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May

2010

富氧底吹:中国有色冶金走上“无碳”之路

发布时间:2010/5/7 10:59:521363次

据中国有色网报道:

  4月7日消息 近来,山东省东营市迎来了一拨又一拨贵客。这些分别来自山西、云南、湖南、辽宁等地的考察团,身份和目的出奇一致:都是来自知名有色冶金企业的领导和专家,吸引他们前来的,同为东营市一家民营企业的炼铜新工艺。

  “还提‘低碳’?落伍了!现在在有色冶金领域,连‘无碳’工艺都产业化了,还是咱中国的完全自主知识产权。”这是考察团在东营市听到最多、也最能勾起话题的一句话。

  啥是“低碳”,啥是“无碳”?“无碳”又是在哪,如何实现的?

  “碳”,指温室气体二氧化碳。“低碳”,指减排、少排二氧化碳。时下,尤其哥本哈根气候会议之后,“低碳”已成热词,“凡事必称低碳”。甚至,部分发达国家还拟征“碳关税”——对生产过程排碳较多的进口产品,课以重税。无论如何,低碳是时代要求,大势所趋,这就要求发展中国家引进或革新技术,减少排碳。

  “无碳”是如何实现的?

  “无碳”,是指二氧化碳排放量几乎为零。这可能吗?尤其还是在需要大量使用煤炭、工艺技术水平普遍落后于世界发达国家的中国有色冶金行业?

  2009年初,黄河三角洲滨海城市山东东营,一家民营企业——主业炼铜、顺带炼金、银、铂、钯、硒等稀贵金属的山东方圆有色金属集团公司传出好消息:通过采用新工艺并不断革新,公司一期工程投产两个月后,炼铜“配煤率”降到了零,从而实现了“无碳”。这在中国有色企业里是首家。

  所谓“配煤率”,是指炼铜时,矿粉里掺上一定比例的煤炭(或其他燃料)助燃,以利于矿粉充分燃烧、融化、出铜,否则温度上不去,达不到热平衡,炼不出铜。目前,我国有色冶金系统常用的熔炼炉配煤率为5%-7%,即100吨矿粉进去,需配上5-7吨煤。即便国际上先进的日本三菱法、加拿大诺兰达法等炼铜工艺,配煤率也要4.8%或3.4%。

  煤一燃烧,自然排碳。要减少排碳,于有色冶金领域,首要是降低配煤率。“一开始,我们也没想到。”方圆公司董事长崔志祥介绍,起初,原中国有色工程设计院副院长、中国恩菲工程技术有限公司高级顾问专家、中国工程设计大师蒋继穆为方圆公司推介的新型冶炼工艺,初始配煤率为2.64%。“试运行和生产过程中,为让热损失最小,我们对炉内结构、渣口、烟道、加料、氧枪等进行严格细致的设计计算和实验论证,反复研究改造的过程中发现——不断减少用煤,也能完成熔炼。”方圆公司首席专家申殿邦说,当加料量为30吨/时,炉内可达到热平衡,实现完全自热熔炼,不用配煤。投产两个月后的2009年2月,这一重大科技突破,结束了熔池熔炼技术需要配煤的历史。

  不配煤,炉温也能达到铜的熔点,不耽误冶炼,方圆公司的熔炼炉到底有何不同?

  原来,方圆公司用的是“氧气底吹”炉。铜矿粉里,还含有铁、硫,为了使铁、硫燃烧提供炉温,需要大量供给氧气。所谓“底吹”,是指供氧的氧枪位于炉底,氧气朝上冒。相对而言,目前国际国内的炼铜工艺,大都采用“氧气顶吹”或“氧气侧吹”。矿粉从炉顶入料口进入,由重力作用而下——“底吹”的好处,是能让氧气与矿粉充分接触,利于炉内氧气、铜液、矿粉之间强对流传热,充分燃烧、反应,实现自热熔炼。而“顶吹”、“侧吹”时,氧气仅能接触氧枪周围的矿粉,不利于矿粉充分反应。

  “氧气底吹”的冶炼方式,最早于2001年用于产业化炼铅。用于产业化炼铜,2008年投产的方圆公司一期工程则是首次。从顶吹、侧吹到底吹,仅是氧枪安放位置不同,难道别人就没想到?蒋继穆介绍,氧气底吹法炼铜最早由两位美国专家提出,上世纪70年代末80年代初做过实验,扩大实验时,因大量工程技术问题解决不了,宣告失败。

  在中国有色金属冶炼领域,蒋继穆等专家1991年在湖南水口山做氧气底吹法炼铜实验,克服重重难题,获得成功,年产铜3000吨。自此,这项达到国际先进水平、具有自主知识产权的铜熔炼新工艺诞生。然而在半工业实验成功后,为工艺找“婆家”却费尽周折。国内新上项目一般5万吨以上,从年产3000吨粗铜的半工业实验扩大到年产5万吨,风险极大,一旦失败,将是数亿元的损失,谁也不愿冒风险,更愿意引进国外成熟工艺。直到2008年,方圆公司做了“第一个吃螃蟹的人”,大胆选用这项国产工艺,设计年产铜高达10万吨,并最终获得成功! 还具备哪些优势?

  炼10万吨铜需用约50万吨矿粉,按国内平均配煤率算,方圆公司一期工程每年能减少煤炭使用约3万吨。

  “省煤炭自然节约耗氧量,节省了部分造氧成本。”崔志祥说,无碳只是优势之一。据介绍,除不用配煤外,这项工艺还有噪音低、车间操作环境更好的优势。铜的回收率也提高到98.5%,此外还更利于铜矿中伴生的贵金属的捕集,比其他方法捕集率高1%-2%,达到98%以上。根据其氧气底吹、能捕集多金属的特点,这项工艺被命名为“氧气底吹熔炼多金属捕集技术”。

  配煤率为零,铜和贵金属的回收率也得到提高,与此同时,能源消耗情况怎样?“氧气从底部送入,上升过程与炉料反应,放出热量,热量是从内部加热熔体的,加上氧枪喷出的高速射流均匀搅拌,对流传热良好,热效率极高。”申殿邦介绍,这种工艺应用较高的氧气浓度,离炉烟气量少,炉衬无水冷壁冷却,能源利用充分,能耗较低。数据显示,平均冶炼1吨铜总的过程中,日本三菱法耗能16.2吉焦耳,诺兰达法需14.3吉焦耳;而方圆公司只需要7.75吉焦耳,约是国际先进水平的一半。

  此外,氧气底吹法炼铜,对原料适应性强,对矿粉品位要求较低,能处理复杂矿料,并且“吃干榨尽”。而国外引进工艺,除引进费用高达上亿美元外,大都原材料适应能力差,对矿粉质量要求较高,且难以实现多金属的综合提取。“现在,国际上低品位矿粉因需求量少,价格便宜,我们可以大量购进,从而降低成本。再加上能提取金银等贵金属,运用这种技术,能提高资源利用率,增加企业经济效益。”崔志祥说。

  “这种工艺还能大量节省氧枪成本。”崔志祥拿出一个打火机做比方。底吹方式,类似于正持打火机,火苗往上冒,外焰温度高,直接与矿粉接触;氧枪与温度低的内焰接触,避免了高温灼烧破坏。而顶吹方式,类似倒持打火机,高温的外焰上飘,直接烧烤氧枪,“10天左右就要更换氧枪。换一次就停产一次,直接损失加上停产造成的间接损失,好比丢了一辆桑塔纳的钱(10万元左右)。”侧吹与此类似。而采用底吹,“一年多过去了,现在氧枪还能用。”按10天节省一批氧枪算,一年节省30多辆桑塔纳的钱。

  鉴于“氧气底吹熔炼多金属捕集技术”的这些优势,这项技术作为“促进产业振兴的重点先进技术”,已被列入“十一五”国家科技支撑计划和有色金属振兴规划重点关键技术。科技部正着手向全国推广该工艺工程。《中国有色金属报》的评选中,这项技术在方圆公司的产业化成功入选“2009年中国有色金属行业十大新闻”。

  推广价值如何?

  底吹工艺在方圆公司的产业化成功,引起了国内外有色金属领域的注意。

  今年3月,山西中条山有色集团有限公司专程到方圆公司考察“氧气底吹熔炼多金属捕集技术”,拟在新规划的10万吨项目中引进这项技术。

  迄今为止,对这项技术感兴趣的企业已有近10家。除中条山集团外,已经采用该技术建成投产的,或者已经去方圆公司参观考察,并决定采用该工艺技术的企业有:越南煤炭矿业集团、山东恒邦冶炼股份有限公司(此两家企业均已投产);包头华鼎铜业发展有限公司、云南易门铜业、湖南水口山矿务局(计划投产20万吨)、四川康西铜业(计划用于5万吨改造)等。辽宁红透山铜矿、山西侯马冶炼厂等,也均对该工艺技术表示出极大的兴趣。此外,方圆公司还计划在秘鲁、澳大利亚等国与当地矿业巨头合办企业。

  3月18日至19日,中国有色金属工业协会二届五次理事会在北京召开。“氧气底吹熔炼多金属捕集技术”引起与会专家学者关注。会上,中国有色金属工业协会铜部副主任赵波说:“截至2009年底,我国落后铜冶炼产能还有30万吨左右,能耗很高。它们普遍规模较小,以往普遍需要引进国外技术来进行产业改造。现在,我国自主产权的‘氧气底吹熔炼多金属捕集技术’在山东东营成功投产,使此难题迎刃而解。”他认为,该项工艺为淘汰落后产能、产业升级改造提供了价廉质高的工艺选择,使2011年底淘汰全部落后产能成为可能。

  蒋继穆介绍,我国炼铜工艺一直受制于人,目前我国常用的11种炼铜工艺技术,有10种来自国外。“我还想利用恩菲公司整体技术优势,与东营方圆公司一起开发好后续的冰铜连续吹炼工艺,将该技术进一步完善提高,并将它推广到全国乃至全世界,为中国有色金属行业振兴蹚出一条新路子。”蒋继穆自信地说。

  “如果目前所有的熔炼炉都能做到不配煤,我国有色系统的减碳目标就能实现了。”申殿邦说。

  近来,山东省东营市迎来了一拨又一拨贵客。这些分别来自山西、云南、湖南、辽宁等地的考察团,身份和目的出奇一致:都是来自知名有色冶金企业的领导和专家,吸引他们前来的,同为东营市一家民营企业的炼铜新工艺。

  “还提‘低碳’?落伍了!现在在有色冶金领域,连‘无碳’工艺都产业化了,还是咱中国的完全自主知识产权。”这是考察团在东营市听到最多、也最能勾起话题的一句话。

  啥是“低碳”,啥是“无碳”?“无碳”又是在哪,如何实现的?

  “碳”,指温室气体二氧化碳。“低碳”,指减排、少排二氧化碳。时下,尤其哥本哈根气候会议之后,“低碳”已成热词,“凡事必称低碳”。甚至,部分发达国家还拟征“碳关税”——对生产过程排碳较多的进口产品,课以重税。无论如何,低碳是时代要求,大势所趋,这就要求发展中国家引进或革新技术,减少排碳。 “无碳”是如何实现的?

  “无碳”,是指二氧化碳排放量几乎为零。这可能吗?尤其还是在需要大量使用煤炭、工艺技术水平普遍落后于世界发达国家的中国有色冶金行业?

  2009年初,黄河三角洲滨海城市山东东营,一家民营企业——主业炼铜、顺带炼金、银、铂、钯、硒等稀贵金属的山东方圆有色金属集团公司传出好消息:通过采用新工艺并不断革新,公司一期工程投产两个月后,炼铜“配煤率”降到了零,从而实现了“无碳”。这在中国有色企业里是首家。

  所谓“配煤率”,是指炼铜时,矿粉里掺上一定比例的煤炭(或其他燃料)助燃,以利于矿粉充分燃烧、融化、出铜,否则温度上不去,达不到热平衡,炼不出铜。目前,我国有色冶金系统常用的熔炼炉配煤率为5%-7%,即100吨矿粉进去,需配上5-7吨煤。即便国际上先进的日本三菱法、加拿大诺兰达法等炼铜工艺,配煤率也要4.8%或3.4%。

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