铅锌冶炼企业实现生态化低碳发展模式

徐盛华,张建玲

(江西理工大学经济管理学院, 江西 赣州 341000)

1 研究背景

降低能消耗率以减少温室气体排放量，节约资源以谋求可持续发展,建设环境友好型社会已成为人们的共识。作为全国污染物排放大户的铅锌冶炼企业，应该更加具有紧迫感和使命感。近年来，因铅酸蓄电池、镀锌和干电池行业的快速发展拉动铅锌冶炼企业的产能增长， 2010年我国铅锌冶炼企业达674家，具有点多面广、分布不规则的特点，在生产过程中产生许多急待解决的问题，如颗粒物、SO2、硫酸雾排放，物质和能源消耗过高等问题。如何进一步降低能耗率，使物质、能源、废弃物梯级循环利用，企业内部各工序节点的生态化，实现铅锌冶炼企业低能耗、低污染、低排放，减少温室气体排放是一项值得研究的课题。

2 构建铅锌冶炼企业生态化低碳发展理论模型

所谓生态化低碳发展模型，基于两点考虑，一是用生态化的办法解决物质循环问题[1]，另一方面是考虑节能减排[2]。我们根据铅锌冶炼企业现状，完善铅锌冶炼工序组成，将物质、能量、水、技术和信息进行系统集成，并进行非物质化设计，构建铅锌冶炼生态化低碳发展理论模型，如图1所示。

图1 构建铅锌生态化低碳发展理论模型

对构建铅锌冶炼生态化低碳发展理论模型的解释：

2.1 工序分析

围绕铅锌冶炼核心工序构建循环流，包括物质流、能量流、水流和信息流。

2.2 系统集成

针对构建铅锌冶炼生态化的物质流，以减量化、再利用、资源化为原则，通过物质集成、能量集成、水集成、技术集成和信息集成，使铅锌冶炼生态化低碳运行。

1) 物质集成。通过铅锌冶炼生产工艺流程分析，采用新工艺和新技术，使生产流程朝着简单化、紧凑化、大型化、连续化和循环化的方向发展，实现物质集成，从而用较少的铅锌资源投入，可持续地利用使铅锌资源利用效率最大化、工业废物循环利用升值化、“三废”产生最小化。

2) 能量集成。运用以系统工程理论为指导、热力学分析为基础的能量集成技术，对目前铅锌冶炼生产过程的用能状况进行诊断分析，发现“瓶颈”问题，采用“能量集成策略”，并考虑过程的操作、控制、安全等因素，淘汰或改造资源浪费、污染严重的落后生产工艺和装备，推广先进的节能和环保技术，选择与确定过程系统节能降耗改造方案，提高能源效率，减少二氧化碳的产生与排放。

3) 水集成。水的原位再生和梯级利用是实现水集成的有效方法，其核心指导思想是“全过程控制、分散和集中相结合”，水梯级利用技术主要包括厂域梯级利用技术和区域梯级利用技术。铅锌冶炼企业采用先进工艺对循环水系统的排污水及其他排水进行有效处理，建立工序之间多级用水循环系统，使铅锌冶炼生产过程中产生的废水资源化，提高水的循环利用率，实现“零”排放。

4) 技术集成。技术集成是指软技术和硬技术的集合。铅锌冶炼企业依据生态设计的理念，把铅锌冶炼高新技术、抗风险技术、废物使用和交换技术、信息技术、管理技术等集成起来，建立最小化资源和能源消耗、最少废物和污染物产生的高新技术系统，以实现铅锌冶炼企业生态化低碳经济发展的要求。

5) 信息集成。建立完善的数据库和信息管理系统，包括物质流、能源流、废物流的信息，建立与铅锌冶炼企业紧密相关的原材料供应、生产产品、冶炼技术、市场动态等方面的信息，以及法律法规、人才和相关领域的信息，形成铅锌冶炼企业生态化低碳经济发展的信息支持系统。

2.3 科技服务支持系统

依靠外界科研力量和企业自身科研力量，据工业生态学的原理，进行物质、能量、水、技术和信息链接所进行的最优化组合设计，实现铅锌冶炼企业用最小化的物质和能量的投入，获取相同的铅锌产品和服务功能。

下面我们选一家具有代表性的铅锌冶炼企业——株洲冶炼集团实进行实证分析。通过比照铅锌业生态化低碳发展理论模型，找出存在的差距和主要问题[3]，指出下一步努力方向。

3 对株洲冶炼集团的实证分析

株洲冶炼集团股份有限公司源于1956年的株洲冶炼厂，公司现拥有资产总额63.21亿元，员工6000余人。主要生产铅锌及其合金产品，铅锌生产能力60万t/a，其中铅10万t/a，锌50万t/a，并综合回收多种稀贵金属和硫酸等产品。近年来，该企业在生态化低碳发展方面做了一些有益探索，主要表现在以下几个方面：

3.1 加快物质集成

2005年，该企业建立了铅锌联合冶炼产业化模式，利用铅系统处理锌系统产生的二次物料，锌系统处理铅系统产生的二次物料，形成良性的内部物料循环，使铅、锌两大系统只产生一种无害弃渣。随后该企业落实四步走战略:第一步，投资17.2亿元，引进国际先进的芬兰奥托昆普常压富氧直接浸出炼锌工艺、日本三井金属公司大板机械剥锌机等先进装备，年生产能力为10万t析出锌，使资源的综合利用率提高15个百分点，年降低能耗约1.3万t标准煤，减排CO2的排放；第二步，投资11.9亿元，引进国际先进的Kivcet直接炼铅工艺，年生产能力为12万t粗铅、13.6万t硫酸、1.93万t次氧化锌，搭配处理锌直接浸出尾矿渣9.6万t/a、硫化物热滤渣2万t/a，大大减少SO2的排放;第三步，新建10万t直接炼铅系统，取代传统的烧结——鼓风粗铅生产工艺，实现铅的清洁生产；第四步，新建10万t常压富氧浸出系统，实现锌的清洁生产。在落实四步走战略过程中融合信息化和管理现代化，使节能减排工作落到实处。

3.2 加速废水集成

该企业的工业废水是以含Zn2+为主的重金属酸性废水，采用石灰两段中和沉淀工艺，总处理能力1200m3/h，处理后的净化水达到了国家《污水综合排放标准》中的一级标准。该企业分两期建成了规模为500m3/h的净化水回用系统，每年回用净化水350万t，使废水污染负荷削减了40%。该企业还投资60万元规范整治了十二个主要车间废水排放口，全部安装在线监控，实行废水排污成本考核。该企业取消了200个澡堂，新建的洗浴中心，实行集中管理，每年节约生活用水100万m3，减少进入水处理总排的废水量约160万m3。2009年投资1亿元新建重金属废水处理资源化项目，采用生物制剂和膜处理工艺，到2010年该企业工业废水基本实现“零排放”。

3.3 加强废气治理

该企业先后完成了“铅烧结SO2烟气治理”、“镉烟气治理工程”、“铅鼓风炉烟气脱硫项目”、“锌Ⅰ系统沸腾炉SO2低空污染治理项目”、“锌一系统挥发窑烟气脱硫”等一批项目。每年削减SO2排放量40000多t、粉尘200多t，烟气净化达标率达到95.61%。

3.4 狠抓能量集成

加强电力管理，通过移峰填谷提高用电负荷率；利用余热发电量达3650万kWh/a。采用无功补偿技术使功率因素达到0.96以上，节电400万kWh/a；开展合同能源管理，对水泵进行节能改造，节电效率提升到35%；强化内部能源管理，开展能源审计，促进节能降耗。通过上述措施，每年节能20000余t标准煤，综合能源消耗同口径同比下降5.1%，产品综合能耗同比下降6.19%，完成节能量27745t标准煤。

3.5 综合利用固废

2006年该企业投资2200万元对新渣场的固废进行分类管理，并对有害固废按照“三防”要求规范堆存，在渣场修建沉淀池和集水池，同时在渣场四周修筑防渗墙，彻底解决了新渣场环境隐患问题。同时加快对老渣的处理进程和挥发窑渣综合利用步伐，先后建成了两条综合利用老渣场窑渣的生产线，加快了老渣山窑渣处理资源化及土地生态修复进度，综合利用老窑渣50多万t，在完成老窑渣综合利用后，实现废渣“零堆存”。

通过对株洲冶炼集团发展模式实证分析，该企业通过艰苦探索，在发展铅锌冶炼生态化低碳模式过程中取得了重要进展，但也发现了铅锌冶炼企业存在的共性问题。其主要表现在:

1) 排放颗粒物。在铅锌冶炼过程中所排放的主要颗粒物主要有：烟尘、粉尘、重金属颗粒等，排放源主要为各种炉窑和通风收尘点。在物料的破碎、筛分、下料过程中由于气流的运动所直接带走，或由于机械振动而飞扬等原因产生的机械粉尘，其粒度在5～100μm之间。在生产过程中由于热过程而挥发形成蒸气状态，随气流逸出后因冷却而凝结形成的烟尘或由于体系内组分间发生化学作用形成另一种化合物而凝结，所产生的挥发尘，其粒度在0.01～0.05μm之间。

2) 排放SO2。铅锌冶炼企业所排放SO2主要来自于各种炉窑外排的烟气。使用各种冶炼炉窑所用燃料及出口烟气中SO2含量情况，见表1。

表1 铅锌冶炼过程中使用各种炉窑产生烟气中SO2含量现状情况表[4]

从表1看出，铅锌冶炼过程中使用各种炉窑产生烟气中SO2含量(%)>3%以上，用于制酸后排空。烟气SO2含量(%)<1%，基本上直接排放。

3) 排放硫酸雾。硫酸雾主要来自于制酸厂。在制酸初期高温的含SO2的烟气与水接触时会产生大量酸雾，尽管在干燥塔前设有电除雾器，但因电除雾器故障频发，导致除雾效率达不到要求，再加上后续流程也有酸雾产生，外排酸雾浓度常常远高于清洁生产标准的要求。

4) 能耗高。下面是中国铅锌冶炼企业采用烧结鼓风炉、密闭鼓风炉、水口山炼铅法和基夫赛特法能耗和铅、硫回收情况，见表2。

表2 中国铅锌冶炼几种工艺所使用能耗和铅、硫回收现状情况表[5]

要从根本上改变这些现状，只有走生态化低碳发展之路。

4 实现铅锌冶炼企业生态化低碳发展路径

铅锌冶炼企业实现生态化低碳发展路径为：

4.1 按模型思路进行设计

首先考虑铅冶炼企业上各个工序之间物质循环，上道工序为另下道工序提供资源，使铅冶炼企业做到尽量少的废弃排放。其次考虑将物质、能量、水、技术和信息进行系统集成考虑产业链集成设计，行成环路；最后考虑节能问题。三个方面综合考虑设计铅冶炼企业生态化低碳发展模式。

4.2 按设计进行改造

按上述设计进行改造，适时地把冶金高新技术、抗风险技术、废物利用技术、信息技术和管理技术，应用到技术改造项目之中去，实现铅冶炼企业的资源利用率最大化、能源消耗率最小化、污染物和温室气体产生少量化的目标，以满足铅冶炼企业的生态化低碳经济发展模式的要求。

4.3 强化企业管理

铅冶炼企业应认真执行政府所制定的法律法规和各项政策，自觉地将环境成本纳入自身的各项决策和运行过程之中去，加强企业日常管理，特别是强化现场管理，做到物流有序、操作规范，切实落实岗位责任制，建立激励与约束长效机制，使铅冶炼企业的生产活动向生态化低碳方向转变。

4.4 依靠科技创新动态地实现目标

因为科技创新是动态的，只能依靠科学技术的突破，当科学技术有取得阶段成果时，再加以应用，开发出资源节约型和环境友好型的生产工艺和技术，不提高物质和能量的使用效率，不断降低物质和能量的消耗，减少污染排放，实现铅冶炼企业生态化低碳发展模式。

[1]邱定蕃，徐传华.有色金属资源循环利用[M].北京：冶金工业出版社,2006.

[2]杨立宏,赵涛,程秋林. 铝工业生态产业链的设计及其利益关系分析[J].科学管理研究,2009(2):48-50.

[3]Yuan Z,Shi L.Improving enterprise competitive advantage with industrial symbiosis: case study of a smeltery in China.Journal of Cleaner Production,2009,17(14):1295-1302.

[4]《2010年铅锌清洁生产标准》[EB/OL].www.zhb.gov.cn/info/bgw/bbgth/200811/W020.

[5]铅锌冶炼业污染防治技术政策编制说明(征求意见稿)[EB/OL].www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201004/t20100423_188643.htm.