鎂資源是察爾汗鹽湖的優(yōu)勢資源，氯化鎂保有儲量40.6億噸，可供生產(chǎn)原鎂10億噸，應(yīng)用潛力巨大，鹽湖生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)技術(shù)，其具有規(guī)模化程度高，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，冶煉過程綠色、低碳、環(huán)保的特性。鹽湖由此啟動金屬鎂一體化項目，實現(xiàn)鹽化工、煤基化工、天然氣化工、有色工業(yè)多產(chǎn)業(yè)間融合發(fā)展，充分體現(xiàn)了科學發(fā)展觀和循環(huán)經(jīng)濟理念，推動鹽湖產(chǎn)業(yè)做大做強，并帶動柴達木循環(huán)經(jīng)濟試驗區(qū)乃至青海省的經(jīng)濟又好又快發(fā)展。

 

　　鹽湖金屬鎂核心裝置脫水單元前期由于設(shè)計經(jīng)驗不足，引進裝置“高原反應(yīng)、水土不服”，工程化和設(shè)備、材料選型缺陷，不能長周期穩(wěn)定運行。為徹底解決脫水問題由設(shè)計院對物料平衡、熱平衡、水平衡及關(guān)鍵設(shè)備等復核計算并出具《優(yōu)化整改設(shè)計方案》，該方案經(jīng)過政府部門兩次組織國內(nèi)無機鹽協(xié)會及鎂協(xié)等行業(yè)內(nèi)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(shè)計，對一條脫水生產(chǎn)線實施了技術(shù)改造。

 

　　為貫徹落實總書記“加快建設(shè)世界級鹽湖產(chǎn)業(yè)基地”的重要指示精神，實現(xiàn)鹽湖資源綜合利用，針對氯化鎂三段脫水技術(shù)瓶頸問題，青海省科技廳將“鹽湖老鹵制備無水氯化鎂關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)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(shè)計、優(yōu)化改造，于2021年4月正式立項啟動，揭榜團隊經(jīng)過近一年的技術(shù)攻關(guān)，于2022年5月完成研發(fā)及設(shè)計相關(guān)的工程實施；于6月進行分步試驗、調(diào)試及試車工作；于7月進行聯(lián)動投料試車，產(chǎn)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(yōu)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(shè)計的無隔板單極槽能耗高、產(chǎn)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(jīng)濟效益。當前多極槽技術(shù)應(yīng)用日益廣泛、成熟，青海鹽湖本著“創(chuàng)新”的發(fā)展理念，在鹽湖金屬鎂基礎(chǔ)上嫁接多極槽煉鎂技術(shù)，使得鹽湖金屬鎂技術(shù)能夠完全適應(yīng)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(chǎn)需求，并釋放10萬噸/年金屬鎂產(chǎn)能，真正意義上成為具有鹽湖特色的金屬鎂生產(chǎn)技術(shù)。

 

　　二.鹽湖金屬鎂現(xiàn)狀

 

　　(一）

 

　　技術(shù)優(yōu)化升級

 

　　1.脫水單元關(guān)鍵技術(shù)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(shè)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(jié)并進行了優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計方案經(jīng)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(jié)壁嚴重、網(wǎng)籃結(jié)晶堵塞、造粒水分偏高等問題，經(jīng)增加熱補償措施，避免高原條件下結(jié)晶點及沸點過于接近造成的結(jié)晶風險，盡可能保證蒸發(fā)終點濃度；通過借鑒海德魯造粒噴頭設(shè)計準則，重新設(shè)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(diào)控效果明顯，產(chǎn)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(shè)計單位只考慮空氣干燥器內(nèi)的熱量平衡而未考慮反應(yīng)動力因素，干燥面積被縮小了三分之一，熱風分配系統(tǒng)設(shè)計不合理、干燥器結(jié)構(gòu)設(shè)計存在嚴重錯誤，導致空氣干燥器生產(chǎn)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(jīng)對塔盤功能優(yōu)化分區(qū)、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(shè)備產(chǎn)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(chǎn)品顆粒水份≤2.0mol，塔盤一流化狀態(tài)良好，生產(chǎn)過程穩(wěn)定。

 

　　三段脫水原設(shè)計氯化氫干燥器塔盤結(jié)構(gòu)不合理，雙層塔板間易熔料，致使物料流化狀態(tài)惡化，塔盤容易堵塞；塔盤分區(qū)不合理，干燥功能紊亂、溫度及壓力場漂移、干燥粉塵量大。優(yōu)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(qū)優(yōu)化，同時增加封堵區(qū)，確保流化狀態(tài)；在塔盤1#、3#安裝蒸汽盤管，作為維持ULTT操作條件的調(diào)控手段。在2022年7月4日進行聯(lián)動投料后，生產(chǎn)負荷最高提升至90%，連續(xù)、穩(wěn)定運行18天，產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)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(chuàng)新嫁接技術(shù)：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(shù)

 

　　(1)

 

　　電解單元前期生產(chǎn)現(xiàn)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(chǎn)出鎂產(chǎn)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(tài)，且運行不穩(wěn)定，電解槽經(jīng)常出現(xiàn)供料不足現(xiàn)象，致使槽況逐漸惡化，于2019年7月被迫逐步退出生產(chǎn)序列。

 

　　在生產(chǎn)過程中由于電解能耗高（設(shè)計直流電耗為14470KWh/噸鎂）以及電解槽設(shè)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(chǎn)等問題，造成了較大的經(jīng)濟虧損和難以解決的氯氣處理環(huán)保壓力。

 

　　氯氣濃度及潔凈度是整個鹽湖鎂業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上的至關(guān)重要的節(jié)點，氯氣濃度與潔凈度的高低不僅對金屬鎂的成本產(chǎn)生重大影響，甚至會影響整個一體化循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈的完整度。因此，對電解鎂工藝技術(shù)路線進行升級改造，徹底解決電解單元所存在的問題，實現(xiàn)低能耗、高氯氣濃度、低升華物且能夠穩(wěn)定運行，是公司一項十分必要的，也是非常緊迫的工作任務(wù)。

 

　　(2)

 

　　多極槽創(chuàng)新技術(shù)的嫁接

 

　　國內(nèi)外在鈦鎂聯(lián)合企業(yè)（指海綿鈦配套的電解鎂）中已廣泛應(yīng)用多極電解槽技術(shù)。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(yōu)點。鹽湖鎂業(yè)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(chǎn)運行中存在的突出問題，如利用多極槽技術(shù)進行電解槽優(yōu)化升級，預期可實現(xiàn)電解鎂單元的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性運行。多極槽電解技術(shù)在鹽湖老鹵鎂電解生產(chǎn)行業(yè)的成功應(yīng)用，預計將產(chǎn)生十分顯著社會效益和生態(tài)效益。

 

　　第一，可提升鎂電解行業(yè)的整體發(fā)展水平，對加強我國社會的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略都具有重要意義。

 

　　第二，在生態(tài)方面，由于多極電解槽鎂電解技術(shù)無陰極廢氣產(chǎn)生、電解槽運行周期內(nèi)無需更換陽極，極大改善員工的操作環(huán)境，對保護環(huán)境和生態(tài)平衡起著積極作用。

 

　　第三，與傳統(tǒng)無隔板電解技術(shù)相比較，采用多極電解槽鎂電解技術(shù)，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(jié)能減排要求。

 

　　(3)

 

　　熔融氯化技術(shù)的引進再創(chuàng)新

 

　　多極槽設(shè)計使用原料為熔融氯化鎂，鈦鎂聯(lián)產(chǎn)行業(yè)副產(chǎn)的氯化鎂是熔融態(tài)的氯化鎂，可直接應(yīng)用于多極槽的電解生產(chǎn)，而鹽湖鎂業(yè)生產(chǎn)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(tài)氯化鎂利用抬包輸送至多極槽中進行電解。

 

　　多極槽技術(shù)在鹽湖老鹵鎂電解生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵難題在于顆粒料熔化凈化技術(shù)，且熔融凈化爐用于無水氯化鎂的熔融凈化國內(nèi)尚無先例。結(jié)合生產(chǎn)實際，組織聯(lián)合團隊對無水氯化鎂熔融凈化技術(shù)進行研究與攻關(guān)。目前在電解車間設(shè)計建設(shè)的10t/d的熔融氯化爐中試裝置已進入現(xiàn)場實施階段并將在本年度完成投料試車。《顆粒氯化鎂熔融氯化試驗》項目也已進入實施階段。擬開發(fā)的熔化凈化系統(tǒng)單臺設(shè)計產(chǎn)能為100噸/天，實際可能達到150噸/天。

 

　　（二）下一步工作計劃

 

　　（1）

 

　　脫水單元其他五條線的模塊化復制

 

　　對三段脫水進行優(yōu)化調(diào)試，提升負荷至90-110%，組織各單位進行性能考核，考核優(yōu)化改造效果；考核完成后，對其他五條脫水生產(chǎn)線進行模塊化復制改造，以配套10萬噸金屬鎂產(chǎn)能。

 

　　（2）

 

　　多極槽創(chuàng)新技術(shù)工作計劃

 

　　結(jié)合金屬鎂裝置現(xiàn)狀和脫水裝置后續(xù)五條線的技術(shù)改造進度，為充分吸取前期經(jīng)驗與教訓，最大限度降低風險，按照“統(tǒng)一設(shè)計、分步實施”和“最小單元技術(shù)攻關(guān)，模塊化復制建設(shè)”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(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”“揭榜掛帥項目”配套,實現(xiàn)上下游聯(lián)動，建設(shè)6臺90-165KA多極鎂電解槽及配套系統(tǒng)，建成年產(chǎn)6000噸金屬鎂的生產(chǎn)示范線工程。

 

　　第二步，模塊化復制建設(shè)，完成年產(chǎn)50000噸的36臺電解槽技術(shù)改造及配套無水氯化鎂熔融凈化系統(tǒng)、氯氣回收系統(tǒng)。

 

　　第三步，完成剩余32臺電解槽技術(shù)改造及配套無水氯化鎂熔融凈化系統(tǒng)、氯氣回收系統(tǒng)，形成以多極槽技術(shù)為核心的10萬噸/年金屬鎂生產(chǎn)線。

 

　　三.鹽湖金屬鎂的機遇與發(fā)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(zhàn)略性資源，“要結(jié)合青海優(yōu)勢和資源，貫徹創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，加快建設(shè)世界級鹽湖產(chǎn)業(yè)基地，打造國家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地”，為青海省鹽湖產(chǎn)業(yè)未來發(fā)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(yōu)兩高”戰(zhàn)略部署，強調(diào)現(xiàn)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(fā)利用這張牌。要以鹽湖資源綜合利用上升為國家戰(zhàn)略為目標，提高鹽湖資源綜合利用效率，推進鹽湖產(chǎn)業(yè)向新材料領(lǐng)域拓展，向系列化、高質(zhì)化、多樣化發(fā)展，提升全產(chǎn)業(yè)鏈競爭力，加快建設(shè)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(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》，指出要建設(shè)世界級鹽湖產(chǎn)業(yè)基地，全面提高鹽湖資源綜合利用效率，著力建設(shè)現(xiàn)代化鹽湖產(chǎn)業(yè)體系，打造具有國際影響力的產(chǎn)業(yè)集群和無機鹽化工產(chǎn)業(yè)基地。

 

　　工業(yè)和信息化部《關(guān)于進一步促進青海省工業(yè)和信息化發(fā)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(nèi)重要的鎂及鎂加工產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)基地”。因此，從國家經(jīng)濟發(fā)展政策指導及促進青海省經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展來說，鹽湖鎂產(chǎn)業(yè)建設(shè)是十分必要的。

 

　　四.鹽湖金屬鎂的戰(zhàn)略規(guī)劃

 

　　短期目標：通過金屬鎂裝置優(yōu)化升級改造，最終實現(xiàn)“氯化氫氛圍的氯化鎂脫水工藝”和多極槽電解鎂技術(shù)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(yè)”整個產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展。進而推動整個鎂及鎂行業(yè)的格局調(diào)整，推動鎂合金及下游加工業(yè)的快速發(fā)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(zhàn)略的實施做出貢獻，為我國制造業(yè)振興提供戰(zhàn)略性支撐。

 

　　長期目標：在青海鹽湖一期年產(chǎn)10萬噸金屬鎂及配套項目達標達產(chǎn)的基礎(chǔ)上，加快建設(shè)40萬噸/年金屬鎂產(chǎn)業(yè)園和部分鎂合金裝置，做大鎂產(chǎn)業(yè)，同時以金屬鎂生產(chǎn)為基礎(chǔ)，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條。發(fā)展適用于交通工具、電子工業(yè)、航空航天及儲能等領(lǐng)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(shù)，逐步發(fā)展鎂系列產(chǎn)品的高端化、多元化，創(chuàng)造新的經(jīng)濟增長點，實現(xiàn)鎂系列材料創(chuàng)新突破，推動鹽湖世界級鎂產(chǎn)業(yè)基地進展。