【工業(yè)研究論文】有色金屬冶金技術(shù)路線圖分析環(huán)境治理和資源保障：重金屬污染得到有效防控，資源綜合利用水平明顯提高，2015年重點(diǎn)區(qū)域重金屬污染物排放量比2007年減少15%。在淘汰落后產(chǎn)能方面，銅冶煉需要淘汰鼓風(fēng)爐、電爐、反射爐煉銅工藝及設(shè)備；鉛冶煉需要淘汰采用燒結(jié)鍋、燒結(jié)盤、簡(jiǎn)易高爐等落后的煉鉛工藝及設(shè)備，未配套制酸及尾氣吸收系統(tǒng)的燒結(jié)機(jī)煉鉛工藝、燒結(jié)鼓風(fēng)爐煉鉛工藝；鋅冶煉需要淘汰采用馬弗爐、馬槽爐、槽罐、小豎罐等進(jìn)行焙燒，采用簡(jiǎn)易冷凝設(shè)施進(jìn)行收塵等落后的煉鋅或生產(chǎn)氧化鋅工藝設(shè)備;銻冶煉需要淘汰采用地坑爐、坩堝爐、郝氏爐等落后方式煉銻。1行業(yè)準(zhǔn)入條件行業(yè)準(zhǔn)入條件從生產(chǎn)規(guī)模、工藝裝備、能源消耗、資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)等多個(gè)方面對(duì)冶煉行業(yè)提出了要求，需要嚴(yán)格遵守，現(xiàn)有的主要有色重金屬行業(yè)準(zhǔn)入條件。2資源情況我國(guó)有色金屬礦產(chǎn)資源特點(diǎn)一是有色礦產(chǎn)資源總量很大，但人均占有資源量卻很低；二是貧礦較多，富礦少，開發(fā)利用難度大；三是共生伴生礦床多，單一礦床少；四是分布范圍廣，區(qū)域不均衡。2.1主要有色重金屬的生產(chǎn)及消費(fèi)表2為2005年以來主要有色重金屬的生產(chǎn)及消費(fèi)情況。可以看出，主要有色重金屬的產(chǎn)量和消費(fèi)量基本逐年增加，其中銅、鋅、鎳的消費(fèi)量大于產(chǎn)量，對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴程度很大。2.2主要有色金屬資源問題及建議在銅資源方面，未來中國(guó)的銅冶煉產(chǎn)能仍將保持快速擴(kuò)張趨勢(shì)，對(duì)進(jìn)口原料依賴程度將繼續(xù)加大，在加大國(guó)內(nèi)找礦力度及國(guó)際合作項(xiàng)目的同時(shí)，各企業(yè)應(yīng)更加重視廢銅資源的回收再利用工作，走綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的道路1-2。鉛鋅資源的主要問題包括資源稟賦欠佳、定價(jià)話語權(quán)缺乏、冶煉原料供應(yīng)不足，應(yīng)進(jìn)一步加大找礦力度，淘汰落后產(chǎn)能和生產(chǎn)工藝，促進(jìn)企業(yè)重組，防止產(chǎn)能過分?jǐn)U張，保護(hù)國(guó)內(nèi)鉛鋅資源。與此同時(shí)，不斷開發(fā)新技術(shù)，加快再生鉛鋅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展3-4。我國(guó)鎳資源非常缺乏，對(duì)國(guó)外原料的依賴程度非常高，鎳原料價(jià)格的波動(dòng)或供給發(fā)生短缺時(shí)，經(jīng)常會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重沖擊，因此，確保鎳原料長(zhǎng)期而穩(wěn)定供應(yīng)是鎳產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要課題5。國(guó)錫資源的主要問題在于缺口逐漸拉大、冶煉技術(shù)水平較低、存在私挖濫采現(xiàn)象，建議加強(qiáng)政府層面的監(jiān)管，保護(hù)錫資源；不斷開發(fā)錫冶煉新技術(shù)，增加產(chǎn)品的附加值；促進(jìn)企業(yè)之間的兼并重組，形成大型的生產(chǎn)公司或企業(yè)集團(tuán)，增加市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力和話語權(quán)。我國(guó)銻資源的主要問題在于過量和非法開采造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染問題嚴(yán)重、流通和出口秩序混亂，走私嚴(yán)重。建議加強(qiáng)地質(zhì)勘查工作，鼓勵(lì)商業(yè)性勘查；繼續(xù)實(shí)行保護(hù)性開采，規(guī)范生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)秩序；依靠科技進(jìn)步，調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；加大企業(yè)整合力度，提高集中度；規(guī)范出口渠道，整頓出口秩序6。3技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)有色重金屬冶金產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，工藝和裝備水平得到顯著提高，表3為2005年以來主要有色重金屬的冶煉綜合能耗。從表中可以看出，銅、鋅、錫冶煉綜合能耗逐年下降，鉛冶煉能耗2007年指標(biāo)略高于2006年指標(biāo)，但總體呈下降趨勢(shì)，鎳和銻冶煉能耗雖然整體呈下降的趨勢(shì)，但下降幅度不大。3.1銅冶煉銅主要采用火法的方法冶煉，包括閃速熔煉和熔池熔煉。閃速熔煉可分為奧托昆普閃速爐和因科閃速爐。熔池熔煉按包括諾蘭達(dá)法、奧斯麥特/艾薩法、白銀法、水口山煉銅法、瓦紐柯夫熔煉法、特尼恩特熔煉法、三菱熔煉法、卡爾多爐熔煉法、旋渦頂吹熔煉法等。閃速熔煉的主要優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)能大、節(jié)能環(huán)保效果好、自動(dòng)化控制水平高、爐體壽命長(zhǎng)，而熔池熔煉的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)產(chǎn)能限制小及對(duì)原料要求較低。3.2鉛冶煉鉛幾乎全部采用火法方式生產(chǎn)。目前的熔煉工藝包括燒結(jié)焙燒鼓風(fēng)爐還原、氧氣底吹熔煉鼓風(fēng)爐還原(SKS法)、奧斯麥特/艾薩法、卡爾多法、QSL法、基夫賽特法等。燒結(jié)焙燒鼓風(fēng)爐還原是傳統(tǒng)的煉鉛方法，優(yōu)點(diǎn)在于工藝穩(wěn)定，技術(shù)成熟，對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)，但煙氣SO2濃度低、難于制酸，熱量利用率低，勞動(dòng)條件差。QSL法改善了衛(wèi)生條件，簡(jiǎn)化了操作，但其煙塵率和渣含鉛較高。SKS法主要優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)在于氧槍和爐壽周期短、規(guī)模受限、流程長(zhǎng)、爐體難以密閉存在低空污染。奧斯麥特/艾薩法主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、投資相對(duì)較低、原料適應(yīng)性強(qiáng)，缺點(diǎn)是氧化和還原需在不同的爐子內(nèi)完成，且氧槍壽命短，需要定期更換。Kaldo法使熔煉、還原和精煉在同一爐內(nèi)完成，爐體結(jié)構(gòu)緊湊，環(huán)保效果好，但該法的階段性作業(yè)，不利于SO2的回收利用7。Kivcet法的優(yōu)點(diǎn)是工藝過程連續(xù)穩(wěn)定、設(shè)備壽命長(zhǎng)、原料適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)保效果好，缺點(diǎn)是電熱還原區(qū)相對(duì)靜止，影響傳質(zhì)傳熱速度、電耗較高，且爐型相對(duì)復(fù)雜，一次投資較高。3.3鋅冶煉鋅的冶煉方法主要為濕法，包括浸出、凈化和電積三個(gè)工序。1)浸出。浸出方式包括氧壓浸出和富氧常壓浸出，二者都可以直接處理硫化鋅精礦，不需要焙燒脫硫制酸工序，沒有大氣污染。只是氧壓浸出在硫的熔點(diǎn)以上進(jìn)行，壓力較高，反應(yīng)速度快，但對(duì)反應(yīng)器制作要求高，控制難度大。而常壓富氧浸出反應(yīng)器在常壓下工作，溫度相對(duì)低，設(shè)備安全可靠性上有很大優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)由于反應(yīng)速度慢，同樣處理量下設(shè)備要龐大的多8。2)凈化。凈化方法主要有鋅粉銻鹽法，鋅粉-黃藥法、鋅粉砷鹽法、鋅粉萘酚法等。流程一般有一段、二段、三段和四段之分，視溶液雜質(zhì)含量而定。作業(yè)方式有間斷作業(yè)和連續(xù)作業(yè)。連續(xù)作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但操作控制要求較高。3)電積。目前電積仍以傳統(tǒng)工藝為主，新的電積工藝包括聯(lián)合電解法和氣體擴(kuò)散陽極電積法，但并未得到大規(guī)模應(yīng)用。3.4鎳冶煉鎳主要采用火法的方式生產(chǎn)，可分為鼓風(fēng)爐、礦熱電爐、反射爐、閃速爐、轉(zhuǎn)爐及奧斯麥特爐。鼓風(fēng)爐熔煉是最早的煉鎳方法之一，現(xiàn)已逐步淘汰9。礦熱電爐的優(yōu)點(diǎn)在于可以有效控制溫度、煙氣量小、金屬回收率高，但電耗大，生產(chǎn)成本往往較高。反射爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)原料和燃料的適應(yīng)性較強(qiáng)、生產(chǎn)中耗水少、作業(yè)率高、適合大規(guī)模生產(chǎn)，缺點(diǎn)是燃料消耗量大、熱效率低、煙氣中SO2濃度低、占地面積大、消耗大量耐火材料等。閃速爐的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)能力大、煙氣量相對(duì)小、可減少環(huán)境污染、綜合能耗低、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但相對(duì)煙塵率較大，物料準(zhǔn)備要求較高。轉(zhuǎn)爐具有熱效率高、爐體體積小，拆卸容易，更換方便等優(yōu)點(diǎn)，但具有間歇作業(yè)，操作頻繁，煙氣量和煙氣成分呈周期變化等缺點(diǎn)。奧斯麥特爐則采用浸沒噴槍技術(shù)，煙氣量小，投資較低，爐體密閉具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)是噴槍需要經(jīng)常更換，單臺(tái)設(shè)備的生產(chǎn)能力有限。3.5錫冶煉錫主要采用火法的方法生產(chǎn)，包括反射爐、電爐及奧斯麥特爐。反射爐熔煉是傳統(tǒng)的煉錫方法，對(duì)原料、燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)便，但其生產(chǎn)效率低、熱效率低、燃料消耗大、勞動(dòng)強(qiáng)度大，有被強(qiáng)化熔煉方法取代的趨勢(shì)。電爐熔煉具有爐床能力高、直收率高、熱效率高、渣含錫低等優(yōu)點(diǎn)，但需要電能豐富的地區(qū)采用。奧斯麥特技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的錫強(qiáng)化熔煉技術(shù)，具有熔煉效率高、物料適應(yīng)性強(qiáng)、熱利用率高、環(huán)保效果好、自動(dòng)化程度高、占地面積小、投資等優(yōu)勢(shì)，是取代反射爐等傳統(tǒng)煉錫設(shè)備較理想的技術(shù)設(shè)備。3.6銻冶煉銻主要采用火法的方法生產(chǎn)，可分為單一硫化礦、氧化礦的處理和復(fù)雜銻鉛礦的處理。1)單一硫化礦、氧化礦的處理。主要的處理方法包括揮發(fā)焙燒(熔煉)還原熔煉。還原熔煉主要在反射爐內(nèi)進(jìn)行，揮發(fā)焙燒設(shè)備包括回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐、燒結(jié)機(jī)、轉(zhuǎn)窯、鼓風(fēng)爐、旋渦爐等。目前揮發(fā)設(shè)備主要采用的是鼓風(fēng)爐，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)、可處理硫化礦和氧化礦、揮發(fā)率高、回收率高、銻氧品位高、生產(chǎn)能力大、勞動(dòng)條件好、SO2可以制酸、污染小。2)復(fù)雜銻鉛礦的處理。目前應(yīng)用于生產(chǎn)的冶煉工藝為火法沸騰爐焙燒脫硫反射爐還原熔煉兩次吹煉再還原熔煉10。存在的主要問題包括返料多、流程長(zhǎng)、銻鉛分離困難。由于生產(chǎn)流程返料多，銻鉛的回收率很低，導(dǎo)致加工費(fèi)高，企業(yè)僅有薄利。低濃度SO2和氧化砷煙氣直接排放污染環(huán)境。綜合回收差，銀的回收率僅60%。傳統(tǒng)工藝問題較多，需要開發(fā)新的工藝來替代。4產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖及重點(diǎn)研究方向4.1技術(shù)路線圖內(nèi)容包括工藝研究、核心裝備研究及工程示范應(yīng)用。研究成果首先應(yīng)用于聯(lián)盟內(nèi)部成員單位，并積極向外推廣，從而形成對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)和輻射效果，促進(jìn)技術(shù)的不斷進(jìn)步。4.2重點(diǎn)研究方向通過對(duì)行業(yè)內(nèi)典型企業(yè)、高校和科研院所的調(diào)研，在未來幾年重有色行業(yè)重點(diǎn)技術(shù)需求、研究開發(fā)方向。5結(jié)語本技術(shù)路線圖的結(jié)合了產(chǎn)業(yè)政策、資源情況、市場(chǎng)情況、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及典型企業(yè)的技術(shù)需求，提出了未來幾年的技術(shù)需求和重點(diǎn)研發(fā)方向，可供實(shí)施相關(guān)創(chuàng)新項(xiàng)目參考。