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-1-年产二万吨原镁及其镁合金项目的分析报告一、海城建设条件中国是世界上镁资源最丰富的国家，菱镁矿石总储量约占世界28%，而中国60%的储量分布在海城地区。目前已探明的储量约28亿吨，远景储量约80亿吨以上，海城素有“世界镁都”之称。海城是国内及世界上规格最大的菱镁石开采和镁砂生产基地。近百年的开采历史，产生了堆积如山的尾矿石。这些尾矿对于生产耐火材料而言。由于氧化镁含量较低被大量废弃。但是氧化镁含量在40%—44%的尾矿却是生产金属镁理想的原料，比生产金属镁原料之一的白云石氧化镁含量要高出50%左右，而且海城菱镁矿石有害杂质极低。利用海城大量废弃的零价位的尾矿石为原料，可显著降低金属镁生产费用。海城地区同时蕴藏丰富的高品位的白云石、萤石、石灰石、硅石等生产金属镁的原料。年产二万吨金属镁厂选址在“海城镁矿”附近，“海城镁矿”是原冶金部直属国内最大一家菱镁石开采和生产的企业，矿区现有近3亿多吨废弃的尾矿，可直接用做生产金属镁的原料，不仅获取零价位的原料，同时可节省大量运输成本。厂址紧靠海岫一级公路，水、电、道路等基础设施齐备，并有设施配套、完好的铁路专用线。上述基础设施同样无偿提供给建设单位使用。海城市政府同意，建设汽车、3C以及航天、航空材料项目一律享受中、外合资企业的优惠政策，免除省以下对企业的所有收费项目的费用，企业获利后，免征五年所得税等优惠待遇。该项目厂址位于海城东部山区，在此建设年产二万吨金属镁厂及航天、航空材料基地，便于保密，战时有力于防空，具备较强的抗打击能力。海城位于辽宁腹地，长大铁路，海岫铁路，海沟铁路，哈大高速公路，京丹高速公路，哈大一级公路，海岫一级公路横贯境内。距大连港口仅270公里，营口鲅鱼圈深水港90公里，交通运输十分方便。海城现有2000多名从事镁制品和冶金行业的中、高级工程技术人材及30多名国内、外知名专家、教授。有3万多名技术过硬，年龄适当，从事煅烧和冶金行业的技术工人。可为该项目提供择优录用的庞大的人才队伍。海城市政府对该项目高度重视，组织专门人员，与中国科学院有关单位及研究所和实验室的专家及省内、外的专家、教授进行了充分调研和论证。为该项目的尽快实施提供了有利的保障。海城为年产二万吨金属镁及航天、航空材料基地的建设，提供必要先决条件。海城在改革开放的大潮中，经二十多年的搏击，迅猛发展，历年被评为全国百强县，二OO三年GDP总值排在全国百强县第十七位，列东北第一，海城具备极强的发展经济和创新开发的潜力。为了适应世界经济一体化的形势变化，增加参与市场竞争特别是国际市场竞争能力，在巩固原有产业的同时，拓展新的投资领域，是进一步发展海城经济的必然选择。充分开发利用海城得天独厚的镁和多种矿产资源的优势，建设高科技、-2-高效益、高附加值的原镁与镁合金及其终端产品项目，进一步调整产业结构，建立健全合理的产业生产链，已成为海城市人民及决策者的共识。二、项目概述随着我国汽车、3C、建材以及航天、航空事业的迅猛发展，我国镁与镁合金行业的发展取得了空前的进步。金属镁及镁合金，由于其特殊性能成为汽车以及航天、航空工业不可缺少的极其重要的且用量最大的材料之一。材料工业，历来倍受工业化国家高度重视，被称为科学技术发展的原动力。历史的实践证明，新材料的发展与应用，都引发了一轮又一轮的新技术革命。汽车工业尤为突出，一百年来汽车等工业的进步与发展都时刻伴随着材料工业的开发与应用，它是高新技术发展的基石。事实也是如此，所谓巧妇难为无米之炊。1、金属镁镁是元素周期表中第二族化学元素，原子序号为12，原子量24.305，原子价为2，银白色，密集六方晶格，无同素异构转变，熔点为649℃，熔化潜热89卡/克，沸点（760毫米汞柱）1107℃，蒸发潜热1316卡/克，液态镁在650℃时热容量为0.3卡/克℃，燃烧热5995卡/克，镁蒸气比热0.208卡/克℃，升华热1396卡/克。镁中最常见的杂质为铝、铁、硅、铜、钠、钾、铍、钙等，其中少量的铍、钙为有益杂质，能改变金属镁的抗氧化能力，细化组织，提高机械性能。铝能溶于镁形成固溶体。铁、铜、镍对镁的危害最大，因此生产金属镁的重要任务之一是消除硅、铁、铜等杂质。纯镁的机械性能很低，不做结构材料使用，少量用于化学及仪表等工业上。目前，世界上50%镁用于制造镁合金，33%用于制造铝镁合金，其余用于生产某些合金的还原剂、脱氧剂和变质剂等。2、金属镁生产工艺目前，国内金属镁产品95%以上，采用“皮江法”工艺生产。“皮江法”目前还原工艺主要有以下三种：以硅铁为还原剂的“硅热法”；以碳为还原剂的的“碳素真空热还原法”；以铝粉为原料的“铝热法”，上述方法均是以白云石，菱镁石为原料生产金属镁。发明于上世纪40年代的“皮江法”工艺，设计时以白云石为原料，由于白云石分布很广，因此众多厂家沿袭下来，多以白云石为原料。菱镁石与白云石化学成份基本一样。白云石：MgO含量19—20%CaO含量30—33%CO2含量47%菱镁石(尾矿):MgO含量40—43%CaO含量28%CO2含量29—30%白云石与菱镁石煅烧反应也基本一样CaCO3·MgcO3MgO+CaO+CO2白云石轻烧后，可获得较高活性，目前，海城菱镁石轻烧可获取比白云石更高的活性，并申请专利，技术很易掌握。目前，金属镁生产企业多数采用菱镁石和白云石混合料的生产工艺，可比用单一白云石为原料降低能耗，降低成本。现将利用白云石与菱镁石尾矿为原料，用相同工艺设备以硅热法为例，现将-3-二者主要经济技术指标对比如下：白云石为原料生产金属镁吨成本名称单耗单价（元）总价（元）备注白云石11.750585按短途运输计算硅铁1.2345005535萤石0.1660096精炼溶剂0.181500270还原罐的消耗18001800水电2600KVA0.401040煤133003900包括运费工资及附加180二级管理费1500包括折旧费、销售费，按10年折旧期总投资1.5亿总价14906菱镁石尾矿为原料生产金属镁吨成本（硅铁还原法）名称单耗（吨）单价（元）总价（元）备注菱镁矿（尾矿）700尾矿位于厂区无运输费用硅铁1.1045004950萤石0.1660096精炼熔剂0.171500255还原罐的消耗10501050水电2300KVA0.40920煤83002400包括运费工资及附加200二级管理费1400包括折旧费、销售费、按10年折旧期总投资8000万元总价11235国内采用“快速皮江法”生产金属镁的专利新工艺。使金属镁生产还原期从12小时降低为3—4小时，吨成本仅为1万元左右。采用“快速皮江法”新工艺，采用轻烧镁粉回转窑，燃煤还原炉及熔镁炉，-4-安装余热锅炉，以蒸汽供射流泵抽取真空，微机代替人工配料，采用自动控温电组炉，以及美国有关公司的快速光谱分析仪等最新最先进的工艺与设备，利用海城地区零价位的原料，每吨金属镁生产的煤耗、电耗、还原罐折损率等将大幅度降低，并显著降低设备投资，大大提高劳动生产率，使金属镁的吨成本可大大下降。国内一些小型金属镁生产厂家及以电解法工艺生产金属镁的企业，由于其生产成本高于市场价格，几乎全部停产下马。新建年产二万吨金属镁企业，应吸取国内外金属镁生产厂家成功与失败的经验教训，充分调研论证，尽量采用最新、最先进的工艺与设备，与中国科学院密切合作，高起点对工艺设备不断更新改造，使企业永远成为行业的排头兵，为汽车、3C等产业提供廉价优质的原料，应是项目建设最重要的指导思想之一。三、中国科学院原镁生产技术1、镁的蕴藏量丰富，在地壳中的储量达到２．１％～２．７％，是仅次于铝和铁，居第三位的金属元素，并且我国是世界上菱镁矿资源最为丰富的国家。但对于铝的开发已经使世界铝的储藏量近乎耗尽，我国的铝将在40年左右用磬，而世界的储藏也将在100年左右消耗殆尽。因此，替代铝的金属的利用也就提到了日程上来。第二次世界大战后世界已开始利用镁，在五十年代开始进行了系统的利用研究。我国著名科学家师昌绪在在50年代即已呼吁大力开展镁金属的研究与利用。我国辽宁省的海城、大石桥等地区拥有全球最大的菱镁矿资源，其菱镁矿探明储量高达32亿吨以上，远景储量数百亿吨，其储量和质量居世界第一，受到国际的高度关注。可惜的是，目前中国的镁产业整体上还处于一个落后的阶段，丰富的菱镁矿资源没有发挥出更大的作用，辽宁仅能生产大量原材料和初级产品几少量高端耐火材料，并无金属镁及其合金材料的生产和产品。引导当今世界潮流、在国内许多地方竞相炒做并在航空、航天、IT、汽车及在军事上广泛应用的镁金属及其合金材料在被称为“镁都”的海城却不见踪迹。2、镁金属与镁合金的重要性及其应用镁金属在21世纪将成为“时代金属”，由于金属镁拓宽了在合金工业中的应用，它不再是主要用于难熔金属的还原剂、钢铁工业的脱硫剂、球墨铸铁中的球化剂以及作为建材的铝镁合金材料。一种新型镁合金制品正以其重量轻（密度比铝合金低30%）、比强度高、刚性好、散热性、耐冲击性、抗电磁干扰和屏蔽性好，加工性能优良且加工成本更低，以及回收再生性能优异（回收再生率高，再生成本低）等，正受到越来越多的行业的青睐。镁及镁合金作为一种新型的应用材料，近年来已广泛应用于军用、民用领域的许多方面：在航空航天、航海、通信、医疗、广播电视、音响影像器材、微电-5-子技术、光学仪器等领域内，在汽车、摩托车、工具、家电电器、手机、计算机及电子设备等制品中都可看到镁合金的踪迹，在炼钢脱硫、铝合金生产、防腐工程中都离不开镁原料。例如，压铸镁合金，到2000年已上升为仅次于铝合金的第二大用户。北美的压铸镁合金用量持续增长，20世纪90年代平均年增长率达19%，21世纪初其增长率仍保持在15%—20%。在汽车行业，通过镁合金零部件的使用可有效地实现汽车轻量化目标。欧洲和美国正在使用和研制的镁合金零部件多达100多种，汽车用镁量已在6～26公斤，平均为12公斤。在国内，上海汽车集团、一汽集团、东风汽车集团等大的汽车公司均已开始使用镁制零部件。目前已实现镁合金在摩托车上的单车用量12公斤，总减重约6公斤。镁合金自行车以其轻量化、易折叠、美观获得了市场好评。在2005年10月18-19日举办的美中加三国镁合金应用与发展会议上，人们预计将在5年之内将汽车用镁合金有现在整车的3%提高到15%左右，也就是说在5年之内，仅汽车一个行业的镁合金用量将跃升5倍。由于镁合金所具有的优异的薄壁铸造性能及良好的比强度、刚度和抗撞能力，能充分满足３Ｃ产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽、散热和环保要求。因此，当前在手机、笔记本电脑、数码相机等行业，已经掀起了镁合金外壳及零部件研发与应用热潮。金属镁将成为２１世纪重要绿色金属工程材料。可见，由菱镁矿制备金属镁是菱镁矿利用产业链延伸的重要发展方向。我国大力发展镁工业具有独具的资源优势和广阔的市场前景。当前，我国在镁产业链延伸、镁产品研发体系逐步完善及相关产业发展三大因素共同作用下，中国金属镁及镁合金消费量也迅速增长，应用领域不断扩大，消费量已经从1999年的2.32万吨增长至2003年的5.12万吨，增长了1.2倍。未来15年是中国金属镁需求增长最快的时期，需求将以10％以上的速度增长，预计2010年和2020年，国内金属镁消费量将分别达到10万吨和20万吨。3、科院在金属镁方面的技术与进展目前我国金属镁生产工艺采用白云石为原料的硅热法炼镁工艺技术路线（即皮江法）。与国际无水氯化镁电解生产金属镁工艺相比，我国硅热法生产镁的工艺技术水平很低。本项目采用由菱镁矿制备无水氯化镁电解生产金属镁工艺旨在取代我国硅热法生产镁的工艺。目前，由菱镁矿制备无水氯化镁电解生产金属镁工艺中的关键技术——无水氯化镁制备技术和电解技术。在菱镁矿制备无水氯化镁的技术方面，中国科学院通过长期的技术积累研究出了一条可行的先进工艺技术路线；在无水氯化镁的电解技术方面，我国上世纪90年代初引进过电解技术，但-6-电耗高，运行不理想，目前国际先进电解技术的电耗仅是目前我国镁电解技术的60%左右，本项目拟通过与具有先进电解技术研究的国际高层次研究人员合作，来完成由菱镁矿生产