常宁市铅锌冶化产业循环经济体系的构筑

邓培红，唐 清，张复兴，张春华，张少华

（1.衡阳师范学院 化学与材料科学系，湖南 衡阳 421008；2.衡阳市成章实验中学，湖南 衡阳 421008）

铅锌冶炼行业是高水耗、高能耗、高资源消耗的行业，同时又是资源浪费严重、副产品较多、环境污染较严重的行业。我国的铅锌行业企业数量迅速增加，生产规模不断扩大，但由于铅锌矿产资源不足，对外依存度逐年提高［1－2］。能源消耗大、污染严重、资源综合利用低、技术水平落后等因素制约着铅锌冶炼行业的发展，也决定了加快发展循环经济是铅锌冶炼行业实现可持续发展的必由之路［1－3］。本文以湖南省常宁市铅锌冶化产业为例，总结目前常宁市铅锌产业现状，探讨铅锌冶炼行业循环经济的发展模式，构建企业循环经济产业链，提高企业的资源利用效率，降低能耗和生产成本，减少污染物的排放，以期获得较显著的经济效益和环境效益。

1 常宁市铅锌冶化产业发展循环经济的必要性

1.1 矿产资源逐年减少，对外依存度增加

湖南省常宁市水口山是驰名中外的铅锌产地，最早开采于宋朝，正式建矿于1896年，享有“世界铅都”、“中国铅锌工业摇篮”的美誉。目前尚保有铅锌基础储量（122b级）700余万t，在矿山深边部及邻近周边区域，预计还有约530万t铅锌金属量的资源。常宁市铅锌资源虽有一定优势，但随着铅锌产品产量和需求的快速增长，资源问题显得越来越突出。常宁市主要有水口山矿和康家湾矿2座铅锌矿山。水口山铅锌矿包括老鸦巢区、鸭公塘区和老鸦巢金矿。老鸦巢区自清政府1896年收归官办以来，已有100余年开采历史。曾以富产铅锌而著称于世，且金、硫铁矿资源也很丰富。目前铅锌储量已经枯竭，仅保有不能利用的底柱8.3万t，每年回采少量的铅锌残矿。鸭公塘区位于老鸦巢区西北面，相距约1 000m。该区于1957年钻探时发现，1972年正式投产，至1999年5月，九中段以上铅锌工业储量已全部消耗。九中段以下矿体经勘探后认为：矿体埋藏深、开拓费用高、储量少、品位低、开采水文地质条件复杂、涌水量大，预计整个资源开发亏损将达1亿元，因此，该矿体为暂不能有效利用资源。全区于1999年5月1日正式停产，同年5月至11月，建成5座井下水闸，关闭了鸭公塘区全部通道，已成闭坑事实。老鸭巢金矿位于老鸦巢区东端，为原铅锌4＃矿体，七中段以上已作铅锌矿采完。康家湾矿目前也已进入三期探采阶段。现常宁市铅锌产业自有资源产出的铅锌金属量每年仅有4万t左右。

1.2 产业发展面临沉重的环保压力

水口山矿区在创造巨大经济效益的同时，生产过程中排放的三废也成为当地较大的污染源，并成为制约当地企业进一步发展的瓶颈。铅锌冶炼过程中产生大量废水、废气和废渣，特别是铅烟、含重金属的飘尘和洗水，这些废气、废水和废渣中含镉、铅、砷、汞、锌、铜等，严重污染周边的空气、土壤和水体。常宁市濒临湘江上游，更使得有着湖南“母亲河”之称的湘江的重金属污染问题刻不容缓。尽管很多企业近年来都不同程度地加大了治污投入，然而治污投入仍远远达不到要求。相对于这些正规的大型企业，数量更多的小化工厂、小冶炼厂更令人头痛，这些 “散兵游勇”生产规模小，装备水平低，设备老化，国际上许多淘汰的工艺和装备在这些企业中大量存在，导致高能耗、高污染、低效率，治理起来难度更大。

1.3 产业集中度低

借助当地的矿产资源优势，依托龙头企业水口山有色金属集团公司的技术辐射与产业聚集作用，一批中小型铅锌冶化企业也得到了发展。但除水口山有色集团公司规模较大外，其余近30家企业，总产能只有8万t，很多企业产能都在千吨左右。由于产业集中度低，企业规模小，使很多的铅锌企业工艺装备小型化、科技水平低，造成产品缺乏竞争力，产品结构不合理，档次低，高附加值的产品种类及产量少。主要产品集中在矿产品的初始加工方面，如初铅、次氧化锌、氧化锌、硫酸锌等，严重影响了行业的整体发展。

2 常宁市铅锌二资资源现状

目前，常宁市涉及铅锌二次资源的企业共有27家，其铅锌二次资源情况如表1所示。2012年实际生产含铅锌烟尘60 800t；次氧化锌12 600t；含铅锌的冶金化工湿法浸出渣20 300t；含铅锌的火法冶金渣134 670t。丰富的铅锌二次资源，为常宁市铅锌冶化产业循环经济的发展，奠定了良好的基础。

表1 常宁市铅锌二次资源情况汇总

续表

3 常宁市铅锌冶化产业循环经济体系的构筑

针对常宁市铅锌冶化产业存在的上述问题，为使资源得到最大程度的利用和污染物最小程度的排放，推进企业循环经济的发展，本文以铅锌冶炼为核心，以物质、能量循环利用为主线，规划构筑了较为完善的常宁市铅锌冶化产业循环经济体系，如图1所示。

图1 常宁市铅锌冶化产业循环经济体系

构筑的铅锌冶化产业循环经济体系在节能减排、资源高效利用方面，所采取的具体措施为：

（1）通过先进技术与装备的运用，治理铅锌冶炼SO2烟气：①采用硫化锌精矿沸腾焙烧、硫化铅精矿氧气底吹熔池熔炼技术，提高烟气浓度；②采用动力波洗涤、双转双吸制酸技术，使硫的回收率、固化率及尾气浓度全面达到国家标准。

传统的炼铅工艺为烧结焙烧—鼓风炉还原熔炼。这一工艺存在严重的缺点：烧结烟气SO2浓度低，烟气制酸困难（一般烟气SO2浓度低于3%，难于制酸）；烧结焙烧工序返料量大，造成金属在流程中积压，现场含硫和铅等有害物质的烟气和粉尘污染重；流程长、能耗高、效率低。水口山炼铅法又称氧气底吹熔炼法，属强化熔池熔炼技术。该技术从“六五”开始立项研究，在水口山有色金属集团公司开展工业试验，国内多家研究院所参与了工作。该法投资较低，仅为传统工艺的70%，引进工艺的50%；综合能耗为380～400kg标煤／吨粗铅，与国外基夫塞特和顶吹工艺持平；环境保护好，硫的捕集率大于99%，其他排放物达标；金属回收率高，铅、银回收率达98～98.5%；生产成本低，为传统工艺的85%，小于国外新工艺。通过这一先进的炼铅工艺，烟气SO2浓度一般大于8%，采用动力波净化、双转双吸技术制酸，可使硫的固化率达99%，制酸尾气SO2浓度小于300 mg／Nm3，完全满足环保要求。

（2）对铅还原熔炼渣和湿法炼锌浸出渣、除铁渣等，全部采用奥斯麦特炉处理，可综合回收锌、铅、铜、锑、金、银、铟等元素。奥斯麦特炉渣安全稳定，可作为水泥生产原料利用，基本实现铅锌冶化生产“无渣化”。

目前，水口山有色金属集团公司铅鼓风炉渣采用烟化炉、湿法炼锌浸出渣采用回转窑还原挥发回收铅锌，存在效率低、耐火材料消耗大、能耗高、回收率低、回转窑渣难以有效处理等不足。此外，在水口山地区，还有数家小型企业采用回转窑处理铅锌冶金渣生产次氧化锌，这些厂由于规模小，技术经济指标更差。奥斯麦特技术处理铅锌冶金渣，上世纪九十年代中期开始，在韩国高丽亚铅公司得到成功工业应用，是世界冶金界公认目前处理铅锌冶炼渣最先进的工艺，具有能耗低、回收率高、能全面综合回收渣中锌（渣含锌3.5%，回收率82%）、铅（渣含铅0.3%，回收率92%）、铟、银、铜、锑、金等多种有价金属等优点，炉渣可作为水泥生产原料利用。若引进该技术处理水口山地区铅锌冶金渣，可大幅度提高铅锌冶金综合利用水平，实现铅锌无渣冶金生产。

（3）铅锌冶金产出的烟尘，全部并入硫酸锌工厂处理，回收锌、铟，铅银渣返回铅生产系统，砷从烟尘中脱除，无害化处理后固化堆存。

硫酸锌用量在不断扩大，具有较好的市场前景。采用高含铟的冶炼烟尘、次氧化锌生产硫酸锌并回收铟，经济效益较为显著。浸出渣中含有的铅、银等有价金属，送铅冶炼系统处理回收，有利于资源综合利用。铅锌冶金烟尘、次氧化锌往往含有较高的砷，在生产中采取相应的技术措施将其转化为无害化固体渣，有利于消除铅锌冶金砷害。目前国内已拥有较为成熟技术，技术路线为：含锌铟氧化物料—浸出—萃取提铟—净化—结晶—干燥脱水—硫酸锌产品。

（4）规划热镀锌合金、高档间接法氧化锌、涂料及化工锌粉、饲料级一水硫酸锌、铅酸蓄电池、低毒或无毒塑料热稳剂等铅锌深加工项目。这些产品有一定的技术含量，市场前景好、节能环保。

①热镀锌合金系列产品

我国钢铁产量已达近5亿t，随着对防腐的重视及钢铁产品品质提高，热镀锌钢的比例及产量不断增加，热镀锌合金用量不断扩大，为该产品的生产创造了较大的市场空间。国内外技术水平较高的锌冶金工厂，均把热镀锌合金作为锌深加工的最主要产品。国外炼锌工厂热镀锌产品比例一般均占产量的70%以上，国内株洲冶炼集团公司热镀锌生产水平领先，其产量达到锌总产量的约70%。热镀锌生产技术及设备难度并不大，目前水口山有色金属集团公司已有生产，但产量及市场份额较低，应加强市场开拓与营销，根据市场需求生产不同牌号的热镀锌合金产品。其副产品锌渣可通过处理回收锌。

②间接法汽车轮胎用高档氧化锌

我国氧化锌产能已达100万t／年，直接法氧化锌过剩，湿法氧化锌市场较小，而间接法氧化锌，特别是用于汽车轮胎工业的高档间接法氧化锌，国内产品尚不能完全满足需求。由于我国汽车产业快速发展，轮胎消费量增大，为高档间接法氧化锌创造了更大的市场空间。同时高档间接法氧化锌价格较高，具有较好的经济效益。进一步深加工方向可生产汽车轮胎。其副产品熔锌渣可返回锌冶炼处理。

③涂料与化工锌粉

涂料与化工锌粉全球年用量在50万t左右，我国用量达20万t，随着我国建设规模扩大，涂料锌粉用量有增长趋势，有较好的市场前景。其工艺技术路线较为成熟，可采用：锌锭—熔化蒸发—冷凝—分级—涂料和化工锌粉。进一步深加工方向可生产富锌防腐涂料、片状锌粉等，其副产品熔锌浮渣返回锌冶炼回收。

④低毒或无毒塑料热稳定剂

我国聚氯乙烯产量不断扩大，故生产低毒或无毒塑料热稳定剂具有较大的市场空间。目前常宁市塑料热稳定剂产业已有一定基础，年产量达5 000t以上，但目前主要是铅盐类产品，产业亟待升级。发展无尘铅盐产品，可减小生产中铅粉尘对操作人员的危害和环境污染。由于铅、镉具有毒性，欧盟及其他发达国家已颁布相关法规，逐步禁止含铅、镉产品的生产与销售，开发和生产不含铅镉的塑料热稳定剂产品已是大势所趋。

⑤ 铅酸蓄电池工程

目前，我国已成世界铅冶炼、消费及铅酸蓄电池生产第一大国。随着我国逐步进入汽车社会及电动自行车的兴起，铅酸蓄电池国内市场在不断扩大。铅酸蓄电池生产属劳动密集产业，投资起点较低。近年来，国外铅酸蓄电池产能正急剧向我国转移，常宁市具有铅资源，承接国内外铅酸蓄电池产业转移具有独特优势。铅酸蓄电池性价比高，在其固有的应用领域，很难被其他二次电源取代。同时金属铅由于其毒性，在其他领域的应用正逐步被取代、甚至趋于消失，铅酸蓄电池是其主要的有可能长期存在的应用领域，目前已占铅总消费量的70%，因此，铅的深加工应以铅酸蓄电池为主攻方向。

（5）废水全部处理后回用，彻底消除含砷、镉、汞的废水对湘江流域的污染。

铅锌冶化工厂废水，包括生产过程废水、地面冲洗水和地面汇聚雨水等，一般分为受重金属污染水和未受重金属污染水两类，应设计建造汇聚设施分别收集处理。对受重金属污染的水，应在厂内设专门的处理设施，采用中和、硫化等技术使重金属离子沉淀分离后，再排入废水处理工厂进一步处理回用。对未受重金属污染的废水，直接排入废水处理工厂处理后回用。要求废水处理回用率达到100%。处理后水质按《污水综合排放标准（GB8978—1996）》控制。

（6）高温冶金炉设置余热回收系统，充分节约能源。

（7）提高铅锌产业的集成度。

目前常宁市龙头骨干企业少，大部分中小企业规模小，存在着技术和人才“瓶颈”，针对再生铅、锌行业“小、散、差”的现状，适时进行结构战略性调整。组建企业集团，实行股份制改造，开办中外合资企业，培育一批有竞争力的大型再生铅和再生锌的回收利用企业和集团，带动再生利用业向产业化、大型化、国际化方向发展。同时，继续研究开发节能新工艺、新技术和新设备，并实现其产业化；逐步淘汰落后工艺和设备，关闭那些能耗高、污染严重的企业；不断降低单位产品能耗，达到节能降耗的目的。

4 结 语

本文构筑了较为完善的常宁市铅锌冶化循环产业体系。在该循环体系中，推荐采用的技术与产品，贯彻了先进、环保、低耗、节能、成熟的原则。在体系的设置上，注重了资源的综合、循环利用。如设置了“奥斯麦特炉”强还原处理铅锌渣项目，可全面回收铅、锌、铜、银、金、锑、铟等元素，炉渣可实现无害化和资源化。利用铅锌性质相近、在资源及精矿中互含共存的特点，因此，体系中十分重视铅、锌生产系统间中间物料的循环交流，使这些物料中的有价元素能经济高效的全面回收。上述原则和措施，为规划建设资源循环利用、环境友好的铅锌冶化产业提供了更好、更科学的发展思路。

［1］邱定蕃，吴义千，符斌，等.我国有色金属资源循环利用［J］.有色冶金节能，2005，8（4）：6－13.

［2］张楠楠，王伯铎，马俊杰，等.铅锌冶炼行业循环经济产业链构建［J］.环境污染与防治，2007，29（12）：941－944.

［3］罗贱生.重视铅锌再生，发展循环经济［J］.湖南有色金属，2005，21（6）：18－20.