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中国铜冶炼节能减排现状与发展 刘志宏 （中南大学冶金与环境学院，长沙410083） 摘要综述我国铜冶炼工业节能减排现状与发展趋势.我国铜冶炼工业在规模、工艺技术与装备、节 能环保、资源利用等方面，已全面居于国际先进水平，目前应用的主要熔炼技术为奥图泰闪速熔炼，占 50 ；浸没式顶吹，占25 ；其余为富氧底吹和侧吹.我国铜冶炼从精矿到阳极铜工艺能耗在200～ 400 kgce/t阳极铜之间，部分企业能耗水平居于世界领先，整体而言，在余热回收和过程节能方面，还 有一定潜力；在SO2排放方面，我国铜冶炼工业硫的捕集率在98 ～99.5 ，与国际先进水平比较，还 有一定差距，但整个铜冶炼工业SO2减排潜力小于10万t/a；高砷物料和重金属废水处理渣的资源化 利用与安全处置，是今后我国铜冶炼工业减排的重要方向. 关键词中国铜冶炼工业；节能减排；现状与发展 中图分类号TF811文献标志码A Current situation and development of energy saving and waste reduction in Chinese copper smelting industry LIU Zhihong （College of Metallurgy and Environment Engineering, Central South University, Changsha 410083, China） AbstractThe current situation and development of energy saving and waste reduction in copper smelting industry of China are reviewed. The copper smelting industry in China, mainly using such processes as Outotec Flash Smelting 50 , Top submerged Lance 25 ,Oxygen Rich Bottom Blowing and Double Sides Blowing 25 , has been ranked globally advanced level in its scale, technology equipment, energy saving and pollution controlling and resource utilization. The process energy consumption in copper smelting industry of China is between 200～400 kg coal equivalent per ton of anode copper, with some enterprises being in the lead of the world. China’s copper smelting industry has some potential for the waste heat recoveries and energy saving in some processes. In regard to SO2emission, the sulfur collection efficiencies are between 98 ～99.5 in China’s copper smelting industry. China has the potential for SO2emission reduction in copper smelting industry as a whole of less than 100 kt per year, although there is a certain gap when compared with the world’s advances level. In the future, the resource utilization and safe disposal of high arsenic materials, as well as heavy metals containing waste water treatment residues are important fields for waste reduction in copper smelting industry of China. Key wordsChinese copper smelting industry；energy saving and pollution controlling；current situation and development. 收稿日期2014-10-08 基金项目中国工程院2012年度重点课题“有色金属（Al、Cu、Pb、Zn、Mg）节能减排技术与潜力研究”2012-XZ-19 作者简介刘志宏（1963-），男，教授，博导，主要从事湿法冶金与功能粉体材料设备及加工研究，E-mailzhliu. 文章编号1６７４-９６６９ （ ２014）05-0001-12 DOI10.13264/ki.ysjskx.2014.05.001 有色金属科学与工程第 5 卷 第 5 期 2 0 14 年10月 Vol.5，No.5 Oct. 2014NonferrousMetals Science and Engineering 有色金属科学与工程2014 年 10 月 1我国铜冶炼概况 1.1生产与消费 2002年～2013年我国矿山产铜量如图1所示.在 国内强劲需求的拉动下，近年来，我国加大铜矿勘探 和开发力度，矿山产铜量稳步增加.2013年，增加至 163万t， 产量较大的省份为 江西24.4万t、 云南 18.9万t、内蒙古17.6万t、安徽13.7万t. 图2为2006年～2013年我国精炼铜产量.2013 年，我国精炼铜产量增加至684万t，其中再生铜约 占32 . 图3为2003年～2013年全球精炼铜消费区域分布. 近10余年来，在全球铜消费主要区域中，亚洲（不包含中 国）、欧洲及北美消费量变化不大，而中国的精炼铜消费 量，则由2003年的309万t增加至2013年的850万t， 增长1倍以上.目前，我国人均铜消费量已超过5 kg， 与美国、日本等许多发达国家水平相当. 1.2主要铜冶炼厂及其工艺与产能 2013年，中国精炼铜产量达到684万t.表1所 列为中国主要铜冶炼厂及其工艺与产能.我国铜冶炼 工业呈现厂家众多、工艺纷繁的特色，如图4所示；与 其他有色金属比较， 我国铜冶炼产业集中度相对较 高.我国铜熔炼主要工艺为奥图泰闪速熔炼法、浸没 式顶吹（澳斯麦特、艾萨）法、富氧底吹法、双侧吹法和 白银法.吹炼仍以P-S转炉为主，闪速吹炼已在3家 大型铜厂应用，产能达120万t/a，富氧底吹连续吹炼 工艺正在开发中. 1.3技术发展历程 表2所列为火法炼铜强化熔炼技术工业应用年 份.我国火法炼铜强化熔炼技术的发展，起步于20世 纪70年代初期， 以白银炼铜法的研发和应用为标 志，其后，引进与自主创新相结合，极大加快了技术进 步.目前，我国已全面淘汰鼓风炉、反射炉和电炉等传 统炼铜工艺，铜冶炼工业在工艺技术、装备、能耗、污 染物排放和资源综合利用等方面，全面进入世界先进 水平. 2我国铜冶炼能耗与节能措施 2.1范围界定 分析火法炼铜从铜精矿到阳极铜的能耗，范围界 定为从精矿仓开始， 到阳极炉浇铸成铜阳极板为止， 包含烟尘及炉渣处理，烟气及制酸余热回收，烟气收 尘、净化、制酸及其尾气处理，以及污酸、污水、环集低 浓度SO2烟气处理等一切与铜精矿冶炼生产阳极铜 相关的主要和辅助工序能耗. 年份 图3２003年～2011年全球精炼铜消费区域分布 年份 图12002年～2013年我国矿山产铜量 160 140 120 100 80 60 40 57 60 74 76 88.9 94.6 109.3106.6 115.6 129.9 150 163 矿山产铜量/万t产量/万t 年份 图22006年～2013年中国精炼铜产量 再生铜 矿产铜 700 600 500 400 300 200 100 0 20062007200820092010201120122013 中国 亚洲 欧洲 北美 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 800 600 400 200 精铜消费量/万t 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2 刘志宏中国铜冶炼节能减排现状与发展第5卷 第5期 2.2标准 表3所列为我国铜冶炼企业单位产品能耗限额 先进值（GB21248-2007）[1].由表3可见，从铜精矿到 阳极铜， 工艺能耗先进值为小于380 kgce/t阳极铜. 这一数值正确反映了我国大部分企业当前能耗水平. 值得指出的是，应用这一标准，电耗与标煤间应按等 图4我国主要铜冶炼厂区位分布 闪速吹炼－闪速熔炼 闪速熔炼－Ｐ-Ｓ转炉吹炼 奥斯迈特熔炼－Ｐ-Ｓ转炉吹炼 奥斯迈特熔炼－奥斯迈特吹炼 奥斯迈特熔炼－顶吹吹炼 艾萨熔炼－Ｐ-Ｓ转炉吹炼 底吹炉熔炼－Ｐ-Ｓ转炉吹炼 双侧吹炉熔炼－Ｐ-Ｓ转炉吹炼 白银炉熔炼－Ｐ-Ｓ转炉吹炼 表1我国主要铜冶炼厂及其工艺与产能 序号企业名称企业地址粗炼工艺熔炼炉数精炼铜产能/万t 1江铜贵冶江西贵溪闪速熔炼-P-S转炉吹炼2100 2铜陵金隆安徽铜陵闪速熔炼-P-S转炉吹炼145 3金川甘肃金昌闪速熔炼（合成炉）-P-S转炉吹炼165 4祥光铜业山东阳谷双闪140 5紫金铜业福建上杭闪速熔炼-P-S转炉吹炼120 6铜陵金冠安徽铜陵双闪140 7广西金川防城港双闪140 8候马北铜山西候马澳斯麦特熔炼-澳斯麦特吹炼15 9铜陵金昌安徽铜陵澳斯麦特熔炼-P-S转炉吹炼120 10金剑铜业内蒙赤峰澳斯麦特熔炼-P-S转炉吹炼18 11东方铜业葫芦岛澳斯麦特熔炼-P-S转炉吹炼110 12大冶有色湖北黄石澳斯麦特熔炼-P-S转炉吹炼160 13云锡铜业云南个旧澳斯麦特熔炼-顶吹吹炼110 14云南铜业云南昆明艾萨熔炼-P-S转炉吹炼170 15鲲鹏铜业四川会理艾萨熔炼-P-S转炉吹炼115 16东营方圆山东东营富氧底吹炉熔炼-P-S转炉吹炼150 17山东恒邦山东烟台富氧底吹炉熔炼-P-S转炉吹炼15 18华鼎铜业内蒙包头富氧底吹炉熔炼-P-S转炉吹炼110 19山西垣曲山西运城富氧底吹炉熔炼-P-S转炉吹炼18 20白银铜业甘肃白银白银炉熔炼-P-S转炉吹炼220 21鹏晖铜业山东烟台白银炉熔炼-P-S转炉吹炼112 22金峰铜业内蒙赤峰双侧吹炉熔炼-P-S转炉吹炼111 23富邦铜业内蒙赤峰双侧吹炉熔炼-P-S转炉吹炼110 24和鼎铜业浙江富阳双侧吹炉熔炼-P-S转炉吹炼110 全国合计产能684 3 价值折算， 如发电厂效率为38 ， 则1kWh折算 0.323 kgce.2008年颁布的我国综合能耗计算通则 （GB/T2589-2008）[2]规定，工艺及综合能耗计算中，电 耗按0.122 9 kgce/kWh，即等当量值折算标煤.这在 一定程度上引起了混乱，近年来，我国各企业公开报 道的铜冶炼单位产品能耗数据波动较大，主要与电耗 折算标煤系数不一有关. Xstata公司的Pascal Coursol等，研究计算双闪 法、艾萨法熔炼-P-S转炉吹炼、三菱法、诺兰达/特尼 恩特法熔炼-P-S转炉吹炼4种目前应用较为广泛的 炼铜方法，从铜精矿到阳极铜的单位产品能耗，结果 如表4所示[3].由表4可见，除诺兰达/特尼恩特法能 耗稍高外，其他方法能耗都大致相当，与GB21248- 2007所规定的能耗限额先进值也基本吻合. 2.3我国铜冶炼能耗及主要节能措施 根据调研和计算， 我国从铜精矿到阳极铜工艺 能耗，不同企业（方法）间波动在200～400 kgce/t阳 极铜之间， 部分企业铜冶炼能耗已位居世界领先水 平.传统炼铜方法工艺能耗高达约1 000 kgce/t阳极 铜，与其相比，目前能耗已降低70 左右，主要原因 归于以下几点 第１，强化熔炼方法，即闪速熔炼和强化熔池熔 炼技术的采用.目前，我国奥图泰闪速熔炼（含双闪） 法产能约占50 ，浸没式顶吹法产能约占25 ，其 余为富氧底吹法和双侧吹法.近年来，富氧底吹法发 展势头十分强劲. 第２，氧气的应用.氧气的应用及富氧浓度的提 高，使得烟气量减少、烟气SO2浓度提高，对铜冶炼 类别技术名称研发公司及国别国外工业应用年份中国工业应用年份 闪速熔炼 奥图泰芬兰奥图泰公司19491985 INCO加拿大INCO公司1952/ 熔池熔炼 白银中国白银公司/1972 诺兰达加拿大诺兰达公司19731993* 三菱日本三菱公司1974 / 特尼恩特智利特尼恩特公司1977 / 瓦纽科夫原苏联19772005 TSL（艾萨、澳斯麦特）澳大利亚19921995 富氧底吹中国恩菲公司等20012005 连续吹炼 三菱日本三菱公司1974/ 肯尼科特-奥图泰 美国肯尼科特公司 芬兰奥图泰公司 19952006 低铁铜精矿单炉连续炼铜奥图泰闪速炉芬兰奥图泰公司1978/ 表2火法炼铜强化熔炼技术工业应用年份 “*”目前已停用；“/”指未应用. 表3铜冶炼企业单位产品能耗限额先进值*（GB21248-2007） 注“*”各工艺中回收的余热量和余热发电量输出时应予以扣除；“/”指相应数据未列出. 工艺、工序 能量限额先进值/（kgcet-1） 工艺能耗综合能耗 粗铜工艺（铜精矿-粗铜）≤330≤340 阳极铜工艺（铜精矿-阳极铜）≤380≤390 电解工序（阳极铜-阴极铜）≤120≤130 铜冶炼工艺（铜精矿-阴极铜）≤530≤550 粗铜工艺（杂铜-粗铜）/≤230 阳极铜工艺 （杂铜-阳极铜）/≤290 （粗铜-阳极铜）/≤230 铜精炼工艺 （杂铜-阴极铜）/≤400 （粗铜-阴极铜）/≤350 有色金属科学与工程2014 年 10 月4 表5主要炼铜方法富氧浓度 类别方法名称喷枪类别富氧浓度/ 闪速熔炼 奥图泰闪速熔炼中央扩散型喷嘴，单只60～90 INCO闪速熔炼两侧水平喷嘴，4只工业纯氧 熔池熔炼 白银双侧吹45～55 诺兰达单侧吹40 三菱非浸没式顶吹，10只45～55 特尼恩特单侧吹40 瓦纽科夫双侧吹50～90 艾萨浸没式顶吹，单只45～90 澳斯麦特浸没式顶吹，单只45～90 底吹底吹，多只70～75 连续吹炼 三菱法非浸没式顶吹，10只32～35 奥图泰-肯尼科特中央扩散型喷嘴，单只70～90 低铁铜精矿单炉连续炼铜奥图泰中央扩散型喷嘴，单只70～90 表4几种炼铜方法从铜精矿到阳极铜单位产品能耗比较 *按1 kWh 0.323 kgce折算. 方法燃料/MJt-1阳极铜电能/MJt-1阳极铜合计/MJt-1阳极铜折算标煤*/kgcet-1阳极铜 双闪法1 5189 26610 784368.1 艾萨法熔炼-P-S转炉吹炼4 1756 90311 006377.7 三菱法2 4989 50811 006375.6 诺兰达/特尼恩特法熔炼-P-S转炉吹炼2 65810 08812 746435.0 节 能 减 排 起 到 关 键 的 作 用.Hatch公 司Xian Jian Guo在 其 题 为“Consideration on energy save in copper smelting”的报告中指出，工艺模拟表明，在造 锍熔炼中，使用1 t O2可节能5 440 MJ，制氧厂生产 1 t O2耗电285 kWh， 电厂发电效率按38 计算， 抵消制氧能耗后， 净节能为2 740 MJ， 折合93.6 kgce.表5所列为主要铜熔炼方法富氧浓度，我国应 用的几种铜熔炼方法， 富氧浓度均在70 左右，最 高已接近90 . 第３，余热回收.目前，我国主要炼铜厂均已回收 熔炼和吹炼烟气余热，部分节能领先的企业还回收阳 极炉、制酸中温位（转化）和低温位（吸收）余热.回收的 余热用于发电、炉料蒸汽干燥等.铜冶炼全部余热回收 产出蒸汽（2.0～5.4 MPa）量约在2 t/t阳极铜，折合 210 kgce/t阳极铜.其中，阳极炉余热约占冶炼烟气余 热的10 ， 制酸余热约占全部可回收余热的20 ， 制酸低温位余热约占制酸总余热量的25 .不同企 业间由于原料成分等存在差别， 其能耗指标没有直 接可比性，但考察余热回收情况，即可大致了解其节 能水平.如果某企业阳极炉及制酸中、低温位余热全 部回收，则仅余热回收一项，其单位产品能耗就比仅回 收熔炼和吹炼烟气余热的企业低约60 kgce/t阳极铜. 第４，制酸能耗的大幅度降低.制酸是铜冶炼能耗 最高的工序，目前，制酸一般水平能耗约在110 kＷh/t 硫酸[3]，折合约106 kgce/t阳极铜，占铜冶炼从湿精矿 到阳极铜总能耗的约30 ，节能潜力最大.归因于双 闪等先进工艺的应用和富氧浓度的提高， 熔炼和吹 炼烟气量小，SO2浓度高，且烟气量及浓度较稳定，除 烟气输送风机能耗大幅度降低外， 也为高浓度SO2 转化制酸技术的应用及制酸余热的全面回收创造 了条件，使得制酸能耗大幅度降低.国内某双闪厂吨 酸能耗仅56 kWh，同时回收制酸中、低温位余热， 产出0.56 t中压蒸汽用于铜精矿干燥[4]，制酸净能 耗约为-114 kgce/t阳极铜，与制酸水平一般的企业比 较，仅制酸一项，两者能耗相差近220 kgce/t阳极铜. 目前， 高浓度SO2烟气制酸及制酸余热回收技 术已发展成熟，正在逐步推广中. 高浓度烟气制酸的制约因素在于一段转化放热 量大，温度超出催化剂最大承受温度（640 ℃）.为解 决这一问题，发展了2种工艺一种是在转化器一段 混入部分反应后SO3气体的循环烟气方式， 如奥图 泰的LUREC工艺；第2种是采用预转化方式（也称 三转三吸），如德国拜耳技术的BAYQIK工艺、孟莫 克预转化工艺等，国内也发展了类似的技术.表6所 刘志宏中国铜冶炼节能减排现状与发展第5卷 第5期5 表6高浓度SO2烟气转化与传统制酸工艺主要技术经济指标比较 指标名称指标单位国内某企业国内同规模企业 工业硫酸浓度9898 产量（折100 H2SO4）万t/a66.6566.02 转化系统最大烟气量m3/h130 990178 600 其中SO2浓度vol16.7112 SO2转化率≥99.9599.80 尾气排放量（最大）m3/h103 027146 513 尾气SO2排放量（最大）kg/h30115 尾气SO2浓度（最大）mg/m3292785 电耗kWh/t酸6390 回收蒸汽t/t酸0.3270.22 吨铜制酸能耗（扣除余热回收）kgce/t-31.234.8 列为高浓度SO2烟气转化与传统制酸工艺主要技术 经济指标比较[5]. 目前，规模较大的炼铜企业均已回收制酸SO2转 化中温位余热，而SO2吸收低温位余热，绝大多数企 业均未回收.1984年美国孟莫克公司成功开发利用 干吸工序低温位热能生产蒸汽的技术， 命名为HRS （热能回收系统）.目前，全球建成了23套HRS装置， 大部分应用于硫磺制酸企业，而用于铜冶炼制酸目前 仅肯尼科特铜公司Garfield炼铜厂、祥光铜业等少数 几家企业.国内也开发了类似的技术，用于近20家硫 磺和硫铁矿制酸企业[5]. 第５，阳极炉工序能耗大幅度降低.大型回转式阳 极炉、稀氧燃烧、透气砖通氮气搅拌铜熔体、自氧化还 原 （国内某企业发明并命名为无氧化还原铜精炼）精 炼等先进装备与技术的应用和阳极炉余热的回收，使 铜冶炼阳极炉工序能耗从一般水平的约50 kgce/t阳 极铜，降低至约15 kgce/t阳极铜. 目前，年产铜40万t级的大型铜冶炼厂，一般采 用2座650 t级的回转式阳极炉，以天然气为燃料和 还原剂，设备大型化为节能创造了条件. 稀氧燃烧技术是美国普莱克斯（Praxair）公司开 发的一项先进的燃料燃烧技术[6].国内也开发了类似 的技术，称为多氧燃烧等，其原理与稀氧燃烧大致一 致.稀氧燃烧在节能方面的贡献主要体现在烟气量的 减少.国内某炼铜厂在2台300 t、以天然气为燃料的 回转式阳极炉上，进行对比试验表明，稀氧燃烧单位 产品综合能耗较空气燃烧降低50.3 kgce/t阳极铜， 加工成本降低90元/t阳极铜. 透气砖通氮气搅拌促进传质，使得粗铜火法精炼 氧化和还原时间缩短，起到节能作用[7].自氧化还原是 国内某企业针对闪速吹炼粗铜发明的一种火法精炼 工艺，该粗铜含硫0.3 ，含氧0.35 ，实践表明，利 用透气砖通氮气搅拌粗铜熔体， 其中的[Cu2S]和 [Cu2O]发生自氧化还原作用，硫和氧结合生成SO2气 体脱除，可以直接产出合格阳极铜.这一发明颠覆了 传统的铜火法精炼工艺，使得阳极炉工序时间大幅度 降低，基本消除了还原剂（天然气等）消耗[5]. 第6，铜精矿蒸汽干燥、低温（ISA法1 180 ℃）熔 炼、高Fe/SiO2比（富氧底吹1.8）渣型的采用、冰铜品 位（60 ～71 ）的提高等，也为我国铜冶炼节能发挥 了作用. 3我国铜冶炼污染物排放现状与减排措施 3.1SO2回收与减排 我国铜冶炼硫的回收（硫酸、石膏、硫酸铜等产品） 率约在96 ～98 ，硫的捕集率约在98 ～99.5 .国 外先进企业，如肯尼科特铜公司Garfield厂、住友公 司东予厂等，硫的捕集率高达99.9 ，吨铜SO2气体 排放量在2 kg左右.表7所列为根据典型铜精矿成 分，计算得到的铜冶炼硫的捕集率与吨阳极铜SO2排 放量之间的关系. 提高SO2利用率的措施主要有以下几点，在国内 炼铜企业得到广泛应用第１，提高制酸SO2转化率， 表7铜冶炼硫捕集率与吨阳极铜SO2排放量之间的关系 硫的捕集率/99.9599.999.899.699.499.299.098.898.698.4 SO2排放量/（kgt-1）1.052.104.28.412.616.921.125.329.533.7 有色金属科学与工程2014 年 10 月6 表8制酸转化SO2浓度及转化率与尾气SO2含量的关系 进转化SO2浓度 SO2转化率/尾气SO2浓度/mgm－3 体积/质量/gm－3 8234.4 99.61 019 99.8510 99.9255 99.95127 10293 99.61 302 99.8651 99.9326 99.95163 12351.6 99.61 598 99.8799 99.9400 99.95200 14410.2 99.61 908 99.8954 99.9477 99.95238 16468.8 99.62 232 99.81 116 99.9558 99.95279 18527.4 99.62 573 99.81 286 99.9643 99.95321 目前，其值最高达99.95 ；第２，采用Cansolv法、氨 酸法等低浓度SO2吸收技术，解析产出高浓度SO2烟 气，与熔炼及吹炼烟气合并制酸，或单独加工成其他 硫产品；第３，吸收低浓度SO2烟气，生成亚硫酸氢 钠、硫酸氨等产品利用；第4，采用石灰中和污酸，生 成纯度较高的石膏产品用作建筑材料等. 提高硫捕集率的关键有3点第１，对制酸尾气及 各类炉窑含低浓度SO2烟气吸收处理；第２，加强环境 集烟及其收尘、吸收处理；第３，采用连续吹炼技术. 表8所列为制酸进转化SO2浓度及转化率与尾 气SO2含量的关系.我国铜冶炼企业制酸进转化SO2 浓度一般在10 ～12 ，对新建的制酸系统，转化率 达99.9 ，尾气SO2浓度可控制小于400 mg/m3达标 排放， 对部分老的制酸系统， 转化率一般只能达到 99.8 ，尾气必须进一步吸收才能达标排放.对高浓 度SO2制酸工艺，进转化SO2浓度达到16 ～18 ， 转化率必须达到99.95 ，才能达标排放. 对含低浓度SO2的各类炉窑尾气和环集烟气，一 般需采用袋式除尘后，再采用各类SO2吸收技术处理 后达标排放.目前，在我国铜冶炼行业得到应用、效果 较好的主要有活性焦法（贵溪）[8]、新型催化剂法（大 冶）[9]、氨-酸法（云铜）[10]、有机胺法（又称为Cansolv 法、离子液法，祥光）[11]、氢氧化镁清液法（金隆）[12]、苛 性碱吸收法（金川）等低浓度SO2吸收技术. 国 内 某 公 司SO2无 组 织 排 放 环 集 烟 气 量 为 1106m3/h； 烟气SO2浓度波动在1 500～2 00 mg/m3， 最高达10 000 mg/m3；烟气含有一定烟尘.以此条件 为依据， 对国内炼铜厂常用的几种脱硫技术方案进 行比较，结果如表9所示[13]. 在SO2减排方面，日本东予冶炼厂的实践证明， 采用P-S转炉吹炼，也可以达到很高的硫捕集率[14－15]. 该厂在提高硫回收利用和捕集率方面， 采用的主要 措施是第1，严格管理保证设备正常运转.工厂的生 产工艺采用计算机控制， 各项技术条件均控制在最 佳范围， 保证冶炼与制酸设备的正常作业与最佳配 合，长期以来，未发生意外停车造成的污染事故.第2， 该厂闪速炉、转炉和余热锅炉负压，均通过调整风机 的 转 速 及 烟 道 上 的 闸 板 位 置 控 制 ，一 般 维 持 在 刘志宏中国铜冶炼节能减排现状与发展第5卷 第5期7 项目活性焦法新型催化剂法氨-酸法亚硫酸镁清液法苛性碱法 总投资/万元9 2008 5005 9002 7501 150 运行成本/万元 a－１ 1 100（含7维修折旧 费，不考虑催化剂寿命） 750（含7维修折旧费， 不考虑催化剂寿命） 2 100（用废氨水，不含 维修折旧费） 1 300（含13维修折 旧费） 3 700（含7维修折 旧费） 占地面积／m2约1 800约1 000约1 000约1 600约1 000 优点可回收SO2，无废水排放 可回收稀硫酸，运行成 本低，维护简单 结构紧凑，脱硫效率高， 阻力小 运行成本低，处理能力 大，阻力小，系统稳定 投资少，占地少，脱硫 效率高 缺点 投资大，运行费用高（系 统阻力大，电耗较高） 投资大，烟气条件要求 高（不适应高含尘），系 统阻力大 投资较大，管理复杂，副 产品难处理 投资较大，对烟气含氧 量有一定要求，占地面 积大 运行成本高，系统阻 力大 表9国内炼铜厂常用的几种脱硫技术比较 －2～－4 Pa，这样，既可防止SO2烟气无组织排放，又能 避免大量空气吸入、降低烟气SO2浓度.第３，制酸尾 气的有效处理.熔炼和吹炼烟气经湿式净化两转两吸 制酸后，烟气SO2浓度通常降低至200～300 mg/m3，为 更好保护环境，将尾气用苛性碱溶液吸收、电除雾后 排空，这样处理后尾气SO2降低至5～15 mg/m3，吸收 的SO2产出亚硫酸钠产品.第４，环境集烟及其处理. 各SO2无组织排放点，均安装有环境集烟罩，全厂装 有30余套.各烟罩风量根据排放情况调节.环境集烟 气量达45万m3/h，采用35 Mg（OH）2料浆吸收，生 成MgSO3和MgSO4，再全部氧化为MgSO4，送污水处 理站.经过Mg（OH）2两段吸收、电除雾后，排空尾气 中SO2仅1～10 mg/m3.东予冶炼厂硫的分配（）为 硫酸95.2，石膏3.4，炉渣1.1，水处理0.2，SO2排放 0.1.该厂硫利用率（硫酸和石膏）为98.4 ，硫的总捕 集率为99.9 .实事求是而言，在SO2减排方面，我国 大部分炼铜企业虽已基本实现达标排放，但与国际先 进水平比较，还有一定差距. 3.2污水处理回用与减排 铜冶炼厂废水分为下列3类①设备及工艺循 环冷却水.这是最大的一类，约占铜冶炼厂用水及废 水总量的95 ；②酸性含重金属废水.可分为硫酸 生产稀酸净化工序产出的污酸、其他生产过程酸性废 水、车间地面冲洗水和厂区初期雨水等多种；③生活 废水. 目前，我国该领域技术水平较先进的企业，吨铜 新水消耗约8 t，水循环利用率在97 左右. 提高水循环利用率、减少废水排放的技术措 施为 １）优化排水系统.按照“清污分流、雨污分流、分 质处理、一水多用”原则，配置炼铜厂排水系统. ２）硫酸生产污酸和化验室废水，酸度大、砷等重 金属含量高，一般采用硫化沉淀、石灰中和、石灰-铁 盐法处理后，达到GB25467-2010标准[16]后回用于直 接冷却系统.为实现铜冶炼厂重金属废水达标排放， 国内部分企业也采用电絮凝法、生物制剂法等处理. ３）初期雨水和部分厂区冲洗水，水量大、重金属 含量低、pH值接近中性，应单独处理，添加少量碱中 和沉淀后，水质即可达到GB25467-2010标准，处理 成本低，中水回用适应面较广. ４）外排的废水一般应为间冷开式循环系统废水和 处理后的生活污水，这两部分废水不含重金属，有利于 重金属污染防治. ５）废水“零排放”是铜冶炼厂追求的目标，是一个 复杂的系统工程，尽管实现有其可行的一面，但有一 些问题尚待解决.主要是各种工艺处理后的中水，水 质含盐及硬度高， 往往仅适用于部分直冷开式系统， 导致新水用量大，水量不能平衡，不得不外排部分废 水.随着水的膜处理系统造价和运行成本的日益降 低，超滤加反渗透脱盐工艺，已开始应用于冶炼企业 生产废水的深度处理.某工厂的洁净生产废水处理工 艺为洁净生产废水-调节池-混凝沉淀-多介质过滤 器-超滤系统-反渗透系统-脱盐水和浓盐水.经废水 处理站处理后的达标废水，因含钙高，应预处理后才 能进膜处理系统.反渗透系统产水率一般为70 左 右.产出约30 的浓盐水，应统筹规划将其串级消耗 掉为宜，如用于渣缓冷系统、阳极铜浇铸机、渣及冰铜 水淬系统等. 3.3铜冶炼废渣资源化利用与减排 3.3.1铜冶炼炉渣 火法炼铜中，熔炼、吹炼和精炼过程均有炉渣产 出，其中以熔炼渣产出量最大.这些炉渣含铜较高，均 需进一步处理. １）熔炼炉渣.2013年，我国精炼铜产量达到684万t， 其中矿产铜大致为400万t，其余为再生铜.初略估算， 2013年我国产出的火法炼铜熔炼炉渣达1 200万t左 有色金属科学与工程2014 年 10 月8 项目渣选矿艾萨转炉渣RHF贫化 渣/冰铜分离 三菱法电炉艾萨法RHF炉 电能/kWh66/45/ 磨矿介质/kg钢0.7/// 炭电极/kg//0.5/ 焦粉/kg//8/ 加热天然气/m3/28.3/15.8 生铁/kg/23// 其他能耗/kWh/6/6 烟气输运/m3/1 197/666 合计折合标煤/kgce21.851.822.822.9 表10处理每吨炉渣等值能耗及折算标煤量 注“*”表中/表示该项目不存在. 右.目前，我国火法炼铜均采用闪速熔炼和强化熔池 熔炼工艺，在富氧、高冰铜品位下操作，依方法及技术 条件不同，炉渣Fe/SiO2质量比在1.2～2.2之间，渣含 铜在1.0 ～6 范围内.熔炼炉渣由于含铜高不能直 接弃去，需进一步处理回收铜和贵金属. 我国铜熔炼炉渣贫化主要有电炉贫化和炉渣选 矿两种方法. 电炉贫化即在电炉保温或升温作用下，加入还原 剂和硫化剂，使渣含铜降低.理论分析及生产实践表 明，在较高的冰铜品位下，电炉贫化仅能使渣含铜最 低降低至0.6 .熔炼炉渣经电炉贫化后水淬.水淬渣 可用作钢铁除锈砂、建材水泥原料等，得到有效利用. 炉渣选矿即对炉渣进行缓冷 （快冷亦可但选矿回 收率较低），然后破碎磨细、浮选得到渣精矿，还可进一 步磁选得到铁精矿.渣精矿产率占总渣量10 左右，铁 精矿产率约占总渣量30 .我国炼铜炉渣一般未选铁. 炼铜炉渣选矿可使尾渣含铜降低至0.3 左右，铜冶炼 回收率提高约0.8 ，而能耗如表10[3]，与电炉贫化比 较大致相当， 已发展成为铜熔炼炉渣处理的主要方 法，有进一步扩大应用的趋势.选矿尾渣含铁较高，可 替代铁矿作为水泥原料利用. 铜熔炼水淬渣或选矿尾矿，在不能全部利用的情 况下，也可安全稳定堆存. ２）吹炼炉渣.铜吹炼渣量主要取决于冰铜品位.目 前我国采用2种吹炼工艺，一种为P-转炉吹炼，冰铜品 位大致在60 ，采用SiO2溶剂，炉渣含Cu 2 ～8 ， SiO222 左右，Fe 45 ， 其中Fe3O425 ～30 ，返 回熔炼（或贫化电炉）或选矿处理，选矿尾矿作为水泥 原料利用； 另一种为肯尼科特-奥图泰闪速吹炼，属 连续吹炼工艺，采用CaO为溶剂，属铁酸钙渣系，成 分为Cu 20 ，CaO/Fe 0.37，Fe3O430 ，SiO22.5 ，水 淬、磨细、干燥后返回闪速熔炼配料.综上所述，铜吹 炼渣只有采用选矿处理， 才有弃渣-选矿尾矿产出， 与熔炼炉渣一样，吹炼渣选矿尾矿也可作为水泥原料 利用或安全堆存. ３）精炼渣.粗铜精炼渣量很小，渣含铜高，一般返 回吹炼炉处理. 3.3.2硫化砷渣 硫酸生产SO2烟气净化产出的污酸含砷高，一 般采用硫化沉淀法产出硫化砷渣， 在我国除贵溪冶 炼厂建有白砷车间用其作为原料，湿法生产白砷外， 其余炼铜工厂均将其返回配料或外销给有危废处理 资质的工厂处理，从目前情况看，砷产品销路有限， 外销处理存在较大的环境及安全隐患， 这是火法炼 铜工业面临的亟待解决的问题. 3.3.3石膏渣 污酸含酸在60～100 g/L H2SO4，采用石灰石中和 产出石膏渣，可作为水泥建材原料利用. 3.3.4废水净化渣 铜冶炼厂产出的含砷等重金属废水， 通常采用 石灰-铁盐法处理，产出的净化渣典型成分见表11[17]. 这种渣含砷等有毒重金属，有价金属含量低，进一步 表11某炼铜厂酸性含砷污水石灰-铁盐法处理中和渣成分/ AsCuPbFeCaFS 0.20.050.012.9813.221.0314.35 H2O 43～59 渣成分 含量 刘志宏中国铜冶炼节能减排现状与发展第5卷 第5期9 利用价值小，含水高，属有毒危险废料，应通过稳定性 评价后堆存于专用渣场中. 3.4铜冶炼砷污染控制 3.4.1砷在铜冶炼中的行为 砷是伴生于铜精矿中、对铜冶炼过程及环境保护 极其有害的元素之一.我国铜精矿行业标准（YS/ T318-2007） 将铜精矿分为5级，1级至5级铜精矿 As含量分别限定为不大于（）0.1、0.2、0.2、0.3、0.4. 国家强制性标准 重金属精矿产品有害元素限额规 范规定，铜精矿中As含量不得大于0.5 . 近年来，由于优质铜资源减少，国内生产及国外 进口铜精矿中砷含量均呈现上升趋势，根据有关铜冶 炼厂报道数据估计， 目前我国铜冶炼厂所用铜精矿， 平均砷含量为0.25 .2013年，我国精炼铜产量达到 684万t，其中矿产精炼铜产量约400万t，据此推算， 我国随铜精矿进入铜冶炼系统的砷量达4万t/a. 砷在铜精矿中主要以硫化物存在， 如硫砷铜矿、 砷黝铜矿、黝铜矿、含砷黄铁矿、砷黄铁矿、雄黄和雌 黄等.在铜火法冶炼中，砷分散分布于烟尘、炉渣、冰 铜或粗铜中，其行为与原料成分、冶炼工艺及技术条 件等相关，十分复杂，但其最终出口主要为（以奥图泰 闪速富氧熔炼为例）熔炼炉渣（电炉渣），占进入系统 总砷量的30 ，如果直接外销，这部分砷将开路，如 果对电炉渣（或熔炼炉渣）选矿处理，这部分砷将大部 分（约80 ）随渣精矿返回熔炼系统；吹炼白烟尘，占 进入系统总砷量的10 ，在火法炼铜各类烟尘中，白 烟尘含砷最高，达15 左右，且含有其他有价金属， 因此大部分企业将其单独或外销处理以便从系统中 开路部分砷；熔炼和吹炼SO2烟气净化污酸，所含砷