石灰新產(chǎn)業(yè)|“鎂經(jīng)濟”的前景與機遇
2024-06-14 14:42:17 來源：石灰窯生態(tài)圈
石灰新產(chǎn)業(yè)|“鎂經(jīng)濟”的前景與機遇
在制造業(yè)有一句共識：先進產(chǎn)能永不過剩。但不可否認的是，近幾年，我國石灰行業(yè)的整體產(chǎn)能供需處于一種階段性失衡的狀態(tài)，也就是說，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品再次呈現(xiàn)供需兩旺，而落后產(chǎn)能生產(chǎn)的低檔劣質(zhì)產(chǎn)品趨于飽和且供需呈下降趨勢，部分生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)被淘汰出局，如何破局已經(jīng)是當下重中之重。
事實上，與其它傳統(tǒng)行業(yè)一樣，當前中國石灰產(chǎn)業(yè)處在*好的時刻與*壞的時刻并存，正處在陣痛中破繭成蝶的重要轉(zhuǎn)換期。石灰行業(yè)正在經(jīng)歷的不是以往三五年一輪的周期性迭代，而是“雙碳”大變局時代來臨之前的一場預(yù)演。
所以，挑戰(zhàn)與機遇并存，行業(yè)環(huán)境不好的時候，就要靠技術(shù)去驅(qū)動，有新技術(shù)出來迭代會讓這個行業(yè)發(fā)生一些轉(zhuǎn)變。
為了進一步推動綠色技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展，近日，圍繞“低碳創(chuàng)新如何引領(lǐng)石灰產(chǎn)業(yè)綠 色未來”為主題，《石灰產(chǎn)業(yè)》內(nèi)刊總第三十五期發(fā)布了“石灰產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展全景路線”，其中囊括了石灰生產(chǎn)新技術(shù)、石灰新產(chǎn)品生產(chǎn)應(yīng)用、新材料應(yīng)用等全產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用與開發(fā)，特別是“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團”旗下“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)有限公司研發(fā)中心”推出的一系列對于引領(lǐng)行業(yè)的重大科技迭代技術(shù)、碳減排指標全行業(yè)優(yōu)勢突出的16項新一代專利及專有技術(shù)，包括全行業(yè)脫碳技術(shù)領(lǐng)域有重要影響力的綠色低碳科技產(chǎn)品等前沿科技脫穎而出，引來行業(yè)關(guān)注，展示了其在技術(shù)創(chuàng)新方面的強勁動力，也對推動石灰全產(chǎn)業(yè)鏈因綠而興，協(xié)力交出了控碳、減碳的高分答卷。
尤其值得關(guān)注的是，“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)有限公司”推出的以石灰窯生產(chǎn)線為主進行“高值化石灰產(chǎn)品”生產(chǎn)技術(shù)如：高鎂產(chǎn)品、金屬鈣產(chǎn)品、鈣鈦產(chǎn)品等，以及以石灰窯回收CO2高值化、增值化應(yīng)用為主的產(chǎn)品如：CO2轉(zhuǎn)CO（煤氣）生產(chǎn)石灰技術(shù)、CO2碳化礦化技術(shù)、CO2轉(zhuǎn)可再生燃料技術(shù)、生物質(zhì)能高效利用與捕集CO2利用耦合技術(shù)、碳酸鹽法生產(chǎn)負碳建筑材料、CO2轉(zhuǎn)有機化合物技術(shù)、CO2轉(zhuǎn)化合成高附加值碳基新材料等一批行業(yè)前沿科技應(yīng)運而生，為推動石灰行業(yè)綠色低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展、助力實現(xiàn)碳達峰與碳中和、提升綠色低碳能級、打造一流的綠色低碳產(chǎn)業(yè)高地等目標起到了示范和引領(lǐng)作用。
唐山金泉公司“石灰全產(chǎn)業(yè)鏈提質(zhì)增值系列技術(shù)”取得的突破和實施，是石灰行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈研究的開創(chuàng)性成果，填補了國內(nèi)石灰生產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)方面的空白。
應(yīng)廣大讀者要求，《石灰窯生態(tài)圈》微信公眾平臺及《石灰產(chǎn)業(yè)》編輯部將針對上述技術(shù)的工藝、產(chǎn)品、市場等進行全方位解讀，系列文章將在本平臺陸續(xù)發(fā)布，專屬文章將發(fā)表在《石灰產(chǎn)業(yè)》內(nèi)刊。
本期文章首先介紹“鎂經(jīng)濟”的前景與機遇。
“鎂經(jīng)濟”前景廣闊，我國應(yīng)抓住引領(lǐng)機遇
文| 王亦楠
鎂既有重要的工業(yè)價值，又可實現(xiàn)能源循環(huán)利用。地球上能單獨作為金屬材料應(yīng)用且資源*豐富（豐度大于1%）的元素只有鋁、鐵、鎂三種，但從目前全球年產(chǎn)量來看，鋁約為8000萬噸，鋼鐵約為18億噸，而鎂卻只有100萬噸左右，其重要工業(yè)價值和巨大市場價值還遠未釋放出來。
得益于鎂燃料電池關(guān)鍵技術(shù)出現(xiàn)重大突破，以鎂作為循環(huán)介質(zhì)，建立“鎂經(jīng)濟”綠色循環(huán)體系，為性能優(yōu)異的鎂材料和鎂能源的大規(guī)模推廣應(yīng)用掃除障礙，已成為可行。而在這一前景廣闊的新領(lǐng)域新賽道上，中國有著得天獨厚的引領(lǐng)優(yōu)勢，應(yīng)高度重視并抓住難得的機遇，以在激烈的國際競爭中贏得更多發(fā)展主動權(quán)。
“鎂經(jīng)濟”潛力巨大，或?qū)⑸羁逃绊懯澜?/span>
“鎂經(jīng)濟”是新能源與新材料相融合的綠色循環(huán)經(jīng)濟�！版V經(jīng)濟”綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的源頭，從原料講是取之不盡的海鹵水，從能源講是用之不竭的可再生能源。利用鎂既是工業(yè)材料又是能源載體的雙重屬性，“鎂經(jīng)濟”可同時實現(xiàn)新能源和新材料兩大產(chǎn)業(yè)的綠色循環(huán)、優(yōu)勢整合：既解決了風(fēng)光電的儲能難題，又將無法處理的鹽化工行業(yè)廢棄物苦鹵“變廢為寶”，變成可帶動國民經(jīng)濟眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的重要基礎(chǔ)材料。
“鎂經(jīng)濟”核心產(chǎn)業(yè)鏈的綠色循環(huán)過程如圖所示，簡而言之是：以東部沿海/西部鹽湖大量堆積的苦鹵為原料，利用風(fēng)光電將其電解，產(chǎn)生金屬鎂和氯氣。氯氣是有廣泛用途的化工原料，如生產(chǎn)溴素、氯乙烯等，金屬鎂既可發(fā)展鎂合金制造，也可通過鎂燃料電池來發(fā)電，若是后者，產(chǎn)物除了清潔穩(wěn)定的電能外，就是當前在全世界范圍內(nèi)都非常稀缺且昂貴、與高端制造密切相關(guān)的尖端材料——粒度在納米級、純度高達99.5%以上的氧化鎂（以下簡稱“超純超細氧化鎂”）。
“鎂經(jīng)濟”核心產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)全過程無工業(yè)三廢和二氧化碳排放，不僅讓所有產(chǎn)物“物盡其用、可循環(huán)利用”，而且可實現(xiàn)三大突破，即超純超細氧化鎂在世界上首次實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、金屬鎂/鎂合金的生產(chǎn)成本和鎂燃料電池的發(fā)電成本可大幅降低，這將在工業(yè)領(lǐng)域和能源領(lǐng)域引發(fā)深刻變革。
“鎂經(jīng)濟”的兩大材料突破將大大帶動高端制造發(fā)展。目前純度達到98.5%的氧化鎂即稱為“高純氧化鎂”，能在2850℃高溫下保持優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、抗侵蝕性、電絕緣性、光透過性、高導(dǎo)熱性等，因此作為高溫耐熱和精細化工原料，廣泛用于冶金陶瓷、石油化工、國防航空、電子電器、光學(xué)儀表等眾多行業(yè)的高端制造領(lǐng)域。鎂合金是目前世界上*輕的高強度金屬結(jié)構(gòu)材料，比剛度和比強度顯著高于鋼鐵和鋁合金，且阻尼減振性好、導(dǎo)熱散熱性好、電磁屏蔽能力強、機加工性能優(yōu)、無毒易回收，在汽車、航空航天、武器裝備、軌道交通、電子通信、生物醫(yī)用等領(lǐng)域顯示出巨大發(fā)展?jié)摿Α?/span>
但是，目前高純氧化鎂和金屬鎂的生產(chǎn)工藝均存在高能耗高污染高成本的問題。國際上高純氧化鎂主要通過海水提取，化學(xué)制備工藝非常復(fù)雜，且技術(shù)被少數(shù)發(fā)達國家壟斷，而我國高溫煅燒菱鎂礦的工藝還無法實現(xiàn)氧化鎂98.5%以上的高純度。“皮江法”生產(chǎn)金屬鎂在環(huán)保的壓力下產(chǎn)能嚴重受限且價格波動大，制約著下游鎂合金產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。中國金屬鎂冶煉的90%以上都采用的是被稱為“皮江法”的硅熱還原法，其工藝流程主要包括白云石煅燒、粉磨與壓球、真空熱還原等過程，以煅燒白云石為原料、硅鐵為還原劑、螢石為催化劑，將白云石還原成金屬鎂。
“鎂經(jīng)濟”以顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新和綠色循環(huán)，讓高純氧化鎂和金屬鎂的生產(chǎn)從此“物美價廉”。保守測算，金屬鎂的成本可比目前至少降低2/3，將帶動鎂合金的應(yīng)用大大提速；超純超細氧化鎂比高純氧化鎂的性能更優(yōu)異，以普通氧化鎂的成本實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用后，將促進高溫材料的性能突破，比如可合成目前世界上還無法實現(xiàn)的高純度鎂鋁尖晶石、開發(fā)能承受極端苛刻環(huán)境的陶瓷集成電路基板等。作為高端制造的重要基礎(chǔ)材料，金屬鎂/鎂合金和超純超細氧化鎂的突破，將在眾多領(lǐng)域產(chǎn)生巨大關(guān)聯(lián)效應(yīng)。
“鎂經(jīng)濟”為能源低碳轉(zhuǎn)型和安全保障開創(chuàng)了新路徑。“鎂經(jīng)濟”利用風(fēng)光電制金屬鎂，鎂再通過鎂燃料電池發(fā)電，產(chǎn)出清潔穩(wěn)定的電能。鎂燃料電池與氫燃料電池的發(fā)電原理相同，只是燃料不同，前者是金屬鎂，后者是氫氣。雖然氫燃料電池的能量密度比鎂燃料電池高，但氫能源的產(chǎn)業(yè)化一直存在重大技術(shù)難題：因為氫氣非常容易泄漏和爆炸，其泄漏率比天然氣高出6倍，只要環(huán)境濃度達到4%即進入爆炸區(qū)間，所以從制氫、儲氫、運氫、加氫、用氫的全過程都存在重大安全風(fēng)險；而且儲氫運氫的成本很高，因一般碳鋼會產(chǎn)生氫脆從而導(dǎo)致強度大大下降，所有管道、儲罐都必須用特殊材料，目前還沒有又安全又經(jīng)濟的技術(shù)手段。相比之下，鎂能源從生產(chǎn)、使用到儲運的全過程及長期儲存都沒有易燃易爆和腐蝕性問題，產(chǎn)業(yè)化難度比氫能源要小得多。
鎂燃料電池既能量密度高，理論上是鋰離子電池的15倍，又能確保安全，還沒有回收利用難題，前景一直被業(yè)內(nèi)高度看好，但目前包括氫燃料電池在內(nèi)的所有燃料電池，都必須使用稀有貴金屬鉑做催化劑，從而導(dǎo)致資源受限、電池成本居高不下。
針對這一痛點，我國科研人員已成功開發(fā)出完全替代鉑的新型催化劑，可使鎂燃料電池成本至少降低60%以上，在民用領(lǐng)域的推廣也成為可行。比如，鎂燃料電池能承受如擠壓、穿刺、水淹等極端苛刻工作環(huán)境，非常適合做緊急狀況下的應(yīng)急電源、裝備的保障電源、偏遠海島的發(fā)電站等。與目前普遍使用柴油發(fā)電機做備用電源相比，鎂燃料電池可使發(fā)電成本降低50%。此外，離網(wǎng)充電（即充電樁設(shè)置不受電網(wǎng)限制）是電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一，可有效解決電動汽車的充電難，并避免大規(guī)模集中充電對電網(wǎng)的沖擊。鎂燃料電池可采用模塊化靈活部署，是實現(xiàn)離網(wǎng)充電的極佳手段，建設(shè)成本低、充電速度快，而且投資回報高（副產(chǎn)品是超純超細氧化鎂）、運行維護便捷。
我國有開創(chuàng)和引領(lǐng)“鎂經(jīng)濟”的顯著優(yōu)勢
我國的鎂資源儲量位居世界之首。我國擁有世界鎂資源儲量的70%。目前我國鐵礦和鋰礦的對外依存度已分別高達82%和65%，發(fā)展“鎂經(jīng)濟”不僅可培育出眾多綠色增長點，而且鎂合金和鎂能源的大規(guī)模推廣應(yīng)用將顯著降低我國鐵、鋰等金屬礦產(chǎn)資源的進口依賴，在復(fù)雜多變的國際形勢下尤其有重要戰(zhàn)略意義。
“鎂經(jīng)濟”的資源獲取可先從消納鹽化工廢棄物苦鹵開始。目前全國累積的苦鹵總量至少高達數(shù)億噸，且還在以2000萬噸/年的速度增加，既浪費資源，又破壞環(huán)境。“鎂經(jīng)濟”將苦鹵變成高端制造重要基礎(chǔ)材料，實現(xiàn)了資源化、高值化再利用，同時把礦石鎂資源留給子孫后代。
我國自主掌握*關(guān)鍵的核心技術(shù)。“鎂經(jīng)濟”的綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈能以經(jīng)濟高效的方式打通，關(guān)鍵在于鎂燃料電池技術(shù)取得重大突破——不再受制于鉑的稀缺昂貴。催化劑之關(guān)鍵相當于燃料電池的心臟，新型的碳基催化劑及其在燃料電池中的應(yīng)用，目前已獲得30余項專利，并在美國、英國、日本、新加坡等多國獲得了專利權(quán)。相比于氫能源的核心技術(shù)幾乎全被發(fā)達國家壟斷，鎂能源的核心技術(shù)全部為中國自主，且處于世界領(lǐng)先水平，沒有“卡脖子”風(fēng)險。目前，通過鎂燃料電池生產(chǎn)超純超細氧化鎂，已在河北唐山建成了年產(chǎn)300噸級的生產(chǎn)線，生產(chǎn)工藝的先進性可靠性已得到實踐檢驗，標志著“鎂經(jīng)濟”綠色循環(huán)從技術(shù)和經(jīng)濟上都已可行。該產(chǎn)線是模塊化設(shè)計，通過簡單復(fù)制即可擴大產(chǎn)能。
我國有完整的配套產(chǎn)業(yè)鏈支撐。目前全球90%的金屬鎂產(chǎn)能和2/3的氧化鎂產(chǎn)能都在我國。與氧化鎂應(yīng)用緊密關(guān)聯(lián)的耐火材料產(chǎn)業(yè)，我國產(chǎn)量高居世界65%以上，且品類*齊全；再下游的應(yīng)用如鋼鐵、玻璃、水泥、陶瓷等基礎(chǔ)制造業(yè)，我國產(chǎn)量都占全球1/2以上。“鎂經(jīng)濟”及其延伸領(lǐng)域，在我國既有龐大的配套產(chǎn)業(yè)做支撐，又有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的內(nèi)在動力。比如，我國在鋼水潔凈度控制上與發(fā)達國家還有很大差距，目前高端特鋼還要依賴進口。高純氧化鎂對鋼水潔凈度起著至關(guān)重要的作用，超純超細氧化鎂若實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，可大大助力我國高端特鋼的冶煉和鋼鐵產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。
當前推動“鎂經(jīng)濟”的關(guān)鍵問題和對策建議
“鎂經(jīng)濟”的綠色循環(huán)體系關(guān)聯(lián)領(lǐng)域眾多、發(fā)展前景廣闊，但要真正將其巨大潛力變成現(xiàn)實的生產(chǎn)力、創(chuàng)造出巨大經(jīng)濟社會效益，需要新能源、新材料實現(xiàn)跨行業(yè)的交叉融合甚至重構(gòu)，并和眾多高端制造業(yè)實現(xiàn)上下游協(xié)同推進，才能發(fā)揮出*大效能。比如，目前鎂燃料電池生產(chǎn)出來的超純超細氧化鎂，并不是各領(lǐng)域高端制造可直接拿來就用的產(chǎn)品，還要針對不同應(yīng)用場景，如硅鋼涂層、高溫材料、陶瓷材料、電子器件等，專門調(diào)節(jié)它的晶體形態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)、堆積密度、水化率、灼燒失量等系列物理指標，才能滿足特定需求；而在再加工的過程中，超純超細氧化鎂的物理指標不同，所需要的工藝、設(shè)備和產(chǎn)線也不同，因此必須有下游用戶提出明確需求并實現(xiàn)應(yīng)用聯(lián)動，超純超細氧化鎂的重要價值才能真正發(fā)揮出來。而下游行業(yè)的產(chǎn)品升級通常需要企業(yè)在初期做相當大的投入以改變現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝、技術(shù)和設(shè)備，很多情況下單靠市場的力量或某個企業(yè)的力量難以啟動。正如歐美國家在能源轉(zhuǎn)型等問題上的經(jīng)驗總結(jié)：“無形之手”托不起綠色經(jīng)濟、“對國家整體*優(yōu)的方案”不會依靠市場自然而然地發(fā)生。
因此，當前推動“鎂經(jīng)濟”，要在資源、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈三大優(yōu)勢基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮我國的制度優(yōu)勢——通過國家力量來啟動這個綠色循環(huán)體系、高效鏈接各個行業(yè)，讓政府“有形之手”和市場“無形之手”協(xié)同作用。為此，提出4點建議：
一是切實做好我國“鎂經(jīng)濟”發(fā)展的頂層設(shè)計。“鎂經(jīng)濟”有助于我國加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力，引領(lǐng)世界科技和產(chǎn)業(yè)變革，應(yīng)從國家戰(zhàn)略高度認識“鎂經(jīng)濟”的重要性，并制定清晰的發(fā)展路線圖。包括但不限于：明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向、目標、重點任務(wù)及優(yōu)先順序；建立統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理機構(gòu)，明確產(chǎn)業(yè)政策、法規(guī)標準和監(jiān)管要求；搭建技術(shù)創(chuàng)新平臺，集中優(yōu)勢資源開展以先進應(yīng)用為導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究等。
二是積極開展沿海“鎂經(jīng)濟”循環(huán)示范區(qū)建設(shè)。沿海省區(qū)苦鹵堆積的壓力*大，同時鋼鐵、化工、陶瓷、金屬加工等產(chǎn)業(yè)完備，可與“鎂經(jīng)濟”的綠色循環(huán)形成完美的上下游配套。據(jù)測算，2GW的海上風(fēng)電場電解苦鹵，即可形成每年40萬噸金屬鎂、66萬噸超純超細氧化鎂和5萬噸溴素的產(chǎn)能，直接創(chuàng)造的經(jīng)濟效益十分可觀，還未考慮下游產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)效益。“鎂經(jīng)濟”可為向海圖強、高質(zhì)量發(fā)展注入內(nèi)生動力。
三是有序推進鎂燃料電池的規(guī)�；a(chǎn)和應(yīng)用。鑒于鎂燃料電池在民用領(lǐng)域均有巨大發(fā)展?jié)摿�，建議依托鎂燃料電池的*新創(chuàng)新成果，率先開展兩個應(yīng)用示范：1，建設(shè)規(guī)模約200千瓦的海島發(fā)電站，目標是滿足大約100人的生活用電和工作用電（如無人機、水面艦船、便攜式電源、通信裝備等）需求；第二，在大型港口建設(shè)離網(wǎng)充電站，滿足碼頭電動車輛的用電需求，減輕港口電動化升級帶來的供電壓力。
四是加快推進鎂質(zhì)新材料在高端制造業(yè)的應(yīng)用。對于金屬鎂/鎂合金，應(yīng)基于創(chuàng)新工藝有序擴大行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，增加鎂合金牌號種類，完善產(chǎn)品標準體系。對于超純超細氧化鎂，應(yīng)針對主要應(yīng)用場景，盡快開展從氧化鎂再加工到終端用戶整個鏈條上所需要的工業(yè)研發(fā)試驗和技術(shù)改造示范。比如特鋼冶煉，應(yīng)從國家層面組織特鋼企業(yè)、耐火材料企業(yè)和工業(yè)設(shè)計院聯(lián)合攻關(guān)，并對技術(shù)改造給予必要的啟動資金支持。
（本文作者系國務(wù)院發(fā)展研究中心研究員），（本文刊發(fā)于《中國經(jīng)濟周刊》2024年第8期）
中國鎂資源非常豐富，已經(jīng)探明的菱鎂礦儲量約為27億t，白云石儲量40億t以上，目前中國鎂產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的40% 以上，其中 80% 以上作為初級原材料出口，這是由于國內(nèi)鎂行業(yè)存在嚴重的結(jié)構(gòu)性矛盾，比如，目前國內(nèi)的氧化鎂（輕燒白云石）產(chǎn)能至少3000萬噸以上，僅鋼鐵行業(yè)的用量至少也在2000萬噸以上，生產(chǎn)氧化鎂有著成熟的生產(chǎn)技術(shù)，但是，輕燒白云石（氧化鎂）價格目前僅在600元/噸左右，而純鎂的價格近幾年價格達到過6萬元/噸以上，而且通過6月12日了解，99.9%鎂錠府谷地區(qū)工廠報主流出廠含稅現(xiàn)金價格維穩(wěn)18300-18400元/噸，主流成交價格18300元/噸�？梢�，同樣是一樣的白云石等鎂資源，其生產(chǎn)的*終產(chǎn)品價值和效益有著天壤之別。所以，開發(fā)升值、增值潛力大，具有顯著戰(zhàn)略性、引領(lǐng)性的產(chǎn)品還是有著巨大發(fā)展前景的，特別是在目前經(jīng)濟環(huán)境下如何利用目前的石灰生產(chǎn)線進行產(chǎn)品功能化、增值化提升，也是實現(xiàn)企業(yè)和產(chǎn)品實現(xiàn)層級躍升的有效途徑。
資料編輯整理：
《石灰產(chǎn)業(yè)》編輯部
2024年6月14日
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