鎂合金項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)要點(diǎn)分析

韓 震 王三平 王浩宇 李 楊

(中國輻射防護(hù)研究院，山西 太原 030006)

2(CaO·MgO)+Si→2CaO·SiO2+2Mg

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鎂合金項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)要點(diǎn)分析

韓 震 王三平 王浩宇 李 楊

(中國輻射防護(hù)研究院，山西 太原 030006)

根據(jù)鎂合金項(xiàng)目的工程內(nèi)容，從工藝技術(shù)方案、產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)保措施和生態(tài)恢復(fù)措施4個方面分析了鎂合金項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)應(yīng)注重的問題及技術(shù)要點(diǎn)，并對鎂合金行業(yè)環(huán)評內(nèi)容和方法進(jìn)行了積極的探討，對鎂合金項(xiàng)目的實(shí)施及環(huán)境保護(hù)有重要的意義。

鎂合金，工程特點(diǎn)，環(huán)境影響評價(jià)

0 引言

鎂是繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被譽(yù)為21世紀(jì)最具開發(fā)和應(yīng)用潛力的綠色工程材料。鎂產(chǎn)業(yè)是山西省冶金和新材料產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是“十二五”期間重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

按照山西省資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和工業(yè)新型化的總體要求，山西省鎂產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中明確提出，以加快轉(zhuǎn)變鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式為主線，淘汰落后產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，依托龍頭企業(yè)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)，打造鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地；強(qiáng)化科技創(chuàng)新能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，構(gòu)建鎂產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，提高資源綜合利用率，全面提升全省鎂產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展水平和綜合競爭力。到“十二五”期末，全省鎂產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值力爭達(dá)到200億元，鎂合金及深加工產(chǎn)能達(dá)到原鎂產(chǎn)量的40%以上，成為支撐我省轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展的重要力量。

隨著鎂行業(yè)的轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展，鎂合金冶煉過程中帶來的環(huán)境污染日趨引起社會各界的重視。本文根據(jù)近年來從事鎂合金項(xiàng)目環(huán)評的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，以及對省內(nèi)多家鎂合金企業(yè)的調(diào)查和了解，總結(jié)了鎂合金項(xiàng)目環(huán)評的整體思路和評價(jià)重點(diǎn)，對鎂合金行業(yè)環(huán)評內(nèi)容和方法進(jìn)行了積極的探討。

1 工藝技術(shù)方案

1.1 金屬鎂生產(chǎn)工藝

金屬鎂的生產(chǎn)方法分為氯化鎂熔鹽電解法和熱還原法兩大類。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在世界鎂的生產(chǎn)中，用電解法生產(chǎn)的約占80%，其余為硅熱還原法生產(chǎn)。根據(jù)還原劑的不同，熱還原法又分為硅熱法(皮江法)、碳化物熱還原法和炭熱法。由于我省具有豐富的白云石礦山資源和良好的能源條件，并且皮江法具有投資少、建設(shè)周期短的特點(diǎn)，單位投資成本僅是國外電解法的幾十分之一，因此皮江法生產(chǎn)金屬鎂生產(chǎn)工藝在我省被廣泛采用。

皮江冶煉金屬鎂工藝將煅燒后的白云石、硅鐵和螢石按一定配比磨成細(xì)粉，壓成團(tuán)塊，裝在由耐熱合金制成的蒸餾器內(nèi)，在1 473 K～1 523 K 及小于13 Pa壓力的條件下還原得到鎂蒸汽，冷凝結(jié)晶成固態(tài)鎂，經(jīng)精煉后成為精鎂液直接送入合金熔煉爐進(jìn)行合金化。Si還原煅燒白云石的反應(yīng)如下：

2(CaO·MgO)+Si→2CaO·SiO2+2Mg

1.2 鎂合金生產(chǎn)工藝

鎂合金生產(chǎn)根據(jù)原料(粗鎂、精鎂)、熔煉設(shè)備(反射爐、坩堝、工頻感應(yīng)爐)、澆筑過程的保護(hù)劑類型等的區(qū)別，其生產(chǎn)工藝選擇不盡相同。

生產(chǎn)鎂合金用鎂多采用硅熱法獲得的結(jié)晶鎂(粗鎂)，也可以是粗鎂精煉后的鎂錠，前者原料價(jià)格低，后者價(jià)格高。使用結(jié)晶鎂熔煉的鎂合金，不僅生產(chǎn)成本低，而且更容易保證合金的質(zhì)量。

由于鎂的化學(xué)活性很強(qiáng)，在熔態(tài)下，極易和氧、氮及水汽發(fā)生化學(xué)作用，因此在鎂合金澆筑過程中，熔體始終需用熔劑或氣體等加以保護(hù)。根據(jù)所使用保護(hù)措施的不同，鎂合金生產(chǎn)分為熔劑保護(hù)鎂合金生產(chǎn)和氣體保護(hù)鎂合金生產(chǎn)兩種工藝。

鎂合金熔煉爐的種類和規(guī)格很大程度上取決于生產(chǎn)規(guī)模，小型車間分批生產(chǎn)多種不同合金，通常采用坩堝爐和感應(yīng)爐；大規(guī)模生產(chǎn)鎂合金錠，一般采用大型熔化裝置反射爐，其容量可達(dá)10 t以上；鎂合金錠質(zhì)量與澆筑方法關(guān)系密切，通常鎂合金錠的澆筑方法有鐵模澆筑、水冷模澆筑和半連續(xù)澆筑，目前在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的是半連續(xù)澆筑法。

根據(jù)省內(nèi)鎂合金企業(yè)生產(chǎn)狀況，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，鎂合金生產(chǎn)原料為結(jié)晶鎂與合金錠，采用熔劑保護(hù)鎂合金生產(chǎn)工藝，利用坩堝爐進(jìn)行熔煉。

1.3 工藝技術(shù)方案

根據(jù)省內(nèi)多家鎂合金工藝選擇以冷凈煤氣為燃料、蓄熱式燃燒技術(shù)，在真空條件下進(jìn)行還原反應(yīng)的硅熱法煉鎂工藝；回轉(zhuǎn)窯采用豎式預(yù)熱器對白云石進(jìn)行預(yù)熱；鎂合金澆筑過程采用95%N2+5%SO2混合氣體進(jìn)行保護(hù)，減少有害污染物的排放；生產(chǎn)工藝用氣采用環(huán)保節(jié)能型兩段式煤氣發(fā)生爐，采用PDS栲膠脫硫方法對發(fā)生爐煤氣進(jìn)一步凈化，有效降低硫化氫濃度，減少SO2的排放；對煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的酚氰廢水除部分回用外其余全部焚燒，實(shí)現(xiàn)含酚廢水的不外排。整體上本工程生產(chǎn)工藝與裝備水平技術(shù)成熟可靠，工藝選擇合理。

1.4 產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析

1)大氣污染源及污染物。a.白云石煅燒工序：回轉(zhuǎn)窯燃料為煤粉，主要污染物為煙塵，CO2,NOx,SO2，回轉(zhuǎn)窯的SO2是由于煤和原料中帶入的硫在窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的。預(yù)熱器窯因有高度活性的MgO和CaO存在，與SO2氣固接觸好，可大量吸收SO2，從而使大部分的S以硫酸鹽的形式保留在堿性鹽中，通常預(yù)熱器窯硫的吸收率可達(dá)80%以上，因此SO2的實(shí)際排放量很小。b.原料制備工序：包括原料磨粉、壓球工序，其主要污染物為粉塵。c.還原爐：還原爐燃?xì)庥媒?jīng)脫硫處理后的發(fā)生爐凈化煤氣，主要的污染物為煙塵、SO2和NOx；扒渣、清罐過程中產(chǎn)生粉塵。d.鎂合金熔煉及澆筑過程：鎂合金熔煉的燃料為經(jīng)脫硫處理后的發(fā)生爐煤氣，煤氣燃燒后主要污染物為煙塵、SO2和NOx。熔煉爐熔煉廢氣主要污染物為煙塵、氯化氫、SO2；鎂合金澆筑過程排放污染物SO2。

2)廢水污染源及污染物。a.軟水制備系統(tǒng)：軟水系統(tǒng)為煤氣發(fā)生爐提供軟水，軟水制備產(chǎn)生少量排污水，其主要污染物為鹽類。b.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)：循環(huán)水冷卻設(shè)備包括：煤氣發(fā)生爐、回轉(zhuǎn)窯、還原爐、熔煉爐等設(shè)備。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)需定期排放含鹽水。c.煤氣站：發(fā)生爐煤氣在冷凝的過程中產(chǎn)生含酚廢水，其主要污染物為含有極少量的酚、氰及油類。d.生活、辦公及化驗(yàn)：主要污染物為COD,BOD,NH3-N,SS,石油類。

3)固體廢棄物。a.還原罐渣：其主要成分組成為：SiO2(26%～28%),CaO(54%～58%),MgO(3%～6%)及隨硅鐵帶入的Fe(6%～10%)。其中CaO和SiO2是以硅酸鹽的形式存在，在1 473 K溫度下扒出的渣屬于β-2CaO·SiO2，密度為3.26 g/cm3；爐渣溫度降至948 K時(shí)發(fā)生相變，成為γ-2CaO·SiO2渣，其體積膨脹10%，自動粉化，密度變?yōu)?.97 g/cm3。還原殘?jiān)趪鴥?nèi)多用于生產(chǎn)水泥及改良土壤。b.鎂合金渣：采用氣體保護(hù)熔煉鎂合金，產(chǎn)生的合金渣量較小，主要含有Mg及MgO等堿金屬及氧化物，產(chǎn)生量較小。c.回收塵：包括回轉(zhuǎn)窯煅燒煙氣回收塵；還原工序扒渣、清罐時(shí)收集粉塵以及原料制備破碎、壓球除塵系統(tǒng)收集的粉塵。d.煤氣發(fā)生爐爐渣。e.硫磺：發(fā)生爐煤氣采用PDS栲膠脫硫，所產(chǎn)生的脫硫副產(chǎn)物為硫磺。f.焦油：發(fā)生爐煤氣在經(jīng)過電捕焦油器中去除的焦油。

2 產(chǎn)業(yè)政策

鎂合金項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)政策分析主要根據(jù)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》(2011年版)(修正)、《鎂行業(yè)準(zhǔn)入條件》和《山西省鎂產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》。其中以《鎂行業(yè)準(zhǔn)入條件》的對比分析最為重要。

中華人民共和國工業(yè)和信息化部于2011年3月頒布《鎂行業(yè)準(zhǔn)入條件》，《準(zhǔn)入條件》中對企業(yè)布局及規(guī)模、工藝裝備、產(chǎn)品質(zhì)量、資源及能源消耗、資源及能源綜合利用、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)與職業(yè)危害防護(hù)、勞動保險(xiǎn)、監(jiān)督管理等9方面規(guī)范了鎂行業(yè)投資行為。在鎂合金項(xiàng)目環(huán)評產(chǎn)業(yè)政策分析中應(yīng)當(dāng)結(jié)合《準(zhǔn)入條件》，選擇與環(huán)保有關(guān)的規(guī)范條件逐條進(jìn)行對比分析。

3 鎂合金項(xiàng)目主要環(huán)保措施

鎂合金項(xiàng)目屬于高耗能、高污染類型項(xiàng)目，在項(xiàng)目環(huán)評過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)工藝全過程制定嚴(yán)格的污染防治措施。本文以省內(nèi)較多采用的皮江法煉鎂工藝進(jìn)行論述。

3.1 大氣污染防治措施

針對工藝過程中的大氣污染物排放，在礦石破碎及篩分、白云石煅燒、原料制球、還原、熔煉工藝過程中均需配套相應(yīng)的除塵和脫硫設(shè)施。

礦石破碎及篩分工序分別在破碎系統(tǒng)和篩分系統(tǒng)排塵點(diǎn)設(shè)集氣罩，設(shè)置布袋收塵器對收集的含塵氣體進(jìn)行處理；白云石煅燒工藝分別在回轉(zhuǎn)窯窯尾、煤磨系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯上料系統(tǒng)和成品倉配套布袋除塵器；原料制球工序在球磨機(jī)和壓球機(jī)配套布袋除塵器；還原過程中還原罐在扒渣、清罐過程中產(chǎn)生大量粉塵排放，需根據(jù)還原車間內(nèi)還原爐布置規(guī)模，在還原爐前設(shè)置可移動式集塵罩，收集扒渣及清罐過程中產(chǎn)生的粉塵，經(jīng)布袋除塵器處理后達(dá)標(biāo)排放；熔煉工序由于采用保護(hù)氣體中含有SO2，同時(shí)精煉劑中含有氯化物，熔煉過程中產(chǎn)生SO2和HCL酸性氣體，因此，熔煉廢氣需配套堿液噴淋塔進(jìn)行處理。鎂合金項(xiàng)目中還原和熔煉工序燃料使用發(fā)生爐煤氣，發(fā)生爐煤氣的主要成分為CO,H2,H2S,煙塵(煙塵濃度小于100 mg/Nm3)等，為減少H2S排放量，發(fā)生爐煤氣采用PDS栲膠濕法脫硫工藝的處理方法，煤氣經(jīng)脫硫塔脫硫后經(jīng)煤氣鼓風(fēng)機(jī)供給各用氣單元。

3.2 水污染防治措施

鎂合金項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水應(yīng)主要關(guān)注煤氣站產(chǎn)生的含酚廢水。煤氣站產(chǎn)生含酚的廢水，酚水含有大量的酚、氰、焦油等有害物質(zhì)，廢水水質(zhì)較為復(fù)雜，主要有害物質(zhì)為雜酚、氨及硫化氫，其中揮發(fā)酚高達(dá)3 000 mg/L，COD 10 000 mg/L以上。

兩段式煤氣發(fā)生爐的煤氣在凈化和冷卻過程中不與外來水接觸，避免了大量酚水的產(chǎn)生。煤氣站酚水主要來源于煤里面的機(jī)械水和結(jié)晶水。煤在煤氣爐內(nèi)干餾干燥過程中水分析出進(jìn)入到上段煤氣中。在煤氣凈化過程中，隨著煤氣溫度的降低，該水分在間接冷卻器內(nèi)冷凝析出，形成酚氰廢水。

將煤氣工段產(chǎn)生的含酚廢水，收集到酚水池，用水泵泵入酚水蒸發(fā)分離器，在余熱換熱器利用下段煤氣(450 ℃～500 ℃)的熱量間接加熱這部分含酚廢水，使之變?yōu)榉铀羝?，該酚水蒸汽由?dú)立管道進(jìn)入爐底鼓風(fēng)管道與空氣混合后形成飽和氣化劑，進(jìn)入爐膛，供煤氣爐使用。酚類等有害物質(zhì)在通過氧化層時(shí)，被氧化層1 000 ℃～1 200 ℃的高溫分解成二氧化碳和水。

3.3 固體廢物污染防治措施

工業(yè)固體廢物主要包括還原渣、合金渣、濕法除塵渣、回收塵、煤氣發(fā)生爐爐渣及栲膠脫硫產(chǎn)生的硫磺。固體廢物首先立足于綜合利用，鎂渣除了可以制備高性能水泥熟料外，還可以作為墻體材料、膠凝材料和砂漿使用。煤氣發(fā)生爐爐渣可外售給建材企業(yè)。煤氣發(fā)生爐脫硫產(chǎn)生的硫磺可外售給化工企業(yè)，電捕焦油和輕焦油可作為優(yōu)質(zhì)化工原料外售。

總之，上述生產(chǎn)固體廢物在綜合利用不暢的前提下，可以運(yùn)往填埋場進(jìn)行填埋處理。為全面控制企業(yè)污染，特別是二次污染影響，在提倡綜合利用的前提下，企業(yè)對未及時(shí)利用的固體廢物選擇適宜的堆存場所，并對堆存場所按照GB 18599—2001一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)中Ⅱ類場的要求，作好溝底整平、防滲(防滲系數(shù)小于1.0×10-7cm/s)、防洪及堆存管理工作，廢渣堆置過程中應(yīng)采取由下而上分段、分層壓實(shí)的處置方法，最終覆蓋黃土壓實(shí)，當(dāng)堆積至一定高度時(shí)，要覆蓋黃土進(jìn)行復(fù)墾和綠化。這樣可降低廢渣對渣場周圍環(huán)境的污染。

4 生態(tài)恢復(fù)措施

由于鎂合金項(xiàng)目均需配套白云石礦山和備用渣場，在礦山開采和渣場建設(shè)過程中造成土地利用類型的改變、地表植被的破壞以及水土流失的加劇，因此，鎂合金項(xiàng)目環(huán)評中需要關(guān)注由此帶來的生態(tài)環(huán)境影響，并制定相應(yīng)的生態(tài)恢復(fù)措施。

5 結(jié)語

鎂合金冶煉屬于高耗能、高污染項(xiàng)目，運(yùn)營期帶來的環(huán)境影響在環(huán)評中應(yīng)當(dāng)尤為關(guān)注。本文以省內(nèi)多家鎂合金企業(yè)采用的皮江法冶煉工藝為例，從環(huán)境影響評價(jià)的角度，對工藝技術(shù)方案、產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)保措施和生態(tài)恢復(fù)措施4個方面進(jìn)行了分析，針對廢氣、廢水、固體廢物提出污染防治措施，特別是發(fā)生爐煤氣站的含酚廢水處理措施。了解和掌握鎂合金項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)內(nèi)容、評價(jià)要點(diǎn)及技術(shù)方法，正確分析其在運(yùn)營期對環(huán)境產(chǎn)生的影響，對項(xiàng)目的實(shí)施和對環(huán)境的保護(hù)有著積極的意義和作用。

[1]楊重愚.輕金屬冶金學(xué).北京：冶金工業(yè)出版社，2006：228.

[2]許并社，李明照.鎂冶煉與鎂合金熔煉工藝.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005:6.

On influential evaluation points under magnesium alloy program

Han Zhen Wang Sanping Wang Haoyu Li Yang

(ChinaInstituteforRadiationProtection,Taiyuan030006,China)

According to the engineering content of the magnesium alloy program, the paper analyzes some attentive problems and technical points which affect the evaluation from the craft technique scheme, industrial policies, environment protection, and ecological restoration, has the positive exploration for the content and methods of the magnesium alloy industry, so it is important to implement the program and the environment protection.

magnesium alloy, engineering feature, environment influential evaluation

1009-6825(2015)18-0206-03

2015-04-11

韓 震(1980- )，男，助理研究員； 王三平(1970- )，女，副研究員

X820.3

A