鎂科研：真空碳熱還原法和皮江法煉鎂的能耗和資源消耗對比評價
2022-10-05由 鎂途 發表于 農業
菱鎂礦石含鎂量多少能煉電熔鎂
鎂是最輕的結構
金屬材料之一
，鎂合金被廣泛用於航空航天、交通和電子等領域，特別是用作汽車工業中的輕量化材料，以減少汽車溫室氣體
排放，緩解全球變暖的問題。隨著鎂合金應用和需求的擴大，全球原鎂需求持續高速增長。然而，皮江法生產原鎂是能源密集型行業，其單位金屬的溫室氣體排放量是鋼鐵行業的
5
倍，制約了中國鎂行業的健康發展，並削弱作為汽車輕量化材料對緩解全球變暖的貢獻。在諸多煉鎂工藝中，真空碳熱還原煉鎂
（VCTRM）
工藝具有低成本、低能耗、低資源消耗、環保等優點，被認為是一種理想的鎂清潔生產工藝，但是鎂蒸氣與
CO
發生逆反應汙染冷凝鎂的關鍵問題制約了其工業化應用。澳大利亞聯邦科學與工業研究組織
（CSIRO）
及昆明理工大學
為碳熱法煉鎂工藝的工業化應用進行數十年的研究，解決冷凝鎂易燃易爆的問題，使其工業化更進一步。然而，碳熱法煉鎂工藝的資料鮮有報道，缺乏對
VCTRM
工藝的系統性和定量的認識，不利於煉鎂工藝之間的對比和工藝改進。因此，在實現
VCTRM
工藝產業化之前，有必要對
VCTRM
工藝過程進行系統地量化和分析。
最近，昆明理工大學真空冶金國家工程研究中心的田陽教授課題組基於皮江法近年的工業資料，
系統地
量化了
VCTRM
工藝的物質流、能量流和環境影響，
並與皮江法進行對比分析，為
真空碳熱法煉鎂下一步的研究和應用提供了最佳化路徑，同時也為皮江法的最佳化提供參考依據
。分析結果表明，
VCTRM
工藝因採用焦煤作為還原劑和具有更低的料鎂比（
2。953：1
），在不可再生礦產資源消耗、綜合能耗、溫室氣體排放、固體廢棄物產生方面較皮江法工藝分別降低了
63。14%
、
69。16%
、
66。67%
和
90。45%
，證明了
VCTRM
工藝是一種高效、低成本、低汙染、更環保的鎂生產工
藝。
圖
1 VCTRM
工藝和皮江法的工藝流程對比
圖
1
是
VCTRM
工藝和皮江法工藝流程的對比及本次研究的計算範圍。兩種工藝都屬於熱還原法，工藝過程有許多相似之處。除還原工序有較大差異外，其他工序與皮江法基本相同，這意味著
VCTRM
工藝存在著改進現有皮江法生產裝置而進行工業化生產的可能性。
本文首先依據相關國家標準系統分析了皮江法的物質和能量流，確保了資料的可比性，
結果（見表
1
）與鎂工業年度報告和中國“十三五”規劃中的相關資料相符，反映了近幾年中國皮江法煉鎂的能耗平均水平和趨勢。
表
1
皮江法煉鎂各工序的資源和能源消耗情況
根據皮江法綜合能耗的計算原則和範圍，計算獲得以白雲石和菱鎂礦為原料的
VCTRM
工藝的資源及能量消耗情況，如表
2
所示。對比發現：煅白中的
CaO
在
VCTRM
工藝中沒有任何作用，反而增加了煅燒和還原工序中的能量消耗。相較於其他煉鎂原料，煅燒後幾乎只含有
MgO
的菱鎂礦是
VCTRM
法生產鎂的理想原料。
表
2
皮江法和
VCTRM
工藝的資源、能源消耗以及廢物生成情況
圖
2
從
不可再生礦產資源消耗
、綜合能耗、溫室氣體排放、廢棄物產生及重要工藝引數進行兩種工藝的對比，
VCTRM
工藝
較皮江法工藝分別降低了
63。14%
、
69。16%
、
66。67%
、
90。45%
和
56。39%
。菱鎂礦和焦煤的使用大幅降低了礦物資源的消耗，
資源消耗的減少降低了料鎂比從而提高了生產效率，從根本上減少能耗、溫室氣體和廢棄物的產生。
VCTRM
工藝焦煤代替矽鐵所降低的能耗佔總降低能耗的
72。69%
，同時礦石需求降低、煅燒溫度降低以及高裝置熱效率也是降低能耗的重要因素；溫室氣體的排放主要是在煅燒工序和燃料燃燒產生的
CO
2
，碳酸鹽礦物煅燒排放的
CO
2
無法避免，
VCTRM
工藝中電力佔總能耗的近
3/4
，若電力由水力、風力發電獲得或者使用生物質炭作為碳源，可大大減少溫室氣體排放。皮江法產生的
5。679 t
固體廢物為
pH>11
的灰白色粉末，目前尚未得到很好的利用，同時
VCTRM
工藝生產的
1。266
噸
CO
也還未得到很好的利用，但更具應用價值。
圖
2
兩種鎂生產藝在資源、綜合能耗、廢物產生和工藝引數方面的比較
綜上所述，本研究提供了對
VCTRM
工藝生產過程中資源、能耗和環境影響的量化資料和詳細評估。考慮到該工藝的產業化規模，根據實際情況，能耗預估可上調或下調
30-50%
。這些結果為今後的
VCTRM
工藝改進提供了一個良好的基準，促進這種清潔生產技術在鎂生產中的應用。