镁合金项目环境影响评价要点分析

韩 震 王三平 王浩宇 李 杨

(中国辐射防护研究院，山西 太原 030006)

2(CaO·MgO)+Si→2CaO·SiO2+2Mg



镁合金项目环境影响评价要点分析

韩 震 王三平 王浩宇 李 杨

(中国辐射防护研究院，山西 太原 030006)

根据镁合金项目的工程内容，从工艺技术方案、产业政策、环保措施和生态恢复措施4个方面分析了镁合金项目环境影响评价应注重的问题及技术要点，并对镁合金行业环评内容和方法进行了积极的探讨，对镁合金项目的实施及环境保护有重要的意义。

镁合金，工程特点，环境影响评价

0 引言

镁是继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料，被誉为21世纪最具开发和应用潜力的绿色工程材料。镁产业是山西省冶金和新材料产业的重要组成部分，也是“十二五”期间重点发展的战略性新兴产业。

按照山西省资源型经济转型和工业新型化的总体要求，山西省镁产业“十二五”发展规划中明确提出，以加快转变镁产业发展方式为主线，淘汰落后产能，优化产业布局，依托龙头企业和产业园区，打造镁产业发展基地；强化科技创新能力，提高产品质量，优化产品结构，延伸产业链条，构建镁产业循环经济发展模式，提高资源综合利用率，全面提升全省镁产业的整体发展水平和综合竞争力。到“十二五”期末，全省镁产业总产值力争达到200亿元，镁合金及深加工产能达到原镁产量的40%以上，成为支撑我省转型跨越发展的重要力量。

随着镁行业的转型跨越发展，镁合金冶炼过程中带来的环境污染日趋引起社会各界的重视。本文根据近年来从事镁合金项目环评的实际工作经验，以及对省内多家镁合金企业的调查和了解，总结了镁合金项目环评的整体思路和评价重点，对镁合金行业环评内容和方法进行了积极的探讨。

1 工艺技术方案

1.1 金属镁生产工艺

金属镁的生产方法分为氯化镁熔盐电解法和热还原法两大类。根据统计，在世界镁的生产中，用电解法生产的约占80%，其余为硅热还原法生产。根据还原剂的不同，热还原法又分为硅热法(皮江法)、碳化物热还原法和炭热法。由于我省具有丰富的白云石矿山资源和良好的能源条件，并且皮江法具有投资少、建设周期短的特点，单位投资成本仅是国外电解法的几十分之一，因此皮江法生产金属镁生产工艺在我省被广泛采用。

皮江冶炼金属镁工艺将煅烧后的白云石、硅铁和萤石按一定配比磨成细粉，压成团块，装在由耐热合金制成的蒸馏器内，在1 473 K～1 523 K 及小于13 Pa压力的条件下还原得到镁蒸汽，冷凝结晶成固态镁，经精炼后成为精镁液直接送入合金熔炼炉进行合金化。Si还原煅烧白云石的反应如下：

2(CaO·MgO)+Si→2CaO·SiO2+2Mg

1.2 镁合金生产工艺

镁合金生产根据原料(粗镁、精镁)、熔炼设备(反射炉、坩埚、工频感应炉)、浇筑过程的保护剂类型等的区别，其生产工艺选择不尽相同。

生产镁合金用镁多采用硅热法获得的结晶镁(粗镁)，也可以是粗镁精炼后的镁锭，前者原料价格低，后者价格高。使用结晶镁熔炼的镁合金，不仅生产成本低，而且更容易保证合金的质量。

由于镁的化学活性很强，在熔态下，极易和氧、氮及水汽发生化学作用，因此在镁合金浇筑过程中，熔体始终需用熔剂或气体等加以保护。根据所使用保护措施的不同，镁合金生产分为熔剂保护镁合金生产和气体保护镁合金生产两种工艺。

镁合金熔炼炉的种类和规格很大程度上取决于生产规模，小型车间分批生产多种不同合金，通常采用坩埚炉和感应炉；大规模生产镁合金锭，一般采用大型熔化装置反射炉，其容量可达10 t以上；镁合金锭质量与浇筑方法关系密切，通常镁合金锭的浇筑方法有铁模浇筑、水冷模浇筑和半连续浇筑，目前在工业生产中广泛采用的是半连续浇筑法。

根据省内镁合金企业生产状况，结合企业实际情况，镁合金生产原料为结晶镁与合金锭，采用熔剂保护镁合金生产工艺，利用坩埚炉进行熔炼。

1.3 工艺技术方案

根据省内多家镁合金工艺选择以冷净煤气为燃料、蓄热式燃烧技术，在真空条件下进行还原反应的硅热法炼镁工艺；回转窑采用竖式预热器对白云石进行预热；镁合金浇筑过程采用95%N2+5%SO2混合气体进行保护，减少有害污染物的排放；生产工艺用气采用环保节能型两段式煤气发生炉，采用PDS栲胶脱硫方法对发生炉煤气进一步净化，有效降低硫化氢浓度，减少SO2的排放；对煤气发生炉产生的酚氰废水除部分回用外其余全部焚烧，实现含酚废水的不外排。整体上本工程生产工艺与装备水平技术成熟可靠，工艺选择合理。

1.4 产污环节分析

1)大气污染源及污染物。a.白云石煅烧工序：回转窑燃料为煤粉，主要污染物为烟尘，CO2,NOx,SO2，回转窑的SO2是由于煤和原料中带入的硫在窑内燃烧产生的。预热器窑因有高度活性的MgO和CaO存在，与SO2气固接触好，可大量吸收SO2，从而使大部分的S以硫酸盐的形式保留在碱性盐中，通常预热器窑硫的吸收率可达80%以上，因此SO2的实际排放量很小。b.原料制备工序：包括原料磨粉、压球工序，其主要污染物为粉尘。c.还原炉：还原炉燃气用经脱硫处理后的发生炉净化煤气，主要的污染物为烟尘、SO2和NOx；扒渣、清罐过程中产生粉尘。d.镁合金熔炼及浇筑过程：镁合金熔炼的燃料为经脱硫处理后的发生炉煤气，煤气燃烧后主要污染物为烟尘、SO2和NOx。熔炼炉熔炼废气主要污染物为烟尘、氯化氢、SO2；镁合金浇筑过程排放污染物SO2。

2)废水污染源及污染物。a.软水制备系统：软水系统为煤气发生炉提供软水，软水制备产生少量排污水，其主要污染物为盐类。b.循环冷却水系统：循环水冷却设备包括：煤气发生炉、回转窑、还原炉、熔炼炉等设备。循环冷却水系统需定期排放含盐水。c.煤气站：发生炉煤气在冷凝的过程中产生含酚废水，其主要污染物为含有极少量的酚、氰及油类。d.生活、办公及化验：主要污染物为COD,BOD,NH3-N,SS,石油类。

3)固体废弃物。a.还原罐渣：其主要成分组成为：SiO2(26%～28%),CaO(54%～58%),MgO(3%～6%)及随硅铁带入的Fe(6%～10%)。其中CaO和SiO2是以硅酸盐的形式存在，在1 473 K温度下扒出的渣属于β-2CaO·SiO2，密度为3.26 g/cm3；炉渣温度降至948 K时发生相变，成为γ-2CaO·SiO2渣，其体积膨胀10%，自动粉化，密度变为2.97 g/cm3。还原残渣在国内多用于生产水泥及改良土壤。b.镁合金渣：采用气体保护熔炼镁合金，产生的合金渣量较小，主要含有Mg及MgO等碱金属及氧化物，产生量较小。c.回收尘：包括回转窑煅烧烟气回收尘；还原工序扒渣、清罐时收集粉尘以及原料制备破碎、压球除尘系统收集的粉尘。d.煤气发生炉炉渣。e.硫磺：发生炉煤气采用PDS栲胶脱硫，所产生的脱硫副产物为硫磺。f.焦油：发生炉煤气在经过电捕焦油器中去除的焦油。

2 产业政策

镁合金项目产业政策分析主要根据《产业结构调整指导目录》(2011年版)(修正)、《镁行业准入条件》和《山西省镁产业“十二五”发展规划》。其中以《镁行业准入条件》的对比分析最为重要。

中华人民共和国工业和信息化部于2011年3月颁布《镁行业准入条件》，《准入条件》中对企业布局及规模、工艺装备、产品质量、资源及能源消耗、资源及能源综合利用、环境保护、安全生产与职业危害防护、劳动保险、监督管理等9方面规范了镁行业投资行为。在镁合金项目环评产业政策分析中应当结合《准入条件》，选择与环保有关的规范条件逐条进行对比分析。

3 镁合金项目主要环保措施

镁合金项目属于高耗能、高污染类型项目，在项目环评过程中应当根据工艺全过程制定严格的污染防治措施。本文以省内较多采用的皮江法炼镁工艺进行论述。

3.1 大气污染防治措施

针对工艺过程中的大气污染物排放，在矿石破碎及筛分、白云石煅烧、原料制球、还原、熔炼工艺过程中均需配套相应的除尘和脱硫设施。

矿石破碎及筛分工序分别在破碎系统和筛分系统排尘点设集气罩，设置布袋收尘器对收集的含尘气体进行处理；白云石煅烧工艺分别在回转窑窑尾、煤磨系统、回转窑上料系统和成品仓配套布袋除尘器；原料制球工序在球磨机和压球机配套布袋除尘器；还原过程中还原罐在扒渣、清罐过程中产生大量粉尘排放，需根据还原车间内还原炉布置规模，在还原炉前设置可移动式集尘罩，收集扒渣及清罐过程中产生的粉尘，经布袋除尘器处理后达标排放；熔炼工序由于采用保护气体中含有SO2，同时精炼剂中含有氯化物，熔炼过程中产生SO2和HCL酸性气体，因此，熔炼废气需配套碱液喷淋塔进行处理。镁合金项目中还原和熔炼工序燃料使用发生炉煤气，发生炉煤气的主要成分为CO,H2,H2S,烟尘(烟尘浓度小于100 mg/Nm3)等，为减少H2S排放量，发生炉煤气采用PDS栲胶湿法脱硫工艺的处理方法，煤气经脱硫塔脱硫后经煤气鼓风机供给各用气单元。

3.2 水污染防治措施

镁合金项目产生的废水应主要关注煤气站产生的含酚废水。煤气站产生含酚的废水，酚水含有大量的酚、氰、焦油等有害物质，废水水质较为复杂，主要有害物质为杂酚、氨及硫化氢，其中挥发酚高达3 000 mg/L，COD 10 000 mg/L以上。

两段式煤气发生炉的煤气在净化和冷却过程中不与外来水接触，避免了大量酚水的产生。煤气站酚水主要来源于煤里面的机械水和结晶水。煤在煤气炉内干馏干燥过程中水分析出进入到上段煤气中。在煤气净化过程中，随着煤气温度的降低，该水分在间接冷却器内冷凝析出，形成酚氰废水。

将煤气工段产生的含酚废水，收集到酚水池，用水泵泵入酚水蒸发分离器，在余热换热器利用下段煤气(450 ℃～500 ℃)的热量间接加热这部分含酚废水，使之变为酚水蒸汽，该酚水蒸汽由独立管道进入炉底鼓风管道与空气混合后形成饱和气化剂，进入炉膛，供煤气炉使用。酚类等有害物质在通过氧化层时，被氧化层1 000 ℃～1 200 ℃的高温分解成二氧化碳和水。

3.3 固体废物污染防治措施

工业固体废物主要包括还原渣、合金渣、湿法除尘渣、回收尘、煤气发生炉炉渣及栲胶脱硫产生的硫磺。固体废物首先立足于综合利用，镁渣除了可以制备高性能水泥熟料外，还可以作为墙体材料、胶凝材料和砂浆使用。煤气发生炉炉渣可外售给建材企业。煤气发生炉脱硫产生的硫磺可外售给化工企业，电捕焦油和轻焦油可作为优质化工原料外售。

总之，上述生产固体废物在综合利用不畅的前提下，可以运往填埋场进行填埋处理。为全面控制企业污染，特别是二次污染影响，在提倡综合利用的前提下，企业对未及时利用的固体废物选择适宜的堆存场所，并对堆存场所按照GB 18599—2001一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准中Ⅱ类场的要求，作好沟底整平、防渗(防渗系数小于1.0×10-7cm/s)、防洪及堆存管理工作，废渣堆置过程中应采取由下而上分段、分层压实的处置方法，最终覆盖黄土压实，当堆积至一定高度时，要覆盖黄土进行复垦和绿化。这样可降低废渣对渣场周围环境的污染。

4 生态恢复措施

由于镁合金项目均需配套白云石矿山和备用渣场，在矿山开采和渣场建设过程中造成土地利用类型的改变、地表植被的破坏以及水土流失的加剧，因此，镁合金项目环评中需要关注由此带来的生态环境影响，并制定相应的生态恢复措施。

5 结语

镁合金冶炼属于高耗能、高污染项目，运营期带来的环境影响在环评中应当尤为关注。本文以省内多家镁合金企业采用的皮江法冶炼工艺为例，从环境影响评价的角度，对工艺技术方案、产业政策、环保措施和生态恢复措施4个方面进行了分析，针对废气、废水、固体废物提出污染防治措施，特别是发生炉煤气站的含酚废水处理措施。了解和掌握镁合金项目环境影响评价内容、评价要点及技术方法，正确分析其在运营期对环境产生的影响，对项目的实施和对环境的保护有着积极的意义和作用。

[1]杨重愚.轻金属冶金学.北京：冶金工业出版社，2006：228.

[2]许并社，李明照.镁冶炼与镁合金熔炼工艺.北京：化学工业出版社，2005:6.

On influential evaluation points under magnesium alloy program

Han Zhen Wang Sanping Wang Haoyu Li Yang

(ChinaInstituteforRadiationProtection,Taiyuan030006,China)

According to the engineering content of the magnesium alloy program, the paper analyzes some attentive problems and technical points which affect the evaluation from the craft technique scheme, industrial policies, environment protection, and ecological restoration, has the positive exploration for the content and methods of the magnesium alloy industry, so it is important to implement the program and the environment protection.

magnesium alloy, engineering feature, environment influential evaluation

1009-6825(2015)18-0206-03

2015-04-11

韩 震(1980- )，男，助理研究员； 王三平(1970- )，女，副研究员

X820.3

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