2021年第3期有金属（冶炼部分）（ysyl. bgrimm. cn)• 187 •
doi： 10. 3969/j. issn. 1007-7545. 2021. 03. 028
榆林金属镁行业大气污染现状调查及减排建议
张英1，党鹏刚2，王晓涛1，王涛3，李飞飞4tps5430
(1•陕西省环境科学研究院，西安710061;
2.生态环境部环境规划院，北京100012;
3.西安西矿环保科技有限公司，西安710075;
4.陕西省环境科学学会，西安710000)
摘要：2017年偷林金属镁产能达到86万u约占当年全国的60%，主要分布在府谷县。金属镁行业大气
污染物排放现状调查及监测数据表明.各生产工段大气污染物达标排放，大部分排放浓度低于现有限 值，金属镁企业在线氧含量在9%〜16%，且各企业间差异较大，企业现状基准过量空气系数在4. 2左
右，为现有标准的2. 5倍•导致折算后污染物浓度有超标可能。2017年榆林金属镁行业S()2、N()，排放
总量全市排名为第八、第三•榆林市金属镁行业s o2、n o，排放总量占比靠前，治理技术经济可行条件下
可考虑深度减排。分析了榆林金属镁行业大气污染治理现状及存在问题，提出除尘、脱硫、脱硝技术改
造建议，指出金属镁行业深度治理减排方向，可为地方金属镁行业标准制定提供基础数据。
关键词：金属镁：皮江法；减排；大气污染
中图分类号：X511 文献标志码：A 文章编号：1007-7545(2021)03-0187-08
Current Status of Air Pollutant Emission and Suggestions on
Emission Reduction of Magnesium Industry in Yulin
ZHANG Ying1 ,DANG Peng-gang2,WANG Xiao-tao1,WANG Tao3,LI Fei-fei4
(1. Shaanxi Provincial Academy of Environm ental Science, X i’an 710061，China;
2. Chinese Academy of Environm ental Planning, Beijing 100012, C hina；
3. X i’an Xikuang Environmental Protection Co. , Ltd. , X i'an710075, C hina；
4. Shaanxi Provincial Association of Environm ental Science. X i’an 710000，China)
Abstract：In 2017, magnesium production capacity in Yulin is 860 k t,accounts for about 60%of China, and mainly distribute in Fugu county.Air pollutant emission status of magnesium industry survey and monitoring data show that pollutant emission in each production section achieves standard.However,the online oxygen content of enterprises is 9%—16 %，and there is a big difference among enterprises.The excess air coefficient of magnesium enterprises is about 4. 2, which is 2. 5 times of current standard.As a result,pollutant concentration becomes larger after conversion,which may exceed the standard.In 2017, total S()2and N()x emissions of magnesium industry in Yulin rank the eighth and third in Yulin city, indicating that magnesium industry has emissions reduction quantity.Current situation and existing problems of air pollution control in Yulin magnesium industry are analyzed.Suggestions on technical transformation of dust removal,desulfurization and denitration are put forward.The direction for depth固态去耦合器
收稿日期：2020-05-19
叶轮给粉机
基金项目：陕西省生态环境厅环保专项资金项目
作者简介：张英（ 1985-)，女，硕士，陕西渭南人，工程师
• 188 •有金属（冶炼部分）（ysyl. bgrimm. cn)2021年第3期
m anagem ent of m agnesium industry is pointed out. Standard establishm ent of local magnesium industry is promoted.
Key words：m a g n e siu m；Pidgeon p ro cess；emission reduction；air pollution
镁和镁合金因其自身优异的物理和化学特性，
已被广泛应用于军事、民事领域1]。中国镁资源全
球储量第一，也是全球最大的镁生产和出口国K。
陕西是全国金属镁生产大省，榆林府谷神木地区依
托资源优势大力发展金属镁冶炼加工产业。2017
年榆林市金属镁产能达到86万t/a，约占当年全国
镁产能的60%。金属镁加工冶炼属于高载能行
业[3]，榆林地区近年来已形成煤一电一兰炭一硅
铁一金属镁一铝镁合金上下游产业配套齐全的特
循环经济模式，独特的产业链模式奠定了其在行业
的领先地位。本研究开展榆林市金属镁行业大气污
染现状调查，采用收集资料法（环境统计资料、环评
资料、验收资料等）、填写调查问卷表、实地考察和现
场监测等方式，了解金属镁行业污染治理现状及存
在问题，分析榆林金属镁行业现有污染治理水平，提
出行业大气污染物深度减排方向，为地方金属镁行
业环保管理及相关标准制定提供基础数据。
1调查数据情况
2017年榆林地区金属镁企业生产情况见表1。
由表1可知，2017年共有金属镁企业48家，38家正
常生产运行；金属镁企业区域分布比较集中，75%位
于府谷县，21 %位于神木；金属镁生产工艺均采用皮
江法；企业规模以中小企业为主，2万t左右产能占
58%。本次调查共收集到41家金属镁企业相关资料
电动钢丝刷(其中府谷32家、神木9家）；实地调研了代表性的金
属镁生产企业9家（其中府谷7家、神木2家）；选取
代表性的3家金属镁生产企业进行了现场补充监测。
表12017年榆林地区金属镁企业调查数据
Table 1 Survey data of magnesium
enterprises in 2017 in Yulin area
调査信息数量（家）占比/%
府谷县36(运行29，停产7)75
地区分布神木县1〇(运行7，停产3)
1(运行）
21佳县2榆阳区1(运行）2
生产工艺皮江法48100电解法00 <0•5510
年产能/万t 0. 5<；且<1. 51021
1. 5<；且<
2. 52858
2. 5<；且<5. 0510
2原辅料及燃料
金属镁生产主要原辅料有白云石、硅铁、萤石和
精炼熔剂，其中白云石为镁质原料，硅铁为还原剂，
萤石为还原催化剂。生产燃料为兰炭生产厂富余煤
气及少量煤粉。金属镁企业的吨镁白云石用量在<
10. 5t，硅铁（Si>75%)用量<1.05t，新水消耗<
l〇t。金属镁企业吨镁综合能耗<4.5t标准煤，禁
止用原煤直接加热各种炉窑（部分企业回转窑喷煤
粉除外)[4]。
榆林地区金属镁企业原辅料及燃料来源比较集
中。白云石主要来自山西省五台县、兴县等地，该地
区储量丰富、价位低，离榆林运输距离短。硅铁多采
用本地自产硅铁。萤石主要来自本地及临近内蒙地
区。煅烧工段补充燃料煤主要采用榆林神府本地煤
种，依托榆林本地配套或临近兰炭厂的富余煤气作
为白云石煅烧、还原、精炼工段的燃料气。利用兰炭
煤气作为燃料不仅降低了煤气直排导致的环境污染
和安全风险，也降低了金属镁生产的能源成本，取得
了环境效益和经济效益双赢。
3 金属铁生产工艺
3.1生产工艺及产污环节
皮江法金属镁冶炼工艺生产单元主要包括：锻
烧工段、配料工段、还原工段、精炼工段、铸锭
工段[5]。
3.1. 1煅烧工段
煅烧窑主要采用回转窑，个别企业采用立窑。
白云石煅烧采用燃料主要为兰炭厂的富余煤气，煤
气不足时采用喷人煤粉作为补给。白云石煅烧反
应为：
CaC()3 .MgC03—CaO. Mg0+2C02个
煅烧分解分为两个阶段，首先是MgC03的分
解，分解温度734〜835 °C；第二阶段是CaC03的分
解，分解温度904〜1 200 °C。从窑尾出来的高温烟
气经余热回收后排放。
白云石煅烧废气主要包括烟尘、粉尘、s o2、
N(l及白云石煅烧分解产生的C02等。废气中烟
尘由煤气以及补给的煤粉燃烧产生，粉尘来自白云
石原料，主要成分为白云石原料、CaO、Mg ()及新形
2021年第3期有金属（冶炼部分）（ysyl. bgrimm. cn)• 189 •
成的盐类等物质。S()2主要由煤气以及补给的煤粉 燃烧产生，锻烧过程产生的s o2大部分可被物料中 的氧化钙等碱性氧化物吸收，生成硫酸钙、亚硫酸钙 等中间物质而滞留在锻白中w，硫的吸收率约为80%。回转窑锻烧废气中NO.来自燃料中含氮物质燃烧和高温空气中氮氧化生成的热力型氮氧化物。
3.1.2配料工段
配料工段炉料经磨细、配料、压制成球团。皮江 法炼镁的还原属于固相反应过程，要求炉料粒度细、
比面积大。炉料细度对镁的还原效率、硅的利用率 有较大的影响。煅白强度不大.比较易磨；硅铁较脆 易磨；萤石通常选用浮选生产的萤石粉，不需细磨。炉料的配比原则是要保证获得较高的还原率和最经 济的配硅量，按化学反应式进行配料：
Si/2MgO=1；MgO/CaC)=1
Ca0/Si02 =2.0； Ca()/Al2 03 = 12/7
实际配料Si/2Mg()多在1.1〜1.3。在硅铁粉 磨、原料配料及压球过程中会产生粉尘排放。
3. 1.3还原工段
还原工段主要设备为还原炉.有传统外热式火焰 反射炉和蓄热式还原炉两种，目前榆林地区企业均采 用蓄热式还原炉，同时蓄热式还原炉按节能类型又可 分为单蓄热和双蓄热式还原炉两种.榆林多采用的是 单蓄热还原炉，个别企业采用的是双蓄热还原炉。
还原工段生产方式是间断的，每个还原罐的生 产周期包括装料、抽真空加热、反应、冷却、切断真 空、卸料等。皮江法炼镁采用硅铁合金在高温和真空条件下还原锻白，得到粗镁和二钙硅酸盐，其化学 反应为：
2(Ca() .M g())(s)+S i(S i-F e)(s)=2M g(g)十2Ca() • Si02 (s)
还原过程中由硅铁还原锻白得到粗镁，同时产 生大量还原渣。还原渣主要是2Ca()« Si()2，即二钙 硅酸盐，残渣冷却后可自动碎成粉末。
还原炉采用煤气燃烧加热，高温燃烧烟气回收 热量后排放[7]，烟气中主要污染物为颗粒物、S()2和N O i。煤气燃烧产生的烟尘量很小，无需再设除尘 设施。燃烧废气中S()2浓度的高低取决于煤气中硫含量的高低。还原炉内温度为1180〜1 200 °C，略低于锻烧工段，热力型氮氧化物产生量略低。
还原炉出渣方式有机械清渣和人工清渣两种形 式，机械清渣主要使用螺旋清渣机。还原炉型内部 还原罐呈单排横向或双排横向布设，横罐罐体数量多，罐体长度近3 m，由于髙温下罐体变形、罐内物 料粘罐结釉等问题，导致机械化清揸机操作故障率高，人工清渣作业环境差。清渣过程产生无组织粉尘排放量较大。
3.1.4精炼工段
精炼工段采用熔剂精炼法，对粗镁中少量金属 和非金属杂质进行精炼。精炼熔剂是由氯化物和氟 化物盐类的混合物组成，主要反应为熔剂与镁中碱金属作用，置换出镁，并生成相应的氯化物，主要化 学反应为：
MgCl2+2Na(K)—Mg+2NaCl(2KCl)
熔剂与Si02的作用：
2CaF2+SiOz—SiF4+2CaO
镁中的非金属夹杂物Mg()等也与MgCl2作用 形成氯氧化物Mg()Cl，并沉于坩埚底部。精炼工段 废气的产生有两方面：一是精炼炉加热煤气燃烧产生的烟气，烟气不与精炼坩埚炉内物料直接接触.主 要污染物为少量s o2、n<x和颗粒物；二是在精炼坩埚中产生精炼废气，主要污染物有C12、HC1、氟化 物、s o2和颗粒物。
电阻丝3.1.5铸锭工段
铸锭方式有机械铸锭和人工铸锭两种.生产设备主要为连续铸锭机，浇注前将模具清理干净，预热 至120〜150 °C，然后将合格的镁液按设定的重量，定量注人连铸机的锭模中。锭模通过自然冷却并脱 模，得到镁锭。
为了避免镁液在浇铸过程中氧化燃烧，采用抛 撒硫磺粉或氮气保护的方法，镁锭生产的无组织废气主要污染物为S()2和颗粒物。
3.2废气产污环节
金属镁生产过程废气产污环节汇总见表2。
表2金属镁生产废气产污环节汇总
Table 2 Summary of waste gas pollution
of magnesium production
工段污染源排放形式主要污染因子
锻烧工段冋转窑燃烧废气颗粒物、s()2、n o,
配料工段配料、球磨、制球废气
有组织
颗粒物
还原工段还原炉燃烧废气颗粒物、s o2、N(X
精炼工段精炼燃烧废气颗粒物、s()2、n o,
铸锭工段浇铸废气s o2、颗粒物
原料储备原料堆体颗粒物
还原工段出渣废气
无组织
颗粒物
精炼工段
渣场
精炼废气
还原渣堆体
Cl2、H C l、H F、S〇2、
颗粒物
颗粒物
•190•有金属（冶炼部分）（ysyl. bgrimm. cn)2021年第3期4 污染物排放情况
4. 1现行标准
表3为《镁、钛工业污染物排放标准》（GB
25468--2010)及其修改单中浓度限值.榆林地区目
前不属于特别限值重点地区.执行一般排放限值。
表3金属镁行业大气污染物排放浓度限值
Table 3 Limits of atmospheric pollutant emission
concentration of magnesium industry
/(m g• m-3)
一般排放限值特别排放限值
生产系统及设备
颗粒物
二氧
化硫颗粒物
二氧
化硫
氮氧
化物
矿山
破碎、筛分、
转运等
50-10--原料制备50-10——
锻烧炉15040010100100冶炼还原炉5040010100100精炼炉5040010100100
其他5040010100100污染物排放监控位置
车间或生产设施排气筒
注：炉窑基准过量空气系数为1.7
4.2监测数据分析
4.2.1验收监测数据
本次调研收集到榆林地区20家金属镁企业的 环保竣工验收监测数据.表4为金属镁企业废气治理措施及污染物排放浓度。由于各个企业污染治理 技术水平不同，同时烟气含氧量差异较大，导致折算 后污染物排放浓度差异大，此处增加部分环节补充监测数据，选取各T.段监测数据浓度区间值、均值及75%分位数值进行统计。对比表3排放标准，配料、煅烧、还原及精炼工段排放颗粒物、S()2浓度均满足 现有限值。配料工段颗粒物浓度75%分位数为40 mg/m'表明大部分颗粒物浓度可满足限值要求，还有少部分颗粒物排放浓度偏高。煅烧工段颗 粒物浓度75%分位数为99 mg/m3，表明该环节大部分企业排放颗粒物低于现有浓度限值。煅烧工段 S(V浓度75%分位数为139 mg/m3，还原工段S02浓度75%分位数138 mg/m3，两者S02浓度均小于 现有限值（标准400 mg/m3)—半以上。精炼工段颗 粒
物浓度75%分位数为46 mg/m3，表明虽大部分颗粒浓度达标，但少部分企业颗粒物浓度偏高。NC)，排放浓度在煅烧、还原工段浓度较高，但现有 行业标准一般排放限值无相关要求。
4. 2.2在线监测数据
调研收集到2018年榆林地区20家金属镁企业 还原炉烟气脱硫塔尾气的在线监测数据，对每家企 业在线监测数据采用箱型图进行统计分析，统计结 果见图1。图1可知，各企业还原炉烟气脱硫后颗粒物浓度差异不大，满足50 mg/m3限值要求，大部 分企业小于20 mg/m3；经脱硫治理后烟气S02浓度 均小于400 mg/m3，其中80%企业小于200 mg/m3。11号、18号、19号、20号企业S()2排放浓度整体偏 高，且波动范围较大，分析原因是该企业环保设施脱 硫效率低，或设备运行不稳定。各企业在线监测数据NO，浓度变化整体差异较大，企业均无脱硝治理 措施，造成N(X浓度差异的原因可能是燃料气成分 差异。
表4金属镁企业废气治理措施及污染物排放浓度
Table 4 Exhaust gas treatment and pollutant emission concentration of magnesium enterprises
/(mg • m~3)
颗粒物S〇2N O,
工段污染源治理措施
区间均值
75%
分位数区间均值
75%
分位数
区间均值
75%
分位数
配料丁段配料废气布袋除尘9〜483040-—-—-—锻烧工段冋转窑燃烧废气布袋、旋风+布袋除尘17〜142749913 〜25111013967 〜950430636
还原T段还原炉燃烧废气石灰石石裔法、碱洗法、
旋转喷雾干燥法
4〜44253412 〜2769713078 〜711330554
精炼工段精炼燃烧废气
碱洗、碱洗+湿电除尘、
布袋除尘后送还原T段脱硫
17 〜49384638 〜144718963 〜29711698
2021年第3期有金属（冶炼部分）（ysyl. bgrimm. cn)• 191 •
(mg /m 3);a '为实测的过量空气系数；《为规定的基 准过量空气系数。
花生油1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
企业编号
图2
不同金属镁企业还原炉尾气
氧含量在线监测数据箱型图
Fig. 2
Box diagram of online monitoring data of oxygen content in tail gas of reduction furnace
in different magnesium enterprises
图2为不同金属镁企业还原炉尾气氧含量在线 监测数据，由图2可知，金属镁企业在线氧含量波动 范围在11%〜16%，且各企业氧含量差异较大。金 属镁企业还原炉烟气脱硫塔尾气的氧含量在线监测 数据不同通过率下（平均、75%、85%、90%、95%)箱 型图统计分析结果见图3，由图3可知，各金属镁企 业还原炉废气脱硫后在线氧含量主要分布在15%〜 16%。
炉窑烟气中有组织污染物达标判断浓度需要按 照基准过量空气系数进行折算，金属镁现有标准要 求基准过量空气系数为1.7，金属镁企业现状基准 过量空气系数在4.2左右，为现行标准的2.5倍。 根据《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物 采样方法》（GB/T 16157 —1996)的规定，基准过量 空气系数排放浓度计算公式:12]:
t
C =C 'X
—
(1)
a
式中：C 为大气污染物基准过量空气系数排放 浓度（mg /m 3);C '为实测的大气污染物排放浓度
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
企业编号
图1
不同金属镁企业还原炉尾气脱硫后在线监测数据箱型图
Fig. 1
Box diagrams of online monitoring data after desulfurization of reduction
furnace in different magnesium enterprises
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
企业编号
900-800-(c)NO^
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
企业编号
(a )颗粒物
G ，)so 2
0!01
8
o o o o o
7 6 5 4 3 •
31/®^
2
:
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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