96种有色金属与10种有色金属去汞增硅——有色金属品种与总量统计的历史回溯和启示

2023年05月11日 8:50 4047次浏览 来源:   分类: 重点新闻   作者:

有色金属(Nonferrous Metals)是指元素周期表中除铁、铬、锰三种金属以外的所有金属元素的统称。

10种有色金属产量统计,则用于反映有色金属产业整体生产与规模情况。

现阶段,随着元素周期表7个周期118个元素,其中金属元素共99个(含准金属)地填满,以及我国成为世界有色金属生产第一大国,有色金属种类和十种有色金属统计也随之发生了变化。经国家统计局批准,自2023年起,10种有色金属产量统计中增列工业硅,取消汞。新10种有色金属包括:铜、铝、铅、锌、镍、锡、锑、镁、钛、硅,标志着我国有色金属工业在高质量转型发展新征程上又迈出了一步。

有色金属已发现96种

从历史上看,我国64种有色金属正式被提出,是在1958年3月15日。

时任冶金工业部部长王鹤寿,在给毛泽东主席和党中央的题为《争取有色金属产量的飞跃 占领有色金属的全部领域》的报告中指出,“在自然界中,当前已知的金属元素共67种(关于金属元素的数目,计算方法不一,因为有时把半金属和人造放射性金属元素也包括在内。这里没有把以上两类元素包括进去),其中除铁、锰、铬3种元素统称为黑色金属外,其余64种元素概称为有色金属。”

该报告上报后,毛泽东主席批示:“64种有色金属没有它不行”,极大地鼓舞了我国64种有色金属科技攻坚战的斗志,也让64种有色金属的观念深入人心。

在这份报告中,64种有色金属被分为普通金属和稀有金属两大类,具体分类如下:

1.普通金属(13种)

铜、铅、锌、铝、镁、锡、锑、镍、钠、钙、钾、钡、锶。其中的钠、钙、钾、钡、锶5种一般为化工系统的产品。

2.稀有金属(51种)

(1)稀有轻金属(在稀有金属中比重最轻)4种:锂、铍、铷、铯。

(2)稀有难熔金属(在金属中熔点较高)10种:钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、铼、钴。

(3)稀散金属(矿体生成极为分散,且多系与其他矿物共生,非经准确的全分析,不易发现)4种:镓、铟、铊、锗。

(4)天然放射性金属(区别于人造放射性金属)6种:铀、钋、钍、镭、锕、镤。

(5)稀土金属(其氧化物似土,故名)16种:镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪。

(6)其他稀有金属(主要为贵金属)11种:金、银、铂、铱、钯、钌、铑、锇、镉、铋、汞。

由此可见,1958年提出的64种有色金属,不包含准金属(半金属)和人造放射性金属,被严格定义为自然金属。

然而,随着人类对化学元素的探索和认识的不断深入,2016年11月28日,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)正式确认113号、115号、117号、118号四个新发现元素的英文名称及符号分别为nihonium(Nh)、moscovium(Mc)、tennessine(Ts)、oganesson(Og)。2017年5月9日,中国科学院、国家语言文字工作委员会、全国科技名词委员会联合发布四个新元素中文命名。最新版元素周期表包含118个元素,已全部填满7个周期。联合国也正式将2019年定为国际化学元素周期表年。

回头看,仍以天然金属元素为界,43号元素锝(Tc)、61号元素钷(Pm)、87号元素钫(Fr)等至少3种以上有色金属,虽然半衰期极其短暂,且其同位素也不能稳定存在,但却均已在自然界中发现,不再是人造金属元素(锝、钷、镎、钚最初通过人工合成的方式发现,但后来在自然界中也发现有痕迹量的存在,只是由于存量极为稀少,从天然矿石中提取并不实际,所以通常还是由人工合成的方式生产,因而有时这几种金属元素仍被标记为人工合成元素)。由此可见,现阶段即便仍以1958年的标准划分有色金属,也至少达到67种,若再计入准金属,则将超过72种。

因此,根据“有色金属(Nonferrous Metals)”的定义,人造放射性金属也应属有色金属。在此基础上再纳入“硅、硼、硒、碲、砷”5种准金属(半金属),现阶段有色金属共有96种。

有色金属总产量概念的第一次使用

有色金属总产量概念的第一次使用,是1962年2月时任冶金工业部副部长吕东代表冶金工业部党组在北京中南海向中共中央书记处书记彭真作的题为《关于有色金属矿山汇报提纲》的报告之中。

在这份报告中,有色金属是指:“在国民经济中用途最广、需要量最大的铜、铝、铅、锌、镍、镁、钛和钨(精矿)、锡、钼(精矿)、锑、汞、金、银14种有色金属。”

据曾任冶金工业部计划司副司长朱定军和《有色今昔》总编章伯垠回忆,从20世纪50年代初期起,有色金属工业管理部门在工作中经常碰到由于有色金属品种繁多,逐个向领导汇报,既费功费时,又抓不住重点,不得要领,形不成完整概念的困难。因为有色金属工业生产没有“代表产品”,一个品种就是一个产业,缺少标志。不像钢铁工业可以拿钢作代表,能给人以一目了然,画龙点睛之感。

于是,1961年1月,时任冶金工业部计划司副司长陈雷按照吕东要求,请朱定军和章伯垠着手解决这一问题,以便更好地准备向彭真书记的汇报报告。

实际上,解决这一问题的难点在于:“64种有色金属性质各异,用途不一,工艺复杂,不易找到它们的共性。因此,长期以来从客观上造成管理工作的诸多不便,尤其是向冶金工业部党组和国家计委汇报工作时,谈了铜,又说铝,接着还有铅、锌、钨、锡、钼、锑、汞、金、银……像一盘散沙,都是单打一,材料一大堆,串连不起来,光念就得几天几夜,形不成综合概念,有如堕入云里雾里,难于决策。搞第一个五年计划时,向冶金工业部党组汇报,就很伤脑筋。不仅汇报的人怕去汇报,听汇报的人也怕听汇报,连参加听的人也常‘溜号’。不像钢铁工业那样,可以拿钢或生铁作为代表,提纲挈领,牵牛鼻子。”

在研究解决这一问题过程中,受曾任国家计委综合局局长徐礼章提供的国外铜、铝、铅、锌等与钢产量成正比例资料的启发,朱定军和章伯垠结合我国有色金属工业情况,提出用铜、铝、铅、锌等常用有色金属产量之和形成“有色金属总产量”的概念,并于1961年5月上报了《关于使用“有色金属总产量”概念的建议》,经陈雷审阅后报冶金工业部党组,得到吕东的肯定、支持和采纳,并在给彭真等中央领导的报告中采用,解决了有色金属按单个金属汇报旷日费时形不成概念,不得要领的老问题。

1960年,我国14种有色金属总产量47.2万吨(吕东报告时使用数据),比1949年增长28倍,年均增长36%。其中,铜、铝、铅、锌、镍、镁、钛为国内需要的产品,钨(精矿)、锡、钼(精矿)、锑、汞、金、银是出口和国内都很需要的产品。产量构成上:铝、铜、铅、锌、锡、锑合计产量46.4万吨,占14种有色金属总产量的98.3%。1960年,我国14种有色金属产量构成及占比情况分别如图1、图2所示。

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有色金属总产量概念的调整

有色金属种类繁多,不同品种间产业规模及应用领域千差万别。“有色金属总产量”概念的提出,就在于采用单一、简化的指标,概括性地反映有色金属产业整体发展情况。因而,不论总产量指标含有多少个金属品种,只要能充分体现有色金属产业生产与发展概貌,满足“有色金属总产量”概念提出的初衷即可。也正是因为如此,“14种有色金属总产量”的概念自1962年正式使用后,又经历了多次调整。

据从事有色金属统计研究工作几十年,曾任中国有色金属工业协会副秘书长兼信息统计部主任王华俊梳理,我国还使用过“铜、铝、铅、锌、镍、锡、锑、汞”8种有色金属概念。而“铜、铝、铅、锌、镍、锡、锑、镁、钛、汞”10种有色金属概念正式形成于1978年。并且至1986年,10种有色金属概念主要在行业内部的计划与统计中使用,自1986年起至2022年,在全国计划与统计部门中广泛使用。

10种有色金属产量统计去汞增硅

2022年,我国14种有色金属(1960年统计口径)总产量6793.6万吨,较1960年增长14293.2%。其中,除金属汞产量同比下降75.5%以外,其余13种有色金属产量均有不同程度的大幅增长。2022年14种有色金属产量较1960年增长情况如图3所示。

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经过62年的发展,我国有色金属汞产量由1960年的2603吨下降至2022年的637吨,总产量未增反降,与我国于2017年8月16日签署的《关于汞的水俣公约》(以下简称《公约》),成为全球128个缔约国之一直接相关。

根据《公约》要求:自2017年8月16日起,禁止开采新的原生汞矿,各地国土资源主管部门停止颁发新的汞矿勘查许可证和采矿许可证。2032年8月16日起,全面禁止原生汞矿开采。世界各国在限制金属汞使用上达成共识,也体现出人类对金属汞的危害性,以及相关科学认知的不断进步。

以调整前10种有色金属产量计,2022年,我国10种有色金属总产量6774.3万吨,占原14种有色金属总产量6793.5万吨的99.7%;占49种现有统计数据的全部有色金属总产量的比例超过99.5%,仍可有效反映我国有色金属产业整体生产与发展情况。金属汞产量的变化,对有色金属总产量的影响可忽略不计。

此外,1952年,我国仅能生产铜、铅、锌、锡、锑、金、银、汞8种有色金属,但到2022年我国不但早已实现全部工业用有色金属的生产,且早已跃升为世界有色金属生产第一大国,准金属工业硅产量更是达到325万吨,占世界工业硅总产量的比例接近80%,是2022年我国金属镁总产量84.9万吨的3.8倍,成为我国产量第五大有色金属。2022年我国15种有色金属产量如图4所示。

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因此,将原有10种有色金属总产量中的汞去掉,增列工业硅,十分必要;也是反映我国有色金属工业高速发展成绩的客观必然。

四点启示

一是我国有色金属工业发展成绩斐然。新中国成立,特别是党的十八大以来,我国有色金属工业奋发拼搏,自立自强,把握发展机遇,贯彻新发展理念,产业综合实力显著增强,牢固确立了世界第一大有色金属生产国、消费国、贸易国地位。一批有色金属行业重大技术突破,引领支撑了我国高质量发展。我国有色金属企业先后为我国第一颗人造卫星、第一座核反应堆、第一艘核潜艇以及“长征”系列火箭、“神舟”系列飞船、“嫦娥”系列卫星、“天宫”系列空间站、世界最大射电望远镜、航母和舰艇等国防军工和航空航天国家战略工程提供了大量高品质的关键型材,也为C919大飞机、高铁列车、全铝新能源汽车等交通工具的轻量化作出了积极贡献。多年来,我国有色金属工业深入参与全球产业分工体系,通过不断的科技创新,已形成了集勘探、采矿、选矿、冶炼、加工为一体的设计、施工、生产完整产业链,逐步形成了国际领先的工艺技术装备体系、完整齐备的供应链体系,并不断扩大国际影响力和市场竞争力,为我国经济高质量发展和世界有色金属工业进步作出了积极贡献。

二是人类对有色金属及自然的认识是一个渐进的过程。2000年前,古希腊哲学家恩培多克勒(Empedocles)提出了“元素”的概念,他指出世界上的每一种物质,都可以分解为“水、土、气、火”4种元素。中国同样在2000年前提出世界是由金、木、水、火、土5种物质构成的“五行”体系。此后,直到17世纪中期,培根、开普勒、笛卡尔等科学家才代表近代科学向传统观念发起了挑战。1661年,英国科学家罗伯特·波义耳发表《怀疑的化学家》,对“四元素”说提出了质疑,他认为:元素应该是一种没有掺杂物的物体,元素不能由其他物体造成,也不能彼此相互造成。此后,又过了100多年,直到拉瓦锡对氧的研究不断深入,提出“元素是任何方法都不能分解的物质”之后,“四元素”说才被彻底否定。进入19世纪,道尔顿在1803年提出了化学界革命性的理论“原子论”。此后,一种又一种元素被科学家们相继发现,化学作为一个学科不断地发展。至门捷列夫于1869年提出元素周期律,人类已经确定了63种元素。而门捷列夫在发布的第一张元素周期表中,不顾当时已经公认的原子量,坚持改变了一些元素的排列位置;为了将元素放至门捷列夫认为正确的位置,修订了一些元素的原子量;又在表中留出了4个空位,留给门捷列夫认为应该存在,而未发现的元素。再之后,随着门捷列夫预测元素的相继发现,以及化学界科学家研究的不断深入,元素周期表又得到不断的填补和完善。

中文化学元素名称由我国近代启蒙家徐寿于1868年以后,用音译法命名。即把化学元素的英文读音中的第一音节译成汉字,作为这个元素的汉字名称。镭、钯、钚等中文元素名称则取自明朝皇族姓氏(明太祖朱元璋规定皇族起名要按金木水火土之序,名字中一定要有相应的偏旁部首。300多年间,皇族人口不断增长,已有汉字已不能满足需要,于是开始用既有的偏旁部首造字,如朱慎镭、朱徽钚、朱成钯)。

新中国成立后,我国于1958年第一次提出64种有色金属时未列入“人造放射性金属元素”。而人工合成元素(synthetic element),又称为人造元素(artificial element),在化学中是指自然界中不存在,只有通过人工方法才能制造出来的化学元素。至今,已有24种人工合成元素被合成出来,它们均是不稳定的放射性元素,但彼此间衰变的速率差异很大,半衰期从几千万年到仅仅只有数百微秒。其中,锝、钷、砹、镎和钚5种元素最初是通过人工合成的方式发现,但后来在自然界中也发现有痕迹量的存在。如,1962年,从比利时属刚果的沥青铀矿中分离出了锝-99。其含量极低,每公斤铀矿仅含有0.2纳克锝,是铀-238自发裂变的产物。也有证据表明,加蓬奥克洛天然核反应堆曾产生大量的锝-99,但在过去亿万年中已经几乎全部衰变为钌-99。再如,1963年,橡树岭国家实验室使用离子交换法从核反应堆的核燃料加工废料中分离出了大约10克的钷。目前,钷的主要来源依然是作为铀裂变生成的副产品之一被提取出。由此可见,人类对自然与科学的认识始终是一个渐进的过程,自然与科学间也始终保持着相辅相成的密切关系。因而,不论有色金属以何种定义被划分为多少种,有色金属总产量概念包含哪些具体品种,对有色金属及其材料的不断研究,并将相关研究成果转化为推动我国乃至世界经济发展,以及人类文明进步的动力,才是根本目的。

三是有色金属行业在加快应用攻关的同时也应加强对理论知识的梳理和普及。有色金属行业是指生产与加工铜、铝、锌、铅、镍、锡等有色金属的企业和相关产业链。随着社会经济的发展和技术水平的提高,有色金属行业越来越受到重视。然而,对于有色金属行业而言,应用攻关与理论知识的梳理普及同样重要。实现和扩大有色金属的应用与消费,需要行业企业强化应用攻关以不断创新和开拓市场,才能保持行业企业的竞争力,从而获得更多的市场份额。相应的,有色金属行业企业在生产经营过程中,注重自身所处行业知识的理论梳理,不仅可以帮助企业更好地应用技术,还可以帮助企业预测市场变化和趋势。而向大众普及和介绍自身产业知识与研发背景,不但可以在宣传自己的同时加强外界对行业的了解,甚至能激发青年、学者等从事行业研究的热情,从而建立未来广阔的发展空间。然而,目前我国网络及书籍中关于部分有色金属及其化合物性质、发现历史、自然赋存状态等系统性、权威性的概述内容还不够准确、全面。国内官方权威机构发布的,对化学元素性质、划分有准确标注的包含118个元素的化学元素周期表尚属空白。因而,除有色金属行业企业外,国家政府有关部门、科研院所、高等院校等,也应注重和加强对有色金属行业科研与理论学习的投入,加快知识折旧与更新,通过基础性、系统性、战略性的综合产学研用体系建设,来推动行业高质量转型升级发展。这也是我国有色金属行业提高核心竞争力和市场竞争力的必要途径。

四是未来还将产生更好的有色金属产业规模及运行情况总括性指标。有色金属品种繁多,96个有色金属就是96个行业。现代有色金属工业作为全球流通性产业,其应用涉及到机械、建筑、电子、航空、核能、医药等民用军用科研全部领域,是现代工业和未来工业发展不可或缺的重要原材料。不同有色金属品种性质不同、应用领域不同、消费规模不同,导致各品种间差异巨大。如,2022年我国电解铝产量已突破4000万吨,占有色金属总产量的比例接近60%。而元素周期表中原子序数≥99(锿以后)的人工合成元素由于半衰期都极短,非常不稳定,还无法大量生产,更多仍处于科学研究阶段。再如,到1957年底,我国还只能生产20种常见有色金属。机械与军工生产所急需的49种稀有金属大部分还是空白,只相当于苏联1917年的水平。而进入21世纪,我国早已成为世界第一大有色金属生产、消费国。又如,我国曾因加工能力大于冶炼、矿山能力而限制铜、铝产业扩大生产;因国内外市场需求发生变化,而决定优先发展铝;现阶段,光伏产业快速发展,又推动我国成为世界第一大工业硅生产国。由此可见,有色金属工业在不同时期发展的金属品种不同,产量规模也不同。因而,简单地将10种有色金属产量相加,也不能准确地反映有色金属产业内各品种间的发展形势。所以,随着有色金属行业的高质量转型发展以及研究的不断深入,未来一定还会有更好的总括性指标出现。这也是当代有色行业人,应当解决与回答的问题。

最后,我国有色金属工业必将继承和发扬老一辈党和国家领导人的光荣传统和优良作风,以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,坚决贯彻落实党中央、国务院有关决策部署,完整准确全面贯彻新发展理念,推动行业高质量转型发展,为早日建成有色金属工业强国,为实现第二个百年奋斗目标,推动构建人类命运共同体,贡献有色力量。(作者单位:中国有色金属工业协会)

责任编辑:孟庆科

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