轻量化金属材料应用浪潮已成刚性需求，未来镁将跻身战略金属行列——一方面，电解法炼镁高耗能特性与国外电力供给体系（难以与数据中心等战略性刚需争电）不兼容，难以大规模量产；另一方面，中国镁行业凭借适配的生产条件与深厚产业基础，已形成对镁品类的核心战略掌控力。 

在“双碳”战略纵深推进、全球镁产业格局深度调整的背景下，金属镁冶炼技术路线选择已突破单纯工艺优劣之争，升级为涉及能源结构、资源禀赋、环境约束与产业竞争力的系统性命题。本文立足技术原理、能耗特征、经济性及环境影响等多维视角，剖析电解法与硅热法炼镁，结合府谷等核心产区实践，为镁产业绿色低碳转型提供决策参考。   

一、工艺原理与技术特征对比 

（一）电解法：从氯化镁到金属镁的电化学之旅

电解法炼镁的本质，是通过电能将无水氯化镁（MgCl₂）分解为金属镁和氯气。其核心挑战在于如何经济、高效地获取高质量的无水氯化镁原料，并维持电解过程的高效率。整个工艺通常分为原料制备、熔盐电解、产物处理与物料循环以及辅助与公辅系统四大阶段。 

1. 原料制备与深度脱水工序 

此工序是电解镁工艺的关键瓶颈与核心所在。无论是海水还是盐湖卤水，其主要镁源均为六水氯化镁（MgCl₂·6H₂O），而电解过程必须使用高纯度的无水氯化镁。 技术难点：直接加热六水氯化镁会引发剧烈的水解副反应（MgCl₂ + H₂O → MgO + 2HCl），不仅导致氯元素以氯化氢形式损失、原料纯度下降，还会严重腐蚀设备。 

主流解决方案 

氯化氢保护脱水：在干燥的氯化氢气氛中加热水氯镁石，利用HCl分压有效抑制水解，是目前最为成熟的工业化路径之一，可制得适于电解的颗粒状无水氯化镁。青海盐湖镁业采用的即是此技术路线。 熔融氯化脱水：将部分脱水的氯化镁（如二水合物）熔融后，直接通入氯气进行最终脱水，该法可获得纯度极高的无水熔体，美国铝业电解镁项目采用此路线。 其他技术路径：历史上还包括道屋（DOW）工艺的二次脱水法，以及利用有机溶剂（如乙二醇）形成络合物后再热解的脱水工艺等。   

2. 熔盐电解工序

 将制备好的无水氯化镁加入电解槽，在高温熔盐介质中通电进行电化学分解。 电解质体系：通常采用 MgCl₂-NaCl-KCl-CaCl₂ 等组成的多元氯盐体系。该体系能有效降低电解温度（至650～750℃）、提高熔体电导率、抑制MgCl₂挥发，并利用密度差使生成的液态镁（密度约1.58 g/cm³）上浮至电解质表面，便于汇集抽取。 

电化学反应： 阴极：Mg²⁺ + 2e⁻ → Mg（液态） 阳极：2Cl⁻ → Cl₂↑ + 2e⁻ 技术演进：电解槽技术已从早期的有隔板槽，发展到现代大电流（可达300kA以上）、低电耗的无隔板槽及多极槽。吨镁直流电耗已从早期的约35000 kWh显著降低至当前先进的约19000 kWh 水平。 

3. 产物处理与物料循环工序 

氯气回收与循环：阳极产生的氯气（Cl₂）经密闭系统收集、净化、压缩后，是极具价值的副产品。可全部用于生产聚氯乙烯（PVC）等耗氯产品，或制成盐酸后返回脱水工序，构成氯元素的闭路循环，这是提升工艺经济性与环保性的关键。 镁的精炼与铸造：电解得到的粗镁含有少量电解质和氧化夹杂，需经过熔剂精炼或真空蒸馏提纯，随后铸造成符合市场标准的原生镁锭、镁合金锭等产品。 

4. 辅助与公辅系统 

是保障全流程稳定运行的基础，虽不直接产出主产品，但不可或缺。 能源与介质供应：包括稳定的电力输配、惰性保护气体（如氩气）、冷却水系统等。 环保与安全处理：重点针对含氯尾气、废水及固体废渣的处理系统，确保达标排放与生产安全。 自动化控制：现代大型电解镁工厂高度依赖集散控制系统（DCS）对温度、电压、加料速率、氯气压力等关键参数进行精准监控与自动化调节。 

现代电解镁工艺是一项集成化、系统化的复杂工程。其发展趋势正朝着更低能耗、更大规模、更高自动化以及更彻底的资源循环方向迈进。对于拥有丰富盐湖镁资源的地区而言，突破脱水技术瓶颈并构建全流程的氯元素高效循环体系，是产业可持续发展的核心竞争力。 

（二）硅热法：高温真空环境下的固态还原 

硅热还原法（又称皮江法）炼镁，以煅烧白云石（CaO·MgO）为原料、75#硅铁为还原剂、萤石（CaF₂）为矿化剂，在1250℃高温、13.3 Pa以下真空环境中发生固态还原反应：2MgO + 2CaO + Si → 2Mg(g) + 2CaO·SiO₂；生成的镁蒸气经多级冷凝结晶为枝晶状粗镁，经精炼提纯去除杂质，有效提升产品内部品质与成分的均衡性，再通过浇铸工艺制成商品镁锭。

中国硅热法炼镁已形成横罐、竖罐两大主流装备体系：横罐还原炉采用水平耐热合金罐体，搭配滑轨装料车与叉车扒渣，实现“机械+人工”操作，设备投入较低；竖罐还原炉依托重力实现顶部装料、底部出渣，机械化程度更高，但固定投资显著增加。其中，陕西府谷独创“半焦与镁冶炼”耦合模式，通过回收半焦尾气作为镁还原燃料，构建起独具特色的资源综合利用型循环经济体系，成为区域产业标杆。   

二、能耗特征与碳排放分析 

（一）能耗水平：理论优势与现实能效的差异 

电解法炼镁，电力消耗突出，吨镁电耗约19000 kWh；实际生产中叠加无水氯化镁制备、电解质加热保温、氯气压缩回收等关联工序，当前工艺综合能耗不会少于5吨标准煤/吨镁。

硅热法炼镁，GB 21347-2023国家标准规定的能耗3级值≤5吨标准煤/吨镁。多数企业以半焦尾气、发生炉煤气、天然气为燃料，其中白云石煅烧工序能耗占比25%～30%。核心产区陕西府谷凭借半焦尾气替代燃煤工艺，已将吨镁综合能耗控制在4.0吨标准煤/吨镁（国标2级）左右，满负荷运行的标杆工厂能耗更是≤3.5吨标准煤/吨镁（国标1级）。两种罐型能效差异显著：横罐操作简便、罐径小、热量分布均匀、还原周期短，料镁比可控制在5.8以下；竖罐虽有自动化装料优势，但存在烟囱效应热损失、中心管更换频繁、高大炉体高温易变形、还原周期长等问题，综合能效优势尚未充分释放。 

（二）碳排放：绿电不等于绿镁的认知 

电解法炼镁碳排放强度与电力结构高度绑定：若采用火电为主的电网供电，按国内平均电网碳排放因子0.5703 kgCO₂/kWh计算，吨镁（火电）直接碳排放达7～12吨CO₂（基于核算边界不同，亦有19.72吨CO₂/吨镁的表述）；若配套可再生能源电力，理论上或可实现低碳排放（≤7吨CO₂/吨镁）。但“绿电≠绿镁”——即便使用清洁能源，仍需考量六水氯化镁脱水能耗与排放、氯气回收系统安全环保投入、电解槽耐火材料更换及固废处置等环境及投资和运营成本的影响。要实现真正的“绿镁”目标，是一项涉及能源结构、工艺革新、循环利用和精益运营的系统性工程。 

硅热法炼镁碳排放主要来自三方面：白云石分解直接排放（4～5吨CO₂/吨镁，占比约50%）、燃料（煤气+煤粉）燃烧排放（占比30%～40%）、电力间接排放（占比10%～14%）。府谷模式通过半焦尾气替代燃煤或燃油，吨镁二氧化碳减排量已达46.7%，若按产业链产品价值分配原则测算，区域吨镁碳排放强度已降至9.74吨CO₂，充分证明硅热法通过工艺耦合与能源替代，具备显著降碳潜力。   

三、经济性分析：成本构成多维解构 

（一）电解法的成本结构：前重后轻，隐性成本突出 

电解法炼镁成本呈“前重后轻”特征，前期资本支出高度集中于无水氯化镁制备系统（约占总投资50%左右）、大型电解槽组及氯气回收处理设施；以年产10万吨原镁规模测算，单位产能投资是硅热法的2～3倍。

运营成本中，电力成本占比高达50%～70%，即便在风光水电富集区按0.3元/kWh的低成本电价计算，吨镁电力成本仍达5000～7000元。更具隐蔽性的成本包括：六水氯化镁脱水的高能耗与设备腐蚀损耗、氯气“以产定销”模式下的储运安全投入（氯气属剧毒化学品，需全程零泄漏）、电解槽石墨阳极与耐火材料的周期性更换。据行业数据，若电解槽按3年使用寿命摊销，吨镁成本增加500～800元；氯气平衡系统环保投入，折合吨镁成本400～800元。 

（二）硅热法的成本优化空间：工艺简洁，府谷优势凸显 

硅热法炼镁的成本竞争力源于简洁工艺流程与灵活规模配置，横罐工艺吨镁投资仅8000～12000元，远低于电解法。原料成本中，白云石与硅铁合计占比40%～50%，燃料成本（煤气或半焦尾气）占比20%～30%。

府谷模式的成本优势尤为突出：依托“半焦与镁”耦合发展的县域循环经济产业链，硅铁自给率超80%，半焦尾气作为理论值“零成本/低成本”再生能源，可将吨镁燃料成本压缩至500～1000元，项目投资回收期可控制在4～6年，为区域产业降本增效提供了可复制的实践经验。  

 四、产品质量与工艺可控性

（一）纯度控制的差异化挑战

 电解法原镁纯度对标国家标准  《原生镁锭》（GB/T 3499-2023）可达Mg99.80，杂质以钠、钾、钙等碱金属及微量氯离子为主；Mg99.95系列（A/B/C级）产出率极低，Mg99.98及以上高纯镁制备需额外投入高成本，且面临突出杂质控制难题——电解质中铁、镍等金属杂质易在阴极共沉积，导致原镁铁含量偏高；氯离子残留还会影响后续镁合金耐腐蚀性能。

 硅热还原法原生镁锭纯度普遍达Mg99.90，Mg99.95C、Mg99.95B产出率超40%，投入可控成本即可生产Mg99.95A、Mg99.98等原生镁，杂质主要为硅、铁、铝及微量钙。横罐工艺因还原周期短、温度均衡不易控，批次质量稳定性略逊于竖罐；竖罐工艺通过快速装料、出渣提升质量一致性，但罐径大、热传导差、还原周期长、罐壁清渣难、中心管易堵塞、高温炉体易变形等问题，制约其大规模推广。值得一提的是，硅热法原镁中的硅元素可直接作为合金化元素，在特定镁合金应用场景中形成独特优势。 

（二）工艺稳定性与规模化瓶颈 

电解法炼镁具备连续性生产优势，适配规模化运营，但对原料纯度与设备可靠性要求严苛——无水氯化镁水分含量＞0.5%即可能引发电解槽“滚镁”事故，造成生产中断与设备损坏；氯气回收系统一旦泄漏，将触发环保安全事故，需额外设计系统冗余，进一步提升技术复杂度与投资成本。

 硅热法炼镁为间歇式生产，单罐产量有限（Φ380mm横罐30～40kg/罐，料镁比6.3～6.5；Φ630mm竖罐80～120kg/罐，料镁比6.5～6.8），但可通过增加还原罐数量实现产能柔性扩张。其工艺容错性更高，原料波动对生产稳定性的影响远小于电解法，更适配镁行业企业梯度发展。   

五、绿色低碳转型路径展望 

（一）电解法的突围方向：三大突破破解发展桎梏 

电解法炼镁低碳化需聚焦三大核心突破：一是清洁能源规模化应用，青海、云南等可再生能源富集区具备优先布局条件；二是脱水技术革新，喷雾干燥-氨络合法、氯化氢气氛流态化脱水等新工艺，有望降低脱水能耗30%以上；三是氯气资源化闭环，通过与PVC、环氧氯丙烷等耗氯产业深度耦合，实现氯元素循环利用，消解氯气储运的安全环保压力。 

（二）硅热法的升级迭代：府谷经验引领多元升级 

硅热法炼镁绿色转型呈现多元化技术路线，且府谷实践已走在行业前列：以府谷“半焦与镁”耦合发展模式为代表，通过再生能源替代外购火电实现碳排放下降；蓄热式高温空气燃烧技术（HTAC）可使还原炉能耗降低30%；余热回收预热白云石煅烧技术，理论节能超50%、减排超20%；同时，横罐与竖罐工艺的余热回收、自动化升级，以及还原渣综合利用技术突破，将进一步提升资源利用效率与环境绩效。   

电解法与硅热法炼镁并非“非此即彼”的替代关系，而是适配不同资源禀赋、能源结构与政策环境的差异化选择。电解法的理论能耗优势，受制于原料制备与氯气处理的现实约束，规模化推广需以廉价清洁能源、成熟氯气消纳体系为前提；硅热法虽曾被视为化石能源驱动的“高碳锁定”工艺，但通过能源替代、工艺优化与产业链耦合（尤其是府谷模式），已展现出强劲的降碳潜力与成本韧性。

 对于产业决策者，技术路线选择需摒弃“唯电解法论”“唯硅热法论”的二元对立，建立全生命周期评估（LCA）视角，综合考量用能效率、资源综合利用、三废处置、碳排放强度及生产经营经济性等多维指标。在碳市场全面扩容、碳边境调节机制（CBAM）落地实施的背景下，无论选择何种工艺，构建“清洁能源+能效提升+循环利用”的综合节能减碳体系，是中国镁产业实现绿色低碳高质量发展、巩固战略金属掌控力的根本之道。