祥光铜业绿色环保发展之路的调研报告

2021-01-04马成骋

中国金属通报 2020年11期

马成骋，张煜

（1.青岛市第五十八中学，山东青岛 26600；2.阳谷祥光铜业有限公司，山东聊城 252000）

2019 年暑假，生活在美丽的海滨城市青岛的我们，第一次全面的参观了青岛港。在大港，董家口码头，看到络绎不绝的船舶停靠卸货，有船长292m的CAPESIZE型船舶，还有船长360m的VALEMAX船。港口的总调度为我们介绍了青岛港的泊位情况，吞吐量与进出口量，尤其介绍了我国的矿产的进口，最长的VALEMAX船就是拉载铁矿资源的巨轮。据统计，2018年超过10亿吨矿石通过这些巨轮运输到我国，成为世界上最大的矿产资源进口国[1]。这些来自世界各地的不同矿石，由冶炼厂提炼出铁、铜、铝、锌、金、银、铅、锡等多种金属，为国家快速发展和进步提供了必须的原料。

1 铜冶金企业发展背景

本文选择了一家山东地区现代化的铜冶炼企业—阳谷祥光铜业有限公司做为社会调查企业，全面的了解冶炼企业的现状。在调查之前，了解到该企业是国家认定的环境友好企业中唯一一家冶炼企业，因此带着对阳谷祥光铜业的极大好奇，来到了这个建立于鲁西平原的传统农业区域的重工业基地。生产部冶炼工程师介绍了祥光铜业的基本情况，该公司成立于2005年，采用了当时世界上最先进最环保的“双闪”工艺（闪速熔炼+闪速吹炼）。在精矿库，是来自于青岛港的一列列装载铜精矿的火车在进行卸车，通过皮带转运系统，铜精矿和其他辅料被转运到备料仓，经过计算机自动控制系统配料后，混合物料进入蒸汽干燥机进行干燥，干燥后的物料通过气流输送系统运送到闪速熔炼炉炉顶仓，闪速熔炼炉产出的冰铜经过无水粒化后，经过研磨、干燥后，成为闪速吹炼炉的主要入炉原料之一，吹炼炉产出的烟气经过回收余热后进入制酸系统生产硫酸，产出的渣经过缓冷、磨碎、浮选等工序后，渣中少量的铜被富集后进行回收和再利用[2]。闪速吹炼炉产出的烟气和熔炼炉产生的烟气合并后同样用于生产硫酸，产出的吹炼渣经过无水粒化返回熔炼炉处理，产出的粗铜经过阳极炉精炼后浇铸成阳极板然后转运到电解车间，阳极板经过电解后，得到含铜99.99%的高纯阴极铜。在2007年该套系统成功投产运行，成为国内首家采用“双闪”工艺的铜冶炼厂，是继美国犹他州肯尼科特冶炼厂之后，世界上第二座采用“双闪”的铜冶炼企业，也是当时国内单体产能最大的铜冶炼企业之一。时值今日，祥光铜业的双闪铜冶炼工程已经平稳运行了十几年。

图1 祥光有色金属产业生产厂区

图2 厂区绿树成荫

2 中国铜资源储备量

据了解，中国的铜资源虽然储量大，但呈现铜矿资源分散且品位偏低，伴生组分多，开采利用难度较大的特点。世界上高质量的铜矿资源分布相对集中，主要分布在南美和北美的环太平洋地区，其中智利和秘鲁铜资源最为丰富，分别占全球储量基础的27%和14%，因此我国绝大部分冶炼厂所需的铜精矿依赖进口。祥光铜业也不例外，所需铜精矿几乎全部来自国外进口，已经和世界各大矿山、供应商建立了紧密的商业贸易关系。

虽然国外铜矿山浮选的铜精矿含铜量和生产回收率高，但仍然存在硫、砷、铅、镉等多种对环境有害的元素，详见下表。

表2 矿山铜精矿矿化学成分

3 铜企业环境保护措施

祥光铜业企业一直坚持两手抓，既要经济效益，也要绿色环保。祥光铜业紧抓企业效益的同时，投入大量资金进行技术研发，变废为保，在有效治理“三废”问题的同时，回收其中的有价值元素，对物料“吃干榨尽”，实现了清洁生产、循环经济和生态炼铜的多重效益。

冶炼烟气回收制酸。在闪速冶炼工艺出现之前，国内冶炼厂普遍采用冲天炉、鼓风炉、反射炉、真空炉、电炉等冶炼工艺[3]，这些工艺主要存在以下缺点：①硫化铜精矿通过磨碎、浮选获得，粒度非常小，具有巨大的比表面积，能充分与氧气接触反应，产生大量的热，而这些工艺对这些热量的利用率非常低，需要大量的外部燃料进行热量补充，增加了额外的能源消耗；②产出的烟气SO2含量低，烟气量波动大，生产硫酸成本高，烟气容易外溢，对周围环境造成污染；③烟气制酸转化率低，能源消耗高，低空污染严重、生产效率低、劳动强度大、自动化程度低。

祥光铜业通过深入的理论研究和应用试验，开发了双旋浮铜冶炼工艺。新工艺要求入炉精矿水分要求在0.3%以下，采用蒸汽干燥机对入炉物料进行干燥。熔炼炉和吹炼炉产出的高浓度SO2烟气首先经过余热锅炉进行降温除尘，烟气温度由1300℃降至350℃左右，同时部分烟尘在余热锅炉内沉降，再通过沉尘室和电收尘再次回收烟气中的烟尘，最后由高温风机送到制酸工序，制酸系统转化率可到99.95%。与此同时，在冶金炉各铜锍排放口、渣排放口、粗铜排放口、溜槽、渣包放置口，精炼炉加料口、浇铸出口等位置，通过烟气环集系统对逸出烟气进行收集，先经过布袋收尘器除去烟尘，再经过环集脱硫系统除去SO2后然后外排。

实践证明‘双旋浮铜冶炼工艺’是超强化、高效、清洁的铜冶炼技术，不仅达到了自热冶炼的目的，更实现了铜冶炼生产的绿色化、智能化。该工艺产出的高浓度SO2气体始终通过密闭管道进行运送，不会产生烟气外溢污染环境的情况，工厂硫的总回收率达到98.5%以上，固化率达到99.9%，二氧化硫排放量远远低于国家标准，并且达到超低排放标准，攻克了世界范围内火法炼铜普遍的难题，成为铜冶炼行业样板企业。

图3 酸雾净化塔

废水循环利用。铜冶炼过程中产生的废水成分复杂，其中对于环境危害最大的成分为重金属和砷，随着全球矿山的日益枯竭，精矿杂质成分呈现上升趋势，特别是含砷较高的精矿使用时，这两类物质的危害更加严重，企业面临的环保压力更加严峻。

废酸和含酸废水主要污染物包括：酸、Zn2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、As3+、Co2+、F+、Hg2+，这些废水PH值低、重金属含量高，普遍使用硫化钠沉淀法、氢氧化钙中和法处理。余热锅炉和纯水站排废水含盐类较高，生产上重复用于渣缓冷喷淋水。厂区初期雨水和生活废水，重金属含量低、水量大、PH值呈弱酸性，这些经过酸碱中和处理后继续回用。2018年祥光铜业建设的水深度处理项目，通过蒸发结晶，废水中的盐类分离出来，回收中水再综合回用，真正实现了铜冶炼行业的废水零排放。全厂水循环利用率达到99%以上，远超《清洁生产标准铜冶炼业》（HJ 558-2010）工业用水重复利用率的一级指标≥ 97%要求。年可节水50万吨、减排废水14.8万吨、减排COD 8.6吨。

图4 废水处理站

图5 渣选矿球磨机

废渣再选再用。铜冶炼过程中熔炼、吹炼和精炼工序都会产生数量不同、成分各异的冶炼渣，其中熔炼过程中产出的渣量最大，这些炉渣分布着多种金属和有价资源，吹炼和精炼工序产生的渣量一般比较小，渣含铜高，可以直接作为入炉再冶炼的原料。熔炼炉产出的渣量大，渣含铜低，仍然有很大的利用价值，通过化验分析熔炼渣是一种主要由铁硅酸盐、铁橄榄石组成复杂的混合物，渣含铜在0.9%~2.5%，经过贫化处理后或选矿后，渣含铜降低到0.25%左右，选矿后尾渣含铁35%~40%，可以作为优良的建筑材料或水泥原料使用。根据李工介绍，祥光铜业每年可从阳极泥、卡尔多炉渣及其他附料中，提取铜精矿中伴生的黄金20吨、白银600吨以及国家急需的稀散稀贵金属铂、钯、铼、硒、铋等1000多吨，纯铜1万多吨。

由于祥光铜业在三废处理、生态冶炼方面的突出的绿色环保特点，2017年，祥光铜业与“青藏铁路”、“长江三峡”等项目一起入选为2017年工信部发布的我国第一批绿色制造体系示范名单。由于祥光人持之以恒的进行技术工艺和设备的创新，实现了铜冶炼制造由高耗能、高污染的传统行业，到节能、环保、智能化、绿色制造工厂的升级转变[4]。在造福一方，为社会创造财富的同时，也实现了新型绿色环保发展之路。