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察尔汗盐湖氯化镁资源开发及工程化试验
察尔汗盐湖有丰富的氯化镁资源,由氯化镁可以生产多种镁产品。
1 察尔汗盐湖概况
察尔汗盐湖位于柴达木盆地中南部的青海省第二大城市—格尔木市境内,盐湖东西长168km,南北宽20km～40km,总面积5856km2,是我国最大的可溶性钾镁盐矿床,也是世界上著名的内陆盐湖。“察尔汗”是蒙古语的音译,意为“盐的世界”。察尔汗盐湖南依昆仑,北临祁连,平均海拔2678km。察尔汗盐湖自东向西分为霍布逊、察尔汗、达布逊、别勒滩四个区段。察尔汗盐湖资源总储量约600多亿t,其中钾、镁、锂、钠储量居全国首位,仅食盐的储量就可供全世界人类食用两千年,氯化镁占全国已探明储量的74%,居世界第二位。整个盐湖初步开发价值达12万亿元以上。察尔汗盐湖资源储量情况见表1。
表1察尔汗盐湖资源储量 亿t
类别 氯化钾 氯化镁 氯化锂 氯化钠 硼溴碘铷铯等其他资源
数量5.416.50.083462.2115.8
察尔汗盐湖地处内陆盆地,日照时间长,太阳辐射能量高,降水量少,蒸发量大,风多风大,气温多变,气候条件有利于盐田生产。盐湖卤水中平均含MgCl2为17.74%,高出海水含量35倍,经天然蒸发就能产出水氯镁石(MgCl2・6H2O)晶体,而且卤水中的杂质含量低,特别是B2O3和SO2-4比海水和盐化工厂卤水低得多,这种条件在世界上绝无仅有[1]。
2 资源开发及工程化
察尔汗盐湖是一个高氯镁型盐湖,在采钾的过程中每年要排出3000万t左右的六水氯化镁。经过盐田日晒可以直接得到廉价的水氯镁石矿,表2为盐田法生产的水氯镁石矿组成[2]。
表2 盐田法生产的水氯镁石矿组成 %
MgCl2 SO2-4 B2O3 碱金属氧化物 水不溶物
45.78 0.097 0.006 2 0.82 0.094
43.58 1.77 0.030 0.62 0.105
46.36 0.055 0.002 0.74 0.140
氯化镁的用途很广,利用氯化镁可以加工金属镁、高纯镁砂、氢氧化镁、轻质碳酸镁、镁水泥、食用氯化镁、氯化镁型融雪防尘剂等产品。
(1)金属镁
金属镁主要用于轻质合金。空间轨道上镁的用量比其它金属都多,镁大量用于国防军工,镁合金是享有盛誉的“国防金属”,如每枚大力神洲际导弹使用镁合金近1t。以水氯镁石脱水料作为镁电解工业原料的路线是目前金属镁工业发展最先进、最理想的工艺路线。但由于低水合氯化镁在高温下发生水解,水氯镁石脱水成为世界性的科研难题。青海盐湖集团与华东理工大学合作开展的“水氯镁石先进脱水工程化技术研究开发及低耗电解技术试验研究”项目,研制了“六水氯化镁反应—结晶耦合脱水工艺及其工业装置技术”,并在低耗电解炼镁上取得进展,已于2004年建成国内第一套1500t规模无水氯化镁工业示范装置。该装置经过2005年试生产,获得氯化镁含量98.5%,水和氧化镁含量低于0.5%的无水氯化镁产品。该项目于2006年6月在格尔木市通过了中国有色金属工业协会专家组的验收,该项目是无水氯化镁电解生产金属镁的关键技术,这项研究成果对开发利用察尔汗盐湖镁资源奠定了技术基础,也标志着盐湖集团在察尔汗盐湖资源开发和综合利用技术上又有了新的重大突破。为了突破关键技术瓶颈,大大缩短青海盐湖镁资源研发时间,并在较短时期形成循环利用、关联度强的产业集群,实现循环经济的大突破,青海盐湖引进了挪威海德鲁公司加拿大5万t/a电解金属镁生产线设备与技术。
(2)高纯镁砂
高纯镁砂其主要应用领域是钢铁行业,用作钢铁冶炼中炼钢炉内衬耐火材料。“七五”期间,在格尔木市建设了年产5000t的高纯镁砂厂,采用石灰沉淀法首先得到氢氧化镁,进而煅烧得到高纯电熔砂产品但是由于该法热能耗量大,原料石灰活性要求高,产品质量不易控制等原因,建设后一直未能正常生产[3]。西部矿业有限责任公司和中南大学共同成立的青海西部镁业科技发展有限公司,在盐湖水和油田卤水中水氯镁石制取高纯镁砂技术上取得突破,在锡铁山建成年产2000t氢氧化镁、高纯镁砂、氧化镁试验联合生产装置,获得的高纯镁砂产品氧化镁含量达到99.9%以上,体积密度3.57g/cm3。青海中信国安科技发展有限公司开展了利用盐田水氯镁石,采用干燥、煅烧生产氧化镁,副产盐酸的工艺试验,完成了关键设备的扩大试验并获得了成功,现在正在进行工业性试验装置的设计工作。2006年利用察尔汗盐湖六水氯化镁为原料,采用天津科技大学海洋科学与工程学院获得国家发明专利(“高纯氧化镁的生产方法”ZL200410019475.1)的以六水氯化镁(或盐湖卤水、提溴废液、地下卤水)为原料,热解生产高纯氧化镁的工业化生产技术,建成年产3000t高纯活性氧化镁的工业化试验装置,产品质量MgO≥99.0%。与其他生产方法相比,产品具有高纯、低硼、低钙、低重金属含量等特点,且氧化镁的活性可以通过调节煅烧温度而变化等[4]。
(3)氢氧化镁氢氧化镁在非耐火材料领域产量最高、品种最多、应用领域最为广泛的品种,被称为绿色安全中和剂、环境友好阻燃剂和第三种碱。青海昆仑镁盐有限责任公司和中科院青海盐湖研究所在氢氧化镁阻燃剂产业化技术上取得突破,建成年产2000t改性氢氧化镁阻燃剂试验生产线;青海盐湖科技开发有限公司和清华大学进行了年产1000t高纯细微氢氧化镁项目于2006年建成投产。
(4)轻质碳酸镁
轻质碳酸镁,属于碱式碳酸镁,其化学式为:xMgCO3・yMg(OH)2・zH2O,因堆积密度小,广泛用于橡胶制品的填充剂和增强剂。该产品在国内和国际市场上十分畅销。青海昆仑镁盐有限责任公司利用铵碱法联产碱式碳酸镁,规模为2800t。
(5)镁水泥
作为建筑材料的镁水泥具有强度高,硬化快,有弹性,表面光泽度好,绝热,隔音和制备工艺过程简单等特点。中科院青海盐湖研究所在镁水泥研究方面做了大量的工作,开发的镁水泥泡沫材料具有强度高、容重轻、导热系数小、耐火防腐等特性,是一种很好的保温、隔热、吸声材料,但未实现大规模生产。
(6)食用氯化镁
食用氯化镁广泛用于食品、食盐、矿泉水、医药等行业的添加剂,市场潜力巨大,发展前景广阔。2008年6月30日,青海晶洁镁露科技公司5000t/a食用级氯化镁项目正式投产。标志着格尔木市盐湖氯化镁资源精深加工开辟了一个新途径,对格尔木地方经济发展将产生积极的推动作用。
(7)氯化镁型融雪防尘剂
氯化镁型融雪防尘剂,具有较强的融雪、化冰、抑制粉尘的性能,极易溶于水,易潮解,溶解时伴有高溶解热。其水溶液有较低的结晶温度,可使水溶液冰点降20℃～30℃。青海昆仑镁盐有限责任公司已开发10000t新型氯化镁型融雪防尘剂生产线。由此可见,目前利用氯化镁资源生产金属镁及镁化合物的工艺技术大都处于试(实)验研究阶段,许多工程及技术方面的问题有待进一步研究解决。
3 建议
(1)在电解法炼镁的过程中,含氯的盐对工业设备会造成腐蚀,如果氯化炉尾气和电解槽阴极气体处理效果不够理想,还将有大量的氯气排出,氯及含氯的化合物对工业、农业、环境都有害,应妥善考虑氯的回收及处理问题,发展大量耗氯产业,使氯能够平衡。
(2)在镁盐生产中用水量也较大,所以说废水的处理及排放将是一个重要的环保问题。开发镁资源的同时,应注意资源保护和环境保护,避免二次污染产生,
以获得良好的环境效益。
(3)鉴于目前察尔汗盐湖氯化镁还未大规模开发,而氯化镁的销售受运力限制,如果能结合当地电力,材料条件加工成少水料供发达地区加工利用,可减少运量和增加产值。
(4)当地企业应加强与科研单位的合作,尽快把科研成果转化为现实生产力。亦可引进外资和技术,加快氯化镁资源的开发进度。
4 结语
察尔汗盐湖既是振兴青海经济的重要物质基础,也是建立我国盐湖化工基地的重要物质基础。目前,察尔汗盐湖氯化镁资源开发尚处于起步阶段,企业要把握机遇、审时度势、因地制宜,依靠科技进步,积极采用新技术、新工艺、新设备,提高生产能力,重视提高产品质量,使镁盐产品向系列化、专用化、功能化、超细化方向发展,力争把青海建成我国最大的、在国际市场具有竞争能力的镁业基地。
察尔汗盐湖位于柴达木盆地中南部的青海省第二大城市—格尔木市境内,盐湖东西长168km,南北宽20km～40km,总面积5856km2,是我国最大的可溶性钾镁盐矿床,也是世界上著名的内陆盐湖。“察尔汗”是蒙古语的音译,意为“盐的世界”。察尔汗盐湖南依昆仑,北临祁连,平均海拔2678km。察尔汗盐湖自东向西分为霍布逊、察尔汗、达布逊、别勒滩四个区段。察尔汗盐湖资源总储量约600多亿t,其中钾、镁、锂、钠储量居全国首位,仅食盐的储量就可供全世界人类食用两千年,氯化镁占全国已探明储量的74%,居世界第二位。整个盐湖初步开发价值达12万亿元以上。察尔汗盐湖资源储量情况见表1。
表1察尔汗盐湖资源储量 亿t
类别 氯化钾 氯化镁 氯化锂 氯化钠 硼溴碘铷铯等其他资源
数量5.416.50.083462.2115.8
察尔汗盐湖地处内陆盆地,日照时间长,太阳辐射能量高,降水量少,蒸发量大,风多风大,气温多变,气候条件有利于盐田生产。盐湖卤水中平均含MgCl2为17.74%,高出海水含量35倍,经天然蒸发就能产出水氯镁石(MgCl2・6H2O)晶体,而且卤水中的杂质含量低,特别是B2O3和SO2-4比海水和盐化工厂卤水低得多,这种条件在世界上绝无仅有[1]。
2 资源开发及工程化
察尔汗盐湖是一个高氯镁型盐湖,在采钾的过程中每年要排出3000万t左右的六水氯化镁。经过盐田日晒可以直接得到廉价的水氯镁石矿,表2为盐田法生产的水氯镁石矿组成[2]。
表2 盐田法生产的水氯镁石矿组成 %
MgCl2 SO2-4 B2O3 碱金属氧化物 水不溶物
45.78 0.097 0.006 2 0.82 0.094
43.58 1.77 0.030 0.62 0.105
46.36 0.055 0.002 0.74 0.140
氯化镁的用途很广,利用氯化镁可以加工金属镁、高纯镁砂、氢氧化镁、轻质碳酸镁、镁水泥、食用氯化镁、氯化镁型融雪防尘剂等产品。
(1)金属镁
金属镁主要用于轻质合金。空间轨道上镁的用量比其它金属都多,镁大量用于国防军工,镁合金是享有盛誉的“国防金属”,如每枚大力神洲际导弹使用镁合金近1t。以水氯镁石脱水料作为镁电解工业原料的路线是目前金属镁工业发展最先进、最理想的工艺路线。但由于低水合氯化镁在高温下发生水解,水氯镁石脱水成为世界性的科研难题。青海盐湖集团与华东理工大学合作开展的“水氯镁石先进脱水工程化技术研究开发及低耗电解技术试验研究”项目,研制了“六水氯化镁反应—结晶耦合脱水工艺及其工业装置技术”,并在低耗电解炼镁上取得进展,已于2004年建成国内第一套1500t规模无水氯化镁工业示范装置。该装置经过2005年试生产,获得氯化镁含量98.5%,水和氧化镁含量低于0.5%的无水氯化镁产品。该项目于2006年6月在格尔木市通过了中国有色金属工业协会专家组的验收,该项目是无水氯化镁电解生产金属镁的关键技术,这项研究成果对开发利用察尔汗盐湖镁资源奠定了技术基础,也标志着盐湖集团在察尔汗盐湖资源开发和综合利用技术上又有了新的重大突破。为了突破关键技术瓶颈,大大缩短青海盐湖镁资源研发时间,并在较短时期形成循环利用、关联度强的产业集群,实现循环经济的大突破,青海盐湖引进了挪威海德鲁公司加拿大5万t/a电解金属镁生产线设备与技术。
(2)高纯镁砂
高纯镁砂其主要应用领域是钢铁行业,用作钢铁冶炼中炼钢炉内衬耐火材料。“七五”期间,在格尔木市建设了年产5000t的高纯镁砂厂,采用石灰沉淀法首先得到氢氧化镁,进而煅烧得到高纯电熔砂产品但是由于该法热能耗量大,原料石灰活性要求高,产品质量不易控制等原因,建设后一直未能正常生产[3]。西部矿业有限责任公司和中南大学共同成立的青海西部镁业科技发展有限公司,在盐湖水和油田卤水中水氯镁石制取高纯镁砂技术上取得突破,在锡铁山建成年产2000t氢氧化镁、高纯镁砂、氧化镁试验联合生产装置,获得的高纯镁砂产品氧化镁含量达到99.9%以上,体积密度3.57g/cm3。青海中信国安科技发展有限公司开展了利用盐田水氯镁石,采用干燥、煅烧生产氧化镁,副产盐酸的工艺试验,完成了关键设备的扩大试验并获得了成功,现在正在进行工业性试验装置的设计工作。2006年利用察尔汗盐湖六水氯化镁为原料,采用天津科技大学海洋科学与工程学院获得国家发明专利(“高纯氧化镁的生产方法”ZL200410019475.1)的以六水氯化镁(或盐湖卤水、提溴废液、地下卤水)为原料,热解生产高纯氧化镁的工业化生产技术,建成年产3000t高纯活性氧化镁的工业化试验装置,产品质量MgO≥99.0%。与其他生产方法相比,产品具有高纯、低硼、低钙、低重金属含量等特点,且氧化镁的活性可以通过调节煅烧温度而变化等[4]。
(3)氢氧化镁氢氧化镁在非耐火材料领域产量最高、品种最多、应用领域最为广泛的品种,被称为绿色安全中和剂、环境友好阻燃剂和第三种碱。青海昆仑镁盐有限责任公司和中科院青海盐湖研究所在氢氧化镁阻燃剂产业化技术上取得突破,建成年产2000t改性氢氧化镁阻燃剂试验生产线;青海盐湖科技开发有限公司和清华大学进行了年产1000t高纯细微氢氧化镁项目于2006年建成投产。
(4)轻质碳酸镁
轻质碳酸镁,属于碱式碳酸镁,其化学式为:xMgCO3・yMg(OH)2・zH2O,因堆积密度小,广泛用于橡胶制品的填充剂和增强剂。该产品在国内和国际市场上十分畅销。青海昆仑镁盐有限责任公司利用铵碱法联产碱式碳酸镁,规模为2800t。
(5)镁水泥
作为建筑材料的镁水泥具有强度高,硬化快,有弹性,表面光泽度好,绝热,隔音和制备工艺过程简单等特点。中科院青海盐湖研究所在镁水泥研究方面做了大量的工作,开发的镁水泥泡沫材料具有强度高、容重轻、导热系数小、耐火防腐等特性,是一种很好的保温、隔热、吸声材料,但未实现大规模生产。
(6)食用氯化镁
食用氯化镁广泛用于食品、食盐、矿泉水、医药等行业的添加剂,市场潜力巨大,发展前景广阔。2008年6月30日,青海晶洁镁露科技公司5000t/a食用级氯化镁项目正式投产。标志着格尔木市盐湖氯化镁资源精深加工开辟了一个新途径,对格尔木地方经济发展将产生积极的推动作用。
(7)氯化镁型融雪防尘剂
氯化镁型融雪防尘剂,具有较强的融雪、化冰、抑制粉尘的性能,极易溶于水,易潮解,溶解时伴有高溶解热。其水溶液有较低的结晶温度,可使水溶液冰点降20℃～30℃。青海昆仑镁盐有限责任公司已开发10000t新型氯化镁型融雪防尘剂生产线。由此可见,目前利用氯化镁资源生产金属镁及镁化合物的工艺技术大都处于试(实)验研究阶段,许多工程及技术方面的问题有待进一步研究解决。
3 建议
(1)在电解法炼镁的过程中,含氯的盐对工业设备会造成腐蚀,如果氯化炉尾气和电解槽阴极气体处理效果不够理想,还将有大量的氯气排出,氯及含氯的化合物对工业、农业、环境都有害,应妥善考虑氯的回收及处理问题,发展大量耗氯产业,使氯能够平衡。
(2)在镁盐生产中用水量也较大,所以说废水的处理及排放将是一个重要的环保问题。开发镁资源的同时,应注意资源保护和环境保护,避免二次污染产生,
以获得良好的环境效益。
(3)鉴于目前察尔汗盐湖氯化镁还未大规模开发,而氯化镁的销售受运力限制,如果能结合当地电力,材料条件加工成少水料供发达地区加工利用,可减少运量和增加产值。
(4)当地企业应加强与科研单位的合作,尽快把科研成果转化为现实生产力。亦可引进外资和技术,加快氯化镁资源的开发进度。
4 结语
察尔汗盐湖既是振兴青海经济的重要物质基础,也是建立我国盐湖化工基地的重要物质基础。目前,察尔汗盐湖氯化镁资源开发尚处于起步阶段,企业要把握机遇、审时度势、因地制宜,依靠科技进步,积极采用新技术、新工艺、新设备,提高生产能力,重视提高产品质量,使镁盐产品向系列化、专用化、功能化、超细化方向发展,力争把青海建成我国最大的、在国际市场具有竞争能力的镁业基地。
