技术创新决定我国硼工业发展的未来

田朋 宁桂玲

硼(B)是地壳中最重要的元素之一，与锂和铍同为稀有元素。据相关地质资料显示，地壳中硼元素的含量仅为铜元素含量的1/30，钴元素含量的1/10，锡元素含量的1/12。由于硼及硼化合物的特殊性质，它们在化工、医药、轻工、纺织、电子、冶金、建材、农业等传统行业中被广泛使用。此外，现代新技术领域中，硼与氢、锂、铍的化合物是高能喷气燃料;在国防航天工业中，用钛和锆的硼化物可制成陶瓷金属，是超高温和超硬质的材料;硼的同位素B10具有很强的吸收中子的能力，碳化硼和硼酸可以用作中子防护屏和在原子反应堆中作为控制棒调节器的材料;最新的研究表明，硼氢化铵具有非常高的储氢能力，被认为是极有潜力的储氢材料。因此，开发和利用硼资源在国民生产和国防建设中具有极为重要的作用。

 

我国是硼资源比较丰富的国家，现已探明硼矿矿区53个，总储量3888.6万吨，占世界总储量的11.6%。但我国硼资源条件差、品位低，易于开发利用的硼镁石矿储量少(仅占国内总储量的6.64%)，而难于分离和开发利用的硼铁矿却占储量一半以上，交通不便利的青藏地区的盐湖硼资源占三分之一。这些问题的存在极大地影响了我国硼工业的发展。树立独立自主的创新观念，利用技术创新有效地利用我国的低品位硼矿，才是实现我国硼工业跨越式发展的有效途径，才是我国硼工业未来发展的希望。

 

一、我国硼工业技术创新的必要性

 

1. 资源现状不容乐观

 

世界上硼矿主要集中在土耳其、美国、俄罗斯、中国及南美等少数国家和地区。土耳其的硼储量居世界第一，总量10886万吨，占世界硼储量的32.63%。土耳其硼矿主要是硬硼钙石、天然硼砂、钠硼解石，属新第三纪构造火山沉积型矿物。其高品位硼矿石B2O3质量分数可达37~42%，低品位硼矿石B2O3质量分数也可达26~27%。美国硼资源储量稍低于土耳其，储量为10433万吨，占世界硼储量的31.72%，主要硼矿资源地在加利福尼亚南部，矿物主要是硼砂、四水硼砂矿、钠硼解石和硬硼钙石，硼矿中B2O3质量分数达25%以上。

 

我国现已探明硼矿矿区53个，B2O3总储量3888.6万吨，占世界总储量的11.6%。目前硼资源除了青海、西藏等地的天然硼砂之外，多数以内生矿埋于地下。名列前茅的要数辽宁的硼矿，国内生产企业均以此地的硼矿为主。辽宁省的硼矿资源主要以硼镁铁矿和硼镁石为主，其中产于辽宁丹东市翁泉沟的硼铁矿，已探明储量为2.8亿吨，B2O3储量为2185万吨，占我国硼矿石储量的58.54%。在青海主要有钠硼解石、柱硼镁石、水方硼石和库水硼镁石，B2O3储量为1164万吨;在西藏主要是硼镁矿和天然硼砂。

 

虽然我国硼资源还算丰富，但绝大多数硼矿资源条件较差，品位较低。我国90%以上的硼矿B2O3质量分数在12%以下，B2O3质量分数20%以上的富矿所占比例不到10%。土耳其的标准硼矿石中B2O3含量达到40%以上，如果按照这一标准我国几乎没有符合要求的硼矿。另外，现在我国硼资源的6.64%是硼镁石矿，但却占我国硼工业矿物原料的95%以上;硼铁矿占硼矿总储量的58.54%，这类硼矿结构复杂，共生矿物多，加工技术难度大，工业开发刚处于起步阶段。我国西部地区盐湖资源中硼含量丰富，品位较高，但由于当地交通运输困难、开采条件恶劣，开发利用较少。

 

2. 生产形势严峻

 

硼产品的生产国主要为土耳其、美国、中国、智利、俄罗斯等，其中美国和土耳其的硼酸盐产量占世界一半以上。目前，我国拥有60万吨的硼砂生产能力，其中辽宁占绝大部分，约占全国总生产能力的80%以上。辽宁省生产硼砂的主要原料是硼镁矿与硼镁铁矿，生产方法采用碳碱法，其余硼砂生产能力分布在青、川、藏、沪、吉、鲁6省区市，但目前因成本太高已停产，目前主要依赖进口硼砂，2012年全国进口五水硼砂60.3万吨，占国内70%以上市场份额。同时，我国目前拥有50万吨的硼酸生产能力，但受到诸多因素影响，2012年，我国硼酸总产量约15万吨，进口硼酸达到17.6万吨。

 

整体上，我国的硼化工企业规模小，仅辽宁省就有100多家硼企业，技术落后，原料加工成本高。而国外的硼企业却正好相反，美国和土耳其这两个硼资源大国，其拥有的硼企业均属于大规模的跨国公司。美国拥有四家硼酸盐企业，其中世界第一大硼企业——美国硼砂集团硼砂和硼酸的生产能力就占全国的85%和65%。土耳其的硼矿开采和加工目前实行全面国有化，目前由唯一的国有公司Etiquette Mine Works General Management进行管理。企业的规模和技术水平上的差异致使我国硼企业在国际上基本不具备竞争力，因此大量国外低价硼砂和硼酸涌入我国市场，使我国整个硼工业形势严峻。

 

3. 技术创新势在必行

 

综上，我国硼工业存在硼资源品位差，缺乏相应的技术，硼企业规模小，在国际上缺乏竞争力等问题。要解决这些困难，技术的提高势在必行。以往，我国的许多中小企业乃至大型企业对外国技术存在很大的依赖心理，往往想通过引进国外的技术来提高自身的水平。然而，在硼工业领域，由于美国等发达国家的硼矿均为高品位的富矿，很少针对我国这些低品位硼矿开发相关技术研究，同时由于硼资源的重要性，先进技术的引进显得比较困难。在我国，硼工业领域长时间采用粗放式开发，只采富矿，贫矿被大量抛弃，硼矿资源遭到严重破坏，致使硼矿贫化严重，更难利用。因此，我国硼工业必须依靠自身力量实现技术创新，促进硼工业的技术进步，只有这样我国的硼工业才能健康的发展。

 

4. 技术创新在我国硼工业的表现

 

技术创新是指企业应用创新的知识和新技术、新工艺，采用新的生产方式和经营管理模式，提高产品质量，开发生产新的产品，提供新的服务，占据市场并实现市场价值。技术创新在我国硼工业的具体内容：(1)天然硼矿资源的有效开发和利用;(2)新的硼化工产品、新的硼产品生产工艺(方法)的创立和改进; (3)硼行业领域中新需求与新市场的开拓和占领。

 

二、我国硼工业技术创新的可行性

 

1. 硼工业的发展给予了技术创新精神的传承

 

我国硼矿以贫矿为主，虽然这对硼资源的开发不利，但也迫使我国硼工业的工作者们不断进行技术创新。20世纪50年代，勘探硼资源，打破美国的经济封锁和禁运，自力更生建立“三硼”基地。20世纪60年代，生产企业完成了硫酸法向加压碳碱法的过渡，分解率由55%提高到了90%。各厂根据大连理工大学研究的硼矿石焙烧机理，改进竖窑结构，控制焙烧温度和时间，使矿石活性大大提高。辽宁省化工研究院研制并工业化成功的碳碱法制备硼砂，成为了我国独特的硼砂生产工艺。20世纪70年代，硼工业进行调整，国家加大投资力度，新品种不断涌现，密压机在硼化工生产中中试成功，大大改善了劳动环境和劳动强度。20世纪80年代，新技术、新设备、新品种不断涌现，沸腾焙烧、电渗析、厢式过滤机、流化床干燥、卧式刮刀自动离心机等新技术、新设备在硼工业全面推广，硼酸钙、单质硼、氟硼酸盐、过硼酸盐、钕铁硼和一些有机硼化物相继问世。20世纪90年代以来，青海盐湖所开发了盐湖提硼，天津化工设计院、辽宁省化工研究院、大连理工大学、东北大学等都从事硼元素方面的课题研究，对新品种开发、硼资源的开发利用做出了重要贡献。进入21世纪，辽宁首钢硼铁公司对丹东市翁泉沟的硼铁矿进行综合开发，东北大学开发了火法焙烧、磁选—磁重选，大连理工大学开发了松解剂分离硼铁矿等技术，这些都在硼铁矿的利用上取得了成功。

 

过去50年，我国的硼工业取得了巨大的进步，在硼工业创建之初设备非常简陋，土窑焙烧，铁锅碱解，水洗槽自然澄清，敞口铁锅蒸发提纯，经过了50年的技术创新才有了今天的硼工业，自主创新的精神在几代人中不断传承，这是我国硼工业技术创新方面宝贵的精神财富。

 

2. 效益差给予我国硼工业技术创新的动力和压力

 

由于国际市场的开放，低价格的硼砂涌进我国，使低附加值硼产品市场处于供过于求和价格降低的状态。价格降低使我国各个不同规模和技术水平的硼企业都成为直接受害者，规模小、技术落后的企业获利甚小，濒临停产倒闭。由于在销售方面存在问题，厂商极易重视技术创新和产品研究开发工作。可见，我国效益差给硼工业带来巨大压力的同时，也把硼工业对技术创新的积极性充分调动起来。

 

3. 中小型企业在技术创新上存在优势

 

我国的硼工业企业以中小型为主，中小企业是技术创新的主要源泉。这些企业虽然不及大型企业资金雄厚、科研力量充足，但其也在技术创新方面存在优势，主要体现在：(1)创新效率高，创新速度快。在大多数产业，最大公司给定规模项目的生产率不如一些小企业高，一个较大的组织会因惯性、管理问题而受到限制。(2)容易接受创新。中小企业组织层次少，上下级关系近，内部交流多，结构灵活，信息传递快而有效，市场反应灵敏，决策速度快，并且面临着比大企业更大的市场竞争推力。不进行技术创新，企业就可能会退出市场。(3)技术创新的应用化程度高。中小企业投入少，抗风险能力弱，只能避开投资多、风险大、开发周期长的技术创新项目，而选择投资少、见效快、针对性强的“见缝插针”式的项目。其创新成果往往针对企业生产经营活动的某一特定环节，可操作性强，有的几个月就可见效。

 

三、我国硼工业技术创新方面现存的问题及其原因

 

1. 存在的问题

 

尽管我国硼工业在技术创新方面取得了巨大的进步，有很多优势，但是与发达国家相比，硼工业的技术创新存在明显不足。

 

(1)缺乏原创性的技术创新

 

中国硼工业在技术创新方面取得了长足的进展，但是技术创新力度仍然不够，主要表现在具有原创性的技术创新成果的数量很少，仅有碳碱法提硼算是我国独有的技术。在建国初期，硼工业的科技人员卧薪尝胆、攻克了一道又一道技术难关，缩短了我国硼工业与国外发达国家的差距。由于这一时期中国硼工业的主要任务是提高产量，技术创新不具备原创性也在情理之中。改革开放初期，硼工业把工作的重点转移到产业结构的调整上，这一时期也不可能取得真正具有原创性的技术创新成就。20世纪90年代以后，我国硼工业进入了稳定发展期，辽宁省的企业大力发挥离矿山近的优势，不断扩大生产能力。这一时期本应产生大量的技术创新，但大多数企业更多追求生产能力的扩张，忽视了技术的创新，致使我国的技术与发达国家相比较为落后。

 

(2)技术经济指标低于发达国家

 

我国硼工业在企业规模、能耗水平等技术经济指标方面与发达国家相比还有较大差距。

 

企业规模小。如前所述，我国硼工业企业多数属于中小型，尽管中小企业在技术创新方面存在优势，但中小型企业资金不足，科研匮乏，信息不畅。而这些缺陷在我国的中小企业中体现尤为突出。

 

能耗水平高。我国的硼矿品位低，需要通过选矿—焙烧—高压溶解等方式才能得到硼砂溶液。土耳其和美国拥有天然硼砂矿，仅需要过滤不溶物即可以获得纯度较高的硼砂溶液。我国很多硼砂企业都因加工成本过高，同外国企业无法竞争而停产或倒闭。

 

(3)高端产品依赖进口

 

尽管我国的硼产品生产能力不低，但许多产品我国还要依赖进口。以硼同位素B10为例，硼同位素相关产品在军用防护、航空航天、核武器、核能工业及癌症治疗等领域占据不可或缺的地位，仅就我国中长期规划的40余套核电站而言(目前正在服役的核反应堆为15个)，将需要大量的B10同位素产品。但是，该领域的先进技术目前还掌握在一些发达国家手中，如意大利、美国、日本等。再如，我国每年太阳能用高纯硼酸需求量为3万吨，但是没有1吨是国内生产的。由于先进的生产技术没有掌握在我们手中，从而价格、质量、甚至我们的发展趋势或目标都要受控于发达国家，其后果可想而知。

 

2. 创新能力不足的原因

 

导致我国硼工业技术创新能力不足的原因是多方面的。其主要原因包括如下几个方面：

 

(1)企业过于分散、行业长期不景气

 

我国硼工业中存在的突出问题是小规模企业过多，产品过于单一。数目众多的小规模企业使我国硼工业出现过度竞争的局面，彼此打压价格，很少将精力放到技术创新上，制约了我国硼工业的发展。另外作为我国传统产业的硼工业，虽然也在不断推出一些尖端产品，但市场相对狭窄，和国外产品相比高端产品质量和性能较差，而一些传统的终端企业的萎缩，导致硼砂、硼酸等产品需求缩减，如搪瓷制品被塑料制品取代，大部分搪瓷企业处于停产和半停产状态。

 

(2)企业技术创新所需的技术、设备、人才、信息缺乏

 

我国大部分的硼企业在技术、设备、人才、信息等方面不具备优势，严重制约企业的技术创新。根据对辽宁省地区企业的调查，目前硼企业设备的技术水平明显落后于发达国家;大部分企业对现有员工的素质和工作状态的要求不高，由于工作环境差，工资水平低，很少有大专院校的毕业生愿意从事硼工业的工作，这就造成人才培养和储备方面明显不足。同时，中小硼企业在技术、人才方面的缺乏往往同时意味着在信息方面的缺乏，特别是在基础设施建设相对落后的地区，信息方面的劣势表现得更为明显。

 

四、发达国家在低品位矿产中发展技术创新的启示

 

我国硼工业的约束主要来自于硼矿资源恶劣，欧美等发达国家在低品位矿产中发展技术创新方面上积累了丰富的经验，值得我们借鉴。

 

以稀土为例，稀土元素在航空航天、军事等重要部门有着不可代替的作用，是欧美和日本等国必不可少的原材料。我国是稀土资源大国，稀土储量全世界第一，生产量占全世界90%。美国本土虽然存在稀土资源，但由于开采成本和环境的原因，2002年美国关闭了稀土开采，主要依赖中国的进口稀土。2011年我国的稀土价格大幅度上涨，美国又重启稀土开采，并寻找替代产品。

 

再以镁矿为例，我国是镁资源大国，镁储量全世界第一，同时我国也具有高品位的镁矿，如纯度99%的特A级菱镁矿等。邻国日本拥有丰富的液态镁资源(海水卤水)，但日本从我国大量进口高品位的原矿将其处理加工成低附加值的填充材料、耐热材料和阻燃材料，而对其本国内品位比较低的液态镁资源多开发用于生产高附加值的硅钢级氧化镁、氧化镁单晶、氧化镁陶瓷和镁合金等。

 

由以上这些可以得出如下三点启示： (1) 不拘泥于本国的资源，尽量进入国际市场，在条件允许的情况下优先使用其他国家高品位矿产;(2)不放弃本国的低品位资源的开发，以免在资源方面受制于他国;(3)为了保证本国工业的发展，尽量将低品位资源加工为高附加值产品。

 

五、我国硼工业技术创新建议

 

1. 强化国家的宏观调控职能，保护开采、因材施用、提高硼矿附加值、进行立项研究

 

当前我国硼矿基本在私人手中经营。这些私营者都以很便宜的价格收购硼矿，然后经传统工艺提取硼后，生产低附加值的工业品，以很低的价格销售。进口产品多以高端硼产品为主，价格往往高出我们的普通产品数倍，并且市场前景良好，如果需求量增大，价格还要上涨。事实上，这些高端产品的生产费用仅比普通产品高出不到1倍。考虑到国内高端硼产品的稀缺有限性和巨大需求市场的长期稳定性，建议对我国的硼矿进行保护性开发，在条件允许下进口他国低附加值硼产品以满足国内的需要;整合高品位硼矿资源，开发核电、军事、航天、医药等特种硼产品，进而提高我国硼产品的附加值;为了将高端产品掌握在自己手中，要鼓励全行业联合攻关，使我们的产业掌握自主知识产权。为此，需组织国内相关专家论证，结合生产部门进行专题立项研究，申请国家科技部《产业技术创新战略联盟》，联盟主要成员由该领域具有权威性的高校和企业组成，包括清华大学、天津大学、大连理工大学、中科院青海盐湖研究所、大连金玛集团公司、西藏矿业公司、西藏华峰山水矿业公司、四川蜀阳化工厂、西藏锂业公司等。

 

2. 加强产学研合作，开展高端产品的研发，改变当前高端产品进口局面，组织高校和科研单位进行技术创新

 

当前最可行、也是最急需的是利用我国的低品位硼矿进行高端硼产品的生产，取代进口。在科研单位和高校实验室成熟技术的基础上，进行特种含硼产品工业化开发与生产。高等院校和科研院所的科研力量较强，而企业的科研力量相对较弱，两者联合起来可以实现优势互补。高等院校和科研院所致力于技术创新研究，企业致力于把技术创新推向市场，并把市场需求反馈给院校和研究所。

 

3. 加强企业信息化建设与人才培养

 

硼工业的中小型企业应广泛运用现代信息技术不断扩充研究领域，不断拓宽、更新知识结构，提高技术创新能力，造就一批懂技术、懂管理、能走向国际市场的创新型人才。同时，企业还应该通过制定一系列的优厚政策来吸引和留住人才，比如高薪、高福利政策，增加核心岗位的关键人才分享创新成果的股份，提供平等的升职空间等。

 

(田朋：大连理工大学博士;宁桂玲：辽宁省硼镁资源化工与新材料工程技术中心主任、全国硼化物专家组组长、大连理工大学副校长，教授、博士生导师)