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依靠技術創新 提高銅冶煉清潔生產水平(優秀案例)

2015/11/5 11:17:37  點擊:5467

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連吹爐外景

公司簡介

赤峰云銅有色金屬有限公司是2009年年底組建的由云南銅業股份有限公司控股企業,是目前中國東北乃至華北地區同時擁有從礦銅—冰銅—粗銅—陽極銅—高純陰極銅以及煙氣制酸全套生產裝置的僅有的兩家限上規模銅冶煉企業之一。實際產能達到年產高純陰極銅13萬噸,副產工業硫酸52萬噸,赤峰云銅是“赤峰市十強工業企業”和“內蒙古工業二十強企業”。現有員工1858人,其中工程技術人員163人。工信部2015年第37號公告公布了符合《銅冶煉行業規范條件》企業名單,赤峰云銅有色金屬有限公司名列其中。

多年來,赤峰云銅有色金屬有限公司忠誠履行社會職責,實施科技興企戰略,持續進行技術革新和精細化管理,形成企業持續盈利的核心競爭力。并以此為支撐,有效地推進企業根源性環保綜合治理工作,持續提高清潔生產水平,企業實現了經濟效益、社會效益和環境效益的互促共贏,為美麗生態家園建設做出了積極貢獻。

存在問題

赤峰云銅在從嚴從實抓好日常的安全環保工作,夯實安全環保工作基礎的同時,為了徹底解決PS轉爐生產中存在的煙氣無組織排放等系列問題,滿足日益嚴格的環境保護、勞動衛生等清潔生產要求,多年來始終致力于處理能力大、投資和運行費用低、操作連續、環保效果佳、經濟效益顯著的連續吹煉工藝的研究開發。

解決方案

一、自主攻關系環保,未雨綢繆謀發展

目前,在銅火法冶煉工藝中,火法吹煉是生產粗銅的關鍵工序。吹煉工藝主要有兩種:一種是間歇操作,以傳統的PS轉爐為代表,存在間斷進料、分期作業、逸散煙氣收集處理困難、漏風率高、余熱利用差等問題;另一種是連續吹煉,以三菱法吹煉和閃速吹煉工藝為代表,兩種連續吹煉工藝均存在降低吹煉渣含銅與提高粗銅質量難以完美兼顧、直收率低等工藝缺陷,同時閃速吹煉要求冰銅必須水淬、磨細、烘干后噴入爐內,存在熱能損失大、能耗高、不能消化冷料、生產成本高的問題。同時上述兩種技術均為國外專利技術,國內企業引進運用需花費高昂的專利技術使用費。

為了解決以上問題,以滿足日益嚴格的環境保護、勞動衛生等清潔生產法律法規的要求,國內外銅冶煉企業積極尋求或開發產能大、投資和運行費用低、操作連續、有利于環保的先進吹煉工藝。隨著銅冶煉行業的可持續發展必須符合綠色環保、高效節能、資源綜合利用等產業政策的要求,特別是在越來越大的環保壓力下,赤峰云銅與赤峰金峰冶金技術發展有限公司合作,歷經5年成功開發了一項既能徹底解決吹煉過程中含硫煙氣的無組織排放問題,各項指標又比PS轉爐吹煉和已有的兩種連續吹煉工藝都好的粗銅連續吹煉工藝——雙爐側頂吹粗銅連續吹煉工藝技術。赤峰云銅于2013年4月開始實施工業化試驗裝置建設,在火法冶煉生產系統中插入雙爐粗銅連續吹煉工藝模塊;于2014年2月至2014年10月,對雙爐粗銅連續吹煉工藝技術進行了8次工業化試驗,期間經歷種種困難,攻克眾多技術難關,在2014年9月6日的第八次實驗中最終取得圓滿成功。于2014年11月7日順利進入工業化試生產階段,成功達到了工業化應用的預定目標,整體技術達到國際先進水平,為赤峰云銅進一步提升清潔生產和持續發展水平,實現建設美麗生態家園理念奠定了堅實的基礎。

二、科技創新結碩果,節能減排顯奇效

雙爐側頂吹連續吹煉工藝技術,是根據PS轉爐吹煉工藝技術的原理,借鑒銅冶煉雙側吹熔池熔煉爐、頂吹爐以及三菱法吹煉和閃速吹煉工藝的技術經驗,集成了目前所有吹煉工藝技術的優點。此工藝技術的研發成功,可為潛在淘汰PS轉爐吹煉工藝的銅冶煉企業提供了一種嶄新的連續吹煉工藝技術,可徹底解決PS轉爐吹煉工藝所存在的SO2煙氣無組織排放和收集處理費用高以及耐火材料使用壽命低的問題;同時在清潔生產方面,可消除影響或限制國內銅冶煉企業持續發展的瓶頸,徹底解決銅冶煉行業的發展與環境生態保護之間的突出矛盾,能為提高我國銅冶煉行業的清潔生產水平提供可靠的技術支撐。

2015年4月23日,赤峰云銅有色金屬有限公司和赤峰金峰冶金技術發展有限公司完成的“雙爐粗銅連續吹煉工藝技術”項目的研究成果,順利通過了中國有色金屬工業協會主持的科技成果鑒定。鑒定委員會確認該項目所獨有的主要技術特點和創新點為:創新性地開發了雙側吹造渣爐和頂吹造銅爐組成的粗銅連續吹煉系統,實現了粗銅吹煉過程的連續化,生產的粗銅品質高,粗銅含硫低、渣含銅低,分別從原來PS轉爐吹煉工藝的0.3%、4.0%降到現在的小于0.03%和2.3%;環集煙氣100%收集進入制酸系統,徹底完美解決了銅冶煉生產吹煉工序中存在的含硫煙氣無組織排放及其難收集、處理費用高的問題;采用硅鐵渣型,對耐火材料腐蝕輕,爐溫穩定,爐體耐火材料受熱震損輕,爐體壽命長,維修費用低;另外,該工藝煙氣量小,SO2濃度穩定,煙氣連續穩定,利于高溫煙氣余熱的回收利用,粗銅綜合能耗可比PS轉爐吹煉工藝降低30kgce/tCu。同時,該項目已在赤峰云銅建成年產粗銅12.5萬噸生產線,生產運行穩定、易于操作控制,直收率高,吹煉成本低;此工藝技術投資低、節能減排效果好、經濟和社會效益顯著,可實現銅冶煉清潔生產,推廣應用前景廣闊。與會專家一致認為該項目技術經濟指標先進,整體技術達到國際先進水平。建議加快推廣應用。

三、整章建制強基礎,清潔生產保生態

多年來,赤峰云銅始終把環境保護作為一項系統工作來抓。集中力量建立健全了環境保護管理制度,建立起了比較完善的環境保護長效機制,確保了環境風險始終處于受控狀態。

?為了更好地履行公司的社會責任,近5年來,赤峰云銅先后投入大量資金,用于清潔生產的軟硬件建設,先后組織和實施各項技術攻關近30項,其中在煙氣處理方面,2010年自主開發了部分煙氣三轉三吸制酸工藝,二氧化硫轉化率大于99.94%,制酸尾氣SO2含量遠低于標準要求的400mg/Nm3,徹底解決了很多有色冶煉企業為了尾氣達標排放而必須進行尾氣脫硫的環保治理難題,并使總硫回收利用率達到了98.3%以上,提前兩年達到了國家頒布的《銅鎳鈷工業污染物排放標準》要求。

在上述基礎上,雙爐粗銅連續吹煉工藝技術的開發成功,既為公司產能和經濟效益提高、綜合競爭實力日益增強奠定了堅實基礎,也把公司的清潔生產水平提升到了一個全新高度,向美麗生態家園建設邁出了可喜一步。

四、原創技術嶄露角,蓄勢待發譜新篇

(一)潛在的推廣價值

?在國內應用雙爐粗銅連續吹煉工藝技術,既可徹底根除傳統PS轉爐吹煉造成的煙氣、煙塵、廢熱逸散,杜絕低空污染,又可有效利用余熱、降低煉銅成本,有效改善吹煉工序作業環境,特別是在生態環保、節能減排等法律法規要求日益嚴格、標準逐步提高的大趨勢條件下,本工藝技術均具有突出優勢。

世界范圍任何一家生產規模達到10萬噸以上的銅冶煉廠,不管其熔煉采用的是哪一種工藝,只要其場地條件具備、尤其是采用PS轉爐吹煉工藝的銅冶煉廠,無論是從環保角度考慮,還是從經濟效益角度考慮,采用雙爐粗銅連續吹煉工藝進行技術改造均可取得良好的經濟效益和環境生態效益。

(二)對科技進步的潛在貢獻

采用雙爐連續吹煉技術代替煉銅人使用了100多年的PS轉爐吹煉工藝,具有劃時代的歷史意義,從此將改變中國超過20萬噸生產規模的銅冶煉項目必須靠引進國外技術的歷史;不但可以為國家節約大量的外匯,而且還標志著中國的銅冶煉技術將進入一個嶄新的發展時代。

成效

?一、技術經濟指標的先進性

(一)與PS轉爐吹煉時期的對比數據

雙爐粗銅連續吹煉技術工業化應用以來,噸粗銅耐火材料成本下降30元/tCu;吹煉煙氣余熱發電增效58元/tCu;節省環集煙氣脫硫處理成本95元/tCu、硫的回收率提高1.3%;工藝煙氣量小且連續穩定、制酸噸酸電耗降低14kwh/tH2SO4;吹煉作業率由92.5%提高至99%;以赤峰云銅生產系統為例,產能提高20%;粗銅含硫由0.3%降至0.03%;吹煉渣含銅由4.0%降至2.3%;粗銅綜合能由143kgce/tCu降至113kgce/tCu?。

(二)與清潔生產(HJ558-2010)和能源消耗限額(GB21248-2014)的對比

與清潔生產(HJ558-2010)一級指標相比較:粗銅含硫<0.03%、達到≤0.1%要求;爐齡>360d、達到≥240d要求;廢氣的收集與處理做到了100%收集利用;二氧化硫轉化率>99.94%、達到≥99.8%要求;硫的總捕集率>99.8%、達到≥98.5%要求;硫的回收率>98.3%、達到≥97%要求;

粗銅單位產品綜合能耗113kgce/tCu,滿足清潔生產(HJ558-2010)一級指標≤340kgce/tCu的要求,同時達到能源消耗限額(GB21248-2014)中銅冶煉企業單位產品能耗先進值≤150kgce/tCu的指標要求。

二、對社會經濟發展的潛在貢獻

(一)在節能減排方面的潛在貢獻

?1、節能:采用雙爐粗銅連續吹煉技術,粗銅綜合能耗僅為113kgce/t,比PS轉爐吹煉工藝降低30kgce/t,全國400萬噸產能,年可節約標煤12萬噸。

?2、減排:實踐證明該技術不但可以徹底解決銅冶煉吹煉生產過程中含硫煙氣的無組織排放問題,而且由于該工藝技術使吹煉煙氣量減少了40%多,大大減少了環境集煙氣量從而能使其匯入制酸系統,使得除進入冶煉廢渣以外的幾乎所有的硫都得到了回收利用,使銅冶煉硫的回收率由原來的97%提高到98.3%,硫的總捕集率達到99.8%。以年產10萬噸生產規模為例,原料中的硫銅比按1.3計算,全年總硫量約為13萬噸,采用該連續吹煉工藝,每年可以減排SO2噸約560噸;如果國內所有使用PS轉爐的銅冶煉企業約400萬噸的產能都采用該技術,每年可以減排SO2?多達22400噸。

(二)在經濟方面的潛在貢獻

1、節省投資:如采用該連續吹煉技術對老工藝進行技術改造淘汰轉爐,不但可以產生很大的環保效果,而且在不需要增加太多投資的情況下,就可以把產能提高20%。目前采用PS轉爐吹煉工藝的產能按400萬噸計,可增產80萬噸;按常規投資水平,每1萬噸銅粗銅產能約需投資1.2億元,根據赤峰云銅的情況,采用雙爐側頂吹連續吹煉技術進行改造,只投資6000萬元,就增加產能20000噸,1萬噸產能只需投資3000萬元,合計每1萬噸產能比常規投資節省9000萬元,增產80萬噸,可為社會節省投資72億元。

2、降本增效:按10萬噸生產規模計算,采用雙爐連續吹煉技術每年可節約運行成本3588萬元,全國400萬噸產能,年可節約成本14.35億元。再算增產效益,全國增產80萬噸,按赤峰云銅的成本水平測算,噸銅增產效益約為2500元,80萬噸的增產效益約為20億元。

獲獎情況

1、此科技項目被列入內蒙古自治區科技重大專項,并獲得內蒙古自治區政府專項科技扶持資金480萬元。

2、2014年4月2日“雙爐雙側吹造渣頂吹造銅連續吹煉爐”獲得實用新型專利證書、并已同日申請發明專利。

3、?2015年4月23日“雙爐粗銅連續吹煉”工藝技術通過由中國有色金屬協會組織的科技成果鑒定。認為該工藝技術投資低、節能減排效果好、經濟和社會效益顯著,可實現銅冶煉清潔生產,同時技術經濟指標先進,整體技術達到國際先進水平,推廣應用前景廣闊。

媒體影響力

《中國有色金屬報(有色金屬網)》刊登報道——《雙爐粗銅連續吹煉工藝技術通過鑒定》,稱:4月23日,由中國有色金屬工業協會主持召開的“雙爐粗銅連續吹煉工藝技術”科技成果鑒定會在內蒙古自治區赤峰市召開。經專家鑒定,該項目技術經濟指標先進,整體技術達到國際先進水平;該項目投資低,節能減排效果好,經濟和社會效益顯著,可實現銅冶煉清潔生產,推廣應用前景廣闊。——《中國有色金屬報(有色金屬網)》2015年04月27日

《中國經濟時報》刊文《內蒙古科技創新冶銅行業受益》,對“雙爐粗銅連續吹煉工藝技術”的開發背景、開發過程等進行了采訪報道,中國有色金屬工業協會副會長賈明星認為,中國目前具有自主知識產權的銅冶煉技術技術還相對較少,“雙爐粗銅連續吹煉工藝技術”對原礦的要求比較低,加上投資成本低、資源利用率高、排放量降低,“雙爐粗銅連續吹煉工藝技術”非常適應國內銅冶煉企業的需求。——《中國經濟時報》(2015年5月11日?A07版)

走進赤峰云銅,樹林蒼翠,百花爭艷,綠草如茵,2014年以來,連續被評為赤峰市“園林式工廠”。圖是公司辦公區一景。

2015年4月23日,由中國有色金屬工業協會主持召開的“雙爐粗銅連續吹煉”工藝技術科技成果鑒定會在赤峰云銅五樓會議室召開。來自中國有色金屬工業協會、國家工信部原料司、北京礦冶研究總院、東北大學、昆明理工大學、中國瑞林工程技術公司、中國恩菲工程技術公司的九名專家、學者對技術成果進行鑒定。專家建議加快推廣應用。

(此案例獲聯合國全球契約“2014年中國十大綠色技術創新”獎)?

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?撰稿:張學東

報送單位:赤峰云銅有色金屬有限公司

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