一、技術(shù)名稱：復(fù)式反應(yīng)新型原鎂冶煉技術(shù)
二、技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍：有色金屬行業(yè)鎂冶煉
三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀
目前，鎂冶煉行業(yè)普遍采用橫罐還原爐技術(shù)，其燃耗指標(biāo)為3.0tce/噸結(jié)晶鎂（還原工序），碳排放指標(biāo)為7.92t CO2/噸結(jié)晶鎂。我國鎂冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能耗限額限定值為8.3tce/噸鎂，先進(jìn)值為4.9tce/噸鎂。目前該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量2萬tce/a，CO2減排約5萬t/a。
四、技術(shù)內(nèi)容
1.技術(shù)原理
復(fù)式反應(yīng)新型原鎂冶煉技術(shù)從基礎(chǔ)理論研究入手，建立了“微元料球”模型，從冶金化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理、速率考慮，進(jìn)行了近千次熱物理、熱化學(xué)和耐熱材料高溫性能三方面的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，找到了煅燒、還原反應(yīng)的機(jī)理、掌握了上述反應(yīng)的速率，創(chuàng)建了鎂結(jié)晶、鎂還原、還原渣傳熱、還原爐燃燒四個(gè)大型數(shù)理模型并進(jìn)行上百次數(shù)值計(jì)算和多次仿真運(yùn)行，大量完善、補(bǔ)充、修正了國內(nèi)外現(xiàn)有熱法煉鎂的基礎(chǔ)理論，形成了從煅燒、制球、還原到精煉較為完善的全套熱法煉鎂理論體系。
2.關(guān)鍵技術(shù)
（1）根據(jù)多相熱物理理論，運(yùn)用尺度趨于零的“微元”料球模型，提出了普遍適用于各種固相反應(yīng)的“層移反應(yīng)”原理并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)物理模型；
（2）對(duì)白云石煅燒、煅白還原、低熔點(diǎn)復(fù)合氧化物生成等熱化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了煅燒結(jié)焦、還原球團(tuán)粘結(jié)等現(xiàn)象的熱化學(xué)反應(yīng)和生成物；
（3）對(duì)反應(yīng)器（還原罐）材料進(jìn)行連續(xù)3個(gè)月不間斷高溫蠕變?cè)囼?yàn)，在應(yīng)力-應(yīng)變分析基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了一套反應(yīng)器（罐）結(jié)構(gòu)布置和尺寸計(jì)算的設(shè)計(jì)公式；
（4）基于對(duì)還原器材料高溫蠕變性能的實(shí)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，原創(chuàng)設(shè)計(jì)了一種連續(xù)工作壽命長、裝料多的大型、新型復(fù)式還原器；
（5）綜合燃燒學(xué)、傳熱學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)等知識(shí)，用數(shù)值計(jì)算方法，原創(chuàng)設(shè)計(jì)了新型、大型、連續(xù)出鎂復(fù)式反應(yīng)爐；
（6）采用目前可行的結(jié)晶器-數(shù)學(xué)建模和數(shù)值計(jì)算，原創(chuàng)設(shè)計(jì)了一種新型、大型、復(fù)式鎂結(jié)晶器和蒸汽發(fā)生器計(jì)算方法；
（7）采用還原渣傳熱計(jì)算方法-數(shù)學(xué)建模和數(shù)值計(jì)算，原創(chuàng)設(shè)計(jì)了一種可將還原渣降溫至200℃左右的還原渣余熱蒸汽回收器；
（8）開發(fā)了一種計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，使原鎂反應(yīng)爐單班爐前操作工大大減少，且沒有重體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了還原車間無煙、無塵、無明火的“潔凈生產(chǎn)環(huán)境”。
3.工藝流程
該技術(shù)工藝流程見圖1。
圖1 復(fù)式反應(yīng)新型原鎂冶煉工藝流程圖
五、主要技術(shù)指標(biāo)
1.與皮江法豎罐（或橫罐）技術(shù)相比：
（1）復(fù)式反應(yīng)技術(shù)萬噸產(chǎn)能建設(shè)占地40-50畝，約為橫罐技術(shù)的1/10，約為豎罐技術(shù)的1/5；
（2）復(fù)式反應(yīng)技術(shù)萬噸產(chǎn)能全廠定員約100人，約為橫罐技術(shù)的1/5，約為豎罐技術(shù)的1/3；
（3）復(fù)式反應(yīng)技術(shù)噸鎂全廠（煤/水/氣/電）綜合能耗3 tce，約為橫罐（豎罐）技術(shù)的1/2；
（4）復(fù)式反應(yīng)技術(shù)還原周期不超過6 h，約為橫罐（豎罐）技術(shù)的1/2；
（5）復(fù)式反應(yīng)器工作壽命約1.0年，是橫罐（豎罐）技術(shù)的2倍；
（6）復(fù)式結(jié)晶器單臺(tái)次出鎂150-200
kg，是橫罐技術(shù)的8倍，約為豎罐技術(shù)的5倍；
（7）復(fù)式還原器單臺(tái)日產(chǎn)鎂0.8-1.0噸，是橫罐技術(shù)的15倍，約為豎罐技術(shù)的8倍；
（8）復(fù)式反應(yīng)爐單臺(tái)日產(chǎn)鎂40-50噸，是橫罐技術(shù)的40倍，約為豎罐技術(shù)的20倍；
（9）復(fù)式反應(yīng)爐連續(xù)出鎂，無須”清罐”，高濕季節(jié)可正常生產(chǎn)；
（10）復(fù)式反應(yīng)技術(shù)機(jī)械化生產(chǎn)，無重體力勞動(dòng)，還原車間無煙、無塵、無明火。
2.可完全替代豎罐技術(shù)（新型蓄熱豎罐還原爐煉鎂技術(shù)），其應(yīng)用模式體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
（1）”復(fù)式反應(yīng)器”，可完全替代”豎罐”，且前者產(chǎn)量更大、排渣更順利、壽命更長，操作更安全；
（2）”復(fù)式反應(yīng)爐”，可完全替代”豎罐”還原爐，且前者能耗更低、產(chǎn)能更大、操作更簡單；
（3）應(yīng)用復(fù)式反應(yīng)新型原鎂冶煉技術(shù)，可對(duì)豎罐技術(shù)及橫罐技術(shù)生產(chǎn)線的煅燒、制球、還原、精煉、余熱利用等全系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗、減少污染、系統(tǒng)機(jī)械化、降低成本的目的。
六、技術(shù)鑒定、獲獎(jiǎng)情況及應(yīng)用現(xiàn)狀
復(fù)式反應(yīng)技術(shù)及全套工藝裝備，不論是和橫罐技術(shù)現(xiàn)有最好水平相比，還是和國內(nèi)新近開發(fā)出的豎罐技術(shù)最好水平相比，包括和國內(nèi)外最先進(jìn)的挪威”諾斯克”電解法相比，均大幅度降低了鎂冶煉的能耗和污染，顯著降低勞動(dòng)強(qiáng)度并改善勞動(dòng)環(huán)境，顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，產(chǎn)品成本明顯降低；大幅節(jié)約建設(shè)用地和標(biāo)準(zhǔn)模塊化連續(xù)生產(chǎn)線的工藝特點(diǎn)，使每條生產(chǎn)線由目前普遍年產(chǎn)不足3000噸規(guī)模提高到1.25萬噸以上，可顯著促進(jìn)規(guī)模化的實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)集約度的提高。
復(fù)式反應(yīng)技術(shù)及其裝備在技術(shù)工藝變革方面，源于對(duì)熱法煉鎂的熱化學(xué)、熱物理及材料高溫性能三個(gè)方面基礎(chǔ)研究的突破，是從局部到整體、工藝到裝備、技術(shù)到經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)性、綜合性全面提升，而不是僅對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行單一、局部的性能改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了以往歷次皮江法技術(shù)改造都未能實(shí)現(xiàn)的綜合技術(shù)進(jìn)步。因此專家認(rèn)為復(fù)式反應(yīng)爐技術(shù)是自熱法煉鎂技術(shù)誕生以來，最具革命性的一次工藝變革，必將全面取代當(dāng)前煉鎂工藝而成為最具經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值的、國內(nèi)領(lǐng)先的主流煉鎂技術(shù)。
七、典型應(yīng)用案例
典型案例用戶：開泰鎂業(yè)有限公司
技術(shù)提供單位：寧夏三新鎂業(yè)科技有限公司
復(fù)式反應(yīng)技術(shù)原鎂冶煉生產(chǎn)線，已運(yùn)行一年有余。機(jī)制目前，經(jīng)統(tǒng)計(jì)已實(shí)現(xiàn)的節(jié)能量已超過20000tce。若按該生產(chǎn)線運(yùn)行10 年測(cè)算，一條生產(chǎn)線的節(jié)能量則超過20000tce。
八、推廣前景和節(jié)能減排潛力
預(yù)計(jì)未來5年，該技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的推廣潛力可達(dá)到33%，投資總額6億元，節(jié)能能力38萬tce/a，減排能力99萬tCO2/a。
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