皮江炼镁法的历史、现状和未来-Liu Wayne

1、皮江炼镁法的历史、现状和未来 Lloyd M. Pidgeon1903-1999皮江前历史 - 焦点回放焦点回放 n1808年Davy使用电解法首次分离出金属镁n1833年Faraday使用电解无水氯化镁获得镁金属 n1896年德国出现世界上第一座镁厂(Griesheim-Elektron)n一战期间(1915-18)世界镁产量达到3000吨/年 n1933年第一座使用硅热还原法的镁厂在德国建成皮江炼镁法历史 -影响深远的发明影响深远的发明 n1941年发明于加拿大国家科学院 n14篇美国/加拿大专利n主要发明内容:n矿料：焙烧白云石、氧化镁 n还原剂：硅铁、碳化钙n罐体：水平单口、水平双口、

2、竖立/斜立、之字形、里外真空 皮江炼镁法历史 -适者生存适者生存n使用硅热法在水平单口钢罐内还原焙烧白云石的炼镁法n特点：n降低了反应真空度(CaO提高了镁的分压) n实现了高温装卸料(镁与硷金属的分离)n经济有效的高温加热(相对较细的罐径)皮江炼镁法历史 - 初期发展初期发展n美国(6)、加拿大(1) 、印度(？) 、 日本 (2)、 英国(？)皮江炼镁法历史 - 主要公司变迁主要公司变迁国家国家公司公司产能产能现状现状美国Al Metallurg7000 t/a关闭(Dow)日本Furakama5000 t/a关闭(成本过高)日本Ube Kosan5000 t/a迁到中国加拿大Timmin

3、co6000 t/a维持生产皮江炼镁法 - 工艺工艺白云石白云石MgO+CaO焙烧CO2(Fe)Si压球还原粗镁精镁CO2重熔CO2CO2CO2皮江炼镁法 - 工艺参数工艺参数n温度n真空度n料球密度n硅铁纯度n还原催化剂皮江炼镁法 - 主要缺点主要缺点n还原周期长n还原罐寿命短n能源消耗大n环境污染严重n人工成本高皮江炼镁法现状 - 崛起的崛起的中国炼镁中国炼镁业业皮江炼镁法现状 衰退中的西方炼镁业衰退中的西方炼镁业n与中国炼镁业崛起的同时，西方主要炼镁厂由11座减少到3座。n硕果仅存的有：nUS Magnesium, Utah, USA (4.3万吨)nDead Sea Magnesium

4、, Israel (3.3万吨)nHydro Magnesium, Qubec, Canada (4.8万吨) 皮江炼镁法现状 - 在中国普及的原因在中国普及的原因 n技术简单投资成本低，适合我国民间中小企业的需求技术简单投资成本低，适合我国民间中小企业的需求 n劳动密集，充分发挥了我国人力成本低的优势劳动密集，充分发挥了我国人力成本低的优势n污染环境，适时利用了我国环保标准宽松的时机污染环境，适时利用了我国环保标准宽松的时机n激烈的竞争优化了皮江法工艺参数激烈的竞争优化了皮江法工艺参数n料镁比被从料镁比被从7-8降低到降低到6.2 臧镜淳臧镜淳n成功地引入了循环产业的概念成功地引入了循环产业

5、的概念n使用焦炉煤气加热使用焦炉煤气加热n使用余热蒸汽射流泵使用余热蒸汽射流泵n利用残渣生产建筑材料利用残渣生产建筑材料皮江炼镁法现状 -潜伏中的危机潜伏中的危机 n国内n能源危机n环保条例日趋严格n工资成本增加n国际n反倾销（劳工权益，环保标准）n环保壁垒（CO2排放）n人民币升值压力中国国务院发展和改革委员会主中国国务院发展和改革委员会主任马凯：任马凯：“如继续大量消耗资源，如继续大量消耗资源，(资源资源)匮缺只能每况愈下，将非匮缺只能每况愈下，将非常难以保持稳定和高速的常难以保持稳定和高速的(经济经济)增长，经济会面临严重衰退的危增长，经济会面临严重衰退的危险。险。”“”“现在，我们正处

6、在工业现在，我们正处在工业化和都市化进程中的关键阶段，化和都市化进程中的关键阶段，如果我们不能改变我们经济的模如果我们不能改变我们经济的模式，我们将失去增长的能力。式，我们将失去增长的能力。”皮江炼镁法现状 -潜伏中的危机潜伏中的危机 上海复旦大学经济研究中心主任，著名上海复旦大学经济研究中心主任，著名经济学家张军指出，在能源和钢材上，经济学家张军指出，在能源和钢材上，中国分别比印度多消耗中国分别比印度多消耗3倍和倍和15倍，但倍，但中国经济的发展规模只比印度大中国经济的发展规模只比印度大2倍，倍，经济增长只比印度快经济增长只比印度快10个百分点。个百分点。“如如果中国的发展模式不改变，那么在

7、未来果中国的发展模式不改变，那么在未来10年中，中国将会面临一个非常巨大的年中，中国将会面临一个非常巨大的挑战。挑战。”“”“若是按照我们使用能源的方若是按照我们使用能源的方式，按照式，按照(我们现在利用我们现在利用)环境和劳工环境和劳工(的方式的方式)，我们将快速走向局限。，我们将快速走向局限。”皮江炼镁法的现状 -潜伏中的危机潜伏中的危机 皮江炼镁法的未来 - 避免危机的途径避免危机的途径n人是生产力n自然资源是生产力n科学技术也是生产力新皮江炼镁法 - 皮江法的未来皮江法的未来通过对传统皮江设备传热效率，结构设计和工艺控制方法的改进实现降低能耗增加产能的目的，使在皮江炼镁法基础上发展起来

8、的中国镁冶炼业获得持续发展的动力。中国专利：2004100426405新皮江炼镁法 还原罐还原罐KNa改善传热效率提高蠕变抗力提高还原温度延长使用寿命缩短还原周期降低料镁比成成本本产值产值强化器强化器缩短装卸料时间减轻劳动强度可实现机械化避免过/欠烧改善生产质量管理可实现自动化重力装卸料重力装卸料动态监测动态监测回收回收污污染染成成本本产产量量能能耗耗新皮江炼镁法 强化器传热效果强化器传热效果124312371230122312171210120311971190124312371230122312171217121712171210121012101210120312031203120311

9、9711971197119711901190119011901250 C12小时3小时16分新皮江炼镁法 强化器强化效果强化器强化效果pD/2pD/2ppD/3pD/3pD/3pa)b)pD/2pD/2ppD/3pD/3pD/3pa)b)t+to 7.6t+to新皮江炼镁法 产量（产能）上升产量（产能）上升产量(P)还原罐数量(N) x x停产天数(D)x 单罐产量(p)还原周期(C)假设 = 1/2, 则 = 2C+CoP+Po但是 D+ po, 所以 2P+Po新皮江炼镁法 投资成本下降投资成本下降投资成本(Z)单罐投资成本(z) x 还原罐数量(N)假设 = 1/2, 则 = 1/2C+

10、CoN+No但是 D+ po, 所以 zo, 1/2Z+Zo新皮江炼镁法 生产成本下降生产成本下降生产成本(S)能源成本(es) + 还原罐成本(rs) + 原料成本(ms) + 人工成本(ws)es+eso = 1/2rs+rso= 0.13ms+mso 1ws+wso 1假设 = 1/2, 则 = 1/2C+Coes+eso能源成本(es) =能源价格 x 单位时间能耗 x 生产时间 产量(P) x 还原周期(C)单罐产量(p) x 还原罐数量(N)=能源价格 x 单位时间能耗 x 还原罐成本(rs) =还原罐价格 x 还原罐数量(N) x 365还原罐寿命(L)假设 = 7.6, 则 =

11、 0.13L+Lors+rso原料成本(ms) =原料价格 x 产量(P) x 料镁比(R) 因为 R+ Ro 所以 1ms+mso人工成本(ms) =工资 x 工人数量(W) 因为 W+Wo 所以 1ws+wso新皮江炼镁法 污染程度下降污染程度下降假设 = 1/2, 则 = 1/2C+Coee+eeo能源消耗(ee) =单位时间能耗 x 生产时间 产量(P) x 还原周期(C)单罐产量(p) x 还原罐数量(N)=单位时间能耗 x CO2粉尘新皮江炼镁法 能耗比较能耗比较275354264电解法及传统皮江法数据引自: Ramakrishnan and Koltun (Magneisum T

12、echnology 2004, TMS, p. 173)新皮江炼镁法 CO2排放比较排放比较244234电解法及传统皮江法数据引自: Ramakrishnan and Koltun (Magneisum Technology 2004, TMS, p. 173)明日金属材料 金属镁市场展望金属镁市场展望38.760750总结 皮江法历史皮江法历史n皮江炼镁法由加拿大Pidgeon博士在40年代初发明.n皮江炼镁法是一种在水平放置的真空还原罐内进行的硅热法氧化镁还原反应.n皮江炼镁法主要解决了热罐装卸料问题.n皮江炼镁法的主要缺点是能耗高、污染重、效率低、劳动强度大。总结 皮江法现状皮江法现状n

13、与中国国情相结合的皮江炼镁法是目前世界上最具商业竞争力的炼镁技术.n借助于皮江炼镁技术，中国成为世界上最大的金属镁生产国，其原镁产量从1994年的5300吨迅速上升到2004年的40万吨n但皮江炼镁法的主要缺点仍然存在并成为中国炼镁业持续发展的障碍总结 皮江法的未来皮江法的未来n汽车和电器产业对轻金属材料的不断追求将在不久的将来为金属镁提供一个年需求量达750万吨的巨大市场。如此大的产量如使用传统皮江法来生产将为我国造成一个无法承受的能源和环境负担。n新皮江炼镁法克服了传统皮江法的主要缺点，具有还原周期短，还原罐寿命长，可实现对反应程度的连续监测，可实现对反应副产品碱金属的回收等优点n使用新皮江炼镁法可以提高产量、减小成本、降低能耗、减轻污染。因而是中国炼镁业实现可持续发展的技术保证。水平单口HgmmCatPFeSiOMgSiFeMgOHgmmCatPFeSiOCaMgSiFeMgOCaOMgssgssMgssgsss9 . 11200)()(1 .101100)(2)(22)()()()()()()(42)()()()(水平双口竖立/斜立之字形里外真空温度J.M. Toguri and L.M. PidgeonCJC, vol. 40, 1962, pp.1769-76真空度J.M. Toguri and L.M. Pidge