“十二五”时期是我国材料工业由大变强的关键时期。以镁为例，今年初公布的《新材料产业“十二五”发展规划》，明确提出加快镁合金制备及深加工技术开发，推进其在汽车零部件和轨道列车等领域的应用，预计到2015年，中国将形成15万吨高强镁合金压铸及型材和板材的生产能力。
　　金属镁和镁合金具有质量轻，强度高，导热性能好，吸收振动和噪声，易于回收，对环境污染小等优点，在汽车等交通工具制造、机械电子、航空航天、国防军工等领域具有重要的应用价值，被誉为“21世纪的绿色环保材料”。
　　进入21世纪，西方国家的几个金属镁巨头纷纷关门停产。例如挪威的海德鲁曾经是世界上首屈一指的金属镁龙头企业，已在世纪之初停产。
　　另一方面，中国快速晋升为全球镁产量第一大国。数据显示，1995年之前，西方国家贡献了全球80%的金属镁产量，而到了2007年，中国贡献了全球80%的金属镁。2010年，中国原镁产量超过65万吨，同比增长超过30%；2011年，中国原镁产量66.06万吨，主要受欧债危机和全球经济发展速度放缓影响，同比增长1%。
　　中国镁冶炼前景广阔
　　镁合金和铝合金并称为轻合金，在很多方面具有相互替代的可能，其市场也有共享的特性。每吨金属原镁或者电解铝，价格均在16000元左右，两者能源消耗相当，但每吨电解铝在氧化铝原料上要花费5000元左右，而每吨金属镁所用到的白云岩矿石价值只有几百元。镁合金还能部分替代工程塑料。
　　从自然资源角度来看，一般认为钢铁的矿产资源可供人类使用100年，铝矿产可以使用300年，而金属镁矿产能供人类使用1000年以上，故金属镁被称为“第三金属”。中国金属镁的资源优势明显。镁矿资源异常丰富，可用镁矿资源占到全球70%的比例，从陆地上随处可见的白云石，到菱镁矿、蛇纹石、滑石，到海水、盐湖中丰富的镁离子，未来再考虑废镁回收，我国镁资源可以说取之不尽，用之不竭。
　　我国作为钢冶金、铝冶金大国，由于铁矿石、铝土矿这两种资源赋存不足，长期依赖国外，在价值分配上处于不利地位。大力发展拥有资源优势的金属镁，作为主要金属材料，可以对钢铁、铝材、工程塑料等形成替代作用。
　　西方国家炼镁采用电解法的工艺技术，生产过程产生有毒的氯气，氯气会腐蚀设备、毒害工人、污染环境，需要很大的代价去防范和治理，所以西方炼出来的镁价格昂贵。而中国从1980年代开始，采用被称为皮江法的硅热炼镁工艺，投资小、技术门槛低，因不能连续生产而产量不大，适合中国的民营企业。
　　但是，皮江法工艺却只是二战前的技术水平。形象地说，中国的炼镁工业仍处于属于小瓶小罐的水平。金属镁要在国民经济、居民生活中发挥更重要的作用，必须采用新的冶炼技术。
　　实际上，大型钢铁企业的装备和技术非常适合进行金属镁的连续生产，如果部分大型钢企稍加改造，将炼钢设备转换为金属镁的冶炼装备，还能副产高级合金钢，就会提升整个镁行业的状态，实现设备大型化、生产连续化，接下来还可以实现直接合金化，再经过加工成形工序就可以制成不同合金牌号的镁合金型材、板材、管材，类似于当今生产不同牌号钢材的方式直接生产镁合金制品，避免了当前金属镁到镁合金制品的产业链流程长、反复加热的弊端，镁合金就可以成为了钢铁企业的第二“主业”。
　　冶金界公认，如果镁合金产品价格低于铝合金，镁就可以大量替代铝。钢铁企业进行连续炼镁，热装热送连续铸轧的加工状态使之具有了大生产的特征，再加上我国拥有镁资源优势，在我国发展大规模连续炼镁完全可以使得镁合金制品的价格低于铝合金，那么镁合金的市场将达到数千万吨级。再加上替代一部分工程塑料，镁合金市场空间将进一步加大。
　　据了解，目前一些钢铁工业中的重型装备技术已经应用于金属镁工业，可以预期，在不久的将来，中国的镁工业就会发生革命性的变化，跃升为现代大工业。
　　开发镁冶炼的循环优势
　　提炼金属镁需要两种原料，一个是含镁的矿石，镁矿石在中国分布很广，储量丰富。另外一个是还原剂，就是把镁从矿石中置换出来，一般用硅、铝或者硅铝合金来充当，常用硅铁、硅铝铁等等，需要用电提炼出来。所以金属镁冶炼过程需要消耗较高的能源，从这个意义上来说，金属镁本身也是高载能、高储能的产品。但是，镁合金生产出来后，由于质轻，使用过程可以节能，回收也很节能，并且没有污染。
　　我国的电能一般都是燃煤发电生产的。在挖煤、烧煤发电过程中，会副产大量煤矸石和粉煤灰，是废弃物，也是污染物。但是，对金属镁来说，粉煤灰和煤矸石可以作为炼制硅铝还原剂的原料，可以实现废物利用。
　　粉煤灰和煤矸石，在能源学家眼中，由于热值很低甚至完全没有燃烧发热，价值很低，甚至是废弃物，粉煤灰还需要花钱去处理。在建材学家眼中，粉煤灰价值也不过每吨几十元，不会超过百元。而在冶金学者眼中，粉煤灰、煤矸石是硅和铝两种金属的伴生矿，属于城市矿山、再生资源，利用得好，可以成为每吨数万元高值产品的原料，其价值达到近万元。
　　粉煤灰、煤矸石可以用焦炭、烟煤等碳质还原剂在高温冶金炉中还原出来，生成硅铝合金。硅铝合金在市场上需求不大，但用在炼镁中，却是优良的金属还原剂，能很好地将白云石等含镁矿产中的镁置换还原出来。
　　炼镁会副产一些还原渣，但这些还原渣由于经过了高温处理，可以作为人工土壤基质使用，日本曾用炼镁废渣做化肥和人工土壤，效果很好。如果将之用于填补挖矿之后形成的坑，形成人工土壤，可以复垦用于农业。
　　从产业链来看，煤炭采掘出来发电然后剩余煤矸石、粉煤灰，粉煤灰、煤矸石提炼成硅铝合金，硅铝合金将白云石还原成金属镁，剩余废渣用作矿山人工土壤，这样就形成了完整的循环经济。
　　经济学家普遍预测，企业的高成本时代已经来临，原材料的高成本首当其冲。逆向思维一下，加工制造环节承受的原材料高成本恰恰是原材料行业的高利润。在全国加工制造行业3%左右利润率的大势下，原材料行业的平均利润率会高得多。
　　所以，在煤炭、电力、白云石比较丰富的地区，利用好粉煤、灰煤矸石，发展镁合金的循环经济是多赢的产业选择。如果投资280亿元新建一个镁制品的循环工业园区，每年消纳300万吨粉煤灰、煤矸石，使用数百万吨白云石等镁矿，可以制得100万吨镁合金制品，副产100万吨不锈钢，年营业收入达到500亿元，税前利润将超过150亿元。实施这样的循环工业园区，钢铁企业具有非常优越的条件。
　　煤炭产区的企业总感觉产业链不够长、附加值不够高，如果这样打造镁合金产业，将煤炭的化石能源优势转化为独具中国特色的镁产业优势，实现原生矿产和城市矿产的高端利用，发展完整的煤电灰—硅铝铁—镁材肥产业链，就可以实现从原来的“一煤独大”变成“煤镁双美”。
　　推进镁合金广泛运用
　　镁合金已经应用到生产、生活的方方面面，下一步的一个重要用途是生产汽车等交通工具。奥迪新推出的RSQ无轮概念车，采用的正是四个金属镁的滚球，可以在动作大片《我，机器人》中找到其影踪。
　　无论是传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车自重减轻，会带来很大的节油减排的效果，汽车自重减轻10%，其燃油效率即可提高15%。镁合金这一最轻金属结构材料的优势可以充分发挥出来。
　　西方很多知名汽车公司都在积极应用镁合金作为车用零部件材料。例如，原来用在F1赛车上的镁合金轮毂，近年来开始在家用轿车上出现。福特公司采用铸镁轮毂，每个重量3.1公斤，比钢板冲压件减少5公斤。许多车企提出若干年内车用镁合金突破100~200公斤的计划。
　　我国镁合金在汽车上的应用主要有变速箱体及壳盖、离合器外壳及壳盖、泵体、方向盘、气缸盖罩、汽车轮毂、仪表盘、汽车座椅架和防护杠等零件。在一汽大众公司引进的奥迪A6高档轿车中，整车采用了48公斤左右的镁合金零部件，因为国内无配套产品供应，不得不全部依赖进口。一汽集团的红旗、捷达、宝来轿车，为提高产品的技术含量和竞争力，正逐步使用镁合金材料的零部件。
　　镁合金以其显著的减重效果、良好的铸造和尺寸稳定性、优良的抗震性及可回收再生等特性，已成为汽车制造业最具潜力的结构材料。上汽和上海通用在开发新一代电动汽车的规划中，提出尽可能多用镁合金材料。长安汽车平均每辆用镁合金材料20公斤。
　　除了在一些普通零部件上采用镁合金，宝马汽车公司近几年更是推出了全镁的直列六缸发动机，用在部分新5系轿车上。
　　过去镁合金应用于汽车零部件，往往是采用压铸件的形式，也就是一件一件地生产出来的。随着技术的进步，镁板规模化走向市场，今后汽车车身可以直接采用轧制镁板，那将把镁合金的应用大大向前推进了一步。原来汽车外板一般都是用钢板，宽度要求为1600mm或更宽，厚度为0.7～1.2mm。近年来汽车外板的镁合金化已提到汽车行业的议事日程上来。
　　如果用镁合金打造出几乎全镁的中型轿车，其重量大约为500公斤，这样重量的汽车，百公里油耗可以控制在3升，而如果是混合动力汽车，估计百公里1升燃料就可以了，如果作为电动车，那么当前的动力电池性能完全能满足驱动的要求。
　　除了在乘用车方面，商用载重汽车、摩托车、自行车也可以大量使用镁合金，带来效益提升或者是生活的便利。近年来轨道交通上也开始大量使用镁合金型材、铸件等，除了减轻整车重量降低能耗以外，还可以用于降噪减震。在高速列车、城市轻轨列车的车厢内壁和地板上大量采用镁合金蜂窝板已是大势所趋。
　　而在航空航天领域，镁合金的优势更自不待言。在B36重型轰炸机中，镁合金用到了超过6吨。业界测算，在航空航天领域，每减少1磅重量带来的经济效益是：商用飞机300美元，战斗机3000美元，而航天器是30000美元。目前飞机蒙皮大量采用镁合金材料已经成为常态。
　　（作者为中科院扬州技术中心主任）

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