辽宁科技大学高温材料与镁资源工程学院
辽宁省镁质材料工程研究中心
张国栋
镁质耐火材料是高温工业的重要基础材料和支撑材料，广泛应用于钢铁、有、建材、石油、化工、环保等高温行业。近二十年来，在高温行业快速发展的推动下，我省镁质耐火材料取得了长足的发展和进步。目前，已形成几百万吨碱性耐火材料生产能力，加上镁质原料生产，已超过1000万吨的生产能力，成为世界最大的镁质耐火材料生产基地。在低碳、低能耗、环保、绿、功能的理念下，作为支撑高温工业的镁质耐火材料产业，已进入一个重要的转折时期，以自主创新为主的科技发展将成为我省镁质耐火材料的主要推动力，以实现镁质耐火材料行业从低成本、廉价资源、廉价劳动力的增长，到技术创新推动下的更高附加值的增长方式，尽快实现由耐火材料产量大省转向技术、规模、品质耐火材料强省、镁质耐火材料世界领先地位的目标，是历史赋予我们的重要使命。
一、菱镁矿资源及镁质原料的现状、问题及措施
辽宁省拥有世界上罕见的优质菱镁矿资源，储量大、品位高、埋藏浅、易开采，储量31亿吨，约占全国储量85%，占世界储量的20%，主要分布在海城、大石桥、岫岩、凤城、宽甸、抚顺等地区，目前开采量及原料生产量、出口量均占世界首位。目前已经地质勘察的矿区有12个，主要的有大石桥金鼎的桦子峪镁矿、海城镁矿、海城峰驰镁矿、岫岩偏岭镁矿等。
镁石分级指标（金鼎的桦子峪镁矿指标）
品名 | 主要理化指标 |
M47A（特级矿） | MgO≥47 SiO2≤0.3 Fe2O3≤0.28 C/S≥2 |
M47B（特级矿） | MgO≥47 SiO2≤0.4 Fe2O3≤0.3 CaO≤0.6 |
M47C（特级矿） | MgO≥47 SiO2≤0.6 Fe2O3≤0.3 CaO≤0.6 |
M46（一级矿） | MgO≥46 SiO蛋白精2≤0.8-1.2 Fe2O3≤0.4 CaO≤0.8-1.2 |
M45（二级矿） | MgO≥45 SiO2≤1.5 CaO≤0.6 |
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1、矿山开采现状、问题及措施
辽宁现有菱镁矿开采企业近百家，年开采菱镁矿约2000万吨，已开采的大型菱镁矿山（储量大于5000万吨）4座，中型菱镁矿山（储量1000-5000万吨）9座，其余均为储量小于1000万吨的矿山，年开采量100万吨以上企业有4家，其余全为小矿山企业。
问题：
2) 利用不当，浪费资源；
3) 事故多发，危害健康。
小矿山企业采用不合理“鸡窝式”开采，破坏生态环境，造成严重的粉尘污染，同时矿粉堆积如山，形成生态隐患。伴随高品位菱镁矿开采，低品位矿和产生的矿粉没有合理利用，造成资源浪费，矿山的洞内开采容易出现安全事故，同时大量的粉尘也威胁矿工的身心健康。
措施：
1) 整体规划，有序科学开采；
2) 严格管理，剥岩合理，强化绿化；
3) 低品位矿提纯、浮选；
4) 矿石分级，均化处理；
5) 矿山就近发展镁建材。
认真普查辽宁菱镁资源，统一规划，实行合理、科学有序开采，同时要有严格的审批制度，剥岩比要合理，对低品位矿和矿粉通过浮选提纯，有效利用。在矿山附近就地利用矿粉，低品位矿进行分级生产，可以节约大量成本和减少污染。
2、轻烧氧化镁（轻烧镁）
轻烧氧化镁是中档镁砂、高纯镁砂、电熔镁砂的主要原料，同时是镁化工、镁建材的主要
原料。辽宁煅烧轻烧氧化镁主要窑炉为反射窑，目前全省轻烧反射窑有1600座左右，产量500万吨/年左右。
问题：
1) 反射窑生产能力小、数量多、分布广、自动化程度低；
2) 矿石原料受限；
3) 能耗高、环境污染严重；
4) 产品活性低且不稳定。
反射窑能耗高、效率低、污染严重，同时原料必须是块矿，造成资源浪费，而且CO2排放量大，无法回收。以600万吨轻烧镁计，矿石分解CO2量660万吨，燃煤产生CO2460万吨，总计1120万吨，产生粉尘60万吨，而且轻烧粉活性低（＞150秒），不利于高纯、高档次耐火原料生产和镁建材、镁化工行业应用。
措施：
1) 矿山就近生产，规模化集约生产；
防水微动开关
2) 淘汰反射炉，推广新型窑炉技术；（如回转窑、流化悬浮炉、烧生灰竖窑等）
3) 回收CO2、粉尘技术；
4) 余热利用技术；
5) 轻烧MgO活化技术。
采用上述措施，不仅有效地利用了矿山资源，降低环境污染，同时通过回收CO2、回收粉尘、回收余热再利用，可以创造巨大的经济效益，又具有明显的社会效益。
3、重烧氧化镁（重烧镁砂）
重烧镁砂是生产镁质烧成砖、镁质复合砖及不定形耐火材料的主要原料。主要是菱镁矿1700℃左右煅烧产物。全省重烧窑400座左右，产量估计300万吨/年。
问题：
1) 竖窑容量小，数量多且分散；
2) 粉尘污染严重；
3) CO2污染严重。
竖窑小、数量多、分散，必将造成大量污染和浪费，每年按300万吨镁砂计，可产生20万吨粉尘，矿石分解CO2330万吨，燃料产生CO2330万吨，总计660万吨，污染相当惊人。
措施：
1) 矿山就近生产，减少运费；
2) 推广全机械化大型封闭竖窑技术；
3) 推广回收CO2技术。
双人雨披采用上述措施，不仅可创造可观的经济效益，同时明显改变现场环境，降低污染。
4、中档镁砂、高纯镁砂
以上二者均是采用二步煅烧工艺，以高纯轻烧MgO为原料，压成球团，在1750-1850℃高温下煅烧，形成烧结程度好，结晶良好，化学纯度高的MgO。全省中档竖窑和高纯油竖窑大致有近200座，产能100多万吨。
中档镁砂问题：
1) 湿法成球，能耗高；
2) 燃料污染成品，降低纯度；
3) 粉尘、烟气污染严重。
措施：
1) 减少白煤（或焦碳）作为燃料；
2) 干法成球；
3) 封闭生产，推广高效除尘技术；
4) 采用高活性氧化镁为原料。
中档镁砂由于湿法成球，能耗高，用煤作燃料虽成本低，不但污染产品，且产品体积密度低。同时燃烧产物纱窗角码CO2、SO2排入大气中，每吨产品将产生850kgCO2，以每年50万吨中档镁砂为例，每年排放CO242.5万吨，粉尘1万吨。所以干法成球、煤改油、高效除尘，不但能耗、污染下来了，同时经济效益上去了，而且产品质量上去了（烧结好）。
高纯镁砂问题：
1) 粉尘污染；
2) CO2污染。
措施：
1) 采用高活性氧化镁为原料；
2) 生产线密封生产，高效除尘；
3) 发展高体密高纯镁砂，部分取代电熔镁砂。（MgO>98%，>3.40g/cm3）
高纯镁砂主要以高活性轻烧氧化镁作为原料，烧结镁砂MgO>98%，体积密度>3.40g/cm3，代替大部分电熔镁砂制造镁碳砖，而且效益也会比较好，可节省大量电耗。
5、电熔镁砂
电熔镁砂由于结晶大、致密，作为炼钢转炉、电炉以及精炼钢包渣线镁碳砖的主要原料，是目前最佳的主体原料，其中低铁大结晶电熔镁砂又是电器元件中良好的填充绝缘材料。目前全省电熔炉1100多座，产能近200万吨。
问题：
1) 工艺落后，设备陈旧，自动控制差，效率低；
2) 能耗高，污染严重。
电熔炉设备落后、能耗大，几十年炉型无大的变化，烟气、粉尘严重污染环境。生产每吨电熔镁砂耗电3000kwh，大结晶电熔镁砂耗电2600 kwh以上。按全省200万吨计算，每年耗电大致60亿度，年排放CO2战术防身笔220万吨，年排放粉尘10万吨。
措施：
1) 逐步淘汰高污染、高能耗的小容量电熔镁砂生产线；
2) 采用大功率节能变压器；（大于1600KVA和3000KVA）
3) 提高自动化、机械化水平；
4) 推广余热回收、CO2回收、高效除尘技术；
5) 采用合成技术提高电熔镁纯度，降低杂质；
6) 提高炉窑的保温能力，减少热能损失；
7) 加强技术攻关，提高结晶尺寸，扩大用途；
8) 综合利用菱镁矿资源。
淘汰小容量电炉，推广大功率、节能、环保变压器，自动上料，微机控制、全封闭熔炼作业，采用余热、粉尘、CO2回收技术，彻底解决高能耗，高污染问题。
二、镁质耐火材料现状、问题及措施
耐火材料是钢铁、有金属、建材、石油、化工、能源等高温工业的重要基础材料，为高温工业的发展和技术进步发挥了不可替代的作用。近十年，我国高温工业的规模都稳居世界之首，成为世界耐火材料第一消耗大国。粗钢产量由2001年的1.6亿吨增长到2009年的5.68亿吨；医用洗手刷10种有金属产量由2001年的857万吨增长到2009年的2680.9万吨；水泥产量由2001年的6.61亿吨增长到2008年的16.45亿吨等等。耐火材料工业的发展同样迅猛，产量增加，品种增加，质量提高，已基本满足高温工业对耐火材料的要求。耐火材料从2001年的1000万吨左右增长到2008年的2544万吨，耐火材料出口量由2001年的40万吨增长到2008年的234万吨，中国成为世界最大的耐火材料生产和消费国，世界耐火材料的主要生产基地，耐火原料的生产在国际上占有举足轻重的地位。
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