PAGEPAGE20氮化鋁工業(yè)化生產建設項目可行性研究報告八閩合成材料科技有限公司目錄一、項目概況、五、六、七、八、經濟效益一、項目概況1、項目名稱：氮化鋁工業(yè)化生產建設2、項目投資導向：稀有、稀土金屬深加工及其應用3、項目合作方式：資金技術合作4、項目建設性質：氮化鋁粉末、氮化鋁陶瓷生產5、項目承辦單位：福建合成材料科技有限公司項目負責人：趙鑫純聯系電話目技術負責人：張群6、項目實施地點：沙洋高新技術開發(fā)區(qū)7、項目建設項目期限2010年8月1日8、建設項目內容及規(guī)模：（1）購置工業(yè)生產用地11.77畝，建生產廠房3200平方米，實驗和質量檢測室、原料及成品庫房900平方米，辦公及生活用房1600平方米等主要建筑面積6000平方米。（2）招聘企業(yè)管理人員7人，專業(yè)技術人員5人，選聘培訓生產技術工人26人。（3）購進先進生產設備及檢測分析設備。9、總投資及資金籌措：項目總投資1500萬元，建設資金來源企業(yè)自籌。10、效益簡述。（1）主要產品：氮化鋁粉末、氮化鋁陶瓷、氮化鋁基板等產品已在我國電力電子行業(yè)冶金石化行業(yè)，以及軍事用途上開始廣泛應用，市場潛力大。（2）經濟效益：項目建成投產后，可實現年產值2720萬元，實現利稅760萬元。（3）社會效益：通過項目的實現可為我市研發(fā)生產高新材料提供更新更高的技術平臺，實現產、學、研相結合，進一步推動高新材料的研究和發(fā)展，實現社會、企業(yè)、科研院校雙贏。(4)環(huán)境影響：氮化鋁工業(yè)化生產過程無有害氣體和廢棄物排放，是無毒無害產品。屬非金屬礦物制品業(yè)；屬于國家鼓勵的發(fā)展產業(yè)，可以達到環(huán)境保護指標要求。AlN是自然界中不存在的一種物質，只能通過人工合成獲得。其主要特性包括：1）有高的導熱系數，其熱傳導能力大于金屬鋁，約為Al2O3陶瓷的10倍；2）低的熱膨脹系數，與硅的相近，因此，以AlN陶瓷為基板或封裝材料制成的電子元件具有很高的熱穩(wěn)定性；3）高的機械強度，同Al2O3陶瓷相比室溫強度相近，但高溫強度大于Al2O3陶瓷，因此AlN陶瓷可作為高溫結構材料使用；4）化學穩(wěn)定性好，AlN對許多熔融金屬和熔鹽以及高溫化學氣體有優(yōu)異的抗腐蝕性，因此AlN陶瓷是一種理想的高溫抗蝕材料。由于AlN陶瓷具有上述優(yōu)良的性質，AlN陶瓷在許多領域將有廣泛的應用。目前，人們普遍認為，這些領域主要包括：電力電子行業(yè)所使用的散熱基片和封裝材料、冶金石化等行業(yè)使用的高強抗蝕材料。1989年美國Lanxide公司發(fā)明了一種十分新穎的稱為金屬直接氧化法的陶瓷材料制備技術，又稱Lanxide技術。這項技術一問世，就引起了世界材料界的廣泛關注，各國紛紛投入資金進行跟蹤研究。1991年，我國將此列為首批“863”國家高技術項目；1992年，該項目又獲得國家自然科學基金的資助，批準號分別為：863-715-09-5國家自然科學基金（批準號：）中國博士后科研基金遼寧省自然科學基金國家教委科研基金王群教授負責完成了以上幾項科研項目。鑒于他本人所從事的這項具有一定創(chuàng)新性的科研工作和取得的前期成果，王群教授獲得了北京市科技新星的稱號，并得到北京市科委的專項資助：高導熱AlN/SiC陶瓷復合材料的制備技術和器件化研究。通過多年的努力，目前已開發(fā)出具有我國自主知識產權、適宜于工業(yè)化生產的自反應合成AlN粉體技術。2000年申報了國家發(fā)明專利“氮化鋁粉體的反應合成方法”受理號為：00120742.3。隨著電子技術向著小型化、高速化、高集成度方向的發(fā)展，元件的熱耗散問題越來越引起人們的廣泛重視。許多電子設備在使用過程中由于個別元件的溫度升高，造成整個系統的穩(wěn)定性降低、可靠性下降，有時甚至還會出現高溫燒毀現象。該現象主要在如下器件中經常出現：1)微電子器件與電路;2)電力電子器件與模塊;3)真空電子器件。可見散熱好壞直接影響到電子設備的壽命和運行狀況。這使得人們在不斷開發(fā)新型電子產品的同時，也在尋求與器件發(fā)展相適應的先進散熱技術，最為典型的就是計算機內的CPU散熱技術。所以說，散熱技術已成為電子器件發(fā)展的關鍵，而研制高導熱陶瓷材料又是散熱技術的核心內容。由于目前市場上的電子元件多采用Al2O3陶瓷作為基板材料，這種基板材料已不能滿足元件高散熱性的要求，急需開發(fā)新型高導熱基板及封裝材料，在這種情況下，AlN陶瓷材料應運而生。據報道，日本的氮化鋁產量占世界產量的70％。主要用于計算機的冷卻元件、鐵路電氣化機車的電源基板、新型燃氣汽車的控制模、激光通信的二極管的基片，半導體元件等，最新用途是用于高容量的能源裝置和光儲系統（Opticalstoragesystems）的計數裝置。世界上最大的氮化鋁生產商—日本德山公司1981年開始生產氮化鋁，到2002年生產能力達到240噸。然而，氮化鋁的使用量在不斷增長，今年世界氮化鋁市場需求出現短缺。統計資料表明，近幾年世界AlN市場需求會達到130億美元，存在一個很大的AlN粉體原料供給缺口。我國從“七五”期間開始立項研究氮化鋁，起步較晚。目前國內已有幾家工廠可以生產，但大多是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，技術不太成熟，生產的氮化鋁陶瓷質量較低，這極大地影響了AlN陶瓷在許多行業(yè)（特別是電子行業(yè)）的應用。近些年來，我國科研人員進行了大量的AlN研究工作，極大地促進了我國氮化鋁陶瓷的開發(fā)生產能力。江蘇省“八五”重點攻關項目——高導熱氮化鋁陶瓷已于去年通過鑒定。電子信息產業(yè)部在石家莊市建立了具有相當規(guī)模的AlN陶瓷生產基地。珠海市已將氮化鋁陶瓷基片的生產列為國家8個火炬計劃項目之一，2000年8月18日珠海Al2O3陶瓷基板生產線竣工，AlN陶瓷基板正在試生產過程中。隨著國內AlN陶瓷產量的不斷提高，對高質量AlN粉體的需求也進一步增大。目前，我國電子級AlN粉體原料還主要依賴于進口，又由于國內沒有較強競爭力的AlN粉體生產廠商，因此進口AlN粉體價格居高不下。在這種情況下，開發(fā)國產AlN粉體資源顯得尤為必要。三、AlN陶瓷的應用有賴于粉體制造技術的提高，AlN陶瓷成本過高限制了它的實際應用，其原因可主要歸結為兩個方面：1）AlN原料粉價格高，2）AlN陶瓷燒結成本高。實際上，這兩方面歸根結蒂屬同一個技術問題，即，采用什么方法來合成低成本、易燒結的AlN粉體，同時嚴格控制粉體中的氧含量。目前，國際上的一些大的AlN粉體原料供應商，如德山公司，主要是由Al2O3碳熱還原法生產，其反應方程式為：Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO

（1）這一方法有兩方面的缺點：1）屬于固-固反應類型，很難充分進行。可以看出，這種方法控制產物的氧含量較為困難，如果配碳量少，則Al2O3還原不完全，成為產物的雜質氧源；如果配碳量多，則殘存的C必須要由后續(xù)的燒碳工藝去除，即，在600～800℃的氧化氣氛中燒掉多余的C，因此這個過程又使粉體的氧含量增加，造成AlN粉體質量下降，并且工藝復雜。2）在1700～一種新的粉體合成技術自反應合成含有燒結助劑的AlN粉體本項目是在美國Lanxide技術公司發(fā)明的金屬直接氧化法制備陶瓷基塊體復合材料基礎上通過合金摻雜方法開發(fā)的一種新的粉體制備技術，反應原理如下：[Al—Me]液態(tài)+N2———[AlN+Me]疏松產物

（2）同傳統的碳熱還原法相比，這種方法具備三方面的優(yōu)勢：1）采用合金原料，避開了雜質氧源，因而合成粉體的含氧量會大大降低；2）AlN的生成與燒結助劑的復合是同時完成，因而燒結助劑與AlN粉的混合均勻性增加，這對于提高粉體的易燒結性十分有利，另外，由于省去了后續(xù)的燒結助劑混料過程，因此避免了氧元素的進入；3）整個合成過程在低于1200℃的溫度下進行，同碳熱還原法的1800℃相比低了600℃，僅此一項就能極大地降低AlN的合成成本。表1

不同方法合成AlN粉的主要化學組成Al2O3碳熱還原法33.564.80.90.5170KeramontAl粉直接氮化法32.8565.751.370.4996StarkAl粉直接氮化法33.066.30.70.4977ToyoAluminiumK.KAl粉直接氮化法32.765.781.610.4971ARTAl2O3碳熱還原法32.565.81.250.4939AtochemAl2O3碳熱還原法32.4566.01.250.4924Tokuyamasoda原位合成法32.4865.31.230.4974北京工業(yè)大學原位復合法33.2066.640.160.4983Y2O34.38%北京工業(yè)大學激光粒度衍射分析儀粒徑分布結果：AlN粉的平均粒徑為2.58μm，粒徑分布曲線呈現雙峰現象。粉化疏松產物原位復合合金配置粉化疏松產物原位復合合金配置密封裝罐粒度分級密封裝罐粒度分級、AlN陶瓷材料在電子封裝和基板、高溫絕緣材料、紅外窗口材料、聲表面器件材料等方面均有廣闊的應用前景。換向組件基板超高頻功率增幅器基板點火器基板厚膜混合組件基板大規(guī)模集成電路包封LED、激光二極管等方面的應用絕緣散熱板由于與Al、Cu、Ag、Pb等金屬熔融液難以浸潤，所以適用于作坩堝、保護管以及燒結用的器具；由于對熔融鹽是穩(wěn)定的，所以期待作為磁流體發(fā)電（MHD）以及高溫氣體透平等耐蝕部件使用；由于真空中蒸氣壓低，所以被用作金等蒸發(fā)器；非氧化氣氛下直到2000℃是穩(wěn)定的，所以可用作非氧化氣氛下使用的耐火材料的骨料使用。紅外線，雷達透過材料AlN－BN系可機加工陶瓷Sialon、SiC等陶瓷燒結用添加劑樹脂體料中高導熱填料五、制備氮化鋁的主要原料是鋁和稀土元素，由復合氮化鋁粉體燒結制備的AlN陶瓷是一種稀土功能陶瓷材料。從資源角度考慮，鋁及稀土元素都是我國的富有資源，從產品的技術先進性方面考慮，AlN陶瓷是當前新型材料研究的熱點，應用領域屬高科技范疇。因此，這項技術的開發(fā)利用，在稀土應用領域能夠促進我區(qū)由資源優(yōu)勢向產品優(yōu)勢的轉化。鋼鐵、稀土及其它有色金屬冶金是我區(qū)的重要產業(yè)。據調查，每年僅包鋼和鋁廠用于冶金溫度測量的熱電偶及保護套管的消耗大約有200萬元以上。由于沒有適用的熱電偶保護套管，一方面使冶金過程的自動化程度不能得到進一步的提高，另一方面由于溫度控制不準，造成產品質量降低和能耗增加的問題。采用氮化鋁陶瓷保護管，能夠實現連續(xù)溫度控制，并能較好地解決上述不良問題。冶金行業(yè)產品質量及自動化水平的提高對溫度測量及控制有很高的要求。在高溫、熔蝕條件下，一般是采用紅外輻射的間接方法進行溫度測量，很難直接使用接觸式熱電偶測量，其原因就是沒有合適的熱電偶保護管。冶金環(huán)境對熱電偶保護套管的性能要求有三點：1)優(yōu)良的抗腐蝕性；2)優(yōu)良的導熱性；3)優(yōu)良的抗熱震性。采用傳統的氧化物陶瓷，如三氧化二鋁陶瓷不具備上述三個基本條件。如果用AlN陶瓷制造熱電偶保護管則可以滿足這些條件，能夠應用于鋁、稀土、銅等有色金屬以及鋼鐵冶金。AlN陶瓷還對許多高溫熔鹽、化學介質環(huán)境同樣有很好的抗腐蝕性，因此，AlN陶瓷可作為在這些場合下使用的特種耐蝕材料和部件，如，AlN陶瓷是熔煉新型半導體材料砷化鎵的最佳材料，制成的熔煉坩堝，對砷化鎵的污染最小。因此，AlN陶瓷材料在鋼鐵冶金、有色金屬冶煉、熱處理、石油化工、煤氣制造領域有廣闊的應用前景。六、1）臥式高溫燒結爐10臺2）球磨粉碎機16臺3）等靜壓機4臺4）壓機8臺5）真空干燥箱4臺6）分級篩分機8臺7）霧化制粉設備4套1）生產廠房：32002）實驗室：3003）原料庫房：300m4）成品庫房：300m5）辦公及員工生活用房：1600m3、臥式高溫燒結爐180球磨粉碎機60等靜壓機

195壓機90真空干燥箱12分級篩分機30霧化制粉設備90其它設備75總計732

4、土地、廠房建設投資（萬元）土地7768平方米150生產廠房3200平方米150實驗室300平方米60原材料庫房300平方米25成品倉庫300平方米25辦公、生活用房1600平方米158其它200總計768七、根據設備清單可以看出，企業(yè)利用這些設備除能夠生產本項目所論證的主體產品AlN粉體和陶瓷外，該企業(yè)實際上還具備了生產許多以粉體技術為主要工藝特征的新型材料,包括以下方面:1、許多新型材料與產品都用到金屬或合金粉末，例如，鎳氫電池中的電極材料就是由鎳-稀土合金制成。這種粉末采用了如下工藝路線：合金熔煉凝固機械粉碎機械研磨粒度分級如果用霧化法制粉技術，則工藝過程能夠得到簡化:合金熔煉及霧化粒度分級霧化法除具有工藝過程簡單的特點外,還有兩個突出的優(yōu)點：1）由于在惰性氣體下霧化，所以粉末的含氧量很低；2）霧化過程是一個快速冷卻過程，能夠使合金的成分非常均勻。這兩點使粉末的質量得到提高。針對國內的工業(yè)特色，我們認為，開發(fā)這種技術是非常有意義的。因為國內外對稀土合金粉末的需求量日益增加，現有的稀土合金粉末主要是采用氫脆后再進行機械研磨方法制造的。正如上面所述，機械研磨法對產品質量和工業(yè)化生產都是不利的。利用企業(yè)現有的配套設備，開發(fā)生產各類稀土合金粉末能夠使設備利用率大大提高，同時還增加產品品種，更重要的是充分發(fā)揮了包頭的工業(yè)特色。調研工作表明，國內還很少有能夠規(guī)模生產稀土合金粉末的企業(yè)，本項目的完成在技術和產品方面有先進性。2、在不需增加設備的情況下，企業(yè)還能夠開發(fā)生產各類金屬陶瓷和粉末冶金材料。從工藝方法上考慮，與AlN陶瓷很相近的一類金屬陶瓷材料是氮化鈦（TiN）金屬陶瓷。材料的基本特性是：黃金色澤，是高檔裝飾品及企業(yè)標志品的最佳材料，具有永不磨損、不退色、不腐蝕的性質。高硬度，可作為刀具材料使用，目前國內外很多硬質合金刀具都采用了表面鍍TiN薄膜的方法。優(yōu)良的抗腐蝕性，TiN陶瓷對鋁、銅，特別是熔融稀土金屬有優(yōu)良的抗蝕性。具有獨特的電導性，可作為電觸頭和高溫金屬蒸發(fā)舟使用。比重輕，TiN的比重比金屬鈦（Ti）的還低。作為結構材料使用具有高強、重量輕的特點。從市場規(guī)模考慮，我們認為TiN陶瓷材料應重點開發(fā)高檔裝飾標志品、高爾夫球桿的球頭、耐磨損腐蝕部件這三類產品。綜上所述，企業(yè)以生產AlN粉體原料和AlN陶瓷制品為主,同時,還具有生產氮化物陶瓷、稀土合金粉末及粉末冶金制品的能力。能夠根據市場需求開發(fā)生產多種新材料、新技術、新產品，將地區(qū)的資源優(yōu)勢和技術優(yōu)勢結合起來。八、經濟效益該項目建成投產后，年生產氮化鋁粉末18噸，實現銷售收入2720萬元，利稅760萬元。目錄TOC\o"1-2"\h\z第1章. 總論 11.1 項目概況 11.2 研究結論 7第2章. 市場預測分析 102.1 行業(yè)景氣度分析 102.2 行業(yè)成本及利潤 102.3 市場分析 112.4 能源政策制約了化肥行業(yè)的發(fā)展 132.5 產品方案 142.6 產品規(guī)模 15第3章. 產品方案及生產規(guī)模 163.1 工藝技術方案 163.2 主要設備選型 203.3 自控技術方案 23第4章. 原材料、輔助材料、燃料及動力供應 274.1 原材料、輔助材料、燃料的供應 274.2 動力供應 27第5章. 廠址方案和建廠條件 285.1 廠址概況 285.2 建廠條件 285.3 公用工程條件 305.4 廠址選擇 315.5 廠址選擇意見 31第6章. 公用工程和輔助設施 326.1 總圖運輸 326.2 給排水 336.3 供電 346.4 通風 386.5 外管 396.6 土建及工程方案 40第7章. 節(jié)能減排 457.1 設計依據 457.2 能耗指標及分析 457.3 節(jié)能措施綜述 467.4 節(jié)標煤計算 477.5 節(jié)水 477.6 減排情況 47第8章. 環(huán)境保護 498.1 地理位置及水文地質 498.2 采用及執(zhí)行的國家規(guī)定的環(huán)境質量標準 508.3 主要污染源及污染物 518.4 綜合利用與環(huán)境保護 528.5 環(huán)境管理與監(jiān)測 538.6 環(huán)境影響分析 538.7 綠化 54第9章. 勞動保護和安全衛(wèi)生與消防 559.1 勞動保護與安全衛(wèi)生 559.2 消防 72第10章. 工廠組織和勞動定員估算 7410.1 工廠體制及組織機構 7410.2 生產班制和勞動定員 7410.3 人員來源和培訓 74第11章. 項目實施進度 7611.1 項目實施辦法 PAGER