編者按:在第70屆國際鎂業(yè)大會上,中國工程院院士、陜西省鎂業(yè)集團董事徐德龍結合陜北地域能源特點,通過分析陜北煤化工與金屬鎂冶煉高效聯(lián)產(chǎn)的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式、陜北(煤炭)山西(白云石)特色物流組織形式、陜北金屬鎂低成本冶煉市場潛力,科學論證了陜西省發(fā)展金屬鎂產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢,提出轉變陜西省金屬鎂行業(yè)發(fā)展模式的出路在于科技進步,而科技進步的方向是低碳、規(guī)?;⒐?jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟。
優(yōu)在獨特
身兼西安建筑科技大學校長、陜西循環(huán)經(jīng)濟學院院長、陜西省鎂業(yè)集團董事的徐德龍院士指出,金屬鎂比重小,比強度、比剛度高,導熱導電性能好,具有很好的電磁屏蔽性能、減振性、切削加工性,以及加工成本低、易于回收等優(yōu)點,被國內外材料專家譽為21世紀最具開發(fā)和應用潛力的綠色工程材料。
“我國鎂資源儲量居世界第一位,特別是陜西省金屬鎂產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢非常明顯。”徐院士強調。據(jù)他介紹,我國鎂資源儲量約占世界總儲量的22.5%。2012年,我國金屬鎂產(chǎn)量達到69.8萬噸,占全球的85%。其中,陜西省金屬鎂產(chǎn)量為31.67萬噸,約占全國總產(chǎn)量的43%,為國內第一大原鎂產(chǎn)區(qū)。全省共有涉鎂企業(yè)51家,主要分布在榆林市府谷、神木兩縣,其獨特的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈模式奠定了其在業(yè)內的領先地位。
徐德龍認為:“相對于現(xiàn)階段我國鎂冶煉工業(yè)大多采用的皮江法煉鎂工藝來說,陜北煤化工與金屬鎂冶煉采用高效聯(lián)產(chǎn)模式,可大幅降低能耗,實現(xiàn)資源的充分利用和清潔生產(chǎn),同時使陜北地區(qū)金屬鎂生產(chǎn)成本比同行低3000元/噸,具有很強的市場競爭優(yōu)勢。”皮江法煉鎂工藝采用外部加熱還原罐間斷生產(chǎn),由此產(chǎn)生的問題包括:資源、能源消耗大;環(huán)境影響大,“三廢”(廢渣、廢水、廢氣)治理費用高;勞動強度大,生產(chǎn)環(huán)境差。而根據(jù)陜北地區(qū)煤種豐富和性能優(yōu)良的特點,開發(fā)出的中溫煤干餾(蘭炭)生產(chǎn)技術,脫去了煤中的揮發(fā)分,可生產(chǎn)出強度好、發(fā)熱量高的蘭炭,并副產(chǎn)荒煤氣、煤焦油,真正實現(xiàn)了對煤炭的分質分級利用。同時,利用蘭炭副產(chǎn)的荒煤氣作燃料生產(chǎn)純鎂,構建了煤化工與金屬鎂生產(chǎn)有機結合的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈模式。其中,蘭炭可用于生產(chǎn)硅鐵和電石,硅鐵可用作生產(chǎn)金屬鎂的還原劑,荒煤氣可用作冶煉金屬鎂的燃料或者發(fā)電,鎂渣等工業(yè)廢料可用于生產(chǎn)免燒磚、微膨脹鎂特種水泥等建筑材料。
技在出新
徐院士同時指出:“雖然陜北神府地區(qū)金屬鎂的開發(fā)具有一定優(yōu)勢,但在節(jié)能降耗、治污減排等方面存在一些問題。這些問題要從根本上得到解決,必須依靠創(chuàng)新驅動、高新科技和科學管理,特別要通過科技創(chuàng)新驅動陜北地區(qū)金屬鎂冶煉技術徹底變革。”
他從專業(yè)技術角度,談了三點建議。
一是煅白從堆積態(tài)回轉窯技術向高固氣比懸浮態(tài)快速燒成技術發(fā)展。一般的皮江法冶煉金屬鎂生產(chǎn)工藝,都是采用堆積態(tài)回轉窯煅燒白云石,燒成時間長,氣固換熱效率極低,煅白能耗高,且煅白活性度僅為30%左右,質量波動大。高固氣比懸浮態(tài)快速燒成工藝是在原創(chuàng)性理論的基礎上開發(fā)出的懸浮態(tài)快速輕燒技術。該技術可以實現(xiàn)氣固兩相之間的瞬間換熱,若煅白過程采用該工藝技術可以實現(xiàn)輕燒時間由1小時下降為5分鐘;由于氣固換熱效率極大提升,能耗下降約1/3,每噸產(chǎn)品節(jié)約標準煤約1.2噸;煅燒白云石產(chǎn)生的氧化鎂、氧化鈣活性大幅提高。
二是真空還原須革命性進步。一般的皮江法冶煉金屬鎂生產(chǎn)工藝,是采用真空還原罐間歇式硅熱還原法來冶煉金屬鎂。該生產(chǎn)工藝還原周期長(無法連續(xù)生產(chǎn)),單臺生產(chǎn)能力較小,能耗非常巨大,且勞動強度大、作業(yè)環(huán)境差。為從根本上改變這一現(xiàn)狀,真空還原工藝必須有革命性的進步。
三是采用高壓立磨高效粉磨可徹底改變生產(chǎn)環(huán)境。一般的皮江法冶煉金屬鎂生產(chǎn)工藝,須將輕燒后的煅白料經(jīng)粉磨和造粒后人工喂入真空還原爐。目前,粉磨都采用球磨機,其過程效率低、電耗大、噪聲大、工作環(huán)境質量較差。若能將球磨機換成高壓立磨,可節(jié)電20%以上,可徹底改變操作環(huán)境。
徐院士表示,利用鎂渣制備微膨脹高性能特種水泥,是資源合理化利用的有效途徑之一。鎂渣是金屬鎂生產(chǎn)時排放的固體廢棄物,每生產(chǎn)1噸金屬鎂大約產(chǎn)生8噸~10噸的鎂渣。鎂渣的化學成分中,氧化鈣占40%~50%,二氧化硅占20%~30%,三氧化二鋁占2%~5%,氧化鎂占6%~10%,三氧化二鐵約占9%。氧化鎂的存在使其具有一定的膨脹性能,因此可將其作為重要組分與水泥熟料、高爐礦渣粉等復配,研制具有一定微膨脹性能的高性能特種水泥。
路在做強
如何做強做大陜西金屬鎂產(chǎn)業(yè),徐院士認為,陜西涉鎂企業(yè)應建立以企業(yè)為主體的“產(chǎn)學研用”一體化協(xié)同創(chuàng)新體系,實現(xiàn)行業(yè)內規(guī)?;?、標準化生產(chǎn)。
目前,我國80%的原鎂被廉價出售給發(fā)達國家,鎂業(yè)屬于以犧牲資源和環(huán)境為代價的原料出口行業(yè)。造成這一被動局面的重要原因是我國金屬鎂行業(yè)尚未實現(xiàn)生產(chǎn)的規(guī)?;?、標準化。
徐院士建議延長產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)鎂合金板材和線材,創(chuàng)造條件發(fā)展鎂合金壓鑄件、鎂合金犧牲陽極、鎂合金管材、鎂合金棒材和鎂合金鍛造輪轂等鎂合金相關制造產(chǎn)業(yè)。因此,要建立以企業(yè)為主體、以市場為導向、“產(chǎn)學研用”相結合的技術創(chuàng)新體系,加快新技術、新產(chǎn)品的研發(fā)與應用。要充分發(fā)揮科研院所、高校在科技創(chuàng)新中的主導作用,采用技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的形式,聚集創(chuàng)新資源,實現(xiàn)高度集成化創(chuàng)新。同時,加強與國內外同行業(yè)之間的技術交流與合作,盡快將國外先進技術消化吸收并加以創(chuàng)新,真正實現(xiàn)原鎂生產(chǎn)由粗放型向集約型轉變,鎂加工產(chǎn)業(yè)由初級產(chǎn)品向高附加值產(chǎn)品轉變。
徐院士表示,陜西省應以政府為主導,打造經(jīng)濟新增長極。如建立以政府為主導的金屬鎂產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新和轉型發(fā)展的新模式,力爭將這一優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)打造成產(chǎn)值過千億元的金屬鎂業(yè)制造基地,將金屬鎂制造及其相關產(chǎn)業(yè)打造成為陜西經(jīng)濟新增長極。因此,充分依托神府地區(qū)現(xiàn)有的基礎,打造金屬鎂冶煉和鎂合金壓鑄件基地;依托關中高端制造業(yè)優(yōu)勢,規(guī)劃建設鎂合金深加工生產(chǎn)基地;依托西安科教和人才優(yōu)勢,推動涉鎂企業(yè)和科研院校合作建立鎂合金研發(fā)中心和工程技術中心。同時,在陜西省內的汽車、航空航天等企業(yè)推廣應用鎂合金。在這樣的集群發(fā)展中,陜西金屬鎂的生產(chǎn)、科研、應用潛能將得到充分的發(fā)揮,真正做大做強陜西金屬鎂產(chǎn)業(yè)。