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镁应用

镁冶炼竖罐工艺：双碳战略下的绿色革新与未来展望

发布时间：2024-04-07 作者：综合管理部

导读

在全球气候变化的背景下，双碳战略——即碳达峰与碳中和——已经成为全球共同的目标和承诺。镁冶炼行业，作为传统的高能耗、高排放产业，在这一宏伟战略下正经历着前所未有的变革。竖罐工艺，作为镁冶炼领域的重要技术，其在双碳战略背景下的发展前景令人瞩目。

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竖罐工艺的历史积淀与发展机遇

竖罐工艺，作为一种历史悠久的镁冶炼技术，经过数十年的积累和发展，已经在国内外市场上占据了重要地位。在发展一些工艺先进的新型炼镁技术同时，对传统的皮江法进行改进与创新是非常有必要的。竖罐炼镁技术是把还原罐垂直竖立于炉膛内，依靠重力上部加料下部出渣，配置适当机械设备，采用现代化控制技术实现炉料和粗镁机械化转运以及渣料自动化排放,同时，对渣料的余热进行利用，对物料进行预热,采用适用于竖罐的节能环保型蓄热式炼镁炉,进一步实现炼镁行业的自动化、机械化和人性化生产。

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图：复式竖罐示意图

竖罐工艺以其独特的优势在镁冶炼领域脱颖而出。与传统的卧式还原罐炼镁技术相比竖罐炼镁技术主要具有如下优势：

1.单罐产镁量提高。竖式还原罐受热效果更好，原料在罐内均匀充实,与还原罐内壁均匀接触、均受热,罐内温度场分布均匀，有利于还原过程的进行,可适当扩大还原罐的体积；

2.生产周期缩短。依靠重力上部加料下部出渣,配置适当机械设备,对炉料和粗镁进行机械化转运以及渣料自动化排放,破真空、开罐和取镁结品器均采用现代化控制技术,可大大缩短生产周期；

3.还原罐的使用寿命提高。加料扒渣时间缩短，对物料预热,缓解了罐体温度急升、急降的现象,提高了还原罐的使用寿命；

4.加料、出渣及取镁等可以采用适当的机械设备,劳动强度大和劳动条件差的状况得到改善。


02

双碳战略下竖罐工艺的应对策略与创新方向

2021年12月3日，工信部印发《“十四五”工业绿色发展规划》，提出到2025年，工业产业结构、生产方式绿色低碳转型取得显著成效，绿色低碳技术装备广泛应用，能源资源利用效率大幅提高，绿色制造水平全面提升，为2030年工业领域碳达峰奠定坚实基础。在规划所列的重点行业清洁生产改造工程中，明确提出要“实施镁冶炼行业竖式还原炼镁等技术和装备改造。到2025年，完成4000台左右有色金属窑炉清洁生产改造。这为镁冶炼行业技术改造提出了明确要求。

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工信部《“十四五”工业绿色发展规划》提出的“十四五”工业绿色发展规划主要目标包括：

1.碳排放强度持续下降。单位工业增加值二氧化碳排放降低18%，钢铁、有色金属、建材等重点行业碳排放总量控制取得阶段性成果。

2.污染物排放强度显著下降。有害物质源头管控能力持续加强，清洁生产水平显著提高，重点行业主要污染物排放强度降低 10%。

3.能源效率稳步提升。规模以上工业单位增加值能耗降低13.5%，粗钢、水泥、乙烯等重点工业产品单耗达到世界先进水平。

4.资源利用水平明显提高。重点行业资源产出率持续提升，大宗工业固废综合利用率达到 57%，主要再生资源回收利用量达到 4.8 亿吨。单位工业增加值用水量降低 16%。

绿色制造体系日趋完善。重点行业和重点区域绿色制造体系基本建成，完善工业绿色低碳标准体系，推广万种绿色产品，绿色环保产业产值达到 11 万亿元。布局建设一批标准、技术公共服务平台。

受资金筹措和投入等问题制约，近年来镁行业该项改造进程并不快，目前竖罐炼镁的产量只占总产量的百分之十几，其他硅热法技术创新也步履艰难。未来几年，镁冶炼行业改造任务繁重，压力巨大，仅在冶炼工艺方面的改造就需要数十亿元投入。如果考虑能源、环保、降碳、自动化、智能化方面的要求，行业升级再造需要巨额投资。当国内外市场热议镁价高低、是否用镁、用多少镁的同时，更需要关注的是如何实现镁冶炼产业的绿色发展路径，亟待制订绿色低碳路线图和行动方案。需要在面临共性议题和挑战下的产业链合力，需要主产地相关部门的引导和行业领军企业的引领，以倒逼机制推进行业的升级，全面进入调整转型期、阵痛期，逐步满足国家双碳目标下对产业绿色发展和高质量发展的各项要求，确保镁产业链在保生存、满足市场基本需求和可持续发展要求的同时能行稳致远。

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面对竖罐工艺的设备投资成本较高，维护成本也相对较高，这在一定程度上限制了竖罐工艺的推广和应用、竖罐工艺对原料质量要求较高，对原料的适应性有待进一步提高、这要求企业在原料采购和质量控制方面投入更多的精力和资源潜在挑战下，镁冶炼竖罐工艺需要采取一系列应对策略和创新方向来适应新的市场需求和环保要求。

首先技术创新是关键。企业应加大科研投入，推动竖罐工艺的技术创新，提高能源利用效率，降低碳排放。通过研发新型节能技术、优化炉型结构、改进燃烧方式等措施，进一步提升竖罐工艺的绿色性能。

其次，原料优化是重要途径。企业应积极寻找和开发低碳、环保的原料来源，提高原料的适应性和利用率。通过采用清洁生产技术和原料替代策略，降低对高碳、高污染原料的依赖，实现镁冶炼过程的绿色转型。

此外，设备升级也是必不可少的环节。企业应对现有设备进行升级改造，提高设备的运行效率和稳定性，降低维护成本。通过引进先进的自动化控制系统和智能化监测技术，提升竖罐工艺的生产效率和安全性。

最后，环保治理是保障可持续发展的重要举措。企业应加强环保治理力度，建立完善的污染物治理体系，确保污染物达标排放。通过加大环保设施建设和投入，加强废气、废水、废渣的综合治理和回收利用，推动镁冶炼行业的绿色发展和循环利用。


03

竖罐工艺的最新研究成果与展望

目前广泛使用的卧式还原罐还原周期长,加料、出渣都要人工来做,工作环境恶劣,不易实现自动化,单罐产量低，生产效率低,热利用率低,还原寿命短。竖罐炼镁技术是一种较新颖的技术,和卧罐相比具备很多优势。近年来，随着科研团队的不断努力和创新，竖罐工艺在技术和环保方面取得了一系列重要成果。在技术创新方面，通过优化炉型结构、改进燃烧方式等措施，竖罐工艺的能源利用效率得到了显著提高。同时，新型环保材料的研发和应用也为竖罐工艺提供了更多可能性。这些成果为竖罐工艺在双碳战略下的应用提供了有力支撑和广阔前景。

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由榆林市联合郑州大学创新研发的复式竖罐镁冶炼关键技术装备，近期通过中国有色金属工业协会评审，并获得科技部国际领先水平认证。该技术是目前能耗最小、成本最低、用工最少、绿色程度最高、原镁品质最好的原镁冶炼新技术。以万吨原镁产能计量，可节约标准煤0.8万吨，减少二氧化碳排放1.1万吨，加上节省的土地和人工费用，共可产生直接经济效益2000万元左右。相较于当前主流的横罐外热法“煅烧＋还原＋精炼”（“三步法”）镁冶炼工艺，该技术最大的特点是取消了精炼环节，仅通过“煅烧＋还原”（“两步法”）工艺，不用精炼即可产出原镁纯度不低于国家标准《原生镁锭》中Ｍｇ9995Ｂ质量水平的原镁，可直接用于镁合金生产，省去了现有工艺最大污染源——精炼工序，显著缩短冶炼工艺流程的同时简化合金化工艺，并且高效利用烟气和还原渣高温余热，不但解决了目前横罐外热法机械化程度低、生产效率低、工人劳动条件差等问题，而且是目前能耗最小、成本最低、用工最少、绿色程度最高、原镁品质最好的原镁冶炼新技术。目前国内已有云海金属、府谷新田镁合金、新疆腾翔镁制品、宁夏开泰镁业等多家镁冶炼企厂使用竖式还原炉，运行效果良好，经验趋于成熟，并且还在不断改进升级。其中云海金属是率先全部采用竖罐节能炼镁工艺的企业，为行业树立了标杆，引领了方向。可以说，竖罐是当前和未来一段时间镁行业改造升级的重点方向，工信部等部门已经多次鼓励推进这一改造。


展望未来，随着全球对环保和可持续发展的要求不断提高，竖罐工艺将继续迎来新的发展机遇和挑战。我们期待更多的科研团队和企业能够共同努力，推动竖罐工艺的技术创新和绿色转型，为实现全球碳达峰与碳中和目标做出更大的贡献。让我们携手共进，共同书写镁冶炼竖罐工艺绿色发展的新篇章！




来源:元镁体综合原创


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