青海鹽湖金屬鎂優化升級項目現狀及戰略發展規劃
來源：高新院 achie.org 日期：2022-12-05 點擊：次
鎂資源是察爾汗鹽湖的優勢資源，氯化鎂保有儲量40.6億噸，可供生產原鎂10億噸，應用潛力巨大，鹽湖生產鉀肥后排棄的廢液老鹵含氯化鎂32%，是海水的55倍，是電解法生產金屬鎂的理想原料。2008年，鹽湖引進了挪威海德魯公司金屬鎂生產技術，其具有規模化程度高，產品品質穩定，冶煉過程綠色、低碳、環保的特性。鹽湖由此啟動金屬鎂一體化項目，實現鹽化工、煤基化工、天然氣化工、有色工業多產業間融合發展，充分體現了科學發展觀和循環經濟理念，推動鹽湖產業做大做強，并帶動柴達木循環經濟試驗區乃至青海省的經濟又好又快發展。
鹽湖金屬鎂核心裝置脫水單元前期由于設計經驗不足，引進裝置“高原反應、水土不服”，工程化和設備、材料選型缺陷，不能長周期穩定運行。為徹底解決脫水問題由設計院對物料平衡、熱平衡、水平衡及關鍵設備等復核計算并出具《優化整改設計方案》，該方案經過政府部門兩次組織國內無機鹽協會及鎂協等行業內專家的論證，認為整改措施可行、方案科學、操作性強。并于2021年12月31日完成了48個方案的詳細設計，對一條脫水生產線實施了技術改造。
為貫徹落實總書記“加快建設世界級鹽湖產業基地”的重要指示精神，實現鹽湖資源綜合利用，針對氯化鎂三段脫水技術瓶頸問題，青海省科技廳將“鹽湖老鹵制備無水氯化鎂關鍵技術研究及應用”確定為青海省首個“揭榜掛帥”重大科技專項，助力金屬鎂裝置的頂層設計、優化改造，于2021年4月正式立項啟動，揭榜團隊經過近一年的技術攻關，于2022年5月完成研發及設計相關的工程實施；于6月進行分步試驗、調試及試車工作；于7月進行聯動投料試車，產出無水氯化鎂水分含量為0.01-0.09%、堿式氯化鎂含量為0.15-0.37%，均優于考核指標。
在無水氯化鎂“揭榜掛帥項目”取得歷史性突破的前提下，下游電解單元存在的問題必須得到解決，原設計的無隔板單極槽能耗高、產出的氯氣濃度低、潔凈度差，無法滿足下游PVC裝置原料指標要求，嚴重制約了金屬鎂一體化項目的負荷提升和經濟效益。當前多極槽技術應用日益廣泛、成熟，青海鹽湖本著“創新”的發展理念，在鹽湖金屬鎂基礎上嫁接多極槽煉鎂技術，使得鹽湖金屬鎂技術能夠完全適應無水氯化鎂原料的影響，使氯氣純度、潔凈度完全達到下游PVC廠生產需求，并釋放10萬噸/年金屬鎂產能，真正意義上成為具有鹽湖特色的金屬鎂生產技術。
二.鹽湖金屬鎂現狀
(一）
技術優化升級
1.脫水單元關鍵技術的突破
針對脫水單元“卡脖子”瓶頸問題，用“揭榜掛帥”方式精準解決，揭榜團隊通過對原海德魯及脫水單元的設計、運行資料進行消化、比對、核算及建模驗證，準確找出問題癥結并進行了優化設計。設計方案經多次組織專家評審、論證可行后進行了工程實施，后期的試車驗證達到了預期改造效果。
一段脫水存在造粒塔結壁嚴重、網籃結晶堵塞、造粒水分偏高等問題，經增加熱補償措施，避免高原條件下結晶點及沸點過于接近造成的結晶風險，盡可能保證蒸發終點濃度；通過借鑒海德魯造粒噴頭設計準則，重新設計造粒噴頭。在2022年4月20日~4月29日的試車驗證過程中，新噴頭對傘形軌跡收縮及顆粒度的調控效果明顯，產出合格顆粒（粒徑0.25-1mm占94%以上，水份4.8-5moI）。
二段脫水原設計單位只考慮空氣干燥器內的熱量平衡而未考慮反應動力因素，干燥面積被縮小了三分之一，熱風分配系統設計不合理、干燥器結構設計存在嚴重錯誤，導致空氣干燥器生產能力不足、粉塵夾帶嚴重、塔盤一堵塞、顆粒水分偏高等問題。經對塔盤功能優化分區、增加床層高度、適當提高出料口高度等措施改造后，最大程度地提高設備產能。金屬鎂裝置在2022年6月15-17日順利完成二段脫水試車工作，半干產品顆粒水份≤2.0mol，塔盤一流化狀態良好，生產過程穩定。
三段脫水原設計氯化氫干燥器塔盤結構不合理，雙層塔板間易熔料，致使物料流化狀態惡化，塔盤容易堵塞；塔盤分區不合理，干燥功能紊亂、溫度及壓力場漂移、干燥粉塵量大。優化改造時將第一層塔盤更換為鰓形防堵塔盤；并對塔盤進行功能分區優化，同時增加封堵區，確保流化狀態；在塔盤1#、3#安裝蒸汽盤管，作為維持ULTT操作條件的調控手段。在2022年7月4日進行聯動投料后，生產負荷最高提升至90%，連續、穩定運行18天，產品顆粒水分在0.01-0.09%，堿式氯化鎂含量在0.15-0.37%，均滿足“揭榜掛帥”項目產品質量考核指標（顆粒水分≤0.1%，堿式氯化鎂含量≤0.4%）。
2.多極槽創新嫁接技術：對單極槽煉鎂存在弊端及能耗進行分析，嫁接目前先進的多極槽技術
(1)
電解單元前期生產現狀
金屬鎂裝置電解單元于2016年6月進行投料試車，先后共啟動29臺電解槽，累計產出鎂產品18000余噸、氯氣55000噸。由于上游脫水單元始終處于低負荷狀態，且運行不穩定，電解槽經常出現供料不足現象，致使槽況逐漸惡化，于2019年7月被迫逐步退出生產序列。
在生產過程中由于電解能耗高（設計直流電耗為14470KWh/噸鎂）以及電解槽設計本身存在的弊端導致的氯氣濃度降低、潔凈度差而無法用于PVC生產等問題，造成了較大的經濟虧損和難以解決的氯氣處理環保壓力。
氯氣濃度及潔凈度是整個鹽湖鎂業產業鏈上的至關重要的節點，氯氣濃度與潔凈度的高低不僅對金屬鎂的成本產生重大影響，甚至會影響整個一體化循環經濟產業鏈的完整度。因此，對電解鎂工藝技術路線進行升級改造，徹底解決電解單元所存在的問題，實現低能耗、高氯氣濃度、低升華物且能夠穩定運行，是公司一項十分必要的，也是非常緊迫的工作任務。
(2)
多極槽創新技術的嫁接
國內外在鈦鎂聯合企業（指海綿鈦配套的電解鎂）中已廣泛應用多極電解槽技術。相對青海鹽湖引進的大型無隔板鎂電解槽（單極槽）而言，多極槽具有電解槽電耗低、氯氣濃度高的優點。鹽湖鎂業10萬噸/年金屬鎂裝置中前期已停槽的29臺電解槽，如完全進行恢復性大修，仍不能徹底解決其生產運行中存在的突出問題，如利用多極槽技術進行電解槽優化升級，預期可實現電解鎂單元的穩定性和經濟性運行。多極槽電解技術在鹽湖老鹵鎂電解生產行業的成功應用，預計將產生十分顯著社會效益和生態效益。
第一，可提升鎂電解行業的整體發展水平，對加強我國社會的可持續發展戰略都具有重要意義。
第二，在生態方面，由于多極電解槽鎂電解技術無陰極廢氣產生、電解槽運行周期內無需更換陽極，極大改善員工的操作環境，對保護環境和生態平衡起著積極作用。
第三，與傳統無隔板電解技術相比較，采用多極電解槽鎂電解技術，噸鎂直流電耗可以降低3000—4000KW.h，完全符合國家“碳達峰、碳中和”節能減排要求。
(3)
熔融氯化技術的引進再創新
多極槽設計使用原料為熔融氯化鎂，鈦鎂聯產行業副產的氯化鎂是熔融態的氯化鎂，可直接應用于多極槽的電解生產，而鹽湖鎂業生產出的是無水氯化鎂固體顆粒，需在熔融凈化爐中進行熔化、凈化，凈化后的液態氯化鎂利用抬包輸送至多極槽中進行電解。
多極槽技術在鹽湖老鹵鎂電解生產行業應用的關鍵難題在于顆粒料熔化凈化技術，且熔融凈化爐用于無水氯化鎂的熔融凈化國內尚無先例。結合生產實際，組織聯合團隊對無水氯化鎂熔融凈化技術進行研究與攻關。目前在電解車間設計建設的10t/d的熔融氯化爐中試裝置已進入現場實施階段并將在本年度完成投料試車?！额w粒氯化鎂熔融氯化試驗》項目也已進入實施階段。擬開發的熔化凈化系統單臺設計產能為100噸/天，實際可能達到150噸/天。
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（1）
脫水單元其他五條線的模塊化復制
對三段脫水進行優化調試，提升負荷至90-110%，組織各單位進行性能考核，考核優化改造效果；考核完成后，對其他五條脫水生產線進行模塊化復制改造，以配套10萬噸金屬鎂產能。
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多極槽創新技術工作計劃
結合金屬鎂裝置現狀和脫水裝置后續五條線的技術改造進度，為充分吸取前期經驗與教訓，最大限度降低風險，按照“統一設計、分步實施”和“最小單元技術攻關，模塊化復制建設”原則，總體改造升級計劃擬分三步進行。
第一步，與“鹽湖老鹵制備無水氯化鎂關鍵技術研究及應用”“揭榜掛帥項目”配套,實現上下游聯動，建設6臺90-165KA多極鎂電解槽及配套系統，建成年產6000噸金屬鎂的生產示范線工程。
第二步，模塊化復制建設，完成年產50000噸的36臺電解槽技術改造及配套無水氯化鎂熔融凈化系統、氯氣回收系統。
第三步，完成剩余32臺電解槽技術改造及配套無水氯化鎂熔融凈化系統、氯氣回收系統，形成以多極槽技術為核心的10萬噸/年金屬鎂生產線。
三.鹽湖金屬鎂的機遇與發展
習近平總書記分別在2016年8月視察青海和2021年3月參加十三屆全國人大四次會議青海代表團審議時提出時指出，鹽湖是青海最重要的資源，也是全國的戰略性資源，“要結合青海優勢和資源，貫徹創新驅動發展戰略，加快建設世界級鹽湖產業基地，打造國家清潔能源產業高地”，為青海省鹽湖產業未來發展標明方向，同時也提出更高要求。
2018年7月青海省委十三屆四次全會作出“一優兩高”戰略部署，強調現階段要著力打好“四張牌”，頭張牌就是打好鹽湖資源綜合開發利用這張牌。要以鹽湖資源綜合利用上升為國家戰略為目標，提高鹽湖資源綜合利用效率，推進鹽湖產業向新材料領域拓展，向系列化、高質化、多樣化發展，提升全產業鏈競爭力，加快建設中國乃至世界最具影響力的鹽湖資源綜合利用集群。
2020年12月青海省委十三屆九次全會通過《關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》，指出要建設世界級鹽湖產業基地，全面提高鹽湖資源綜合利用效率，著力建設現代化鹽湖產業體系，打造具有國際影響力的產業集群和無機鹽化工產業基地。
工業和信息化部《關于進一步促進青海省工業和信息化發展的意見》中，明確提出“重點支持鹽湖鎂資源綜合利用，將青海建成國內重要的鎂及鎂加工產品的研發和生產基地”。因此，從國家經濟發展政策指導及促進青海省經濟可持續發展來說，鹽湖鎂產業建設是十分必要的。
四.鹽湖金屬鎂的戰略規劃
短期目標：通過金屬鎂裝置優化升級改造，最終實現“氯化氫氛圍的氯化鎂脫水工藝”和多極槽電解鎂技術在察爾汗鹽湖落地生根。同時將推動“鹽湖鹵水→水鹵鎂石→無水氯化鎂→電解金屬鎂→金屬鎂→鎂合金→鎂合金加工業”整個產業鏈的快速發展。進而推動整個鎂及鎂行業的格局調整，推動鎂合金及下游加工業的快速發展，有助于推動我國由鎂大國向鎂強國邁進，為新材料及汽車輕量化等國家戰略的實施做出貢獻，為我國制造業振興提供戰略性支撐。
長期目標：在青海鹽湖一期年產10萬噸金屬鎂及配套項目達標達產的基礎上，加快建設40萬噸/年金屬鎂產業園和部分鎂合金裝置，做大鎂產業，同時以金屬鎂生產為基礎，延伸產業鏈條。發展適用于交通工具、電子工業、航空航天及儲能等領域的高性能鎂合金、鎂合金型材、鎂合金板材。探索延鏈補鏈新技術，逐步發展鎂系列產品的高端化、多元化，創造新的經濟增長點，實現鎂系列材料創新突破，推動鹽湖世界級鎂產業基地進展。
