劉國(guó)建，車永林

（青海鹽湖鎂業(yè)有限公司，青海 格爾木 816000）

1 全球碳排的環(huán)境

根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）數(shù)據(jù)，中國(guó)、美國(guó)、歐盟、印度、俄羅斯和日本是六大溫室氣體排放國(guó)2019年排放量占全球的62%，最近十年（2010-2019年）累計(jì)排放量占全球的62.5%。

表1 全球六大溫室氣體排放國(guó)（地區(qū)）

根據(jù)世界資源研究所（WRI）數(shù)據(jù)，已有49個(gè)國(guó)家在2010年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，占當(dāng)時(shí)全球排放量的36%。e Intelligent Unit數(shù)據(jù)，已有29個(gè)國(guó)家和地區(qū)提出碳中和目標(biāo)。其中，蘇里南和不丹已實(shí)現(xiàn)碳中和，芬蘭、奧地利、冰島和瑞典承諾提前5-15年實(shí)現(xiàn)碳中和，有22個(gè)國(guó)家和地區(qū)把目標(biāo)設(shè)立在2050年。2010-2019年，英國(guó)的二氧化碳排放量下降了29%，GDP仍增長(zhǎng)了18%（BEIS，2020）。日本推出綠色增長(zhǎng)戰(zhàn)略，把應(yīng)對(duì)全球變暖、實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型視為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)復(fù)蘇的新增長(zhǎng)點(diǎn)。美國(guó)預(yù)計(jì)2035年通過向可再生能源過渡，實(shí)現(xiàn)無(wú)碳發(fā)電，到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。

我國(guó)是全球第一排放大國(guó)，2019年溫室氣體排放量是140億噸二氧化碳當(dāng)量，占全球總排放量的26.7%（UNEP，2020），但人均排放量和歷史排放量并不高。2019年我國(guó)人均排放量在G20國(guó)家中位居第10位，僅是美國(guó)的一半（Statista，2020）；我國(guó)歷史排放量（1751-2017年）僅占全球的12.7%，是美國(guó)的一半，也遠(yuǎn)低于歐盟28國(guó)的22%（OurWorldinData，2019）。

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)處于不同的歷史階段，面臨著加快發(fā)展、改善民生的重任。正如丁仲禮院士所言（2009）：“要發(fā)展就難免排放，排放問題本質(zhì)上就是發(fā)展問題，排放權(quán)即發(fā)展權(quán)?！北M管如此，我國(guó)仍于2020年9月作出“2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和”的莊嚴(yán)承諾。為全球作出了表率，充分體現(xiàn)了負(fù)責(zé)任大國(guó)的擔(dān)當(dāng)。從碳達(dá)峰到碳中和，英國(guó)和法國(guó)用了59年，美國(guó)43年，日本37年，而我國(guó)承諾僅用30年。

碳中和是責(zé)任，是使命，更是機(jī)遇。作為全球第一排放大國(guó)，我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和之路任重道遠(yuǎn)。2019年我國(guó)排放量仍增長(zhǎng)了3.1%（UNEP，2020）。與歐美國(guó)家相比，我國(guó)的低碳綠色意識(shí)還比較薄弱，亟需提升國(guó)民碳素養(yǎng)，充分發(fā)揮龍頭企業(yè)的示范帶動(dòng)作用，創(chuàng)新推動(dòng)碳中和工作，共創(chuàng)人類可持續(xù)的未來(lái)。

2 鎂行業(yè)碳排情況

我國(guó)是鎂資源大國(guó)和生產(chǎn)大國(guó)，資源占全球總量的70%。2017年中國(guó)原鎂產(chǎn)量為102萬(wàn)噸，達(dá)到歷史最高點(diǎn)，2018年國(guó)內(nèi)原鎂產(chǎn)量為86.3萬(wàn)噸，2019年國(guó)內(nèi)原鎂產(chǎn)量為84.48萬(wàn)噸，2020年原鎂產(chǎn)量90.7萬(wàn)噸，近年來(lái)年總產(chǎn)量呈略微下降趨勢(shì)。其中陜西和山西地區(qū)產(chǎn)量占比位居前二，總計(jì)約占全國(guó)的85%，尤其是陜西府谷地區(qū)占比為59.4%。

目前，世界主流生產(chǎn)金屬鎂的方法有熱還原法和氯化鎂熔鹽電解法兩種。硅熱法即利用不同還原劑在高溫下將鎂從其化合物中還原出來(lái)而制得金屬鎂。熔鹽電解法是在三元系或四元系等熔鹽電解質(zhì)中通入直流電進(jìn)行電解氯化鎂得到金屬鎂。原鎂的成本主要是能源成本，陜西府谷是我國(guó)的主要蘭炭生產(chǎn)基地，依靠蘭炭資源發(fā)電、硅鐵和原鎂產(chǎn)業(yè)形成了循環(huán)經(jīng)濟(jì)，使得皮江法煉鎂工藝在成本端具備較大優(yōu)勢(shì)。皮江煉鎂法工藝中硅鐵的生產(chǎn)、白云石的煅燒和還原工藝本身的排放，仍然是溫室氣體排放最密集的工序。當(dāng)前皮江法鎂工藝的總平均排放量為28kg CO2。如不考慮能源綜合利用情況下鎂生產(chǎn)中使用的上述燃料氣的碳排放皮江法工藝的加權(quán)平均排放量為每千克鎂21.8千克二氧化碳當(dāng)量[1]。

電解法煉鎂工藝中碳排放也主要取決于冶煉過程的能源消耗。2013年LCA研究詳細(xì)分析了以色列的電解工藝（Ehrenberger,Dieringa and Friedrich 2013），加上工藝副產(chǎn)品的碳信用，該工藝的溫室氣體排放值為每噸鎂14.0噸二氧化碳當(dāng)量。青海鹽湖鎂業(yè)有限公司的電解鎂工藝中，原鎂是由氯化鎂（MgCl2）鹵水為原料生產(chǎn)的，而鹵水是附近鉀肥生產(chǎn)后的廢物。電解鎂總溫室氣體排放量為每噸鎂6.2噸二氧化碳當(dāng)量[2]。由于進(jìn)一步使用電解鎂生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品氯氣，考慮由此產(chǎn)生的碳信用，導(dǎo)致鎂電解的總排放量可以降到每噸鎂5.3噸二氧化碳當(dāng)量。在2020年國(guó)際鎂協(xié)年會(huì)上，國(guó)際鎂協(xié)將“綠色發(fā)展獎(jiǎng)”頒發(fā)給了青海鹽湖工業(yè)股份公司、青海鹽湖鎂業(yè)公司、青海海鎂特鎂業(yè)公司。

2020年3月，為推進(jìn)鎂行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，工業(yè)和信息化部發(fā)布《鎂行業(yè)規(guī)范條件》。要求鎂冶煉企業(yè)噸鎂綜合能耗在4.5噸標(biāo)煤以下；鎂冶煉企業(yè)的噸鎂白云石用量在10.5噸及以下，硅鐵（Si＞75%）用量在1.05噸及以下。

3 鹽湖電解鎂的機(jī)遇與風(fēng)口期

2016年8月22日，習(xí)近平總書記視察青海鹽湖指出：“鹽湖是青海最重要的資源，要制定正確的資源戰(zhàn)略，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，搞好開發(fā)利用。

循環(huán)利用是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的要求，全國(guó)都應(yīng)該走這樣的路。青海要把這件事情辦好，發(fā)揮示范作用。青海資源也是全國(guó)資源，要有全國(guó)一盤棋思想，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下搞好開發(fā)利用”。

2021年3月7日，習(xí)近平總書記在參加十三屆全國(guó)人大四次會(huì)議青海代表團(tuán)審議時(shí)強(qiáng)調(diào)，要結(jié)合青海優(yōu)勢(shì)和資源，貫徹創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，加快建設(shè)世界級(jí)鹽湖產(chǎn)業(yè)基地，打造國(guó)家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地、國(guó)際生態(tài)旅游目的地、綠色有機(jī)農(nóng)畜產(chǎn)品輸出地，構(gòu)建綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系，建設(shè)體現(xiàn)本地特色的現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系。

2018年7月青海省委十三屆四次全會(huì)作出“一優(yōu)兩高”戰(zhàn)略部署，強(qiáng)調(diào)現(xiàn)階段要著力打好“四張牌”，頭張牌就是打好鹽湖資源綜合開發(fā)利用這張牌。要以鹽湖資源綜合利用上升為國(guó)家戰(zhàn)略為目標(biāo)，提高鹽湖資源綜合利用效率，推進(jìn)鹽湖產(chǎn)業(yè)向新材料領(lǐng)域拓展，以做大做強(qiáng)鋰電產(chǎn)業(yè)為重點(diǎn)，向系列化、高質(zhì)化、多樣化發(fā)展，提升全產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)力，加快建設(shè)中國(guó)乃至世界最具影響力的鹽湖資源綜合利用集群。

2020年12月青海省委十三屆九次全會(huì)通過《關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》，指出要建設(shè)世界級(jí)鹽湖產(chǎn)業(yè)基地，全面提高鹽湖資源綜合利用效率，著力建設(shè)現(xiàn)代化鹽湖產(chǎn)業(yè)體系，打造具有國(guó)際影響力的產(chǎn)業(yè)集群和無(wú)機(jī)鹽化工產(chǎn)業(yè)基地[3-5]。

中國(guó)鹽湖鎂資源儲(chǔ)量豐富，青海省察爾汗鹽湖是中國(guó)最大的氯化物型鉀鎂鹽礦床，其中氯化鉀儲(chǔ)量5.4億噸，占全國(guó)探明儲(chǔ)量的70%以上；氯化鎂儲(chǔ)量達(dá)40.6億噸，均占全國(guó)首位。青海鹽湖工業(yè)股份有限公司氯化鉀生產(chǎn)能力達(dá)500萬(wàn)噸/年，氯化鉀生產(chǎn)過程中排放的老鹵年產(chǎn)生量約為5000萬(wàn)噸。因此，鎂資源是察爾汗鹽湖的優(yōu)勢(shì)資源，同時(shí)又是氯化鉀生產(chǎn)排放的副產(chǎn)物。長(zhǎng)期以來(lái)，由于技術(shù)條件的限制，鹽湖鎂資源一直未得到有效的開發(fā)利用，并且還成為制約鹽湖其它資源開發(fā)的“鎂害”。鹽湖生產(chǎn)鉀肥后排棄的廢液老鹵含氯化鎂32%，是海水的55倍，是電解法生產(chǎn)金屬鎂的理想原料，不僅節(jié)省了原料成本，而且省去了廢液排棄費(fèi)用，化“鎂害”為“鎂利”，變廢為寶，點(diǎn)石成金。鹽湖鹵水深度脫水制備無(wú)水氯化鎂的金屬鎂生產(chǎn)工藝，與皮江法冶煉金屬鎂工藝相比，具有規(guī)?；潭雀撸a(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，冶煉過程綠色、低碳、環(huán)保的特性。鹽湖金屬鎂裝置生產(chǎn)工藝流程見下圖1。主要工藝過程為：通過鹵水精制，將鹵水中的SO42-和B2O3等雜質(zhì)去除，得到精制鹵水；精制后的鹵水進(jìn)行蒸發(fā)、造粒，造出含有結(jié)晶水的氯化鎂顆粒；含結(jié)晶水的氯化鎂顆粒經(jīng)過兩段脫水工藝后得到無(wú)水氯化鎂顆粒。無(wú)水氯化鎂顆粒通過氣力輸送系統(tǒng)送入電解槽；電解過程消耗的無(wú)水氯化鎂在陰極上產(chǎn)生金屬鎂，在陽(yáng)極上產(chǎn)生氯氣；氯氣被氯氣罩收集后輸送到下道工序PVC廠作為原料。鎂液通過抬包車運(yùn)至連續(xù)精煉爐精煉后進(jìn)行鑄錠。

圖1 鹽湖電解煉鎂工藝流程簡(jiǎn)圖

鹽湖鎂資源注重有序開發(fā)，以消化提鉀后老鹵為主，同時(shí)重視制定鹽湖資源產(chǎn)業(yè)化整體規(guī)劃，與其它資源統(tǒng)一開發(fā)，形成組合優(yōu)勢(shì)，資源綜合利用完全可保障我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。利用柴達(dá)木盆地獨(dú)一無(wú)二的氣候條件，經(jīng)過鹽田自然蒸發(fā)結(jié)晶，可獲得純度較高的水氯鎂石，成本低廉。近年來(lái)，青海鹽湖鎂資源通過工藝技術(shù)創(chuàng)新、專用設(shè)備研制等共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與集成，形成了氯化鎂-電解金屬鎂—鎂合金，氯化鎂-氫氧化鎂-氧化鎂，氯化鎂-鎂質(zhì)膠凝材料-新型輕質(zhì)建筑材料三條產(chǎn)業(yè)鏈條，已建成10萬(wàn)噸/年電解金屬鎂、10萬(wàn)噸級(jí)高純氫氧化鎂阻燃劑、高純鎂砂、煅燒氧化鎂等規(guī)?；a(chǎn)線；開展了鎂水泥系列產(chǎn)品開發(fā)，為鎂水泥在公路工程應(yīng)用示范提供支撐；青海鹽湖鎂資源開發(fā)初見雛形。

4 鹽湖電解鎂的后發(fā)優(yōu)勢(shì)

察爾汗鹽湖是我國(guó)最大的鉀鎂鹽礦床，各類資源儲(chǔ)量達(dá)600多億噸，其中氯化鉀5.4億噸、氯化鎂40億噸、氯化鋰1204萬(wàn)噸、氯化鈉555億噸，同時(shí)伴生有硼、溴、碘、銣、銫等稀有元素，是巨大的無(wú)機(jī)鹽寶庫(kù)，潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值近100萬(wàn)億元。自1958年開始，察爾汗鹽湖開發(fā)六十多年來(lái)，在鉀、鋰資源開發(fā)上已取得了顯著成績(jī)，為國(guó)家糧食安全和新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。青海鹽湖電解鎂工藝二氧化碳排放量?jī)H為傳統(tǒng)工藝的四分之一，成為世界綠色鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)注的重點(diǎn)。金屬鎂項(xiàng)目自2010年開工建設(shè)以來(lái)，經(jīng)過近十年艱苦努力，已建成利用鹽湖鹵水電解法制取金屬鎂的全球唯一的10萬(wàn)噸級(jí)全套裝置，其技術(shù)、工藝、裝備等均處于國(guó)際領(lǐng)先地位，產(chǎn)品具有環(huán)保、高品質(zhì)、穩(wěn)定等優(yōu)異特性。以鹽湖金屬鎂生產(chǎn)的鎂合金及其構(gòu)件批量進(jìn)入國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)應(yīng)用。

鹽湖電解鎂核心水氯鎂石脫水裝置由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，引進(jìn)裝置“高原反應(yīng)、水土不服”，因工程化和設(shè)備、材料選型缺陷，核心裝置氯化鎂脫水單元不能長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。為徹底解決上述問題，主動(dòng)停車進(jìn)行優(yōu)化整改。由設(shè)計(jì)院進(jìn)行全面設(shè)計(jì)復(fù)核，主要物料平衡、熱平衡、水平衡及關(guān)鍵設(shè)備等復(fù)核計(jì)算并出具《優(yōu)化整改設(shè)計(jì)方案》，該方案經(jīng)過政府部門兩次組織國(guó)內(nèi)無(wú)機(jī)鹽協(xié)會(huì)及鎂協(xié)等行業(yè)內(nèi)專家的論證，認(rèn)為整改措施可行、方案科學(xué)、操作性強(qiáng)。

目前，該項(xiàng)目已列為2021年度青海省首個(gè)重大專項(xiàng)揭榜掛帥實(shí)施項(xiàng)目，集全國(guó)、全行業(yè)的力量技術(shù)攻關(guān)。該項(xiàng)目正在穩(wěn)定實(shí)施中，計(jì)劃先進(jìn)行脫水單元單條線優(yōu)化升級(jí)，達(dá)到改造目標(biāo)后，進(jìn)而對(duì)其余五條線進(jìn)行改造，最終實(shí)現(xiàn)10萬(wàn)噸金屬鎂裝置的達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。

攻克氯化鎂脫水關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)金屬鎂裝置達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)后，鹽湖鹵水煉鎂技術(shù)的后續(xù)優(yōu)勢(shì)也將凸顯出來(lái)。主要體現(xiàn)在以下方面：

第一、能源優(yōu)勢(shì)。

本裝置所在地區(qū)太陽(yáng)能光伏、風(fēng)電資源豐富，年光照輻射量達(dá)1898.2千瓦時(shí)每平方米，光伏發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電容量4051兆瓦；被國(guó)家發(fā)改委列為就地消納試點(diǎn)區(qū)，實(shí)現(xiàn)新能源與金屬鎂電解產(chǎn)業(yè)有機(jī)結(jié)合，減少對(duì)外部用能的依賴。同時(shí)為貫徹國(guó)務(wù)院決策部署，扎實(shí)做好穩(wěn)增長(zhǎng)、促改革、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生、優(yōu)生態(tài)、防風(fēng)險(xiǎn)工作，國(guó)網(wǎng)電力也已在園區(qū)建設(shè)有完整的330KV、110KV供電網(wǎng)絡(luò)，并簽訂了全面的戰(zhàn)略合作協(xié)議，保證在符合國(guó)家相關(guān)政策和國(guó)家電網(wǎng)公司有關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，在直購(gòu)電、清潔能源、電力整體優(yōu)化、運(yùn)行維護(hù)、電力交易、電力設(shè)施智慧用能等方面給予鹽湖產(chǎn)業(yè)全面支持，因此電力供給及電價(jià)是完全有保障的，且這些資源均是綠色環(huán)保的能源，在實(shí)現(xiàn)低成本發(fā)展的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)低碳化發(fā)展。

第二、循環(huán)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

為實(shí)現(xiàn)金屬鎂的生產(chǎn)，金屬鎂一體化項(xiàng)目配套了10余套裝置。其中電解鎂生產(chǎn)裝置副產(chǎn)的氯氣，送至PVC裝置用于和煤制甲醇轉(zhuǎn)化的乙烯反應(yīng)生產(chǎn)PVC，PVC生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的氯化氫，同電石乙炔裝置產(chǎn)生的乙炔反應(yīng)生成PVC，同時(shí)電石乙炔裝置產(chǎn)生的副產(chǎn)物電石渣，用于生產(chǎn)純堿，整個(gè)一體化項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)閉合循環(huán)，產(chǎn)品附加價(jià)值高；綠色、低碳、環(huán)保；抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)性強(qiáng)，為后續(xù)的做大做強(qiáng)提供了基礎(chǔ)。2019年被國(guó)家工信部評(píng)為“2018年國(guó)家新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地”。青海柴達(dá)木循環(huán)經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)區(qū)已成為青海省“一優(yōu)兩高”戰(zhàn)略第一張牌，循環(huán)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)初現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了碳信用承諾。

5 小結(jié)

青海鹽湖鎂業(yè)有限公司在“優(yōu)化資產(chǎn)”、“突破瓶頸”后，結(jié)合資源優(yōu)勢(shì)及政策優(yōu)勢(shì)，按照“頂層設(shè)計(jì)，分步實(shí)施”的原則，不斷推動(dòng)鹵水煉鎂技術(shù)消化吸收再創(chuàng)新，落實(shí)內(nèi)外部保障條件，實(shí)現(xiàn)金屬鎂裝置達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，并籌劃40萬(wàn)噸金屬鎂項(xiàng)目，最終實(shí)現(xiàn)100萬(wàn)噸產(chǎn)能，利用綠色、節(jié)能、環(huán)保、低碳的電解鎂技術(shù)改變國(guó)內(nèi)外鎂的競(jìng)爭(zhēng)格局，推動(dòng)我國(guó)由鎂大國(guó)向鎂強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，為我國(guó)鎂制造業(yè)振興提供戰(zhàn)略性支撐。