有色金屬冶金技術(shù)路線圖分析

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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(lái)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(wèn)題及建議在銅資源方面，未來(lái)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(wèn)題包括資源稟賦欠佳、定價(jià)話語(yǔ)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(guò)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(wèn)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(yǔ)權(quán)。我國(guó)銻資源的主要問(wèn)題在于過(guò)量和非法開采造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染問(wèn)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(guò)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(lái)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(guò)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(méi)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—β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(yáng)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(méi)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(wèn)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(wèn)題較多，需要開發(fā)新的工藝來(lái)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(guò)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(lái)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(yǔ)

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(lái)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。

作者：阮建國(guó) 王志剛 單位：中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司