鎂合金項目環境影響評價要點分析

韓 震 王三平 王浩宇 李 楊

(中國輻射防護研究院，山西 太原 030006)

2(CaO·MgO)+Si→2CaO·SiO2+2Mg

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鎂合金項目環境影響評價要點分析

韓 震 王三平 王浩宇 李 楊

(中國輻射防護研究院，山西 太原 030006)

根據鎂合金項目的工程內容，從工藝技術方案、產業政策、環保措施和生態恢復措施4個方面分析了鎂合金項目環境影響評價應注重的問題及技術要點，并對鎂合金行業環評內容和方法進行了積極的探討，對鎂合金項目的實施及環境保護有重要的意義。

鎂合金，工程特點，環境影響評價

0 引言

鎂是繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被譽為21世紀最具開發和應用潛力的綠色工程材料。鎂產業是山西省冶金和新材料產業的重要組成部分，也是“十二五”期間重點發展的戰略性新興產業。

按照山西省資源型經濟轉型和工業新型化的總體要求，山西省鎂產業“十二五”發展規劃中明確提出，以加快轉變鎂產業發展方式為主線，淘汰落后產能，優化產業布局，依托龍頭企業和產業園區，打造鎂產業發展基地；強化科技創新能力，提高產品質量，優化產品結構，延伸產業鏈條，構建鎂產業循環經濟發展模式，提高資源綜合利用率，全面提升全省鎂產業的整體發展水平和綜合競爭力。到“十二五”期末，全省鎂產業總產值力爭達到200億元，鎂合金及深加工產能達到原鎂產量的40%以上，成為支撐我省轉型跨越發展的重要力量。

隨著鎂行業的轉型跨越發展，鎂合金冶煉過程中帶來的環境污染日趨引起社會各界的重視。本文根據近年來從事鎂合金項目環評的實際工作經驗，以及對省內多家鎂合金企業的調查和了解，總結了鎂合金項目環評的整體思路和評價重點，對鎂合金行業環評內容和方法進行了積極的探討。

1 工藝技術方案

1.1 金屬鎂生產工藝

金屬鎂的生產方法分為氯化鎂熔鹽電解法和熱還原法兩大類。根據統計，在世界鎂的生產中，用電解法生產的約占80%，其余為硅熱還原法生產。根據還原劑的不同，熱還原法又分為硅熱法(皮江法)、碳化物熱還原法和炭熱法。由于我省具有豐富的白云石礦山資源和良好的能源條件，并且皮江法具有投資少、建設周期短的特點，單位投資成本僅是國外電解法的幾十分之一，因此皮江法生產金屬鎂生產工藝在我省被廣泛采用。

皮江冶煉金屬鎂工藝將煅燒后的白云石、硅鐵和螢石按一定配比磨成細粉，壓成團塊，裝在由耐熱合金制成的蒸餾器內，在1 473 K～1 523 K 及小于13 Pa壓力的條件下還原得到鎂蒸汽，冷凝結晶成固態鎂，經精煉后成為精鎂液直接送入合金熔煉爐進行合金化。Si還原煅燒白云石的反應如下：

2(CaO·MgO)+Si→2CaO·SiO2+2Mg

1.2 鎂合金生產工藝

鎂合金生產根據原料(粗鎂、精鎂)、熔煉設備(反射爐、坩堝、工頻感應爐)、澆筑過程的保護劑類型等的區別，其生產工藝選擇不盡相同。

生產鎂合金用鎂多采用硅熱法獲得的結晶鎂(粗鎂)，也可以是粗鎂精煉后的鎂錠，前者原料價格低，后者價格高。使用結晶鎂熔煉的鎂合金，不僅生產成本低，而且更容易保證合金的質量。

由于鎂的化學活性很強，在熔態下，極易和氧、氮及水汽發生化學作用，因此在鎂合金澆筑過程中，熔體始終需用熔劑或氣體等加以保護。根據所使用保護措施的不同，鎂合金生產分為熔劑保護鎂合金生產和氣體保護鎂合金生產兩種工藝。

鎂合金熔煉爐的種類和規格很大程度上取決于生產規模，小型車間分批生產多種不同合金，通常采用坩堝爐和感應爐；大規模生產鎂合金錠，一般采用大型熔化裝置反射爐，其容量可達10 t以上；鎂合金錠質量與澆筑方法關系密切，通常鎂合金錠的澆筑方法有鐵模澆筑、水冷模澆筑和半連續澆筑，目前在工業生產中廣泛采用的是半連續澆筑法。

根據省內鎂合金企業生產狀況，結合企業實際情況，鎂合金生產原料為結晶鎂與合金錠，采用熔劑保護鎂合金生產工藝，利用坩堝爐進行熔煉。

1.3 工藝技術方案

根據省內多家鎂合金工藝選擇以冷凈煤氣為燃料、蓄熱式燃燒技術，在真空條件下進行還原反應的硅熱法煉鎂工藝；回轉窯采用豎式預熱器對白云石進行預熱；鎂合金澆筑過程采用95%N2+5%SO2混合氣體進行保護，減少有害污染物的排放；生產工藝用氣采用環保節能型兩段式煤氣發生爐，采用PDS栲膠脫硫方法對發生爐煤氣進一步凈化，有效降低硫化氫濃度，減少SO2的排放；對煤氣發生爐產生的酚氰廢水除部分回用外其余全部焚燒，實現含酚廢水的不外排。整體上本工程生產工藝與裝備水平技術成熟可靠，工藝選擇合理。

1.4 產污環節分析

1)大氣污染源及污染物。a.白云石煅燒工序：回轉窯燃料為煤粉，主要污染物為煙塵，CO2,NOx,SO2，回轉窯的SO2是由于煤和原料中帶入的硫在窯內燃燒產生的。預熱器窯因有高度活性的MgO和CaO存在，與SO2氣固接觸好，可大量吸收SO2，從而使大部分的S以硫酸鹽的形式保留在堿性鹽中，通常預熱器窯硫的吸收率可達80%以上，因此SO2的實際排放量很小。b.原料制備工序：包括原料磨粉、壓球工序，其主要污染物為粉塵。c.還原爐：還原爐燃氣用經脫硫處理后的發生爐凈化煤氣，主要的污染物為煙塵、SO2和NOx；扒渣、清罐過程中產生粉塵。d.鎂合金熔煉及澆筑過程：鎂合金熔煉的燃料為經脫硫處理后的發生爐煤氣，煤氣燃燒后主要污染物為煙塵、SO2和NOx。熔煉爐熔煉廢氣主要污染物為煙塵、氯化氫、SO2；鎂合金澆筑過程排放污染物SO2。

2)廢水污染源及污染物。a.軟水制備系統：軟水系統為煤氣發生爐提供軟水，軟水制備產生少量排污水，其主要污染物為鹽類。b.循環冷卻水系統：循環水冷卻設備包括：煤氣發生爐、回轉窯、還原爐、熔煉爐等設備。循環冷卻水系統需定期排放含鹽水。c.煤氣站：發生爐煤氣在冷凝的過程中產生含酚廢水，其主要污染物為含有極少量的酚、氰及油類。d.生活、辦公及化驗：主要污染物為COD,BOD,NH3-N,SS,石油類。

3)固體廢棄物。a.還原罐渣：其主要成分組成為：SiO2(26%～28%),CaO(54%～58%),MgO(3%～6%)及隨硅鐵帶入的Fe(6%～10%)。其中CaO和SiO2是以硅酸鹽的形式存在，在1 473 K溫度下扒出的渣屬于β-2CaO·SiO2，密度為3.26 g/cm3；爐渣溫度降至948 K時發生相變，成為γ-2CaO·SiO2渣，其體積膨脹10%，自動粉化，密度變為2.97 g/cm3。還原殘渣在國內多用于生產水泥及改良土壤。b.鎂合金渣：采用氣體保護熔煉鎂合金，產生的合金渣量較小，主要含有Mg及MgO等堿金屬及氧化物，產生量較小。c.回收塵：包括回轉窯煅燒煙氣回收塵；還原工序扒渣、清罐時收集粉塵以及原料制備破碎、壓球除塵系統收集的粉塵。d.煤氣發生爐爐渣。e.硫磺：發生爐煤氣采用PDS栲膠脫硫，所產生的脫硫副產物為硫磺。f.焦油：發生爐煤氣在經過電捕焦油器中去除的焦油。

2 產業政策

鎂合金項目產業政策分析主要根據《產業結構調整指導目錄》(2011年版)(修正)、《鎂行業準入條件》和《山西省鎂產業“十二五”發展規劃》。其中以《鎂行業準入條件》的對比分析最為重要。

中華人民共和國工業和信息化部于2011年3月頒布《鎂行業準入條件》，《準入條件》中對企業布局及規模、工藝裝備、產品質量、資源及能源消耗、資源及能源綜合利用、環境保護、安全生產與職業危害防護、勞動保險、監督管理等9方面規范了鎂行業投資行為。在鎂合金項目環評產業政策分析中應當結合《準入條件》，選擇與環保有關的規范條件逐條進行對比分析。

3 鎂合金項目主要環保措施

鎂合金項目屬于高耗能、高污染類型項目，在項目環評過程中應當根據工藝全過程制定嚴格的污染防治措施。本文以省內較多采用的皮江法煉鎂工藝進行論述。

3.1 大氣污染防治措施

針對工藝過程中的大氣污染物排放，在礦石破碎及篩分、白云石煅燒、原料制球、還原、熔煉工藝過程中均需配套相應的除塵和脫硫設施。

礦石破碎及篩分工序分別在破碎系統和篩分系統排塵點設集氣罩，設置布袋收塵器對收集的含塵氣體進行處理；白云石煅燒工藝分別在回轉窯窯尾、煤磨系統、回轉窯上料系統和成品倉配套布袋除塵器；原料制球工序在球磨機和壓球機配套布袋除塵器；還原過程中還原罐在扒渣、清罐過程中產生大量粉塵排放，需根據還原車間內還原爐布置規模，在還原爐前設置可移動式集塵罩，收集扒渣及清罐過程中產生的粉塵，經布袋除塵器處理后達標排放；熔煉工序由于采用保護氣體中含有SO2，同時精煉劑中含有氯化物，熔煉過程中產生SO2和HCL酸性氣體，因此，熔煉廢氣需配套堿液噴淋塔進行處理。鎂合金項目中還原和熔煉工序燃料使用發生爐煤氣，發生爐煤氣的主要成分為CO,H2,H2S,煙塵(煙塵濃度小于100 mg/Nm3)等，為減少H2S排放量，發生爐煤氣采用PDS栲膠濕法脫硫工藝的處理方法，煤氣經脫硫塔脫硫后經煤氣鼓風機供給各用氣單元。

3.2 水污染防治措施

鎂合金項目產生的廢水應主要關注煤氣站產生的含酚廢水。煤氣站產生含酚的廢水，酚水含有大量的酚、氰、焦油等有害物質，廢水水質較為復雜，主要有害物質為雜酚、氨及硫化氫，其中揮發酚高達3 000 mg/L，COD 10 000 mg/L以上。

兩段式煤氣發生爐的煤氣在凈化和冷卻過程中不與外來水接觸，避免了大量酚水的產生。煤氣站酚水主要來源于煤里面的機械水和結晶水。煤在煤氣爐內干餾干燥過程中水分析出進入到上段煤氣中。在煤氣凈化過程中，隨著煤氣溫度的降低，該水分在間接冷卻器內冷凝析出，形成酚氰廢水。

將煤氣工段產生的含酚廢水，收集到酚水池，用水泵泵入酚水蒸發分離器，在余熱換熱器利用下段煤氣(450 ℃～500 ℃)的熱量間接加熱這部分含酚廢水，使之變為酚水蒸汽，該酚水蒸汽由獨立管道進入爐底鼓風管道與空氣混合后形成飽和氣化劑，進入爐膛，供煤氣爐使用。酚類等有害物質在通過氧化層時，被氧化層1 000 ℃～1 200 ℃的高溫分解成二氧化碳和水。

3.3 固體廢物污染防治措施

工業固體廢物主要包括還原渣、合金渣、濕法除塵渣、回收塵、煤氣發生爐爐渣及栲膠脫硫產生的硫磺。固體廢物首先立足于綜合利用，鎂渣除了可以制備高性能水泥熟料外，還可以作為墻體材料、膠凝材料和砂漿使用。煤氣發生爐爐渣可外售給建材企業。煤氣發生爐脫硫產生的硫磺可外售給化工企業，電捕焦油和輕焦油可作為優質化工原料外售。

總之，上述生產固體廢物在綜合利用不暢的前提下，可以運往填埋場進行填埋處理。為全面控制企業污染，特別是二次污染影響，在提倡綜合利用的前提下，企業對未及時利用的固體廢物選擇適宜的堆存場所，并對堆存場所按照GB 18599—2001一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準中Ⅱ類場的要求，作好溝底整平、防滲(防滲系數小于1.0×10-7cm/s)、防洪及堆存管理工作，廢渣堆置過程中應采取由下而上分段、分層壓實的處置方法，最終覆蓋黃土壓實，當堆積至一定高度時，要覆蓋黃土進行復墾和綠化。這樣可降低廢渣對渣場周圍環境的污染。

4 生態恢復措施

由于鎂合金項目均需配套白云石礦山和備用渣場，在礦山開采和渣場建設過程中造成土地利用類型的改變、地表植被的破壞以及水土流失的加劇，因此，鎂合金項目環評中需要關注由此帶來的生態環境影響，并制定相應的生態恢復措施。

5 結語

鎂合金冶煉屬于高耗能、高污染項目，運營期帶來的環境影響在環評中應當尤為關注。本文以省內多家鎂合金企業采用的皮江法冶煉工藝為例，從環境影響評價的角度，對工藝技術方案、產業政策、環保措施和生態恢復措施4個方面進行了分析，針對廢氣、廢水、固體廢物提出污染防治措施，特別是發生爐煤氣站的含酚廢水處理措施。了解和掌握鎂合金項目環境影響評價內容、評價要點及技術方法，正確分析其在運營期對環境產生的影響，對項目的實施和對環境的保護有著積極的意義和作用。

[1]楊重愚.輕金屬冶金學.北京：冶金工業出版社，2006：228.

[2]許并社，李明照.鎂冶煉與鎂合金熔煉工藝.北京：化學工業出版社，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

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

X820.3

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