有色金属冶金材料能源发展途径.pdf

总第 1 5 6 期 2 0 1 5 年第 4 期 山西冶金 S HANXI ME T AL L URG Y To t a l l 5 6 No ． 4．2 01 5 DOI 1 0 ． 1 6 5 2 5 ． c n k i ． c n 1 4 1 1 6 7 ／ t f ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 2 有色金属冶金材料能源发展途径 苏瑞娟 甘肃有色冶金职业技术学院， 甘肃金昌7 3 7 1 0 0 摘要 重点从更新改造原有传统生产技术与设备、 突破传统产品 目录、 冶炼回收再生金属原料、 冶炼三废再利 用、 矿产资源综合利用与循环等方面， 提出有色金属冶金材料能源的发展途径。该途径及其实施对缓解我 国金 属能源紧缺、 提高国内金属深加工技术具有重要意义。 关键词 有色金属冶金材料能源发展途径 中图分类号 X7 5 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 一 l 1 5 2 2 0 1 5 0 4 一 O O O 4 0 3 在 2 0 0 5 年 ， 中国紧缺的资源如铜 、 铝 、 铅和锌进 口量分别达 到 7 0 ％、 5 0 ％、 5 0 ％和 2 0 ％， 我 国成 为世 界上最大的矿产进 口国 ， 对 国外资源的依赖程度高 ， 国内企业必须实施好“ 走出去” 的战略， 加大国外矿 产开发利用程度 ] 。 1 更新改造原有传统生产技术与设备 传统的金属冶炼技术和设备， 诸如c u 、 P b 、 z n 、 M g 、 A l 等已经使用了几十年甚至几百年， 如何冶炼现 有的新原料必须得到重视 。冶金科研工作者 已经研 究和开发出新 的冶金技术来满足当前新原料冶炼问 题。例如东北大学臼 研究用湿法取代拜耳法 ， 从粉 煤灰中提取 白炭黑和氧化铝 ， 取得了很好 的效果 ； 昆 明理工大学[5 - 8 ]研究进行的火法炼A l s i 合金、 镁矿物 用炭还原 Mg O、 歧化法炭还原铝土矿提铝、 冶金法制 多晶硅， 提出风煤吹炉冶炼锡， 用于锡渣冶炼， 可使渣 含w S n 由2 ％ 3 ％降至0 ．0 7 ％， 并且不产硬头。云 锡公司用奥斯麦特法炼锡 ， 铜陵有色公司采用闪速熔 炼 、 艾萨法熔炼提高 S O 回收率， 由7 0 ％提高到 9 5 ％。 其他冶金技术 ， 例如 高温、 高压、 等离子， 电子 束 、 矿浆电解 、 离子交换 、 萃取 、 结晶法 、 真空碳热还 原法等新技术 被引入冶金过程 ， 在难选复杂矿料 方面发挥积极作用。同时 ， 冶金过程的 自动化 、 信息 化是 现代化冶金技术进步的重要指标 ， 是企业发展 的必然趋势。 2 突破传统产 品目录 。 多产品、 深加工 根 据海 关 数据 ， 2 0 1 3年 ， 我 国有 色金 属 进 出 收稿日期 2 0 1 5 0 6 0 1 作者简介 苏瑞娟 1 9 8 5 一 ， 女， 硕士研究生， 主要从事资源二 次回收利用研究工作 。E ma il 1 0 2 9 8 4 3 4 3 9 q q ． c o m 口贸易总额 1 5 8 1 亿美元 ， 增长 1 ． 1 ％， 全年进 口额 1 0 3 3 亿美元 ， 出口额 5 4 8 亿美元 ， 逆差达到 4 8 5 亿美 元。这主要体现在一方面进 口高端产品 ， 高性能材 料， 而另一方面能够部分加工的金属 例如稀土 、 Mg 、 T i 、 W、 Mn 、 G a 、 I n 、 G e 、 B等 国内用量少 ， 大部分 出口， 深加工产品少 ， 所 以贸易逆差明显。因此 ， 在 大力推进高端产 品大量 出口的同时 ， 也应加强国内 需求和金属深加工的应用 。 金属铅 、 钻 、 镍 、 锰 、 铁等 已经大量用于电池 ， 市 场规模不 断扩大 ； 工业硅年产 1 0 0多万吨 ， 产量 的 6 0 ％出口到 6 O多个 国家 ， 价格达到 1 ． 2万元／ t ； 2 0 1 3 年 ， 进 口多晶硅约 8 万t ， 价格达到 l 4 万元／ t 左右 ， 在 太阳能电池方面大量使用； 硅片、 芯片更是高价值高 科技产品。 要求产品向多元化 、 深加工方向发展 ， 但会随之 带来一些实质性问题 ， 例如如何提高太阳能电池的 转化效率 ， 并使其得到普及应用 用什么材料做 电池 能使大功率电动车跑起来且易充电； 用什么材料使 太 阳能电价低廉 ， 赶上水 电， 火 电价格 ； 如何生产应 用 已大量出现 的各种碳材料 ， 例如石墨烯 、 碳纤维 、 碳微球、 石墨化 、 柔性石墨等。 柔性石墨密封材料用途广泛 ， 例如汽车用密封材 料已达上千吨， 可以在2 0 0 ～3 6 0 0 c C 范围内使用 。表 1 是柔性石墨密封材料不同种类的价格变化表 ， 可以 看出， 加工程度的差异， 造成了明显的价格差距。 表1 柔性石墨密封材料不同种类的价格变化 万元／ t 原料 中细颗粒 细颗粒 高纯 进 口 『 ．5 3 ．5 - 4 ．0 1 ．8 - 4 ．0 2 ．0 - 5 ．0 1 0 - 5 0 2 0 1 5 年第4 期 苏瑞娟 有色金属冶金材料能源发展途径 5 突破传统产品品种 的局限性 ， 金属材料有其 自 身的优越性 。例如将金属材料高纯化制备高纯金 属， 单晶化发展单晶体， 研究它们的本征特性和应用 领域。S i O 可以做成光缆， A 1 O ， 可以制备蓝宝石等， 它们的用途和价格都很高。 3 冶炼回收再生金属原料 电子产品、 家电、 汽车、 交通工具等废弃物数量 和品种逐渐增加， 形成了数量庞大的再生金属资源， 再加上我国每年都会从国外进 口废旧金属 ， 这两个 因素为我 国再生金属行业的发展提供了最有用的原 料。表 2 为再生金属及进 口废料总量情况乜 。 表2 再生金属及进口废料总量情况 万t 原料种类 时间 C u A l P b Z n 总产量 2 o o 2 8 8 1 3 O 1 7 4．O 2 3 9．0 再生金属 2 o o 8 l 9 O 2 6 0 7 0 8 ． O 5 3 O．O 2 o o 2 3 0 8 4 5 5 ． 1 3 5 8． 1 进 口废料 2 o o 8 5 5 8 2l 5 O ． 6 7 7 3．6 发展再生金属行业不仅可以有效缓解我国有色 金属资源的短缺 ， 还可 以大大降低能耗 ， 减少废金属 对环境的污染 。由图 1 可以看出 ， 每生产 1 t 再生 铜相当于节能标煤3 ．3 t 、 节水 7 3 4 t 、 减少固体废弃 物排放 4 2 0 ． 5 t 、 减少S O 排放 0 ． 1 4 t 。 再生金属资源被称之为“ 城市矿山” ， 这些废金 属9 6 ％都可以进行回收再利用， 再生金属行业是名 副其实的变废为宝的环保行业。 S O O ． 1 4t 图 1 每生产 1 t 再 生铜节约量 4 再利用冶炼三废 国内外有 色金属冶炼企业造成 环境污染 的主 要方面是工业固体废弃物、 气体污染物及工业废水 等。冶金三废严重污染大气、 水源、 土地， 影响生活和 生产发展 ， 广西某地一些土地 A s 污染严重 ， 广东北 部 c d污 染 严重 ， 昆 明某 地也 发 现重 金 属 污染 等 情 况 。关 于 有 色 金 属 冶炼 的渣 堆 放 ， 有 的买 地 堆 渣 ， 有 的山沟 堆渣 ， 雨水 浸渣后渗入 地下 ， 造成 水源污染 。2 0 0 4 年产废渣 1 1 3 6 万 t ， 尾矿数达到 1 2 7 1 8 座， 2 0 0 7 年尾矿量 8 0 亿 t ， 数量巨大， 成分相 对复杂 。表 3 是国内有色金属冶炼废渣所含 的主要金属成分 。 表3 国内有色金属冶炼废渣的主要金属含量 ％ 废渣名称 w C u w F e w C C a w P b Z n 铜鼓风炉渣 0 ．2 1 0 2 5 ～ 3 O 0 ． 0 0 40 0 ． 5 2 0 2 ． 0 0 铜反射炉渣 0 ．4 o O 3 1 - 3 6 0 ． 0 1 2 7 白银炼铜炉渣 O ．6 o o 3 4 - 3 6 2 ． 0 0 3 ． 0 o 铜 闪速炉渣 4 ．5 0 o 铅鼓风炉渣 0 ． 2 2 8 0 ． 0 1 00 3 ． O 9 7 8 ． 1 7 I S P炉渣 0 ． 2 6 o 0 ． 0 o 1 4 0 ． 6 0 o 7 ．7 6 从表 3 可 以看出， 有色金属冶炼废渣品种多 ， 有 价元素含量高， 若不能回收利用， 既浪费资源又污染 环境。因此， 对冶金废渣和尾矿资源的二次利用是 必需的， 从矿源开发着手 ， 水不排 ， 循环使用 、 达标排 放 ， 渣利用使工厂变花园， 这是矿山及冶金废弃物资 源化的最重要途径。 5 综合循环利用矿产资源 矿石资源基本上是多元素构成， 成分复杂， 但 目 前综合 回收不足。表4 为部分矿料成分情况 。可以 看 出， 每种矿料成分都 比较复杂 ， 回收全流程中的副 产物以及烟气中S O 、 A s 等有害气体的综合回收技 术也较复杂 ， 同时由于企业规模限制 ， 元素多样且价 格不同， 导致矿料综合回收利用率很低。 表4 部分矿料成分 锡矿 S n 、 P b 、 A s 、 C u 、 I n 、 A g 、 B i 、 A 1 2 03 、 S i O、 Z r 、 C a O 铜矿 C u 、 S F e 、 Z n A s 、 S b 、 B i A 1 2 0 j S i O 。 C a O、 S e T e A u A族 铝 矿 A， S i ， G a S 、 F e ， A s ， C a O， S b 、 T i O 2 目前 ， 我国大部分业内企业资源综合利用技术 水平较低。下页表5 为国内、 国际资源综合回收利用 水平比较乜 。由表5 可以反映出我国资源综合回收 率与国外比较相差3 0 ％， 特别是固体废弃物利用率和 再生铝的回收率更低。应加强综合回收， 提高矿价 值， 不污染环境， 变害为利。同时， 国际海底区域蕴藏 极为丰富的金属矿资源 ， 目前已经认识和发现的深 海金属矿资源主要包括多金属结核 、 富钴结壳 、 热液 硫化物， 所以加强深海资源开发技术研究必不可少。 参考文献 [ 1 ] 梅燕雄 ， 胡如权， 李莉， 等． 合作共赢 ， 开发利用境外矿产资源 [ J ] ． 中 国矿 ． 2 0 1 1 。 2 0 5 1 - 3 ． 6 山西冶金 E ma i l s x y j b j b 1 2 6 ． c o ln 第3 8 卷 表5 国内、 国际资源综合利用水平比较 ％ 序号 类别 中国 发达 国家 差距 共伴生矿产资源综合回收率 2 0 5 0 3 0 I 伴生金的选矿回收率 5 0 6 0 6 0 7 O 1 0 - 2 0 伴生银的选矿回收率 6 0 - 7 0 7 0 - 8 0 1 0 - 2 0 有色金属矿产综合利用率 5 0 8 0 3 0 有色金属固体废物利用率 1 1 7 0 ～ 6 O Ⅱ 有色金属废水利用率 8 4 9 0 - 9 5 1 0 尾气中S O 利用率 9 2 9 0 9 9 7 再生铜占原生铜产量比例 3 0 4 5 - 8 0 ～ 5 O Ⅲ 再生铝占原生铝产量比例 7 4 5 - 9 0 ～ 8 3 再生铅占原生铅产量比例 2 0 5 5 刁 5 ～ 5 O Ⅳ 矿产资源总回收率 3 0 - 5 0 4 0 - 8 0 3 O [ 2 ] 李振超． 实施矿产资源走出去战略的现状、 问题及对策[ J ] ． 中国 矿业 ， 2 0 1 3 。 2 2 2 1 4 1 6 ． [ 3 ] 李秋霞， 杨斌， 戴永年． 真空下从铝土矿中直接提取铝的研究 [ J ] ． 真空科学与技术学报 ， 2 0 1 0 ， 3 0 2 1 9 8 2 0 0 ． [ 4 ] 李来时， 翟玉春， 吴艳， 等硫 酸浸取法提取粉煤灰中氧化铝[ n 轻金属 ， 2 0 0 6 1 2 9 1 2 ． [ 6 ] 王佳东 ， 翟玉春， 申晓毅． 碱溶法提取粉煤灰中的氧化硅[ J ] ． 轻 金属 ， 2 0 0 8 1 2 2 3 2 5 ． [ 6 ] 戴永年． 真空冶金发展动态[ J ] ． 真空， 2 0 0 9 ， 4 6 1 1 5 ． [ 7 ] 马文会， 戴永年， 杨斌， 等． 太阳能级硅制备新技术研究进展[ J ] ． 新材料产业 ， z o o 6 1 o 1 2 1 6 ． [ 8 ] MA We n h u i ， WE l K u i x i a n ， YA N G B i n ， c t ．a 1 ． V a c u u m d i s t i l l a t i o n r e f i n i n g o f me t a l l u r g i c a l g r a d e s i l i c o n 1 I 一 一 k i n e t i c s o n r e mo v a l o f p h o s p h o r u s f r o m m e t a l l u r g i c al g r a d e s i l i c o n 【 J J ．T r a n s a c t i o n s o f N o n f e r r o u s Me t als S o c i e t yo f C h i n a ， 2 0 0 7 ， 1 7 S 1 1 0 2 6 - 1 0 2 9 ． [ 9 J L I AN G D O， WAN G J K， WAN G Y H ． S i mu l t a n e o u s A c i d P r e s s u r e Le a c h i n g o f S i l v e r -b e a r i n g L o w- g r a d e Ma ng a n e s e Or e a n d S p h ale r i t e C o n c e n t r a t e [ J ] ． P r e c i o u s Me t l a s ， 2 0 0 8 ， 2 9 2 2 8 - 3 3 ． [ 1 0 ] 王伟， 李辉 ， 郑培生． 低品位钽铌原料的湿法冶金新工艺研究 [ J ] ．稀有金属快报， 2 0 0 8 ， 2 7 4 3 1 3 6 ． [ 1 1 ] 侯亚雄， 赵训迪， 袁文见， 等． 电磁搅拌技术在冶金行业的应用 [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] [ 2 5 ] [ 2 6 ] [ 2 7 ] [ c ] ． 第一届电磁冶金与强磁场材料科学学术会议 ， 2 0 1 1 1 9 3 - 2 0 0 ． 李正邦． 电渣冶金的发展历程 、 现状及趋势[ J ] ． 材料与冶金学 报 ， 2 0 1 1 ， 1 0 Z1 l 一 7 ． 谭毅， 石爽． 电子束技术在冶金精炼领域中的研究现状和发展 趋势[ J ] ． 材料工程， 2 0 1 3 8 9 2 一 1 0 0 ． 蒋咏， 马文会， 魏奎先， 等． 定向凝固技术去除超冶金级硅中铁 的实验研究[ J ] ． 热加工工艺， 2 0 1 1 ， 4 o 2 3 1 7 2 1 ． 吴晓蜂 ， 汪云华 ， 范兴祥 ， 等． 贵金属提取冶金技术现状及发展 趋势[ J ] ． 贵金属， 2 0 0 7 ， 2 8 4 6 3 6 8 ． 王颖慧．冶金新技术的应用领域及展望[ J ] ． 企业技术开发 下 半月 ， 2 0 0 9 ， 2 8 5 7 3 ． 唐谟堂， 唐朝波， 陈永明， 等． 一种很有前途的低碳清洁冶金方 法重金属低温熔 盐冶金[ J ] ． 中 国有色冶金 ， 2 0 1 0 ， 3 9 4 4 9 5 3 ． 胡宇杰， 唐朝波， 唐谟堂， 等． 一种再生铅低温清洁冶金的绿色 工艺 [ J ] ． 有色金属 冶炼部分 ， 2 0 1 3 8 1 - 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s i v e u t i l i z a t i o n o f mi n e r a l r e s o u r c e s a n d c y c l e ，thi s p a p e r p r e s e n t s s o me d e v e l o p me n t a p p r o a c h e s f o r n o n f e r r o u s me tal s me tal l urgy ma t e ri a l an d e n e r g y s o ur c e s ． T h e a p p r o a c h a n d i t s i mp l e me n tat i o n a l l e v i a t e me t a l e n e r g y s h o r t a g e ， wh i c h h a s gr e a t s i g n i fic a n c e o f i mp r o v i n g t h e d o me s t i c me t a l p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y i n Ch i n a i s o f． Ke y wo r d s n o n f e r r o u s me t a l s me t a l l u r gy , ma t e r i a l ， e n e r g y s o ur c e s ， d e v e l o p me n tal d i r e c t i o n