有色重金属短流程节能冶金技术路线图研究.pdf

第 3 4 卷 第 3期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 3焦 6 月 有色重金属短流程节能冶金技术路线图研究 阮建国， 王志刚 中国瑞林工程技术有限公司， 江西南昌 3 3 0 0 3 1 [ 摘要 ] 结合我 国有 色重金属冶金产业政策、 资源情况、 市场情况、 技术发展现状 以及典型企业的技术 需求． 在 广泛征集相关企业重点研发项 目的基础上， 完成 了“ 有 色重金属短流程节能冶金产业技 术创新战略联 盟” 技术路线图的研 究， 以资 实施相关创新项 目参考。 [ 关键词 ] 有色重金属 ； 短流程 ； 产业技术路线图 中图分类号 T F 8 0 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 4 3 4 5 2 0 1 3 0 3 0 0 1 4 0 4 Te c h n o l o g y Ro a d ma p o f No n f e r r o u s He a v y M e t a l s M e tal l u r g y、 t h S h o r t e n e d P r o c e s s RU AN J i a n g u o ． WANG Z h i - g a n g C h i n a N E R I N E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． ， N a n c h a n g ， J i a n g x i 3 3 0 0 3 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o p o l i c y ，r e s o u r c e ， ma r k e t ，t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t a n d r e q u i r e me n t ，a f t e r c o l l e c t i n g i mp o r t a n t r e s e a r c h p r o j e c t s o f r e l a t e d e n t e r p r i s e s ， t h e r e s e a r c h o f t e c h n o l o gy r o a d ma p f o r a l l i a n c e I n d u s t r i a l T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n S t r a t e gy A l l i a n c e o f N o n f e r r o u s H e a v y Me t al s Me t a l l u r gy w i t h S h o rt e n e d P r o c e s s w a s fi n i s h e d ， w h i c h c a n p r o v i d e r e f e r e n c e f o r p r o j e c t i m p l e me n t a t i o n ． Ke y wo r n o n f e r r o u s h e a v y me t als ； s h o rt e n e d p r o c e s s ； i n d u s t r y t e c h n o l o g y roa d ma p 0 引言 有色重金属冶金产业是关乎国民经济发展 的基 础性产业， 也是典型的高能耗产业， 节能降耗的任务 很重。 “ 有色重金属短流程节能冶金产业技术创新战 略联盟” ， 旨在整合技术与资源优势， 形成“ 产一学一 研一用” 技术创新模式 ， 开发具有我国自主知识产权 并居国际先进的有色重金属短流程节能冶金新技术 及新装备。在充分考虑产业政策、 资源情况、 市场情 况及技术发展现状的前提下 ， 本文提 出的“ 有色重金 属短流程节能冶金技术创新路线 图” ， 可供实施相关 创新项 目参考。 1 产业政策 1 ． 1 有色金属工业“ 十二五” 发展规划 有色金属工业“ 十二五” 发展规划 从有色金属 工业发展 现状 、 发展环境 、 指导思想及主要 目标 、 主 要任务、 重大专项及保障措施等方面进行了阐述 ， 是 推动“ 十二五” 期间我 国有色金属工业健康发展 的指 导性文件 ， 也是有色重金属冶金产业的指导性文件。 产量目 标 1 0 种有色金属产量控制在 4 6 0 0 万吨 左右， 其中精炼铜、 铅、 锌产量分别控制在 6 5 0 万吨、 5 5 0万吨和 7 2 0万吨。 节能减排 按期淘汰落后冶炼生产能力， 单位产 品能耗进一步降低 ， 铜、 铅、 电解锌冶炼综合能耗分 别降到 3 0 0 千克标煤／ 吨、 3 2 0千克标煤／ 吨、 9 0 0 千克 标煤／ 吨及 以下。 技术创新 重点大中型企业 建立完善 的技术创 新体系 ， 研发投入占主营业务收入达到 1 ． 5 ％。 结构调整 产业布局及 组织结构得到优化，2 0 1 5 ， 前 1 0 家企业的冶炼产量占全国的比例为铜 9 0 ％、 铅 6 0 ％、 锌 6 0 ％。 环境治理和资源保障 重金属污染得到有效防控， 资源综合利用水平明显提高， 2 0 1 5 年重点区域重金 属污染物排放量比 2 0 0 7年减少 1 5 ％。 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 0 8 基金项 目 国家高技术发展研究计划课题 2 0 1 3 A A 0 6 4 0 0 1 ； 江西省软科学研究项目 2 0 1 1 2 B A A 1 0 0 0 1 1 3 o 作者简介 阮建1 I 1 9 6 3 -- ， 男， 教授级高级工程师， 从事有色重金属冶金及热能工程研究。 第 3期 有色重金属短流程节能冶金技术路线图研究 ．1 5． 在淘汰落后产能方面 ， 铜冶炼需要淘汰鼓风炉 、 电炉、 反射炉炼铜工艺及设备 ； 铅冶炼需要淘汰采用 烧结锅、烧结盘、简易高炉等落后的炼铅工艺及设 备 ， 未配套制酸及尾气吸收系统的烧结机炼铅工艺 、 烧结鼓风炉炼铅T艺 ； 锌冶炼需要淘汰采用马弗炉 、 马槽炉、 槽罐、 小竖罐等进行焙烧， 采用简易冷凝设 施进行收尘等落后的炼锌或生产氧化锌工艺设备； 锑冶炼需要淘汰采用地坑炉、 坩埚炉、 郝氏炉等落后 方式炼锑。 1 ． 2 行业准入条件 行业准人条件从生产规模 、 丁艺装备 、 能源消耗 、 资源综合利用、 环境保护等多个方面对冶炼行业提 出了要求 ， 需要严格遵守 ， 现有的主要有色重金属行 业准人条件如表 1 。 表 1有色重金属冶炼行 业准入条件 序 号 1 2 3 4 5 行业 依据文件 铜冶炼 国家发改委 2 0 0 6年第 4 0号公告 铅锌冶炼 国家发改委 2 0 0 7年第 1 3号公告 镍冶炼镍冶炼企业单位产品能源消耗 限额 G B 2 1 2 5 1 2 0 0 7 锡冶炼 国家发改委 2 0 0 6年第 9 4号公告 锑冶炼 国家发改委 2 0 0 6年第 9 4号公告 2 资源情况 总量很大， 但人均占 有资源量却很低； 二是贫矿较多， 富矿少 ， 开发利用难度大 ； 三是共生伴生矿床 多 ， 单 一 矿床少 ； 四是分布范围广 ， 区域不均衡。 2 ． 1 主要有色重金属的生产及消费 表 2为 2 0 0 5年 以来主要有色重金属 的生产及 消费情况。 可以看出， 主要有色重金属的产量和消费 量基本逐年增加， 其中铜、 锌、 镍的消费量大于产量， 对进 口产品的依赖程度很大。 2 ． 2 主要有色金属资源问题及建议 在铜资源方面， 未来中国的铜冶炼产能仍将保持 快速扩张趋势， 对进 口原料依赖程度将继续加大 ， 在 加大国内找矿力度及国际合作项目的同时， 各企业应 更加重视废铜资源的回收再利用工作 ， 走绿色经济发 展 的道路[ I - 2 ] 。 铅锌资源的主要 问题包括资源禀赋欠佳 、 定价 话语权缺乏、 冶炼原料供应不足， 应进一步加大找矿 力度， 淘汰落后产能和生产工艺， 促进企业重组， 防 止产能过分扩张， 保护国内铅锌资源。 与此同时， 不断 开发新技术 ， 加快再生铅锌产业 的发展 。 我国镍资源非常缺乏 ， 对 国外原料 的依赖程度 非常高 ， 镍原料价格的波动或供给发生短缺时 ， 经常 会对产业造成严重冲击， 因此， 确保镍原料长期而稳 我国有色金属矿产资源特点一是有色矿产资源 定供应是镍产业发展的重要课题_引 。 表 2 2 0 0 5年以来我国主要有色重金属产量及消费量 万吨 我 国锡 资源 的主要 问题在于缺 口逐渐拉大 、 冶 炼技术水平较低 、 存在私挖滥采现象 ， 建议加强政府 层面的监管 ， 保护锡资源 ； 不断开发锡冶炼新技术 ， 增加产品的附加值； 促进企业之间的兼并重组， 形成 大型的生产公司或企业集团， 增加市场的竞争力和 话语权。 我国锑资源的主要问题在于过量和非法开采造 成资源浪费 、 环境污染问题严重 、 流通和出 口秩序混 乱， 走私严重。 建议加强地质勘查工作， 鼓励商业性勘 查 ； 继续实行保护性开采 ， 规范生产经营秩序 ； 依靠 科技进步， 调整和优化产品结构； 加大企业整合力度， 提高集中度； 规范出口渠道， 整顿出口秩序[6 1。 3 技术发展现状 我国有色重金属冶金产业经过多年 的发展 ， 工 艺和装备水平得到显著提高， 表 3 为 2 0 0 5 年以来主 要有色重金属的冶炼综合能耗。 表 3 主要有色熏金属冶炼综合能耗 k g c e ／ t ． 1 6． 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 4卷 从表中可以看出， 铜、 锌、 锡冶炼综合能耗逐年 下降 ， 铅冶炼能耗 2 0 0 7年指标略高于 2 0 0 6年指标 ， 但总体呈下降趋势， 镍和锑冶炼能耗虽然整体呈下 降的趋势， 但下降幅度不大。 3 ． 1 铜冶炼 铜主要采用火法的方法冶炼， 包括闪速熔炼和熔 池熔炼。闪速熔炼可分为奥托昆普闪速炉和因科闪 速炉。熔池熔炼按包括诺兰达法、 奥斯麦特／ 艾萨法 、 白银法 、 水 口山炼铜法、 瓦纽柯夫熔炼法、 特尼恩特 熔炼法 、 三菱熔炼法 、 卡尔多炉熔炼法 、 旋涡顶吹熔 炼法等 。 闪速熔炼的主要优势在于产能大、 节能环保 效果好、 自动化控制水平高、 炉体寿命长， 而熔池熔 炼的优势在于对产能限制小及对原料要求较低。 3 ． 2 铅冶炼 铅几乎全部采用火法方式生产 。目前 的熔炼工 艺包括烧结焙烧一鼓风炉还原、 氧气底吹熔炼一鼓 风炉还原 s K s 法1 、 奥斯麦特， 艾萨法、 卡尔多法、 Q S L 法 、 基夫赛特法等 。 烧结焙烧一鼓风炉还原是传统的炼铅方法 ， 优 点在于工艺稳定 ， 技术成熟 ， 对原料适应性强 ， 但烟 气 S O 浓度低、 难于制酸， 热量利用率低， 劳动条件 差。Q S L 法改善了卫生条件， 简化了操作， 但其烟尘 率和渣含铅较高。 S K S 法主要优点在于工艺简单 ， 缺 点在 于氧枪和炉寿周期短 、 规模受 限、 流程长 、 炉体 难以密闭存在低空污染。 奥斯麦特／ 艾萨法主要优点 是设备简单 、 投资相对较低 、 原料适应性强 ， 缺点是 氧化和还原需在不同的炉子内完成， 且氧枪寿命短， 需要定期更换。 K a l d o 法使熔炼、 还原和精炼在同一 炉 内完成 ， 炉体结构紧凑 ， 环保效果好 ， 但该法的阶 段性作业 ， 不利于 S O 的回收利用 。K i v c e t 法的优 点是工艺过程连续稳定、设备寿命长、原料适应性 强、 环保效果好 ， 缺点是电热还原区相对静止 ， 影响 传质传热速度、 电耗较高， 且炉型相对复杂， 一次投 资较高。 3 ． 3 锌冶炼 锌的冶炼方法主要为湿法 ， 包括浸出、 净化和电 积三个工序。 1 1 浸出。浸 出方式包括氧压浸 出和富氧常压浸 出， 二者都可以直接处理硫化锌精矿， 不需要焙烧脱 硫制酸T序， 没有大气污染。 只是氧压浸出在硫的熔 点以上进行 ， 压力较高， 反应速度快， 但对反应器制 作要求高， 控制难度大。 而常压富氧浸出反应器在常 压下工作， 温度相对低， 设备安全可靠性上有很大优 点， 但同时由于反应速度慢， 同样处理量下设备要庞 大的多罔 。 2 净化。 净化方法主要有锌粉锑盐法， 锌粉一 黄 药法、 锌粉砷盐法、 锌粉一B萘酚法等。 流程一般有 一 段、 二段、 三段和 四段之分 ， 视溶液杂质含量而定。 作业方式有间断作业和连续作业。 连续作业的优点 是生产率高， 易于实现自 动化， 但操作控制要求较高。 3 1 电积。目前电积仍以传统工艺为主， 新的电积 工艺包括联合电解法和气体扩散阳极电积法， 但并未 得到大规模应用。 3 ． 4 镍冶炼 镍主要采用火法 的方式生产， 可分为鼓风炉、 矿 热电炉、 反射炉、 闪速炉、 转炉及奥斯麦特炉。 鼓风炉熔炼是最早 的炼镍方法之一 ， 现 已逐步 淘汰[ 9 ] 。 矿热电炉的优点在于可以有效控制温度 、 烟 气量小、 金属回收率高， 但电耗大 ， 生产成本往往较 高。 反射炉结构简单、 对原料和燃料的适应性较强、 生产中耗水少、 作业率高、 适合大规模生产， 缺点是 燃料 消耗量大、 热效率低 、 烟气中 S O 浓度低 、 占地 面积大、 消耗大量耐火材料等。 闪速炉的优点在于生 产能力大 、 烟气量相对小 、 可减少环境污染 、 综合能 耗低、 容易实现 自动化 ， 但相对烟尘率较大， 物料准 备要求较高。 转炉具有热效率高、 炉体体积小 ， 拆卸 容易， 更换方便等优点， 但具有间歇作业 ， 操作频繁， 烟气量和烟气成分呈周期变化等缺点。奥斯麦特炉 则采用浸没喷枪技术 ， 烟气量小， 投资较低 ， 炉体密 闭具有环保优势 ， 缺点是喷枪需要经常更换 ， 单 台设 备的生产能力有限。 3 ． 5 锡冶炼 锡主要采用火法的方法生产 ， 包括反射炉、 电炉 及奥斯麦特炉。 反射炉熔炼是传统的炼锡方法， 对原料、 燃料的 适应性强， 操作简便， 但其生产效率低、 热效率低、 燃 料消耗大、 劳动强度大， 有被强化熔炼方法取代的趋 势。 电炉熔炼具有炉床能力高、 直收率高、 热效率高、 渣含锡低等优点， 但需要电能丰富的地区采用。 奥斯 麦特技术是 目前世界上最先进的锡强化熔炼技术， 具有熔炼效率高、 物料适应性强、 热利用率高、 环保 效果好、 自动化程度高、 占地面积小、 投资等优势， 是 取代反射炉等传统炼锡设备较理想的技术设备。 3 ． 6 锑冶炼 锑主要采用火法的方法生产 ， 可分为单一硫化矿 、 氧化矿 的处理和复杂锑铅矿的处理。