清洁生产技术: 近日,在西安召开的镁冶炼技术推介会议上,北京沃克介绍了自主研发的一套高效与深度环保的镁冶金技术。该技术大大降低了炼镁能耗,还原炉在山西、河南等地投入使用,单罐产能提高10%,同时,能耗降低到2.3吨标煤/吨镁,降低60%以上,CO2排放量降低50%以上,吨镁排放8吨CO2,达到国内先进水平,并受到业内的广泛关注。
目前,镁冶金主要的炼镁方法有电解法和皮江硅热法,国外普遍采用电解法,但是电解法炼镁成本很高。皮江硅热法由于炼镁技术简单,投资成本低,属于劳动密集型生产方式,而我国劳动力丰富且价格低廉,同时环保标准较为宽松,因而,我国镁冶金以皮江硅热法为主。虽然我国是世界上最大的镁生产国,但是我国镁冶金技术仍相当落后,能耗较大,环境污染较为严重。目前硅热法炼镁,每获得1吨原镁需消耗大约10吨优质煤,10吨白云石,1吨以上的硅铁以及萤石等其他辅料,总体利用率约为5%~8%,具有很大的减排潜力。
进入新世纪之后,成本压力和环境压力迫使镁冶金不断提高科技含量,促进工艺进步,降低成本,减少污染,为此,国家连续制定镁冶金产业“十五”科技攻关计划和“十一五”科技支撑计划,积极促进镁冶金技术进步与技术开发。
针对皮江法炼镁的工艺原理,北京沃克研发了一套高效与深度环保的镁冶金技术,大大降低了炼镁能耗,提高工艺环境友好性,引入循环产业,循环利用镁冶金产业的各种产物。
镁冶金技术主要由白云石煅烧、真空还原和粗镁精炼三部分组成。其中,煅烧主要是将白云石(CaCO3,MgCO3)在1150℃~1250℃直接分解成煅白(CaO·MgO),并释放出碳酸盐中的CO2。
北京沃克有限开发的白云石U型直接蓄热式煅烧窑,采用并流燃烧逆流蓄热形式的U型窑体,周期性换向进行燃烧与蓄热。燃料经由垂直伸入预热区底部的多根燃烧喷枪通入,并均匀分布在窑筒的横截面,保证煅烧均匀。窑体冷却段下部通入空气对烧好的煅白快速冷却,燃烧与经过预热的冷却空气混合通过连接通道由燃烧窑进入非燃烧窑进行矿石预热。U型窑采用快烧快冷的加热工艺,煅烧均匀,保证煅白活性可以达到32%~35%,同时降低煅白酌减量到0.2%,低于还原工序对煅白酌减量0.5%的要求,煅白质量高于其它煅烧设备的煅白品质。煅白活性提高,酌减降低60%,大幅度提高了还原粗镁的质量,同时提高粗镁的收得率。U型直接蓄热式煅烧窑是逆流蓄热,充分利用与冷却空气预热后的高温余热,因而降低了煅烧能耗,达到142kg标煤/吨煅白,跟带预热器的新型回转窑煅白能耗230kg标煤/吨相比,能耗降低40%以上,炉子热效率达到85%以上。同时,该窑设备简单,运行可靠性高,单位占地面积小,整体投资额低,单位投资产能大,经济性能好。
白云石经过煅烧,制球机制球,送入还原炉,在1200℃~1250℃温度下,真空还原得到粗镁。现有还原炉由于生产方式落后,导致排烟温度较高,燃料消耗量较大,生产1吨粗镁需要6.5~7吨标煤;燃烧方式与炉型设计不合理导致炉内温度不均匀,压力不稳定,还原罐局部高温,寿命较短;同时,生产1吨粗镁排放18吨CO2,环境污染严重。蓄热式金属镁还原炉采用先进的高温空气蓄热燃烧技术,周期换向燃烧,保证炉内温度均匀、压力稳定,改善炉内气氛。同时设计炉内三维支撑,保证炉窑强度。
还原炉粗镁经过精炼炉精炼,得到成品镁,也就是精镁。目前,精炼炉的主要问题是排烟温度高,没有充分利用烟气余热,能耗较大。精炼炉的排烟温度在900℃左右,现有的精炼炉都将烟气直接排放,北京沃克公司与北京科技大学热能系合作,共同开发了连续高温空气燃烧技术烟气余热,预热空气温度为700℃,将烟气排放温度降低到200℃以下,充分利用烟气余热。精炼炉能耗降低了70kg标煤/吨镁,降低60%以上。
采用该套技术生产1万吨精镁,预计年可节约燃料5万吨,减少CO2排放14万吨,减少SO2排放0.1万吨。目前,北京科技大学热能工程系与北京沃克能源科技有限公司探索出一条产、学、研、用的发展模式,对金属镁冶金生产工艺进行了系统节能与研发,优化设计工艺流程、研究开发核心技术、创新试验关键设备,形成一套高效节能与深度环保的金属镁冶金生产成套技术。