4.5.1 Введение

Производство магния является потенциальным источником выбросов парниковых газов. Количество и тип выбросов от магниевой отрасли зависит от исходных материалов, используемых для производства первичного магния, и/или типа защитной газовой смеси, используемой для защиты расплавленного магния от окисления на литейных заводах и заводах по переплавке вторичного металла. По правилам эффективной практики все сегменты магниевой промышленности и связанные с ними выбросы рассматривают по возможности отдельно. Список возможных выбросов парниковых газов, которые связаны с первичным и вторичным производством и литьем магния, представлен в таблице 4.18.

Таблица 4.18

ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВЫБРОСЫ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ, СВЯЗАННЫЕ

С ПРОИЗВОДСТВОМ И ПЕРЕРАБОТКОЙ МАГНИЯ

Первичным магнием называется металлический магний, получаемый из минеральных источников. Первичный магний можно получить либо электролизом, либо в процессе термического восстановления. Сырьевые материалы, используемые для производства первичного магния, включают доломит, карналлит, серпентинит, минерализованную воду или морскую воду. Переработка карбонатного сырья (магнезита и доломита) сопровождается выделением CO₂. CO₂ выделяется на стадии кальцинирования карбонатных руд (доломит/магнезит), которая предшествует стадии электролитического/термического восстановления. Этот процесс аналогичен образованию CO₂ при производстве минеральных материалов (см. главу 2).

Вторичное производство магния включает извлечение и вторичное использование металлического магния из различных магнийсодержащих отходов, таких как отработанные детали, отходы механической резки, литейный лом, печные остатки и т.д. Магний можно лить из первичного и вторичного магния. Процессы литья магния включают работу с расплавом чистого магния и/или расплавом высокомагниевых сплавов. Расплав магния (а также высокомагниевые сплавы) можно лить различными способами, включая литье без применения давления, литье в песчаные формы, литье под давлением и другие виды литья.

В присутствии атмосферного кислорода весь расплав магния самопроизвольно возгорается. Для производства и литья металлического магния требуется система защиты от возгорания. Среди разнообразных систем защиты широкое распространение получили системы с газообразными компонентами с высокими ПГП (например, SF₆). Эти газообразные компоненты обычно выбрасываются в атмосферу. Литье магния, независимо от типа процесса или источника магния, требует применения защитных методов и поэтому является потенциальным источником выбросов парниковых газов.

При производстве вторичного магния (рециклинге), переработке, плавке и литье расплавленный металл защищают от окисления в течение всего процесса с помощью защитных систем, содержащих газ-носитель (обычно воздух/или CO₂) и защитный газ - SF₆ или SO₂ или, в некоторых случаях, флюс. Высокомагниевые сплавы обычно защищают газом, содержащим SF₆. Благодаря последним технологическим разработкам и курсу на замену SF₆, в магниевой отрасли стали внедряться другие защитные газы. По прогнозам в следующем десятилетии SF₆ иметь будут две основные альтернативы - фторированный углеводород ГФУ-134а и фторированный кетон FK 5-1-12 (C₃F₇C(O)C₂F₅), продаваемый под названием Novec^TM612 <23>, и выбор защитного газа производителями/переработчиками магния будет определяться национальными/региональными условиями.

--------------------------------

<23> FK 5-1-12 (C₃F₇C(O)C₂F₅), продаваемый под названием Novec^TM612, представляет собой фторированный кетон и производится компанией 3M.

Выбросы CO₂ от первичного производства

Как указано в таблице 4.18, магнийсодержащие руды, выделяющие CO₂ при кальцинировании, - это доломит (Mg.Ca(CO₃)₂) и магнезит (MgCO₃). На каждый килограмм продукции магния при кальцинировании теоретически выделяется 3,62 кг CO₂ <24> из доломита или 1,81 кг CO₂ из магнезита соответственно. Фактические выбросы CO₂ на килограмм продукции магния будут выше теоретических благодаря потере магния в производственной цепи.

--------------------------------

<24> Эти цифры соответствуют стехиометрическому соотношению Mg/Ca, равному 1.

Процессы литья магния (первичного и вторичного)

Для процесса литья магния количество и тип выбросов ПГ будет зависеть от газовой защиты жидкого магния. Помимо выбросов действующих защитных веществ (SF₆, HFC-134a или FK 5-1-12) в составе защитного газа, могут иметь место выбросы различных фторированных продукции разложения (например, ПФУ) и, потенциально, газа-носителя (в зависимости от выбора - воздух и/или CO₂, или N₂).

Считается, что SF₆ в составе защитного газа для магния является инертным веществом и, следовательно, весь SF₆, используемый в магниевой промышленности, улетает в атмосферу. Однако в последних независимых исследованиях было показано, что SF₆ в некоторой степени разрушается при контакте с жидким магнием/парами магния при обычных температурах хранения/переработки магния. Доля SF₆, разрушаемая в печи, а также тип/количество вторичных газовых продукции реакции с магнием будет зависеть от условий производства, таких как концентрация SF₆ в защитном газе, скорость потока защитного газа, площадь реакционной поверхности магния, тип газа-носителя, условия загрузки печи и т.д.

HFC-134a и FK 5-1-12 - менее термодинамически стабильные соединения, чем SF₆. Поэтому ожидается, что эти газы будут активно разлагаться/реагировать при контакте с жидким магнием/парами магния, образуя различные фторированные газы (например, ПФУ). Было показано, что, как и в случае SF₆, количество действующего вещества в питающем защитном газе, разрушаемое в печи, зависит от таких условий, как концентрация соединения в питающем защитном газе, скорость потока защитного газа, площадь реакционной поверхности магния, тип газа-носителя, практика загрузки материалов и т.д. Следует отметить, что выбросы ПФУ как продукции разложения в пересчете на CO₂ эквивалент будут более значительные, чем выбросы FK 5-1-12, судя по их относительному радиационному эффекту <25>.

--------------------------------

<25> ПГП для FK 5-1-12 не определен в IPCC Third Assessment Report (IPCC, 2001), но, по информации от производителя этого газа, он такой же, как у CO₂.

Многие защитные газовые смеси включают CO₂ в качестве газа-носителя или CO₂ в сочетании с сухим воздухом с целью разбавления действующего фторированного вещества и снижения парциального давления кислорода в печи. Считается, что весь CO₂, используемый в составе защитного газа, улетает в атмосферу в виде CO₂. Защитный газ с CO₂ используется в намного меньшем количестве, чем обычные действующие агенты в защитной газовой смеси, и в целом им можно пренебречь.