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中國有色冶金走上“無碳”之路

日期
2018/10/09
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  近來,山東省東營市迎來了一撥又一撥貴客。這些分別來自山西、云南、湖南、遼寧等地的考察團,身份和目的出奇一致:都是來自知名有色冶金企業(yè)的領(lǐng)導,吸引他們前來的,同為東營市一家民營企業(yè)的煉銅新工藝。

  “還提‘低碳’?落伍了!現(xiàn)在在有色冶金領(lǐng)域,連‘無碳’工藝都產(chǎn)業(yè)化了,還是咱中國的完全自主知識產(chǎn)權(quán)。”這是考察團在東營市聽到更多、也更能勾起話題的一句話。

  啥是“低碳”,啥是“無碳”?“無碳”又是在哪,如何實現(xiàn)的?

  “碳”,指溫室氣體二氧化碳。“低碳”,指減排、少排二氧化碳。時下,尤其哥本哈根氣候會議之后,“低碳”已成熱詞,“凡事必稱低碳”。甚至,部分發(fā)達地區(qū)還擬征“碳關(guān)稅”——對生產(chǎn)過程排碳較多的進口產(chǎn)品,課以重稅。無論如何,低碳是時代要求,大勢所趨,這就要求引進或革新技術(shù),減少排碳。

  “無碳”是如何實現(xiàn)的?

  “無碳”,是指二氧化碳排放量幾乎為零。這可能嗎?尤其還是在需要大量使用煤炭、工藝技術(shù)水平普遍落后于世界發(fā)達地區(qū)的中國有色冶金行業(yè)?

  2009年初,黃河三角洲濱海城市山東東營,一家民營企業(yè)——主業(yè)煉銅、順帶煉金、銀、鉑、鈀、硒等稀貴金屬的山東方圓有色金屬集團公司傳出好消息:通過采用新工藝并不斷革新,公司一期工程投產(chǎn)兩個月后,煉銅“配煤率”降到了零,從而實現(xiàn)了“無碳”。

  所謂“配煤率”,是指煉銅時,礦粉里摻上一定比例的煤炭(或其他燃料)助燃,以利于礦粉充分燃燒、融化、出銅,否則溫度上不去,達不到熱平衡,煉不出銅。目前,我國有色冶金系統(tǒng)常用的熔煉爐配煤率為5%-7%,即100噸礦粉進去,需配上5-7噸煤。即便先進的日本三菱法、加拿大諾蘭達法等煉銅工藝,配煤率也要4.8%或3.4%。

  煤一燃燒,自然排碳。要減少排碳,于有色冶金領(lǐng)域,首要是降低配煤率。“一開始,我們也沒想到。”方圓公司董事長崔志祥介紹,起初,原中國有色工程設(shè)計院副院長、中國恩菲工程技術(shù)有限公司高級顧問、中國工程設(shè)計大師蔣繼穆為方圓公司推介的新型冶煉工藝,初始配煤率為2.64%。“試運行和生產(chǎn)過程中,為讓熱損失更小,我們對爐內(nèi)結(jié)構(gòu)、渣口、煙道、加料、氧槍等進行嚴格細致的設(shè)計計算和實驗論證,反復(fù)研究改造的過程中發(fā)現(xiàn)——不斷減少用煤,也能完成熔煉。”方圓公司申殿邦說,當加料量為30噸/時,爐內(nèi)可達到熱平衡,實現(xiàn)完全自熱熔煉,不用配煤。投產(chǎn)兩個月后的2009年2月,這一重大科技突破,結(jié)束了熔池熔煉技術(shù)需要配煤的歷史。

  不配煤,爐溫也能達到銅的熔點,不耽誤冶煉,方圓公司的熔煉爐到底有何不同?

  原來,方圓公司用的是“氧氣底吹”爐。銅礦粉里,還含有鐵、硫,為了使鐵、硫燃燒提供爐溫,需要大量供給氧氣。所謂“底吹”,是指供氧的氧槍位于爐底,氧氣朝上冒。相對而言,目前國內(nèi)的煉銅工藝,大都采用“氧氣頂吹”或“氧氣側(cè)吹”。礦粉從爐頂入料口進入,由重力作用而下——“底吹”的好處,是能讓氧氣與礦粉充分接觸,利于爐內(nèi)氧氣、銅液、礦粉之間強對流傳熱,充分燃燒、反應(yīng),實現(xiàn)自熱熔煉。而“頂吹”、“側(cè)吹”時,氧氣僅能接觸氧槍周圍的礦粉,不利于礦粉充分反應(yīng)。

  “氧氣底吹”的冶煉方式,早于2001年用于產(chǎn)業(yè)化煉鉛。用于產(chǎn)業(yè)化煉銅,2008年投產(chǎn)的方圓公司一期工程則是首次。從頂吹、側(cè)吹到底吹,僅是氧槍安放位置不同,難道別人就沒想到?蔣繼穆介紹,氧氣底吹法煉銅早期由兩位美國提出,上世紀70年代末80年代初做過實驗,擴大實驗時,因大量工程技術(shù)問題解決不了,宣告失敗。

  在中國有色金屬冶煉領(lǐng)域,蔣繼穆等1991年在湖南水口山做氧氣底吹法煉銅實驗,克服重重難題,獲得成功,年產(chǎn)銅3000噸。自此,這項達到先進水平、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的銅熔煉新工藝誕生。然而在半工業(yè)實驗成功后,為工藝找“婆家”卻費盡周折。國內(nèi)新上項目一般5萬噸以上,從年產(chǎn)3000噸粗銅的半工業(yè)實驗擴大到年產(chǎn)5萬噸,風險極大,一旦失敗,將是數(shù)億元的損失,誰也不愿冒風險,更愿意引進國外成熟工藝。直到2008年,方圓公司做了“頭一個吃螃蟹的人”,大膽選用這項國產(chǎn)工藝,設(shè)計年產(chǎn)銅高達10萬噸,并獲得成功!

  還具備哪些優(yōu)勢?

  煉10萬噸銅需用約50萬噸礦粉,按國內(nèi)平均配煤率算,方圓公司一期工程每年能減少煤炭使用約3萬噸。

  “省煤炭自然節(jié)約耗氧量,節(jié)省了部分造氧成本。”崔志祥說,無碳只是優(yōu)勢之一。據(jù)介紹,除不用配煤外,這項工藝還有噪音低、車間操作環(huán)境更好的優(yōu)勢。銅的回收率也提高到98.5%,此外還更利于銅礦中伴生的貴金屬的捕集,比其他方法捕集率高1%-2%,達到98%以上。根據(jù)其氧氣底吹、能捕集多金屬的特點,這項工藝被命名為“氧氣底吹熔煉多金屬捕集技術(shù)”。

  配煤率為零,銅和貴金屬的回收率也得到提高,與此同時,能源消耗情況怎樣?“氧氣從底部送入,上升過程與爐料反應(yīng),放出熱量,熱量是從內(nèi)部加熱熔體的,加上氧槍噴出的高速射流均勻攪拌,對流傳熱良好,熱效率極高。”申殿邦介紹,這種工藝應(yīng)用較高的氧氣濃度,離爐煙氣量少,爐襯無水冷壁冷卻,能源利用充分,能耗較低。數(shù)據(jù)顯示,平均冶煉1噸銅總的過程中,日本三菱法耗能16.2吉焦耳,諾蘭達法需14.3吉焦耳;而方圓公司只需要7.75吉焦耳,約是先進水平的一半。

  此外,氧氣底吹法煉銅,對原料適應(yīng)性強,對礦粉品位要求較低,能處理復(fù)雜礦料,并且“吃干榨盡”。而國外引進工藝,除引進費用高達上億美元外,大都原材料適應(yīng)能力差,對礦粉質(zhì)量要求較高,且難以實現(xiàn)多金屬的綜合提取。“現(xiàn)在,低品位礦粉因需求量少,價格便宜,我們可以大量購進,從而降低成本。再加上能提取金銀等貴金屬,運用這種技術(shù),能提高資源利用率,增加企業(yè)經(jīng)濟效益。”崔志祥說。

  “這種工藝還能大量節(jié)省氧槍成本。”崔志祥拿出一個打火機做比方。底吹方式,類似于正持打火機,火苗往上冒,外焰溫度高,直接與礦粉接觸;氧槍與溫度低的內(nèi)焰接觸,避免了高溫灼燒破壞。而頂吹方式,類似倒持打火機,高溫的外焰上飄,直接燒烤氧槍,“10天左右就要更換氧槍。換一次就停產(chǎn)一次,直接損失加上停產(chǎn)造成的間接損失,好比丟了一輛桑塔納的錢(10萬元左右)。”側(cè)吹與此類似。而采用底吹,“一年多過去了,現(xiàn)在氧槍還能用。”按10天節(jié)省一批氧槍算,一年節(jié)省30多輛桑塔納的錢。

  鑒于“氧氣底吹熔煉多金屬捕集技術(shù)”的這些優(yōu)勢,這項技術(shù)作為“促進產(chǎn)業(yè)振興的先進技術(shù)”,已被列入“十一五”科技支撐計劃和有色金屬振興規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)。科技部正著手推廣該工藝工程?!吨袊猩饘賵蟆返脑u選中,這項技術(shù)在方圓公司的產(chǎn)業(yè)化成功入選“2009年中國有色金屬行業(yè)十大新聞”。

  推廣價值如何?

  底吹工藝在方圓公司的產(chǎn)業(yè)化成功,引起了國內(nèi)外有色金屬領(lǐng)域的注意。

  今年3月,山西中條山有色集團有限公司專程到方圓公司考察“氧氣底吹熔煉多金屬捕集技術(shù)”,擬在新規(guī)劃的10萬噸項目中引進這項技術(shù)。

  迄今為止,對這項技術(shù)感興趣的企業(yè)已有近10家。除中條山集團外,已經(jīng)采用該技術(shù)建成投產(chǎn)的,或者已經(jīng)去方圓公司參觀考察,并決定采用該工藝技術(shù)的企業(yè)有:越南煤炭礦業(yè)集團、山東恒邦冶煉股份有限公司(此兩家企業(yè)均已投產(chǎn));包頭華鼎銅業(yè)發(fā)展有限公司、云南易門銅業(yè)、湖南水口山礦務(wù)局(計劃投產(chǎn)20萬噸)、四川康西銅業(yè)(計劃用于5萬噸改造)等。遼寧紅透山銅礦、山西侯馬冶煉廠等,也均對該工藝技術(shù)表示出極大的興趣。此外,方圓公司還計劃在秘魯、澳大利亞等國與當?shù)氐V業(yè)巨頭合辦企業(yè)。

  3月18日至19日,中國有色金屬工業(yè)協(xié)會二屆五次理事會在北京召開。“氧氣底吹熔煉多金屬捕集技術(shù)”引起與行業(yè)人的關(guān)注。會上,中國有色金屬工業(yè)協(xié)會銅部副主任趙波說:“截至2009年底,我國落后銅冶煉產(chǎn)能還有30萬噸左右,能耗很高。它們普遍規(guī)模較小,以往普遍需要引進國外技術(shù)來進行產(chǎn)業(yè)改造?,F(xiàn)在,我國自主產(chǎn)權(quán)的‘氧氣底吹熔煉多金屬捕集技術(shù)’在山東東營成功投產(chǎn),使此難題迎刃而解。”他認為,該項工藝為淘汰落后產(chǎn)能、產(chǎn)業(yè)升級改造提供了價廉質(zhì)高的工藝選擇,使2011年底淘汰全部落后產(chǎn)能成為可能。

  蔣繼穆介紹,我國煉銅工藝一直受制于人,目前我國常用的11種煉銅工藝技術(shù),有10種來自國外。“我還想利用恩菲公司整體技術(shù)優(yōu)勢,與東營方圓公司一起開發(fā)好后續(xù)的冰銅連續(xù)吹煉工藝,將該技術(shù)進一步完善提高,并將它推廣到全世界,為中國有色金屬行業(yè)振興蹚出一條新路子。”蔣繼穆自信地說。

  “如果目前所有的熔煉爐都能做到不配煤,我國有色系統(tǒng)的減碳目標就能實現(xiàn)了。”申殿邦說。