая база……………………………….4

• Австралия……………………………………………...6
• ЮАР……………………………………………………6
• США……………………………………………………6
• Китай…………………………………………………...7
• Россия………………………………………………….7
• Украина………………………………………………..8
• Другие страны................................................................8

3)Добыча и производство….………………………………...9

4)Применение………………………………...………………11

5) Международная торговля. Цены…………………………13

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

 

Цирконий (Zr) — элемент с атомным номером 40 и атомным весом 91,22. Является элементом побочной подгруппы четвёртой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Цирконий в свободном состоянии при нормальных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый металл плотностью 6,45 г/см3. Чистый, не содержащий примесей цирконий очень пластичен и с легкостью поддается холодной и горячей обработке. Как и многие другие металлы, включая своего соседа по группе — титан, цирконий, содержащий примеси неметаллов (особенно кислород), резко ухудшает свои механические свойства. Например, для надежной работы ядерного реактора необходимо, чтобы в расщепляющихся материалах такие «опасные» примеси, как бор, кадмий и другие, содержались в количествах, не превышающих миллионных долей процента. Чистый цирконий — один из лучших конструкционных материалов для атомных реакторов — становится совершенно непригодным для этой цели, если в нем содержится даже незначительная примесь гафния, который не имеет собственных минералов и в природе обычно сопутствует цирконию.

Науке известно пять природных  изотопов циркония: 90Zr (51,46 %), 91Zr (11,23 %), 92Zr (17,11 %), 94Zr (17,4 %), 96Zr (2,8 %). Из искусственно полученных радиоактивных изотопов циркония важнейшим является 95Zr, период полураспада которого 65 суток. Он нашел применение в качестве изотопного индикатора.

Цирконий — довольно распространенный элемент: содержание его в земной коре составляет 0,025 % по массе. Среди металлов по распространенности он занимает двенадцатое место. Однако цирконий сильно распылен и сколько-нибудь значительные скопления его встречаются редко. Так в основных породах его содержание не превышает 1,3•10-2 %; в гранитах, песчаных и глинистых почвах этот элемент встречается гораздо чаще — 2•10-2 %, но наиболее распространен цирконий в щелочных породах — 5•10-2  %, что даже выше, чем среднее содержание в земной коре вообще. Чаще всего его можно встретить в виде различных химических соединений, которые в свою очередь залегают в литосфере, ведь цирконий — литофильный элемент. В природе известны его соединения исключительно с кислородом в виде окислов и силикатов. Несмотря на то, что цирконий, рассеянный элемент, насчитывается около 40 минералов, в которых цирконий присутствует в виде окислов или солей. Из-за такой рассеянности по породам и отсутствия больших залежей цирконий используется гораздо меньше, чем действительно редкие металлы. Этот металл является слабым водным мигрантом — в морской воде содержание циркония не превышает 0,00005 мг/л. В биологической среде он тоже не распространен.

 

В природе распространены главным образом циркон ZrSiO4, в  котором 67,1 % ZrO2, бадделеит ZrO2 и различные сложные минералы: эвдиалит (Na,Ca)6ZrOH(Si3O9)2(OH,Cl)2 и др.

 

 

2.Минерально-сырьевая база

 

по оценке Геологической службы США (USGS) общие мировые запасы циркония  (в пересчёте на ZrO2) составляют около 34 млн т  (без учёта России и стран СНГ). Цирконий в рудах и россыпях представлен в основном цирконом, бадделеитом, калдаситом и эвдиалитом.

Месторождения руд и  россыпей,  содержащих цирконий,  разведаны в

Австралии, США, Южно-Африканской  Республике, Бразилии, Индии, Китае

и других странах, запасы представлены в табл. 1.

Разведанные запасы циркония в мире распределяются следующим

образом (в %): Австралия - 45, ЮАР - 21, Бразилия - 7, США - 8, Китай - 5,6,

Индия-5,7.

 

Таблица 1. Мировые запасы циркония по оценке Геологической

службы США (без учёта России и стран СНГ)

Страна	Общие запасы, млн т ZrO2	Выявленные ресурсы(включая запасы), млн т ZrO2	Среднее содержание ZrO2, %
СШа	3,4	5,3	0,2-0,3
Австралия	9,1	30,0	0,2-1,7
Бразилия	2,2	4,6	0,3-4,7
Китай	0,5	3,7	0,2-0,3
Индия	3,4	3,8	0,06-0,6
ЮАР	14,0	14,0	0,3-0,4
Другие страны	0,9	4,1	-
Всего	34	66	-

 

Отличительной чертой структуры  мировых запасов является

превалирующая доля титано-циркониевых  россыпных месторождений.

Основные промышленные мировые запасы циркония  (свыше 95%)

заключены в прибрежно-морских  россыпях  (ПМР),  где циркон находится

вместе с титановыми  (ильменит,  рутил)  и редкоземельными  минералами.

Среднее содержание циркона  в песках ПМР варьирует в широких  пределах – 

от сотых долей процента до трёх процентов  (редко достигая 8%).  Запасы и

ресурсы циркона прибрежно-морских  россыпей характеризуются крупными

масштабами -  до нескольких миллионов  тонн двуокиси циркония в

отдельных месторождениях. 

На долю бадделеитсодержащих руд  приходится около 5%  мировых

промышленных запасов циркония.  Его запасы исчисляются первыми

сотнями тысяч тонн. 

Обеспеченность стран-производителей достоверными запасами

циркониевого сырья,  рассчитанная по уровню действующих мощностей  по

добыче, в целом превышает 80 лет.

Австралия

 

Австралия до сих пор  остаётся мировым лидером по производству

цирконового концентрата,  обладая  крупнейшими россыпными

месторождениями, которые сосредоточены  вдоль её западного и восточного

побережий, а также  на юге Австралии в бассейне реки Муррей.

Россыпи Австралии интенсивно отрабатываются при ежегодной

добыче циркона до 500  тыс.  т в год.  Его общие  запасы в этой стране

обеспечивают предприятия  на 55  лет.  Титано–циркониевые россыпи

западного побережья  Австралии обеспечивают 25%  производимого в мире

цирконового концентрата.  Несмотря на наличие крупных разведанных

запасов тяжелых минералов  в Австралии интенсивно ведутся

геологоразведочные работы с целью поиска новых месторождений.

 

Южно-Африканская  Республика

 

По данным Геологической  службы США,  запасы циркона в ЮАР

оцениваются в 14  млн  т  (по последним данным инвентаризации мировых

стратегических ресурсов). 

Наиболее крупное россыпное  месторождение,  отрабатывавшееся с

1977г. –  Ричардс-Бей  в северной части провинции  Наталь на восточном

побережье ЮАР. Запасы циркона в нём оценивались почти в 7 млн т при его

содержании 6-8  кг/м3.

 

Соединённые Штаты  Америки

 

В США ильменит-рутил-цирконовые россыпи разведаны в штатах

Флорида, Джоржия, Вирджиния  и Теннеси. 

Подтвержденные запасы песков в штате Флорида оцениваются в 20

млн т тяжёлых минералов, из которых циркон составляет 13%, рутил - 11% и

ильменит - 40%.  В штате  Вирджиния запасы отрабатываемого

месторождения составляют 5  млн т тяжелых минералов,  из которых 19%

циркон. Запасы тяжёлых  минералов в штате Теннеси оцениваются в 17,6 млн.т.

 

Китай

 

Китайские россыпные  месторождения,  как прибрежно-морские,  так и 

континентальные,  обычно имеют небольшие запасы тяжелых  минералов

(десятки и первые  сотни тыс.  т циркона),  и  только в россыпях провинции

Гуандонг подтвержденные запасы циркона оцениваются в 1,07  млн т

минерала, а обеспеченность ими составляет 30 лет.

 

Россия

 

Россия по запасам  циркония занимает четвертое место  в мире. Более 50 % ее балансовых запасов связано со щелочными гранитами, 14 % — с бадделеитовыми камафоритами, 35 % — с погребенными циркон-рутил-ильменитовыми россыпями. Таким образом, минерально-сырьевая база циркония России структурно и качественно отличается от зарубежной. В России полностью отсутствуют современные цирконийсодержащие прибрежно-морские россыпи, тогда как за рубежом с ними связаны почти все запасы циркония. Погребенные россыпи отличаются от современных более сложными горно-геологическими условиями залегания и соответственно характеризуются низкой рентабельностью отработки. На месторождения циркония в щелочных гранитах за рубежом приходится 2 % запасов, и они не рассматриваются в качестве перспективного источника циркония в то время как в России с этим типом связано более 50 % запасов (Улуг-Танзекское и Катугинское месторождения). Аналогов Ковдорского месторождения бадделеита в камафоритах в мире не выявлено.

Освоенность минерально-сырьевой базы циркония России крайне низкая — в настоящее время разрабатывается только одно Ковдорское месторождение бадделеита. В то же время цирконовый концентрат является остродефицитным сырьем и полностью импортируется.

 

Украина

 

В Украине добыча циркониевого концентрата и выпуск металлического циркония сосредоточены в Днепропетровской области. Циркониевый концентрат производится в Вольногорске на ВГГМК, металл из него выплавляют на ГНПП "Цирконий" в Днепродзержинске (предприятие создано на базе ПХЗ – бывшего флагмана атомной промышленности Советского Союза, который "успешно" обанкротился в середине 90-х годов). Трубы же для ТВЭЛов и циркониевые прутки для заглушек изготовляются в Днепропетровске и Никополе.

 

Другие страны

 

Бразилия,  Индия играют подчиненную роль по запасам и  добыче

циркона, хотя некоторые  месторождения отличаются высоким  содержанием

тяжелых минералов  (Индия, Шри-Ланка –  до 80%)  и в том числе циркона.

Азиатский циркон характеризуется  высокой радиоактивностью.

В Мозамбике  (месторождения  Мома) общие запасы циркона – 7,8 млн

т. Россыпи залегают на поверхности.

В Сенегале в 90-ые годы был  выявлен рудный район Гранд-Кот,

простирающийся вдоль  побережья на 50  км.  Выявленные ресурсы рутил-

лейкоксен-циркон-ильменитовых песков составляют 800 млн т, содержащих

1,0 млн т циркона. 

Значительные ресурсы  циркония связаны с эвдиалитовыми  рудами.

Эвдиалит –  сложный  минерал,  ранее рассматривавшийся только как

источник получения  циркония (13,7%  оксида циркония),  содержит 0,3%

оксида гафния, 0,8% пятиокиси  ниобия, 0,7% тантала и 2,3% суммы редких

земель. В связи с  этим в мире резко возрос интерес  к промышленной оценке

эвдиалитовых руд Гренландии и США.

Общие ресурсы циркониевого сырья превышают установленные  и

перспективные запасы во много раз.  Устойчивый спрос на циркониевую

продукцию в мире способствует проведению геологоразведочных работ,

направленных на выявление  новых цирконсодержащих россыпей.

 

 

                                       3.Добыча и производство. 

 

Основной товарной циркониевой  продукцией служит цирконовый концентрат, на который приходится более 97 % добычи, в небольшом объеме используются бадделеитовый и калдаситовый концентраты.

Производство цирконового  концентрата из комплексных циркон-рутил-ильменитовых прибрежно-морских россыпей возрастает, перемежаясь периодами незначительных спадов .Только за 90-е гг. оно увеличилось на 20 % (1,07 млн т концентрата в 2001 г.).

В начале 90-х гг. мировым лидером в производстве цирконового концентрата была Австралия, но за последнее десятилетие в первые ряды производителей выдвинулась ЮАР, в то время как в Австралии уровень производства циркона понизился. В 2000 г. в Австралии и ЮАР из россыпей произведено по 400 тыс. т концентрата .На Украине производится 30 тыс. т/год цирконового концентрата Вольногорским ГМК при разработке Малышевского россыпного месторождения .

Наиболее крупные разрабатываемые  месторождения циркона расположены  в пределах россыпных провинций вдоль Восточного и Западного побережий Австралии, Восточного и Западного побережий ЮАР, Атлантического побережья США и Бразилии. Производители цирконового концентрата активно наращивают производство за счет увеличения объемов добычи на эксплуатируемых месторождениях и введения в эксплуатацию новых.

Бадделеитовый концентрат в настоящее время производится только в России на Ковдорском ГОКе (Мурманская область), который получает бадделеит попутно при разработке апатит-магнетитовых руд одноименного месторождения. Объем производства с 1995 г. увеличился вдвое — до 6,2 тыс. т концентрата в 2001 г.

На ураново-медном месторождении  Палабора в ЮАР бадделеитовый концентрат производился попутно, но с 1991 г. объем производства постепенно сокращался и в 2001 г. полностью прекратился из-за падения рентабельности в связи с переходом от открытой добычи к подземной [14].

Калдаситовый концентрат вновь начал производиться в Бразилии с 2001 г.

Для получения диоксида циркония помимо цирконового используются также бадделеитовый (98–99 % ZrО2) и калдаситовый (70–80 % ZrO2) концентраты. В настоящее время из бадделеита производится менее 20 % диоксида циркония, тогда как в начале 90-х гг. — более 60 %.

Диоксид циркония выпускается  несколькими компаниями США, Японии, Франции и Италии. Интенсивно расширяются мощности по производству диоксида и других соединений циркония в Японии, Австралии, ЮАР, Норвегии, Китае и других странах.

В конце 90-х гг. в мире производилось около 40 тыс. т ZrO2: более половины из цирконового концентрата, остальное — из бадделеитового. В 2001 г. началось производство диоксида циркония из калдаситового концентрата. В последние годы мощности по производству диоксида циркония интенсивно расширяются. Крупнейший производитель диоксида — США (15,9 тыс. т в 1997 г. по сравнению с 7,5 тыс. т в 1990 г.).

 

 

4. Применение 

 

Области применения циркония и содержащих его минералов крайне разнообразны, они связаны с отраслями высоких технологий и в то же время с производством самых обычных потребительских товаров.

Первым потребителем циркония стала металлургия —  сначала черная, затем цветная. Это  связано с рядом свойств сорокового элемента. Благодаря большому сродству к кислороду, азоту, сере и фосфору сплав циркония с железом и кремнием или с алюминием и кремнием применяют в качестве раскислителя и очистителя стали.

Цирконий широко используется в качестве легирующего элемента, ведь добавка его к другим металлам придает им особые свойства — жаропрочность, кислотоупорность и многие другие. Кроме вновь приобретенных свойств сплавы с цирконием повышают свою механическую прочность, что способствует увеличению их рабочего ресурса и расширению возможностей использования в различных областях.

Ферроцирконий (сплав  циркония с железом), содержащий до 20 % Zr, применяется в металлургии  как раскислитель и дегазатор  для стали. Химики и металлурги выяснили, что добавка циркония к железным сплавам, оказывает такое же влияние, как и введение в них кремния: улучшается качество нержавеющих и жароупорных сталей, повышается механическая прочность и свариваемость сталей.

Еще один сплав циркония, широко применяемый в черной металлургии  наряду с ферроцирконием — сплав  с кремнием. Этот сплав используют для дегазации сталей, ведь цирконий является энергичным раскислителем и рафинирующей добавкой, его введение быстро восстанавливает металлические окислы и удаляет азот.

Медноциркониевые сплавы используются для изготовления токопроводящих деталей электротехнической аппаратуры, нагревающихся во время работы. Введение циркония практически не влияет на высокую электропроводимость меди, но значительно повышает прочность и термостойкость сплава.

Сплавы магния с цирконием  обладают хорошими механическими и физическими свойствами — считаются наиболее пригодными для конструкционных целей.

Сплавы алюминия с  цирконием (до 3 % Zr) являются коррозионноустойчнвыми, они находят свое применение в  сетках катодных электровакуумных ламп.

Наибольшее значение цирконий, очищенный от гафния, приобрел в качестве конструкционного материала в ядерных реакторах. Высокая коррозионная устойчивость в сочетании с механической прочностью, высокой температурой плавления и малым эффективным поперечным сечением поглощения тепловых нейтронов позволили в последнее время широко использовать цирконий для покрытия тепловыделительных элементов (ТВЭЛов).

Низкий и равномерный  коэффициент термического расширения, высокая сопротивляемость коррозии, а также высокая механическая прочность и химическая стойкость обусловили применение циркония для изготовления высококачественной химической аппаратуры, медицинского оборудования, имплантантов и нитей для нейрохирургии.

Изоляторы в высокочастотном  оборудовании, изготовленные из материалов, содержащих цирконий, значительно снижают потери энергии.

Порошкообразный цирконий используется преимущественно при  изготовлении осветительных ракет, детонаторов, снарядных взрывателей  и дистанционных бомб.

Но все же большая  часть добываемого циркониевого сырья (около 90 %)  используется в минеральной форме в виде циркона, который содержит до 66 % диоксида циркония (ZrO2). Благодаря своим свойствам — высокая температура плавления (более 2700° С), малый коэффициент термического расширения и стойкость к химическим воздействиям — ZrO2 стал широко применяться в самых разнообразных областях. Он обширно используется при получении термозащитных покрытий, высокоогнеупорных изделий, твердых электролитов, жаростойких эмалей, тугоплавких стекол, различных видов керамики, керамических пигментов, катализаторов, режущих инструментов и абразивных материалов, искусственных драгоценных камней. В последнее десятилетие с бурным развитием электроники и компьютерной техники, а также различных средств связи, диоксид циркония начал широко применяться в волоконной оптике и производстве керамики, используемой в электронике.

Карбид циркония ZrC ввиду  его большой твердости применяют  в качестве шлифовального материала, а также для замены алмазов  при резке стекла.

 

5.Международная  торговля. Цены.

 

 

 Основные  экспортеры цирконового концентрата — Австралия и ЮАР. В последние годы объемы экспорта концентрата из Австралии сокращались, в то время как ЮАР увеличивала поставки. Главными импортерами цирконового концентрата являются страны Западной Европы (Италия, Испания, Германия, Франция, Нидерланды и Великобритания), а также Китай и Япония.

Металлический цирконий реализуется на международном рынке  преимущественно в форме ферросплавов. Торговля металлическим цирконием и скрапом носит подчиненный характер, что обусловлено международным соглашением о нераспространении ядерного оружия.

Основные экспортеры циркония — Тайвань и Италия, в меньших объемах металл экспортируют США и Канада, главные импортеры — Китай и Япония, в меньшей степени — Чехия, Германия, Швеция и другие страны Западной Европы.

Экспорт бадделеитового концентрата из России в конце 90-х гг. постепенно увеличивался и составил в 2001 г. 6 тыс. т/год, главным образом в Норвегию. Начиная с 2002 г. бадделеит будет также экспортироваться в страны Юго-Восточной Азии и Западной Европы. Цирконовый концентрат импортируется в Россию с Украины, очень редко — из Австралии; частично потребность удовлетворялась за счет запасов госрезерва. Объем поставок цирконового концентрата составил в 2000 г. 9,3 тыс. т, а в 2001 г. возрос на 11 % — до 14 тыс. т .

Цены на цирконовый концентрат испытывали значительные колебания  за последние два десятилетия (рис.4). В предшествовавшие годы повышение цен в значительной мере было связано с практически монопольным положением Австралии на рынке циркона, а также зависимым характером его производства от производства титана, что предопределяло вынужденный его объем. При уменьшении относительного содержания циркона в рудах разрабатываемых месторождений или сокращении производства в силу неблагоприятной конъюнктуры титана дефицит циркона приводил к росту цен. Это в свою очередь вело к сокращению потребления, поскольку практически во всех объемных областях применения возможна замена циркона на другие материалы, хотя и с потерей качества производимой продукции. Потребление снижалось, и цены снова падали, а при низких ценах потребление циркона вновь возрастало. Такая неустойчивость рынка в конечном счете привела к сокращению потребления циркона в огнеупорах и литейном производстве, и только бурное развитие производства керамики позволило удержать объемы суммарного потребления циркона на достаточно высоком уровне.

Именно рост применения циркона в производстве керамики в Юго-Восточной Азии и Южной Европе — одна из главных причин подъема цен с 1994 г., когда производители циркона работали на пределе производственной мощности. Падение цен в 1997 г. было обусловлено экономическим кризисом в странах Юго-Восточной Азии и как следствие сокращением потребления цирконового концентрата в этом регионе и мире в целом. В последние годы мировой спрос на циркон и его производство более или менее сбалансированы, но увеличение потребления циркона в керамической промышленности, а также диоксида циркония в высокотехнологичных областях привело к некоторому превышению спроса над предложением, и цены начали возрастать.

Подъем цен на диоксид  циркония связан не только с ростом его потребления в высокотехнологичных областях и производстве керамики, но и с прекращением производства бадделеита в ЮАР. В конце 2001 г. цены в Европе на моноклинный диоксид огнеупорного/абразивного сорта составляли 2500–2850 дол/т, на диоксид керамического сорта — 2700–3200 дол/т, на диоксид для электронной керамики — 3200–4500 дол/т, на стабилизированный диоксид для огнеупоров — 3680–4220 дол/т .

Рынок металлического циркония стабилен. Цены на циркониевую губку  последние 10 лет держатся на уровне 20–26 дол/кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Быховский Л.3., Зубков Л. Б., Осокин Е.Д. Цирконий России: состояние, перспективы освоения и развития минерально-сырьевой базы
2. ИнфоМайн, исследовательская группа  Обзор рынка циркониевого сырья в СНГ
3. Горный журнал
4. Металлы Евраии