青海盐湖金属镁在低碳发展战略中的机遇与后发优势

刘国建，车永林

（青海盐湖镁业有限公司，青海 格尔木 816000）

1 全球碳排的环境

根据联合国环境规划署（UNEP）数据，中国、美国、欧盟、印度、俄罗斯和日本是六大温室气体排放国2019年排放量占全球的62%，最近十年（2010-2019年）累计排放量占全球的62.5%。

表1 全球六大温室气体排放国（地区）

根据世界资源研究所（WRI）数据，已有49个国家在2010年之前实现碳达峰，占当时全球排放量的36%。e Intelligent Unit数据，已有29个国家和地区提出碳中和目标。其中，苏里南和不丹已实现碳中和，芬兰、奥地利、冰岛和瑞典承诺提前5-15年实现碳中和，有22个国家和地区把目标设立在2050年。2010-2019年，英国的二氧化碳排放量下降了29%，GDP仍增长了18%（BEIS，2020）。日本推出绿色增长战略，把应对全球变暖、实现绿色转型视为拉动经济持续复苏的新增长点。美国预计2035年通过向可再生能源过渡，实现无碳发电，到2050年实现碳中和。

我国是全球第一排放大国，2019年温室气体排放量是140亿吨二氧化碳当量，占全球总排放量的26.7%（UNEP，2020），但人均排放量和历史排放量并不高。2019年我国人均排放量在G20国家中位居第10位，仅是美国的一半（Statista，2020）；我国历史排放量（1751-2017年）仅占全球的12.7%，是美国的一半，也远低于欧盟28国的22%（OurWorldinData，2019）。

与发达国家相比，我国处于不同的历史阶段，面临着加快发展、改善民生的重任。正如丁仲礼院士所言（2009）：“要发展就难免排放，排放问题本质上就是发展问题，排放权即发展权。”尽管如此，我国仍于2020年9月作出“2030年碳达峰，2060年碳中和”的庄严承诺。为全球作出了表率，充分体现了负责任大国的担当。从碳达峰到碳中和，英国和法国用了59年，美国43年，日本37年，而我国承诺仅用30年。

碳中和是责任，是使命，更是机遇。作为全球第一排放大国，我国碳达峰、碳中和之路任重道远。2019年我国排放量仍增长了3.1%（UNEP，2020）。与欧美国家相比，我国的低碳绿色意识还比较薄弱，亟需提升国民碳素养，充分发挥龙头企业的示范带动作用，创新推动碳中和工作，共创人类可持续的未来。

2 镁行业碳排情况

我国是镁资源大国和生产大国，资源占全球总量的70%。2017年中国原镁产量为102万吨，达到历史最高点，2018年国内原镁产量为86.3万吨，2019年国内原镁产量为84.48万吨，2020年原镁产量90.7万吨，近年来年总产量呈略微下降趋势。其中陕西和山西地区产量占比位居前二，总计约占全国的85%，尤其是陕西府谷地区占比为59.4%。

目前，世界主流生产金属镁的方法有热还原法和氯化镁熔盐电解法两种。硅热法即利用不同还原剂在高温下将镁从其化合物中还原出来而制得金属镁。熔盐电解法是在三元系或四元系等熔盐电解质中通入直流电进行电解氯化镁得到金属镁。原镁的成本主要是能源成本，陕西府谷是我国的主要兰炭生产基地，依靠兰炭资源发电、硅铁和原镁产业形成了循环经济，使得皮江法炼镁工艺在成本端具备较大优势。皮江炼镁法工艺中硅铁的生产、白云石的煅烧和还原工艺本身的排放，仍然是温室气体排放最密集的工序。当前皮江法镁工艺的总平均排放量为28kg CO2。如不考虑能源综合利用情况下镁生产中使用的上述燃料气的碳排放皮江法工艺的加权平均排放量为每千克镁21.8千克二氧化碳当量[1]。

电解法炼镁工艺中碳排放也主要取决于冶炼过程的能源消耗。2013年LCA研究详细分析了以色列的电解工艺（Ehrenberger,Dieringa and Friedrich 2013），加上工艺副产品的碳信用，该工艺的温室气体排放值为每吨镁14.0吨二氧化碳当量。青海盐湖镁业有限公司的电解镁工艺中，原镁是由氯化镁（MgCl2）卤水为原料生产的，而卤水是附近钾肥生产后的废物。电解镁总温室气体排放量为每吨镁6.2吨二氧化碳当量[2]。由于进一步使用电解镁生产过程的副产品氯气，考虑由此产生的碳信用，导致镁电解的总排放量可以降到每吨镁5.3吨二氧化碳当量。在2020年国际镁协年会上，国际镁协将“绿色发展奖”颁发给了青海盐湖工业股份公司、青海盐湖镁业公司、青海海镁特镁业公司。

2020年3月，为推进镁行业供给侧结构性改革，促进行业技术进步，推动行业高质量发展，工业和信息化部发布《镁行业规范条件》。要求镁冶炼企业吨镁综合能耗在4.5吨标煤以下；镁冶炼企业的吨镁白云石用量在10.5吨及以下，硅铁（Si＞75%）用量在1.05吨及以下。

3 盐湖电解镁的机遇与风口期

2016年8月22日，习近平总书记视察青海盐湖指出：“盐湖是青海最重要的资源，要制定正确的资源战略，加强顶层设计，搞好开发利用。

循环利用是转变经济发展模式的要求，全国都应该走这样的路。青海要把这件事情办好，发挥示范作用。青海资源也是全国资源，要有全国一盘棋思想，在保护生态环境的前提下搞好开发利用”。

2021年3月7日，习近平总书记在参加十三届全国人大四次会议青海代表团审议时强调，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、国际生态旅游目的地、绿色有机农畜产品输出地，构建绿色低碳循环发展经济体系，建设体现本地特色的现代化经济体系。

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，以做大做强锂电产业为重点，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[3-5]。

中国盐湖镁资源储量丰富，青海省察尔汗盐湖是中国最大的氯化物型钾镁盐矿床，其中氯化钾储量5.4亿吨，占全国探明储量的70%以上；氯化镁储量达40.6亿吨，均占全国首位。青海盐湖工业股份有限公司氯化钾生产能力达500万吨/年，氯化钾生产过程中排放的老卤年产生量约为5000万吨。因此，镁资源是察尔汗盐湖的优势资源，同时又是氯化钾生产排放的副产物。长期以来，由于技术条件的限制，盐湖镁资源一直未得到有效的开发利用，并且还成为制约盐湖其它资源开发的“镁害”。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，不仅节省了原料成本，而且省去了废液排弃费用，化“镁害”为“镁利”，变废为宝，点石成金。盐湖卤水深度脱水制备无水氯化镁的金属镁生产工艺，与皮江法冶炼金属镁工艺相比，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。盐湖金属镁装置生产工艺流程见下图1。主要工艺过程为：通过卤水精制，将卤水中的SO42-和B2O3等杂质去除，得到精制卤水；精制后的卤水进行蒸发、造粒，造出含有结晶水的氯化镁颗粒；含结晶水的氯化镁颗粒经过两段脱水工艺后得到无水氯化镁颗粒。无水氯化镁颗粒通过气力输送系统送入电解槽；电解过程消耗的无水氯化镁在阴极上产生金属镁，在阳极上产生氯气；氯气被氯气罩收集后输送到下道工序PVC厂作为原料。镁液通过抬包车运至连续精炼炉精炼后进行铸锭。

图1 盐湖电解炼镁工艺流程简图

盐湖镁资源注重有序开发，以消化提钾后老卤为主，同时重视制定盐湖资源产业化整体规划，与其它资源统一开发，形成组合优势，资源综合利用完全可保障我国镁产业持续发展。利用柴达木盆地独一无二的气候条件，经过盐田自然蒸发结晶，可获得纯度较高的水氯镁石，成本低廉。近年来，青海盐湖镁资源通过工艺技术创新、专用设备研制等共性关键技术研发与集成，形成了氯化镁-电解金属镁—镁合金，氯化镁-氢氧化镁-氧化镁，氯化镁-镁质胶凝材料-新型轻质建筑材料三条产业链条，已建成10万吨/年电解金属镁、10万吨级高纯氢氧化镁阻燃剂、高纯镁砂、煅烧氧化镁等规模化生产线；开展了镁水泥系列产品开发，为镁水泥在公路工程应用示范提供支撑；青海盐湖镁资源开发初见雏形。

4 盐湖电解镁的后发优势

察尔汗盐湖是我国最大的钾镁盐矿床，各类资源储量达600多亿吨，其中氯化钾5.4亿吨、氯化镁40亿吨、氯化锂1204万吨、氯化钠555亿吨，同时伴生有硼、溴、碘、铷、铯等稀有元素，是巨大的无机盐宝库，潜在经济价值近100万亿元。自1958年开始，察尔汗盐湖开发六十多年来，在钾、锂资源开发上已取得了显著成绩，为国家粮食安全和新能源产业发展做出了重要贡献。青海盐湖电解镁工艺二氧化碳排放量仅为传统工艺的四分之一，成为世界绿色镁产业发展关注的重点。金属镁项目自2010年开工建设以来，经过近十年艰苦努力，已建成利用盐湖卤水电解法制取金属镁的全球唯一的10万吨级全套装置，其技术、工艺、装备等均处于国际领先地位，产品具有环保、高品质、稳定等优异特性。以盐湖金属镁生产的镁合金及其构件批量进入国内外市场应用。

盐湖电解镁核心水氯镁石脱水装置由于设计经验不足，引进装置“高原反应、水土不服”，因工程化和设备、材料选型缺陷，核心装置氯化镁脱水单元不能长周期稳定运行。为彻底解决上述问题，主动停车进行优化整改。由设计院进行全面设计复核，主要物料平衡、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。

目前，该项目已列为2021年度青海省首个重大专项揭榜挂帅实施项目，集全国、全行业的力量技术攻关。该项目正在稳定实施中，计划先进行脱水单元单条线优化升级，达到改造目标后，进而对其余五条线进行改造，最终实现10万吨金属镁装置的达标达产。

攻克氯化镁脱水关键技术，实现金属镁装置达产达标后，盐湖卤水炼镁技术的后续优势也将凸显出来。主要体现在以下方面：

第一、能源优势。

本装置所在地区太阳能光伏、风电资源丰富，年光照辐射量达1898.2千瓦时每平方米，光伏发电并网发电容量4051兆瓦；被国家发改委列为就地消纳试点区，实现新能源与金属镁电解产业有机结合，减少对外部用能的依赖。同时为贯彻国务院决策部署，扎实做好稳增长、促改革、调结构、惠民生、优生态、防风险工作，国网电力也已在园区建设有完整的330KV、110KV供电网络，并签订了全面的战略合作协议，保证在符合国家相关政策和国家电网公司有关规定的基础上，在直购电、清洁能源、电力整体优化、运行维护、电力交易、电力设施智慧用能等方面给予盐湖产业全面支持，因此电力供给及电价是完全有保障的，且这些资源均是绿色环保的能源，在实现低成本发展的同时可以实现低碳化发展。

第二、循环经济优势。

为实现金属镁的生产，金属镁一体化项目配套了10余套装置。其中电解镁生产装置副产的氯气，送至PVC装置用于和煤制甲醇转化的乙烯反应生产PVC，PVC生产过程中副产的氯化氢，同电石乙炔装置产生的乙炔反应生成PVC，同时电石乙炔装置产生的副产物电石渣，用于生产纯碱，整个一体化项目实现闭合循环，产品附加价值高；绿色、低碳、环保；抗市场风险波动性强，为后续的做大做强提供了基础。2019年被国家工信部评为“2018年国家新型工业化产业示范基地”。青海柴达木循环经济试验区已成为青海省“一优两高”战略第一张牌，循环经济优势初现，实现了碳信用承诺。

5 小结

青海盐湖镁业有限公司在“优化资产”、“突破瓶颈”后，结合资源优势及政策优势，按照“顶层设计，分步实施”的原则，不断推动卤水炼镁技术消化吸收再创新，落实内外部保障条件，实现金属镁装置达产达标，并筹划40万吨金属镁项目，最终实现100万吨产能，利用绿色、节能、环保、低碳的电解镁技术改变国内外镁的竞争格局，推动我国由镁大国向镁强国迈进，为我国镁制造业振兴提供战略性支撑。