青海鹽湖金屬鎂在低碳發(fā)展戰(zhàn)略中的機(jī)遇與后發(fā)優(yōu)勢(shì)

劉國建，車永林

（青海鹽湖鎂業(yè)有限公司，青海 格爾木 816000）

1 全球碳排的環(huán)境

根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）數(shù)據(jù)，中國、美國、歐盟、印度、俄羅斯和日本是六大溫室氣體排放國2019年排放量占全球的62%，最近十年（2010-2019年）累計(jì)排放量占全球的62.5%。

表1 全球六大溫室氣體排放國（地區(qū)）

根據(jù)世界資源研究所（WRI）數(shù)據(jù)，已有49個(gè)國家在2010年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，占當(dāng)時(shí)全球排放量的36%。e Intelligent Unit數(shù)據(jù)，已有29個(gè)國家和地區(qū)提出碳中和目標(biāo)。其中，蘇里南和不丹已實(shí)現(xiàn)碳中和，芬蘭、奧地利、冰島和瑞典承諾提前5-15年實(shí)現(xiàn)碳中和，有22個(gè)國家和地區(qū)把目標(biāo)設(shè)立在2050年。2010-2019年，英國的二氧化碳排放量下降了29%，GDP仍增長(zhǎng)了18%（BEIS，2020）。日本推出綠色增長(zhǎng)戰(zhàn)略，把應(yīng)對(duì)全球變暖、實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型視為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)復(fù)蘇的新增長(zhǎng)點(diǎn)。美國預(yù)計(jì)2035年通過向可再生能源過渡，實(shí)現(xiàn)無碳發(fā)電，到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。

我國是全球第一排放大國，2019年溫室氣體排放量是140億噸二氧化碳當(dāng)量，占全球總排放量的26.7%（UNEP，2020），但人均排放量和歷史排放量并不高。2019年我國人均排放量在G20國家中位居第10位，僅是美國的一半（Statista，2020）；我國歷史排放量（1751-2017年）僅占全球的12.7%，是美國的一半，也遠(yuǎn)低于歐盟28國的22%（OurWorldinData，2019）。

與發(fā)達(dá)國家相比，我國處于不同的歷史階段，面臨著加快發(fā)展、改善民生的重任。正如丁仲禮院士所言（2009）：“要發(fā)展就難免排放，排放問題本質(zhì)上就是發(fā)展問題，排放權(quán)即發(fā)展權(quán)?！北M管如此，我國仍于2020年9月作出“2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和”的莊嚴(yán)承諾。為全球作出了表率，充分體現(xiàn)了負(fù)責(zé)任大國的擔(dān)當(dāng)。從碳達(dá)峰到碳中和，英國和法國用了59年，美國43年，日本37年，而我國承諾僅用30年。

碳中和是責(zé)任，是使命，更是機(jī)遇。作為全球第一排放大國，我國碳達(dá)峰、碳中和之路任重道遠(yuǎn)。2019年我國排放量仍增長(zhǎng)了3.1%（UNEP，2020）。與歐美國家相比，我國的低碳綠色意識(shí)還比較薄弱，亟需提升國民碳素養(yǎng)，充分發(fā)揮龍頭企業(yè)的示范帶動(dòng)作用，創(chuàng)新推動(dòng)碳中和工作，共創(chuàng)人類可持續(xù)的未來。

2 鎂行業(yè)碳排情況

我國是鎂資源大國和生產(chǎn)大國，資源占全球總量的70%。2017年中國原鎂產(chǎn)量為102萬噸，達(dá)到歷史最高點(diǎn)，2018年國內(nèi)原鎂產(chǎn)量為86.3萬噸，2019年國內(nèi)原鎂產(chǎn)量為84.48萬噸，2020年原鎂產(chǎn)量90.7萬噸，近年來年總產(chǎn)量呈略微下降趨勢(shì)。其中陜西和山西地區(qū)產(chǎn)量占比位居前二，總計(jì)約占全國的85%，尤其是陜西府谷地區(qū)占比為59.4%。

目前，世界主流生產(chǎn)金屬鎂的方法有熱還原法和氯化鎂熔鹽電解法兩種。硅熱法即利用不同還原劑在高溫下將鎂從其化合物中還原出來而制得金屬鎂。熔鹽電解法是在三元系或四元系等熔鹽電解質(zhì)中通入直流電進(jìn)行電解氯化鎂得到金屬鎂。原鎂的成本主要是能源成本，陜西府谷是我國的主要蘭炭生產(chǎn)基地，依靠蘭炭資源發(fā)電、硅鐵和原鎂產(chǎn)業(yè)形成了循環(huán)經(jīng)濟(jì)，使得皮江法煉鎂工藝在成本端具備較大優(yōu)勢(shì)。皮江煉鎂法工藝中硅鐵的生產(chǎn)、白云石的煅燒和還原工藝本身的排放，仍然是溫室氣體排放最密集的工序。當(dāng)前皮江法鎂工藝的總平均排放量為28kg CO2。如不考慮能源綜合利用情況下鎂生產(chǎn)中使用的上述燃料氣的碳排放皮江法工藝的加權(quán)平均排放量為每千克鎂21.8千克二氧化碳當(dāng)量[1]。

電解法煉鎂工藝中碳排放也主要取決于冶煉過程的能源消耗。2013年LCA研究詳細(xì)分析了以色列的電解工藝（Ehrenberger,Dieringa and Friedrich 2013），加上工藝副產(chǎn)品的碳信用，該工藝的溫室氣體排放值為每噸鎂14.0噸二氧化碳當(dāng)量。青海鹽湖鎂業(yè)有限公司的電解鎂工藝中，原鎂是由氯化鎂（MgCl2）鹵水為原料生產(chǎn)的，而鹵水是附近鉀肥生產(chǎn)后的廢物。電解鎂總溫室氣體排放量為每噸鎂6.2噸二氧化碳當(dāng)量[2]。由于進(jìn)一步使用電解鎂生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品氯氣，考慮由此產(chǎn)生的碳信用，導(dǎo)致鎂電解的總排放量可以降到每噸鎂5.3噸二氧化碳當(dāng)量。在2020年國際鎂協(xié)年會(huì)上，國際鎂協(xié)將“綠色發(fā)展獎(jiǎng)”頒發(fā)給了青海鹽湖工業(yè)股份公司、青海鹽湖鎂業(yè)公司、青海海鎂特鎂業(yè)公司。

2020年3月，為推進(jìn)鎂行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，工業(yè)和信息化部發(fā)布《鎂行業(yè)規(guī)范條件》。要求鎂冶煉企業(yè)噸鎂綜合能耗在4.5噸標(biāo)煤以下；鎂冶煉企業(yè)的噸鎂白云石用量在10.5噸及以下，硅鐵（Si＞75%）用量在1.05噸及以下。

3 鹽湖電解鎂的機(jī)遇與風(fēng)口期

2016年8月22日，習(xí)近平總書記視察青海鹽湖指出：“鹽湖是青海最重要的資源，要制定正確的資源戰(zhàn)略，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，搞好開發(fā)利用。

循環(huán)利用是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的要求，全國都應(yīng)該走這樣的路。青海要把這件事情辦好，發(fā)揮示范作用。青海資源也是全國資源，要有全國一盤棋思想，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下搞好開發(fā)利用”。

2021年3月7日，習(xí)近平總書記在參加十三屆全國人大四次會(huì)議青海代表團(tuán)審議時(shí)強(qiáng)調(diào)，要結(jié)合青海優(yōu)勢(shì)和資源，貫徹創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，加快建設(shè)世界級(jí)鹽湖產(chǎn)業(yè)基地，打造國家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地、國際生態(tài)旅游目的地、綠色有機(jī)農(nóng)畜產(chǎn)品輸出地，構(gòu)建綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系，建設(shè)體現(xiàn)本地特色的現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系。

2018年7月青海省委十三屆四次全會(huì)作出“一優(yōu)兩高”戰(zhàn)略部署，強(qiáng)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(biāo)，提高鹽湖資源綜合利用效率，推進(jìn)鹽湖產(chǎn)業(yè)向新材料領(lǐng)域拓展，以做大做強(qiáng)鋰電產(chǎn)業(yè)為重點(diǎn)，向系列化、高質(zhì)化、多樣化發(fā)展，提升全產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)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(huì)通過《關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》，指出要建設(shè)世界級(jí)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(jī)鹽化工產(chǎn)業(yè)基地[3-5]。

中國鹽湖鎂資源儲(chǔ)量豐富，青海省察爾汗鹽湖是中國最大的氯化物型鉀鎂鹽礦床，其中氯化鉀儲(chǔ)量5.4億噸，占全國探明儲(chǔ)量的70%以上；氯化鎂儲(chǔ)量達(dá)40.6億噸，均占全國首位。青海鹽湖工業(yè)股份有限公司氯化鉀生產(chǎn)能力達(dá)500萬噸/年，氯化鉀生產(chǎn)過程中排放的老鹵年產(chǎn)生量約為5000萬噸。因此，鎂資源是察爾汗鹽湖的優(yōu)勢(shì)資源，同時(shí)又是氯化鉀生產(chǎn)排放的副產(chǎn)物。長(zhǎng)期以來，由于技術(shù)條件的限制，鹽湖鎂資源一直未得到有效的開發(fā)利用，并且還成為制約鹽湖其它資源開發(fā)的“鎂害”。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，不僅節(jié)省了原料成本，而且省去了廢液排棄費(fèi)用，化“鎂害”為“鎂利”，變廢為寶，點(diǎn)石成金。鹽湖鹵水深度脫水制備無水氯化鎂的金屬鎂生產(chǎn)工藝，與皮江法冶煉金屬鎂工藝相比，具有規(guī)?；潭雀撸a(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，冶煉過程綠色、低碳、環(huán)保的特性。鹽湖金屬鎂裝置生產(chǎn)工藝流程見下圖1。主要工藝過程為：通過鹵水精制，將鹵水中的SO42-和B2O3等雜質(zhì)去除，得到精制鹵水；精制后的鹵水進(jìn)行蒸發(fā)、造粒，造出含有結(jié)晶水的氯化鎂顆粒；含結(jié)晶水的氯化鎂顆粒經(jīng)過兩段脫水工藝后得到無水氯化鎂顆粒。無水氯化鎂顆粒通過氣力輸送系統(tǒng)送入電解槽；電解過程消耗的無水氯化鎂在陰極上產(chǎn)生金屬鎂，在陽極上產(chǎn)生氯氣；氯氣被氯氣罩收集后輸送到下道工序PVC廠作為原料。鎂液通過抬包車運(yùn)至連續(xù)精煉爐精煉后進(jìn)行鑄錠。

圖1 鹽湖電解煉鎂工藝流程簡(jiǎn)圖

鹽湖鎂資源注重有序開發(fā)，以消化提鉀后老鹵為主，同時(shí)重視制定鹽湖資源產(chǎn)業(yè)化整體規(guī)劃，與其它資源統(tǒng)一開發(fā)，形成組合優(yōu)勢(shì)，資源綜合利用完全可保障我國鎂產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。利用柴達(dá)木盆地獨(dú)一無二的氣候條件，經(jīng)過鹽田自然蒸發(fā)結(jié)晶，可獲得純度較高的水氯鎂石，成本低廉。近年來，青海鹽湖鎂資源通過工藝技術(shù)創(chuàng)新、專用設(shè)備研制等共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與集成，形成了氯化鎂-電解金屬鎂—鎂合金，氯化鎂-氫氧化鎂-氧化鎂，氯化鎂-鎂質(zhì)膠凝材料-新型輕質(zhì)建筑材料三條產(chǎn)業(yè)鏈條，已建成10萬噸/年電解金屬鎂、10萬噸級(jí)高純氫氧化鎂阻燃劑、高純鎂砂、煅燒氧化鎂等規(guī)?；a(chǎn)線；開展了鎂水泥系列產(chǎn)品開發(fā)，為鎂水泥在公路工程應(yīng)用示范提供支撐；青海鹽湖鎂資源開發(fā)初見雛形。

4 鹽湖電解鎂的后發(fā)優(yōu)勢(shì)

察爾汗鹽湖是我國最大的鉀鎂鹽礦床，各類資源儲(chǔ)量達(dá)600多億噸，其中氯化鉀5.4億噸、氯化鎂40億噸、氯化鋰1204萬噸、氯化鈉555億噸，同時(shí)伴生有硼、溴、碘、銣、銫等稀有元素，是巨大的無機(jī)鹽寶庫，潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值近100萬億元。自1958年開始，察爾汗鹽湖開發(fā)六十多年來，在鉀、鋰資源開發(fā)上已取得了顯著成績(jī)，為國家糧食安全和新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。青海鹽湖電解鎂工藝二氧化碳排放量?jī)H為傳統(tǒng)工藝的四分之一，成為世界綠色鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)注的重點(diǎn)。金屬鎂項(xiàng)目自2010年開工建設(shè)以來，經(jīng)過近十年艱苦努力，已建成利用鹽湖鹵水電解法制取金屬鎂的全球唯一的10萬噸級(jí)全套裝置，其技術(shù)、工藝、裝備等均處于國際領(lǐng)先地位，產(chǎn)品具有環(huán)保、高品質(zhì)、穩(wěn)定等優(yōu)異特性。以鹽湖金屬鎂生產(chǎn)的鎂合金及其構(gòu)件批量進(jìn)入國內(nèi)外市場(chǎng)應(yīng)用。

鹽湖電解鎂核心水氯鎂石脫水裝置由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，引進(jìn)裝置“高原反應(yīng)、水土不服”，因工程化和設(shè)備、材料選型缺陷，核心裝置氯化鎂脫水單元不能長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。為徹底解決上述問題，主動(dòng)停車進(jìn)行優(yōu)化整改。由設(shè)計(jì)院進(jìn)行全面設(shè)計(jì)復(fù)核，主要物料平衡、熱平衡、水平衡及關(guān)鍵設(shè)備等復(fù)核計(jì)算并出具《優(yōu)化整改設(shè)計(jì)方案》，該方案經(jīng)過政府部門兩次組織國內(nèi)無機(jī)鹽協(xié)會(huì)及鎂協(xié)等行業(yè)內(nèi)專家的論證，認(rèn)為整改措施可行、方案科學(xué)、操作性強(qiáng)。

目前，該項(xiàng)目已列為2021年度青海省首個(gè)重大專項(xiàng)揭榜掛帥實(shí)施項(xiàng)目，集全國、全行業(yè)的力量技術(shù)攻關(guān)。該項(xiàng)目正在穩(wěn)定實(shí)施中，計(jì)劃先進(jìn)行脫水單元單條線優(yōu)化升級(jí)，達(dá)到改造目標(biāo)后，進(jìn)而對(duì)其余五條線進(jìn)行改造，最終實(shí)現(xiàn)10萬噸金屬鎂裝置的達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。

攻克氯化鎂脫水關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)金屬鎂裝置達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)后，鹽湖鹵水煉鎂技術(shù)的后續(xù)優(yōu)勢(shì)也將凸顯出來。主要體現(xiàn)在以下方面：

第一、能源優(yōu)勢(shì)。

本裝置所在地區(qū)太陽能光伏、風(fēng)電資源豐富，年光照輻射量達(dá)1898.2千瓦時(shí)每平方米，光伏發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電容量4051兆瓦；被國家發(fā)改委列為就地消納試點(diǎn)區(qū)，實(shí)現(xiàn)新能源與金屬鎂電解產(chǎn)業(yè)有機(jī)結(jié)合，減少對(duì)外部用能的依賴。同時(shí)為貫徹國務(wù)院決策部署，扎實(shí)做好穩(wěn)增長(zhǎng)、促改革、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生、優(yōu)生態(tài)、防風(fēng)險(xiǎn)工作，國網(wǎng)電力也已在園區(qū)建設(shè)有完整的330KV、110KV供電網(wǎng)絡(luò)，并簽訂了全面的戰(zhàn)略合作協(xié)議，保證在符合國家相關(guān)政策和國家電網(wǎng)公司有關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，在直購電、清潔能源、電力整體優(yōu)化、運(yùn)行維護(hù)、電力交易、電力設(shè)施智慧用能等方面給予鹽湖產(chǎn)業(yè)全面支持，因此電力供給及電價(jià)是完全有保障的，且這些資源均是綠色環(huán)保的能源，在實(shí)現(xiàn)低成本發(fā)展的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)低碳化發(fā)展。

第二、循環(huán)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

為實(shí)現(xiàn)金屬鎂的生產(chǎn)，金屬鎂一體化項(xiàng)目配套了10余套裝置。其中電解鎂生產(chǎn)裝置副產(chǎn)的氯氣，送至PVC裝置用于和煤制甲醇轉(zhuǎn)化的乙烯反應(yīng)生產(chǎn)PVC，PVC生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的氯化氫，同電石乙炔裝置產(chǎn)生的乙炔反應(yīng)生成PVC，同時(shí)電石乙炔裝置產(chǎn)生的副產(chǎn)物電石渣，用于生產(chǎn)純堿，整個(gè)一體化項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)閉合循環(huán)，產(chǎn)品附加價(jià)值高；綠色、低碳、環(huán)保；抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)性強(qiáng)，為后續(xù)的做大做強(qiáng)提供了基礎(chǔ)。2019年被國家工信部評(píng)為“2018年國家新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地”。青海柴達(dá)木循環(huán)經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)區(qū)已成為青海省“一優(yōu)兩高”戰(zhàn)略第一張牌，循環(huán)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)初現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了碳信用承諾。

5 小結(jié)

青海鹽湖鎂業(yè)有限公司在“優(yōu)化資產(chǎn)”、“突破瓶頸”后，結(jié)合資源優(yōu)勢(shì)及政策優(yōu)勢(shì)，按照“頂層設(shè)計(jì)，分步實(shí)施”的原則，不斷推動(dòng)鹵水煉鎂技術(shù)消化吸收再創(chuàng)新，落實(shí)內(nèi)外部保障條件，實(shí)現(xiàn)金屬鎂裝置達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，并籌劃40萬噸金屬鎂項(xiàng)目，最終實(shí)現(xiàn)100萬噸產(chǎn)能，利用綠色、節(jié)能、環(huán)保、低碳的電解鎂技術(shù)改變國內(nèi)外鎂的競(jìng)爭(zhēng)格局，推動(dòng)我國由鎂大國向鎂強(qiáng)國邁進(jìn)，為我國鎂制造業(yè)振興提供戰(zhàn)略性支撐。