皮江煉鎂法的歷史、現(xiàn)狀和未來-Liu Wayne

1、皮江煉鎂法的歷史、現(xiàn)狀和未來 Lloyd M. Pidgeon1903-1999皮江前歷史 - 焦點回放焦點回放 n1808年Davy使用電解法首次分離出金屬鎂n1833年Faraday使用電解無水氯化鎂獲得鎂金屬 n1896年德國出現(xiàn)世界上第一座鎂廠(Griesheim-Elektron)n一戰(zhàn)期間(1915-18)世界鎂產(chǎn)量達到3000噸/年 n1933年第一座使用硅熱還原法的鎂廠在德國建成皮江煉鎂法歷史 -影響深遠的發(fā)明影響深遠的發(fā)明 n1941年發(fā)明于加拿大國家科學(xué)院 n14篇美國/加拿大專利n主要發(fā)明內(nèi)容:n礦料：焙燒白云石、氧化鎂 n還原劑：硅鐵、碳化鈣n罐體：水平單口、水平雙口、

2、豎立/斜立、之字形、里外真空 皮江煉鎂法歷史 -適者生存適者生存n使用硅熱法在水平單口鋼罐內(nèi)還原焙燒白云石的煉鎂法n特點：n降低了反應(yīng)真空度(CaO提高了鎂的分壓) n實現(xiàn)了高溫裝卸料(鎂與鹼金屬的分離)n經(jīng)濟有效的高溫加熱(相對較細的罐徑)皮江煉鎂法歷史 - 初期發(fā)展初期發(fā)展n美國(6)、加拿大(1) 、印度(？) 、 日本 (2)、 英國(？)皮江煉鎂法歷史 - 主要公司變遷主要公司變遷國家國家公司公司產(chǎn)能產(chǎn)能現(xiàn)狀現(xiàn)狀美國Al Metallurg7000 t/a關(guān)閉(Dow)日本Furakama5000 t/a關(guān)閉(成本過高)日本Ube Kosan5000 t/a遷到中國加拿大Timmin

3、co6000 t/a維持生產(chǎn)皮江煉鎂法 - 工藝工藝白云石白云石MgO+CaO焙燒CO2(Fe)Si壓球還原粗鎂精鎂CO2重熔CO2CO2CO2皮江煉鎂法 - 工藝參數(shù)工藝參數(shù)n溫度n真空度n料球密度n硅鐵純度n還原催化劑皮江煉鎂法 - 主要缺點主要缺點n還原周期長n還原罐壽命短n能源消耗大n環(huán)境污染嚴重n人工成本高皮江煉鎂法現(xiàn)狀 - 崛起的崛起的中國煉鎂中國煉鎂業(yè)業(yè)皮江煉鎂法現(xiàn)狀 衰退中的西方煉鎂業(yè)衰退中的西方煉鎂業(yè)n與中國煉鎂業(yè)崛起的同時，西方主要煉鎂廠由11座減少到3座。n碩果僅存的有：nUS Magnesium, Utah, USA (4.3萬噸)nDead Sea Magnesium

4、, Israel (3.3萬噸)nHydro Magnesium, Qubec, Canada (4.8萬噸) 皮江煉鎂法現(xiàn)狀 - 在中國普及的原因在中國普及的原因 n技術(shù)簡單投資成本低，適合我國民間中小企業(yè)的需求技術(shù)簡單投資成本低，適合我國民間中小企業(yè)的需求 n勞動密集，充分發(fā)揮了我國人力成本低的優(yōu)勢勞動密集，充分發(fā)揮了我國人力成本低的優(yōu)勢n污染環(huán)境，適時利用了我國環(huán)保標準寬松的時機污染環(huán)境，適時利用了我國環(huán)保標準寬松的時機n激烈的競爭優(yōu)化了皮江法工藝參數(shù)激烈的競爭優(yōu)化了皮江法工藝參數(shù)n料鎂比被從料鎂比被從7-8降低到降低到6.2 臧鏡淳臧鏡淳n成功地引入了循環(huán)產(chǎn)業(yè)的概念成功地引入了循環(huán)產(chǎn)業(yè)

5、的概念n使用焦爐煤氣加熱使用焦爐煤氣加熱n使用余熱蒸汽射流泵使用余熱蒸汽射流泵n利用殘渣生產(chǎn)建筑材料利用殘渣生產(chǎn)建筑材料皮江煉鎂法現(xiàn)狀 -潛伏中的危機潛伏中的危機 n國內(nèi)n能源危機n環(huán)保條例日趨嚴格n工資成本增加n國際n反傾銷（勞工權(quán)益，環(huán)保標準）n環(huán)保壁壘（CO2排放）n人民幣升值壓力中國國務(wù)院發(fā)展和改革委員會主中國國務(wù)院發(fā)展和改革委員會主任馬凱：任馬凱：“如繼續(xù)大量消耗資源，如繼續(xù)大量消耗資源，(資源資源)匱缺只能每況愈下，將非匱缺只能每況愈下，將非常難以保持穩(wěn)定和高速的常難以保持穩(wěn)定和高速的(經(jīng)濟經(jīng)濟)增長，經(jīng)濟會面臨嚴重衰退的危增長，經(jīng)濟會面臨嚴重衰退的危險。險?！薄啊薄艾F(xiàn)在，我們正處

6、在工業(yè)現(xiàn)在，我們正處在工業(yè)化和都市化進程中的關(guān)鍵階段，化和都市化進程中的關(guān)鍵階段，如果我們不能改變我們經(jīng)濟的模如果我們不能改變我們經(jīng)濟的模式，我們將失去增長的能力。式，我們將失去增長的能力?！逼そ瓱掓V法現(xiàn)狀 -潛伏中的危機潛伏中的危機 上海復(fù)旦大學(xué)經(jīng)濟研究中心主任，著名上海復(fù)旦大學(xué)經(jīng)濟研究中心主任，著名經(jīng)濟學(xué)家張軍指出，在能源和鋼材上，經(jīng)濟學(xué)家張軍指出，在能源和鋼材上，中國分別比印度多消耗中國分別比印度多消耗3倍和倍和15倍，但倍，但中國經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)模只比印度大中國經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)模只比印度大2倍，倍，經(jīng)濟增長只比印度快經(jīng)濟增長只比印度快10個百分點。個百分點?！叭缛绻袊陌l(fā)展模式不改變，那么在

7、未來果中國的發(fā)展模式不改變，那么在未來10年中，中國將會面臨一個非常巨大的年中，中國將會面臨一個非常巨大的挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)?！薄啊薄叭羰前凑瘴覀兪褂媚茉吹姆饺羰前凑瘴覀兪褂媚茉吹姆绞剑凑帐?，按照(我們現(xiàn)在利用我們現(xiàn)在利用)環(huán)境和勞工環(huán)境和勞工(的方式的方式)，我們將快速走向局限。，我們將快速走向局限。”皮江煉鎂法的現(xiàn)狀 -潛伏中的危機潛伏中的危機 皮江煉鎂法的未來 - 避免危機的途徑避免危機的途徑n人是生產(chǎn)力n自然資源是生產(chǎn)力n科學(xué)技術(shù)也是生產(chǎn)力新皮江煉鎂法 - 皮江法的未來皮江法的未來通過對傳統(tǒng)皮江設(shè)備傳熱效率，結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝控制方法的改進實現(xiàn)降低能耗增加產(chǎn)能的目的，使在皮江煉鎂法基礎(chǔ)上發(fā)展起來

8、的中國鎂冶煉業(yè)獲得持續(xù)發(fā)展的動力。中國專利：2004100426405新皮江煉鎂法 還原罐還原罐KNa改善傳熱效率提高蠕變抗力提高還原溫度延長使用壽命縮短還原周期降低料鎂比成成本本產(chǎn)值產(chǎn)值強化器強化器縮短裝卸料時間減輕勞動強度可實現(xiàn)機械化避免過/欠燒改善生產(chǎn)質(zhì)量管理可實現(xiàn)自動化重力裝卸料重力裝卸料動態(tài)監(jiān)測動態(tài)監(jiān)測回收回收污污染染成成本本產(chǎn)產(chǎn)量量能能耗耗新皮江煉鎂法 強化器傳熱效果強化器傳熱效果124312371230122312171210120311971190124312371230122312171217121712171210121012101210120312031203120311

9、9711971197119711901190119011901250 C12小時3小時16分新皮江煉鎂法 強化器強化效果強化器強化效果pD/2pD/2ppD/3pD/3pD/3pa)b)pD/2pD/2ppD/3pD/3pD/3pa)b)t+to 7.6t+to新皮江煉鎂法 產(chǎn)量（產(chǎn)能）上升產(chǎn)量（產(chǎn)能）上升產(chǎn)量(P)還原罐數(shù)量(N) x x停產(chǎn)天數(shù)(D)x 單罐產(chǎn)量(p)還原周期(C)假設(shè) = 1/2, 則 = 2C+CoP+Po但是 D+ po, 所以 2P+Po新皮江煉鎂法 投資成本下降投資成本下降投資成本(Z)單罐投資成本(z) x 還原罐數(shù)量(N)假設(shè) = 1/2, 則 = 1/2C+

10、CoN+No但是 D+ po, 所以 zo, 1/2Z+Zo新皮江煉鎂法 生產(chǎn)成本下降生產(chǎn)成本下降生產(chǎn)成本(S)能源成本(es) + 還原罐成本(rs) + 原料成本(ms) + 人工成本(ws)es+eso = 1/2rs+rso= 0.13ms+mso 1ws+wso 1假設(shè) = 1/2, 則 = 1/2C+Coes+eso能源成本(es) =能源價格 x 單位時間能耗 x 生產(chǎn)時間 產(chǎn)量(P) x 還原周期(C)單罐產(chǎn)量(p) x 還原罐數(shù)量(N)=能源價格 x 單位時間能耗 x 還原罐成本(rs) =還原罐價格 x 還原罐數(shù)量(N) x 365還原罐壽命(L)假設(shè) = 7.6, 則 =

11、 0.13L+Lors+rso原料成本(ms) =原料價格 x 產(chǎn)量(P) x 料鎂比(R) 因為 R+ Ro 所以 1ms+mso人工成本(ms) =工資 x 工人數(shù)量(W) 因為 W+Wo 所以 1ws+wso新皮江煉鎂法 污染程度下降污染程度下降假設(shè) = 1/2, 則 = 1/2C+Coee+eeo能源消耗(ee) =單位時間能耗 x 生產(chǎn)時間 產(chǎn)量(P) x 還原周期(C)單罐產(chǎn)量(p) x 還原罐數(shù)量(N)=單位時間能耗 x CO2粉塵新皮江煉鎂法 能耗比較能耗比較275354264電解法及傳統(tǒng)皮江法數(shù)據(jù)引自: Ramakrishnan and Koltun (Magneisum T

12、echnology 2004, TMS, p. 173)新皮江煉鎂法 CO2排放比較排放比較244234電解法及傳統(tǒng)皮江法數(shù)據(jù)引自: Ramakrishnan and Koltun (Magneisum Technology 2004, TMS, p. 173)明日金屬材料 金屬鎂市場展望金屬鎂市場展望38.760750總結(jié) 皮江法歷史皮江法歷史n皮江煉鎂法由加拿大Pidgeon博士在40年代初發(fā)明.n皮江煉鎂法是一種在水平放置的真空還原罐內(nèi)進行的硅熱法氧化鎂還原反應(yīng).n皮江煉鎂法主要解決了熱罐裝卸料問題.n皮江煉鎂法的主要缺點是能耗高、污染重、效率低、勞動強度大?？偨Y(jié) 皮江法現(xiàn)狀皮江法現(xiàn)狀n

13、與中國國情相結(jié)合的皮江煉鎂法是目前世界上最具商業(yè)競爭力的煉鎂技術(shù).n借助于皮江煉鎂技術(shù)，中國成為世界上最大的金屬鎂生產(chǎn)國，其原鎂產(chǎn)量從1994年的5300噸迅速上升到2004年的40萬噸n但皮江煉鎂法的主要缺點仍然存在并成為中國煉鎂業(yè)持續(xù)發(fā)展的障礙總結(jié) 皮江法的未來皮江法的未來n汽車和電器產(chǎn)業(yè)對輕金屬材料的不斷追求將在不久的將來為金屬鎂提供一個年需求量達750萬噸的巨大市場。如此大的產(chǎn)量如使用傳統(tǒng)皮江法來生產(chǎn)將為我國造成一個無法承受的能源和環(huán)境負擔(dān)。n新皮江煉鎂法克服了傳統(tǒng)皮江法的主要缺點，具有還原周期短，還原罐壽命長，可實現(xiàn)對反應(yīng)程度的連續(xù)監(jiān)測，可實現(xiàn)對反應(yīng)副產(chǎn)品堿金屬的回收等優(yōu)點n使用新皮江煉鎂法可以提高產(chǎn)量、減小成本、降低能耗、減輕污染。因而是中國煉鎂業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)保證。水平單口HgmmCatPFeSiOMgSiFeMgOHgmmCatPFeSiOCaMgSiFeMgOCaOMgssgssMgssgsss9 . 11200)()(1 .101100)(2)(22)()()()()()()(42)()()()(水平雙口豎立/斜立之字形里外真空溫度J.M. Toguri and L.M. PidgeonCJC, vol. 40, 1962, pp.1769-76真空度J.M. Toguri and L.M. Pidge