镁资源是察尔汗盐湖的优势资源，氯化镁保有储量40.6亿吨，可供生产原镁10亿吨，应用潜力巨大，盐湖生产钾肥后排弃的废液老卤含氯化镁32%，是海水的55倍，是电解法生产金属镁的理想原料。2008年，盐湖引进了挪威海德鲁公司金属镁生产技术，其具有规模化程度高，产品品质稳定，冶炼过程绿色、低碳、环保的特性。盐湖由此启动金属镁一体化项目，实现盐化工、煤基化工、天然气化工、有色工业多产业间融合发展，充分体现了科学发展观和循环经济理念，推动盐湖产业做大做强，并带动柴达木循环经济试验区乃至青海省的经济又好又快发展。

 

　　盐湖金属镁核心装置脱水单元前期由于设计经验不足，引进装置“高原反应、水土不服”，工程化和设备、材料选型缺陷，不能长周期稳定运行。为彻底解决脱水问题由设计院对物料平衡、热平衡、水平衡及关键设备等复核计算并出具《优化整改设计方案》，该方案经过政府部门两次组织国内无机盐协会及镁协等行业内专家的论证，认为整改措施可行、方案科学、操作性强。并于2021年12月31日完成了48个方案的详细设计，对一条脱水生产线实施了技术改造。

 

　　为贯彻落实总书记“加快建设世界级盐湖产业基地”的重要指示精神，实现盐湖资源综合利用，针对氯化镁三段脱水技术瓶颈问题，青海省科技厅将“盐湖老卤制备无水氯化镁关键技术研究及应用”确定为青海省首个“揭榜挂帅”重大科技专项，助力金属镁装置的顶层设计、优化改造，于2021年4月正式立项启动，揭榜团队经过近一年的技术攻关，于2022年5月完成研发及设计相关的工程实施；于6月进行分步试验、调试及试车工作；于7月进行联动投料试车，产出无水氯化镁水分含量为0.01-0.09%、碱式氯化镁含量为0.15-0.37%，均优于考核指标。

 

　　在无水氯化镁“揭榜挂帅项目”取得历史性突破的前提下，下游电解单元存在的问题必须得到解决，原设计的无隔板单极槽能耗高、产出的氯气浓度低、洁净度差，无法满足下游PVC装置原料指标要求，严重制约了金属镁一体化项目的负荷提升和经济效益。当前多极槽技术应用日益广泛、成熟，青海盐湖本着“创新”的发展理念，在盐湖金属镁基础上嫁接多极槽炼镁技术，使得盐湖金属镁技术能够完全适应无水氯化镁原料的影响，使氯气纯度、洁净度完全达到下游PVC厂生产需求，并释放10万吨/年金属镁产能，真正意义上成为具有盐湖特色的金属镁生产技术。

 

　　二.盐湖金属镁现状

 

　　(一）

 

　　技术优化升级

 

　　1.脱水单元关键技术的突破

 

　　针对脱水单元“卡脖子”瓶颈问题，用“揭榜挂帅”方式精准解决，揭榜团队通过对原海德鲁及脱水单元的设计、运行资料进行消化、比对、核算及建模验证，准确找出问题症结并进行了优化设计。设计方案经多次组织专家评审、论证可行后进行了工程实施，后期的试车验证达到了预期改造效果。

 

　　一段脱水存在造粒塔结壁严重、网篮结晶堵塞、造粒水分偏高等问题，经增加热补偿措施，避免高原条件下结晶点及沸点过于接近造成的结晶风险，尽可能保证蒸发终点浓度；通过借鉴海德鲁造粒喷头设计准则，重新设计造粒喷头。在2022年4月20日~4月29日的试车验证过程中，新喷头对伞形轨迹收缩及颗粒度的调控效果明显，产出合格颗粒（粒径0.25-1mm占94%以上，水份4.8-5moI）。

 

　　二段脱水原设计单位只考虑空气干燥器内的热量平衡而未考虑反应动力因素，干燥面积被缩小了三分之一，热风分配系统设计不合理、干燥器结构设计存在严重错误，导致空气干燥器生产能力不足、粉尘夹带严重、塔盘一堵塞、颗粒水分偏高等问题。经对塔盘功能优化分区、增加床层高度、适当提高出料口高度等措施改造后，最大程度地提高设备产能。金属镁装置在2022年6月15-17日顺利完成二段脱水试车工作，半干产品颗粒水份≤2.0mol，塔盘一流化状态良好，生产过程稳定。

 

　　三段脱水原设计氯化氢干燥器塔盘结构不合理，双层塔板间易熔料，致使物料流化状态恶化，塔盘容易堵塞；塔盘分区不合理，干燥功能紊乱、温度及压力场漂移、干燥粉尘量大。优化改造时将第一层塔盘更换为鳃形防堵塔盘；并对塔盘进行功能分区优化，同时增加封堵区，确保流化状态；在塔盘1#、3#安装蒸汽盘管，作为维持ULTT操作条件的调控手段。在2022年7月4日进行联动投料后，生产负荷最高提升至90%，连续、稳定运行18天，产品颗粒水分在0.01-0.09%，碱式氯化镁含量在0.15-0.37%，均满足“揭榜挂帅”项目产品质量考核指标（颗粒水分≤0.1%，碱式氯化镁含量≤0.4%）。

 

　　2.多极槽创新嫁接技术：对单极槽炼镁存在弊端及能耗进行分析，嫁接目前先进的多极槽技术

 

　　(1)

 

　　电解单元前期生产现状

 

　　金属镁装置电解单元于2016年6月进行投料试车，先后共启动29台电解槽，累计产出镁产品18000余吨、氯气55000吨。由于上游脱水单元始终处于低负荷状态，且运行不稳定，电解槽经常出现供料不足现象，致使槽况逐渐恶化，于2019年7月被迫逐步退出生产序列。

 

　　在生产过程中由于电解能耗高（设计直流电耗为14470KWh/吨镁）以及电解槽设计本身存在的弊端导致的氯气浓度降低、洁净度差而无法用于PVC生产等问题，造成了较大的经济亏损和难以解决的氯气处理环保压力。

 

　　氯气浓度及洁净度是整个盐湖镁业产业链上的至关重要的节点，氯气浓度与洁净度的高低不仅对金属镁的成本产生重大影响，甚至会影响整个一体化循环经济产业链的完整度。因此，对电解镁工艺技术路线进行升级改造，彻底解决电解单元所存在的问题，实现低能耗、高氯气浓度、低升华物且能够稳定运行，是公司一项十分必要的，也是非常紧迫的工作任务。

 

　　(2)

 

　　多极槽创新技术的嫁接

 

　　国内外在钛镁联合企业（指海绵钛配套的电解镁）中已广泛应用多极电解槽技术。相对青海盐湖引进的大型无隔板镁电解槽（单极槽）而言，多极槽具有电解槽电耗低、氯气浓度高的优点。盐湖镁业10万吨/年金属镁装置中前期已停槽的29台电解槽，如完全进行恢复性大修，仍不能彻底解决其生产运行中存在的突出问题，如利用多极槽技术进行电解槽优化升级，预期可实现电解镁单元的稳定性和经济性运行。多极槽电解技术在盐湖老卤镁电解生产行业的成功应用，预计将产生十分显著社会效益和生态效益。

 

　　第一，可提升镁电解行业的整体发展水平，对加强我国社会的可持续发展战略都具有重要意义。

 

　　第二，在生态方面，由于多极电解槽镁电解技术无阴极废气产生、电解槽运行周期内无需更换阳极，极大改善员工的操作环境，对保护环境和生态平衡起着积极作用。

 

　　第三，与传统无隔板电解技术相比较，采用多极电解槽镁电解技术，吨镁直流电耗可以降低3000—4000KW.h，完全符合国家“碳达峰、碳中和”节能减排要求。

 

　　(3)

 

　　熔融氯化技术的引进再创新

 

　　多极槽设计使用原料为熔融氯化镁，钛镁联产行业副产的氯化镁是熔融态的氯化镁，可直接应用于多极槽的电解生产，而盐湖镁业生产出的是无水氯化镁固体颗粒，需在熔融净化炉中进行熔化、净化，净化后的液态氯化镁利用抬包输送至多极槽中进行电解。

 

　　多极槽技术在盐湖老卤镁电解生产行业应用的关键难题在于颗粒料熔化净化技术，且熔融净化炉用于无水氯化镁的熔融净化国内尚无先例。结合生产实际，组织联合团队对无水氯化镁熔融净化技术进行研究与攻关。目前在电解车间设计建设的10t/d的熔融氯化炉中试装置已进入现场实施阶段并将在本年度完成投料试车。《颗粒氯化镁熔融氯化试验》项目也已进入实施阶段。拟开发的熔化净化系统单台设计产能为100吨/天，实际可能达到150吨/天。

 

　　（二）下一步工作计划

 

　　（1）

 

　　脱水单元其他五条线的模块化复制

 

　　对三段脱水进行优化调试，提升负荷至90-110%，组织各单位进行性能考核，考核优化改造效果；考核完成后，对其他五条脱水生产线进行模块化复制改造，以配套10万吨金属镁产能。

 

　　（2）

 

　　多极槽创新技术工作计划

 

　　结合金属镁装置现状和脱水装置后续五条线的技术改造进度，为充分吸取前期经验与教训，最大限度降低风险，按照“统一设计、分步实施”和“最小单元技术攻关，模块化复制建设”原则，总体改造升级计划拟分三步进行。

 

　　第一步，与“盐湖老卤制备无水氯化镁关键技术研究及应用”“揭榜挂帅项目”配套,实现上下游联动，建设6台90-165KA多极镁电解槽及配套系统，建成年产6000吨金属镁的生产示范线工程。

 

　　第二步，模块化复制建设，完成年产50000吨的36台电解槽技术改造及配套无水氯化镁熔融净化系统、氯气回收系统。

 

　　第三步，完成剩余32台电解槽技术改造及配套无水氯化镁熔融净化系统、氯气回收系统，形成以多极槽技术为核心的10万吨/年金属镁生产线。

 

　　三.盐湖金属镁的机遇与发展

 

　　习近平总书记分别在2016年8月视察青海和2021年3月参加十三届全国人大四次会议青海代表团审议时提出时指出，盐湖是青海最重要的资源，也是全国的战略性资源，“要结合青海优势和资源，贯彻创新驱动发展战略，加快建设世界级盐湖产业基地，打造国家清洁能源产业高地”，为青海省盐湖产业未来发展标明方向，同时也提出更高要求。

 

　　2018年7月青海省委十三届四次全会作出“一优两高”战略部署，强调现阶段要着力打好“四张牌”，头张牌就是打好盐湖资源综合开发利用这张牌。要以盐湖资源综合利用上升为国家战略为目标，提高盐湖资源综合利用效率，推进盐湖产业向新材料领域拓展，向系列化、高质化、多样化发展，提升全产业链竞争力，加快建设中国乃至世界最具影响力的盐湖资源综合利用集群。

 

　　2020年12月青海省委十三届九次全会通过《关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》，指出要建设世界级盐湖产业基地，全面提高盐湖资源综合利用效率，着力建设现代化盐湖产业体系，打造具有国际影响力的产业集群和无机盐化工产业基地。

 

　　工业和信息化部《关于进一步促进青海省工业和信息化发展的意见》中，明确提出“重点支持盐湖镁资源综合利用，将青海建成国内重要的镁及镁加工产品的研发和生产基地”。因此，从国家经济发展政策指导及促进青海省经济可持续发展来说，盐湖镁产业建设是十分必要的。

 

　　四.盐湖金属镁的战略规划

 

　　短期目标：通过金属镁装置优化升级改造，最终实现“氯化氢氛围的氯化镁脱水工艺”和多极槽电解镁技术在察尔汗盐湖落地生根。同时将推动“盐湖卤水→水卤镁石→无水氯化镁→电解金属镁→金属镁→镁合金→镁合金加工业”整个产业链的快速发展。进而推动整个镁及镁行业的格局调整，推动镁合金及下游加工业的快速发展，有助于推动我国由镁大国向镁强国迈进，为新材料及汽车轻量化等国家战略的实施做出贡献，为我国制造业振兴提供战略性支撑。

 

　　长期目标：在青海盐湖一期年产10万吨金属镁及配套项目达标达产的基础上，加快建设40万吨/年金属镁产业园和部分镁合金装置，做大镁产业，同时以金属镁生产为基础，延伸产业链条。发展适用于交通工具、电子工业、航空航天及储能等领域的高性能镁合金、镁合金型材、镁合金板材。探索延链补链新技术，逐步发展镁系列产品的高端化、多元化，创造新的经济增长点，实现镁系列材料创新突破，推动盐湖世界级镁产业基地进展。