使用量最大的金属——铁的趣闻%281%29.pdf

DOI:10.3969/j.issn.1000-6826.2023.04.1185使用量最大的金属使用量最大的金属铁的趣闻铁的趣闻（1）The Most Widely Used Metal:Anecdote of Iron(1)供稿|贾成厂/JIA Chengchang导读内容说到钢铁，大家一定不陌生，它与我们的社会发展和日常生活密切相关。然而，你知道钢铁的生产量吗，其产量竟然相当于第 29 名金属产量总和的 10 倍！而且，中国的钢产量要占到全球的一半以上！钢铁还有非常广泛的用途，在我们的周围无处不在。铁还是最便宜的金属，其价格仅有金的约七万分之一。下面就让我们一起来了解一下我们最“熟悉”的铁吧。产量与使用量最大的金属铁在生活中分布较广，地壳中铁的丰度为4.75%，仅次于氧、硅、铝，位居第 4。据世界钢铁协会发布的世界钢铁统计数据 2023数据，2022 年全球的粗钢产量 18.85 亿 t。图 1 是排名前9 位金属的相对产量1。如果以粗钢的生产量为100，那么第 29 位的总和仅为 10.86。只有粗钢的10%左右。啊，钢铁，量的霸气！据世界钢铁协会发布的世界钢铁统计数据2023数据，2022 年，中国粗钢产量达到 10.18 亿 t，位列全球第一，占全球粗钢总产量比重为 54.0%；印度和日本位列全球第二和第三，粗钢产量分别为 1.25亿 t 和 0.89 亿 t；美国与俄罗斯粗钢产量分别是 0.81亿 t 和 0.72 亿 t，位列第四和第五位。韩国、德国、土耳其、巴西、伊朗依次位居第 610 名，粗钢产量分别为0.66 亿t、0.37 亿t、0.35 亿t、0.34 亿t、0.31 亿t。尽管受到新冠疫情的影响，2022 年中国的钢材产量还是实现了增长，据国家统计局公布的数据2，全年产量高达 13.40 亿 t，比其他几大洲的产量总和还要多。100.003.343.002.051.100.650.330.250.1410.860.11.010.0100.0相对产量粗钢铝锰铬铜锌钛铅镍铝镍合计图1排名前 9 位的金属的相对产量 全球十大钢铁集团排行榜，中国占了七席。早在几年前，就流传着这样的说法：中国的钢产量世界第一（不包括河北省）。河北省第二（不包括唐 作者单位：北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 222023 年第 4 期山），唐山第三。现在，我国拥有着许多大型的钢铁集团，据世界钢铁协会发布的世界钢铁统计数据 2023数据，在全球公布的十大钢铁集团排行榜中，中国的宝武钢铁集团位居世界第一。宝武集团是由宝钢集团和武汉钢铁集团重组而成，是当前世界上唯一的一个产量超过 1 亿 t 的钢铁集团（图 2）。图2宝武集团 除了宝武集团名列第 1 之外，我国的鞍钢集团排名第 3，沙钢集团排名第 5，河钢集团排名第 6，随后的还有建龙集团、首钢集团、山钢集团。钢铁的广泛应用铁具有很多应用3，可用于制药、农药、热氢发生器、凝胶推进剂、燃烧活性剂、催化剂、水清洁吸附剂、烧结活性剂、粉末冶金制品、各种机械零部件制品、硬质合金材料制品等。纯铁用于制发电机和电动机的铁芯，还原铁粉用于粉末冶金，钢铁用于制造机器和工具。此外，铁及其化合物还用于制磁铁、药物、墨水、颜料、磨料、还原剂、铁盐制备、电子元器件制备、营养增补剂（铁质强化剂），在胶黏剂中用作环氧胶黏剂的填料，配制铸件修补胶等。钢铁的用途更是广泛。钢铁材料在建筑、机械、造船、通讯、农业、汽车、交通、铁路、军工、煤炭、矿山、石油、化工等各个领域广泛应用，缺它不可（图 3）。54.116.15.71.71.01.20.20.20.20.90003.91.21.60.60.616.3100.010080604020020比例/%建筑机械汽车能源造船家电铁道集装箱其他合计需求量占比需求量占比同比图3下游行业刚体绕需求量占比（2019 年）各个工程领域中钢铁的应用都已十分广泛，其中建筑是最大的钢铁消费行业，中国每年在建筑领域消耗钢材就相当于日本和美国钢铁产量的总和。而今后数年我国建筑仍处于发展的鼎盛时期，可以预见极其大量的钢材将被生产并使用于建筑行业。毫不夸张地说，钢铁的发展与进步直接推动了现代建筑的发展。而现代建筑的不断提升对材料的需求也促进了钢铁的发展。坐落在北京中轴线上的北京奥运会主会场国家体育场犹如树枝编织的“鸟巢”，正轻轻按压着古都北京深远厚重的历史文化脉搏。20080808 第29 届奥林匹克运动会的圣火在全世界的注视之下，在全场 91000 名观众的欢呼声中，在这里点燃，北京奥运会在这里隆重开幕（图 4）。作为迄今为止世界上最大的钢结构工程，“鸟巢”外部钢结构的钢材用量为 4.2 万 t，整个工程包括混凝土中的钢材、螺纹钢等，总用钢量达到了 11 万 t。而且，值得自豪的是，使用的全部为国产钢。“鸟巢”所使用的钢是我国科研人员经过多次技术“攻关”才研制出来的，它不仅在厚度和使用范围上前所未有，而且具有良好的抗震性、抗低温性、可焊性等特点。中国自主创新的钢材，撑起了“鸟巢”的钢筋金属趣话知识园地Science Corner23铁骨,而且还使得“鸟巢”主体结构的设计使用年限达到 100 年，耐火等级一级，抗震设防烈度 8 度。北京大兴国际机场航站楼是世界上最大的单体航站楼工程（图 5），主体为现浇钢筋混凝土框架结构，局部为型钢混凝土结构，屋面及其支撑为钢结构，钢结构总量约 13 万 t。主航站楼屋顶钢结构采用空间网架结构体系，钢网架面积达 1.8105 m2、最大跨度达 180 m，起伏高差约 30 m，质量 5 万 t 以上，超过鸟巢。钢管总长度近 500 km，可以环绕北京五环路 5 圈。混凝土结构施工期，10 个月所绑扎的钢筋量差不多可以建造 2 艘辽宁舰。图5北京大兴国际机场 2019 年建筑业钢铁需求量为 48600 万 t，支撑起钢铁下游需求行业的半壁江山。机械行业是钢材需求仅次于建筑的第 2 大行业，发展程度对钢材消费具有重大影响。汽车行业为制造业中用钢量较大的行业，我国汽车行业钢材消费量与汽车产量密切相关，汽车作为钢材需求第 3 大来源，主要影响冷轧板卷、中厚板等钢板和轴承钢、弹簧钢等优质钢的需求，汽车制造业对钢材的需求量影响较大（图 6）。2020 年中国汽车产量为 2522.5 万辆，销量为 2531.1 万辆。2021 年上半年中国汽车产量为 1256.9 万辆，销量为1289.1 万辆。汽车用钢主要包括汽车大梁钢、车轮钢、汽车内衬板、汽车（轿车）面板等，以及传动部分用齿轮钢等特殊钢。据统计，生产 1 辆汽车的原材料中，钢材所占的比例约为 72%88%。2020 年中国汽车行业钢材消费量为 5250 万 t。2020年中国各车型单辆车钢材耗量/t客车货车MPVSUV轿车交叉型乘用车4.43.41.41.41.11.1图6单辆车钢材消耗量 最便宜的金属铁（钢铁）不仅产量最高、用量最大，而且还是价格最便宜的金属。如图 7 所示，钢铁的价格仅为铜的约 1/12，钴的约 1/80，锂的约 1/200，银的约 1/1000，锗的约 1/2000，钌的约 1/14000，金的约 1/70000，铑的约 1/160000。我国的钢铁工业面临的现状我国钢铁工业的发展，是从几乎零基础，一步一步走到了产量占世界第 1。1949 年，我国的钢铁产量十分稀少，一年也不过 16 万 t。然而随着我国钢铁技术的不断发展，1996 年我国钢铁产量就跃居到了世界第一。但是，还存在着以下的难题。1）技术难关单看粗钢的产量确实很高，但钢铁生产的用途多种多样，许多方面是需要用到特种钢材，比如高铁动车、航空航天、军用武器等。全球高精尖特种钢的最大生产国是日本，其份额占到了整个特种钢产量的 20%，而我国的产量占比就只有个位数。如果我国不能突破特种钢生产的技术难关，我们就不得不面临长期从国外进口钢材的局面，这样做不仅容易损害我国钢铁集团的利益，也很容易受制于人。图4鸟巢金属趣话Metal World 242023 年第 4 期2）铁矿石我国地大物博，资源丰富，但是这丰富的资源里并不包括生产钢铁所需要的铁矿石，尤其是高品质的铁矿石。中国铁矿资源多而不富，铁矿石质量不高，以中低品位矿为主，富矿资源储量只占1.8%，而贫矿储量占 47.6%。中小矿多，大矿少，特大矿更少。矿石类型复杂，难选矿和多组分共（伴）生矿所占比重大。整个矿石里平均只能提取1/3 的铁，这加大了开采的难度和生产成本。此外我国的铁矿石分布还很不均匀，都是呈现星星点点的分布状态，能够进行长期集中开采的矿场十分稀少。世界铁金属储量的前 10 位国家分别是：第 1 位俄罗斯铁金属储量 290 亿 t，Fe 平均品位 36.9%；第 2 位澳大利亚铁金属储量 179 亿他，Fe 平均品位63.7%；第 3 位巴西铁金属储量 101 亿 t，Fe 平均品位 58.5%；第 4 位加拿大铁金属储量 100 亿 t，铁平均品位 38.6%；第 5 位印度铁金属储量 63 亿 t，铁平均品位 61.1%；第 6 位是美国铁金属储量 60 亿 t，铁平均品位 23.6%；第 7 位是南非铁金属储量 59 亿 t，铁平均品位是 62.5%；第 8 位是中国铁金属储量35 亿 t，铁平均品位 38.8%；第 9 位是瑞典铁金属储量是 24 亿 t，铁平均品位 53.3%；第 10 位是委内瑞拉铁金属储量是 17 亿 t，铁平均品位是 60%4。铁矿石资源最丰富的 2 个国家分别是澳大利亚和巴西，并且他们的铁矿石质量还十分上乘，含铁量高。在资源差异如此巨大的情况下，对于我国庞大的钢铁产量需求来讲，我们生产所需的铁矿石原料就不得不依赖进口。事实上我国每年都有 90%的铁矿石是从别的国家运过来的，可以说生产钢铁的铁矿石基本都是靠进口，为此我们的铁矿石进口费也数额巨大，现在每年已经超过了 1000 亿美元，在长期丧失资源议价主动权的情况下，这会进一步压缩钢铁企业的生产利润。困境总是会被打破的，尽管我国钢铁的发展之路从起步初期就十分艰难，却还是拥有了现如今令人瞩目的成绩，相信未来即使面临再多的困难，我们许许多多的钢铁人也会克服困难，让中国再一次创造属于钢铁的奇迹。结束语金属中铁的生产量与用量都是无可争议的第一，它又是价格最低廉的金属。钢铁在各个领域都得到广泛应用，其下游产业的前 3 位是建筑、机械与汽车。中国早已成为世界上钢铁生产与消费大国，不久的将来一定会成为一个屹立在世界东方的钢铁强国。参考文献 yumanqiu.全球产量最高的十种金属，铜上榜，第一是工业黑色金属之一.（20211203）20200411.https:/ 国家统计局.20230411.https:/ 百度知道.使用最广泛的金属是什么（20190814）20200411.https:/ 1600008000400201价格/(元/kg)铑金钌锗银元素名称锂钴锡铜铁6570002820005600076503600755277146494图7金属的价格比较金属趣话知识园地Science Corner25 长弓有心.世界铁金属储量的前十名国家：第一名俄罗斯（202004 11）2020 04 11.http:/ 作者简介：贾成厂，北京科技大学教授、博士生导师。1982 年毕业于北京钢铁学院金属材料系，获学士学位。1987 年获日本东北（TOHOKU）大学硕士学位。1990 年 获 得 日 本 东 北（TOHOKU）大 学 博 士 学 位。19901994 年日本神奈川科学城博士后、总工程师。获国家发明专利 30 余项。在国内外学术期刊上发表论文200 余篇，其中 SCI 检索 76 篇，EI 检索 127 篇，单篇文章他引超过 100 次。编著学术专著 15 本：复合材料教程陶瓷基复合材料导论烧结金属含油轴承金属基复合材料导论超硬材料与工具金属粉末凝胶注模成形烧结实践与科学基础韩凤麟教授论文集等。获教育部科技进步二等奖、中国冶金教育协会优秀教材一等奖、高等教育国家级教学成果一等奖（参加）、北京市教育教学成果一等奖、中国有色金属学会优秀期刊二等奖、中国金属学会优秀工作者、“挑战杯”全国大学生科技竞赛优秀指导教师、复合材料学会复合材料学报杰出编委、北京科技大学“我爱我师我心目中最优秀的教师”、师德先进个人、优秀党员、先进工作者、教学成果一等奖、科技论文 SCI 收录奖等荣誉。主要社会兼职：中国复合材料学会名誉理事、中国金属学会粉末冶金分会名誉理事、中国机械工程学会粉末冶金分会常务理事、中国有色金属学会粉末冶金与陶瓷分会理事、中国钢结构协会粉末冶金分会名誉理事、中国有色加工协会特聘专家、中国建材工业协会粉体分会理事、中国机协粉末冶金分会特聘专家，担任复合材料学报编委、粉末冶金技术顾问、粉末冶金工业编委、中国钼业编委、粉末冶金材料科学与工程编委、中国材料科技与设备编委、金属世界编委、特邀撰稿人。金属趣话Metal World 262023 年第 4 期