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依靠技术创新 提高铜冶炼清洁生产水平(优秀案例)

2015/11/5 11:17:37  点击:4570

 

连吹炉外景

公司简介

赤峰云铜有色金属有限公司是2009年年底组建的由葡京十大网投平台控股企业,是目前中国东北乃至华北地区同时拥有从矿铜—冰铜—粗铜—阳极铜—高纯阴极铜以及烟气制酸全套生产装置的仅有的两家限上规模铜冶炼企业之一。实际产能达到年产高纯阴极铜13万吨,副产工业硫酸52万吨,赤峰云铜是“赤峰市十强工业企业”和“内蒙古工业二十强企业”。现有员工1858人,其中工程技术人员163人。工信部2015年第37号公告公布了符合《铜冶炼行业规范条件》企业名单,赤峰云铜有色金属有限公司名列其中。

多年来,赤峰云铜有色金属有限公司忠诚履行社会职责,实施科技兴企战略,持续进行技术革新和精细化管理,形成企业持续盈利的核心竞争力。并以此为支撑,有效地推进企业根源性环保综合治理工作,持续提高清洁生产水平,企业实现了经济效益、社会效益和环境效益的互促共赢,为美丽生态家园建设做出了积极贡献。

存在问题

赤峰云铜在从严从实抓好日常的安全环保工作,夯实安全环保工作基础的同时,为了彻底解决PS转炉生产中存在的烟气无组织排放等系列问题,满足日益严格的环境保护、劳动卫生等清洁生产要求,多年来始终致力于处理能力大、投资和运行费用低、操作连续、环保效果佳、经济效益显著的连续吹炼工艺的研究开发。

解决方案

一、自主攻关系环保,未雨绸缪谋发展

目前,在铜火法冶炼工艺中,火法吹炼是生产粗铜的关键工序。吹炼工艺主要有两种:一种是间歇操作,以传统的PS转炉为代表,存在间断进料、分期作业、逸散烟气收集处理困难、漏风率高、余热利用差等问题;另一种是连续吹炼,以三菱法吹炼和闪速吹炼工艺为代表,两种连续吹炼工艺均存在降低吹炼渣含铜与提高粗铜质量难以完美兼顾、直收率低等工艺缺陷,同时闪速吹炼要求冰铜必须水淬、磨细、烘干后喷入炉内,存在热能损失大、能耗高、不能消化冷料、生产成本高的问题。同时上述两种技术均为国外专利技术,国内企业引进运用需花费高昂的专利技术使用费。

为了解决以上问题,以满足日益严格的环境保护、劳动卫生等清洁生产法律法规的要求,国内外铜冶炼企业积极寻求或开发产能大、投资和运行费用低、操作连续、有利于环保的先进吹炼工艺。随着铜冶炼行业的可持续发展必须符合绿色环保、高效节能、资源综合利用等产业政策的要求,特别是在越来越大的环保压力下,赤峰云铜与赤峰金峰冶金技术发展有限公司合作,历经5年成功开发了一项既能彻底解决吹炼过程中含硫烟气的无组织排放问题,各项指标又比PS转炉吹炼和已有的两种连续吹炼工艺都好的粗铜连续吹炼工艺——双炉侧顶吹粗铜连续吹炼工艺技术。赤峰云铜于2013年4月开始实施工业化试验装置建设,在火法冶炼生产系统中插入双炉粗铜连续吹炼工艺模块;于2014年2月至2014年10月,对双炉粗铜连续吹炼工艺技术进行了8次工业化试验,期间经历种种困难,攻克众多技术难关,在2014年9月6日的第八次实验中最终取得圆满成功。于2014年11月7日顺利进入工业化试生产阶段,成功达到了工业化应用的预定目标,整体技术达到国际先进水平,为赤峰云铜进一步提升清洁生产和持续发展水平,实现建设美丽生态家园理念奠定了坚实的基础。

二、科技创新结硕果,节能减排显奇效

双炉侧顶吹连续吹炼工艺技术,是根据PS转炉吹炼工艺技术的原理,借鉴铜冶炼双侧吹熔池熔炼炉、顶吹炉以及三菱法吹炼和闪速吹炼工艺的技术经验,集成了目前所有吹炼工艺技术的优点。此工艺技术的研发成功,可为潜在淘汰PS转炉吹炼工艺的铜冶炼企业提供了一种崭新的连续吹炼工艺技术,可彻底解决PS转炉吹炼工艺所存在的SO2烟气无组织排放和收集处理费用高以及耐火材料使用寿命低的问题;同时在清洁生产方面,可消除影响或限制国内铜冶炼企业持续发展的瓶颈,彻底解决铜冶炼行业的发展与环境生态保护之间的突出矛盾,能为提高我国铜冶炼行业的清洁生产水平提供可靠的技术支撑。

2015年4月23日,赤峰云铜有色金属有限公司和赤峰金峰冶金技术发展有限公司完成的“双炉粗铜连续吹炼工艺技术”项目的研究成果,顺利通过了中国有色金属工业协会主持的科技成果鉴定。鉴定委员会确认该项目所独有的主要技术特点和创新点为:创新性地开发了双侧吹造渣炉和顶吹造铜炉组成的粗铜连续吹炼系统,实现了粗铜吹炼过程的连续化,生产的粗铜品质高,粗铜含硫低、渣含铜低,分别从原来PS转炉吹炼工艺的0.3%、4.0%降到现在的小于0.03%和2.3%;环集烟气100%收集进入制酸系统,彻底完美解决了铜冶炼生产吹炼工序中存在的含硫烟气无组织排放及其难收集、处理费用高的问题;采用硅铁渣型,对耐火材料腐蚀轻,炉温稳定,炉体耐火材料受热震损轻,炉体寿命长,维修费用低;另外,该工艺烟气量小,SO2浓度稳定,烟气连续稳定,利于高温烟气余热的回收利用,粗铜综合能耗可比PS转炉吹炼工艺降低30kgce/tCu。同时,该项目已在赤峰云铜建成年产粗铜12.5万吨生产线,生产运行稳定、易于操作控制,直收率高,吹炼成本低;此工艺技术投资低、节能减排效果好、经济和社会效益显著,可实现铜冶炼清洁生产,推广应用前景广阔。与会专家一致认为该项目技术经济指标先进,整体技术达到国际先进水平。建议加快推广应用。

三、整章建制强基础,清洁生产保生态

多年来,赤峰云铜始终把环境保护作为一项系统工作来抓。集中力量建立健全了环境保护管理制度,建立起了比较完善的环境保护长效机制,确保了环境风险始终处于受控状态。

 为了更好地履行公司的社会责任,近5年来,赤峰云铜先后投入大量资金,用于清洁生产的软硬件建设,先后组织和实施各项技术攻关近30项,其中在烟气处理方面,2010年自主开发了部分烟气三转三吸制酸工艺,二氧化硫转化率大于99.94%,制酸尾气SO2含量远低于标准要求的400mg/Nm3,彻底解决了很多有色冶炼企业为了尾气达标排放而必须进行尾气脱硫的环保治理难题,并使总硫回收利用率达到了98.3%以上,提前两年达到了国家颁布的《铜镍钴工业污染物排放标准》要求。

在上述基础上,双炉粗铜连续吹炼工艺技术的开发成功,既为公司产能和经济效益提高、综合竞争实力日益增强奠定了坚实基础,也把公司的清洁生产水平提升到了一个全新高度,向美丽生态家园建设迈出了可喜一步。

四、原创技术崭露角,蓄势待发谱新篇

(一)潜在的推广价值

 在国内应用双炉粗铜连续吹炼工艺技术,既可彻底根除传统PS转炉吹炼造成的烟气、烟尘、废热逸散,杜绝低空污染,又可有效利用余热、降低炼铜成本,有效改善吹炼工序作业环境,特别是在生态环保、节能减排等法律法规要求日益严格、标准逐步提高的大趋势条件下,本工艺技术均具有突出优势。

世界范围任何一家生产规模达到10万吨以上的铜冶炼厂,不管其熔炼采用的是哪一种工艺,只要其场地条件具备、尤其是采用PS转炉吹炼工艺的铜冶炼厂,无论是从环保角度考虑,还是从经济效益角度考虑,采用双炉粗铜连续吹炼工艺进行技术改造均可取得良好的经济效益和环境生态效益。

(二)对科技进步的潜在贡献

采用双炉连续吹炼技术代替炼铜人使用了100多年的PS转炉吹炼工艺,具有划时代的历史意义,从此将改变中国超过20万吨生产规模的铜冶炼项目必须靠引进国外技术的历史;不但可以为国家节约大量的外汇,而且还标志着中国的铜冶炼技术将进入一个崭新的发展时代。

成效

 一、技术经济指标的先进性

(一)与PS转炉吹炼时期的对比数据

双炉粗铜连续吹炼技术工业化应用以来,吨粗铜耐火材料成本下降30元/tCu;吹炼烟气余热发电增效58元/tCu;节省环集烟气脱硫处理成本95元/tCu、硫的回收率提高1.3%;工艺烟气量小且连续稳定、制酸吨酸电耗降低14kwh/tH2SO4;吹炼作业率由92.5%提高至99%;以赤峰云铜生产系统为例,产能提高20%;粗铜含硫由0.3%降至0.03%;吹炼渣含铜由4.0%降至2.3%;粗铜综合能由143kgce/tCu降至113kgce/tCu 。

(二)与清洁生产(HJ558-2010)和能源消耗限额(GB21248-2014)的对比

与清洁生产(HJ558-2010)一级指标相比较:粗铜含硫<0.03%、达到≤0.1%要求;炉龄>360d、达到≥240d要求;废气的收集与处理做到了100%收集利用;二氧化硫转化率>99.94%、达到≥99.8%要求;硫的总捕集率>99.8%、达到≥98.5%要求;硫的回收率>98.3%、达到≥97%要求;

粗铜单位产品综合能耗113kgce/tCu,满足清洁生产(HJ558-2010)一级指标≤340kgce/tCu的要求,同时达到能源消耗限额(GB21248-2014)中铜冶炼企业单位产品能耗先进值≤150kgce/tCu的指标要求。

二、对社会经济发展的潜在贡献

(一)在节能减排方面的潜在贡献

 1、节能:采用双炉粗铜连续吹炼技术,粗铜综合能耗仅为113kgce/t,比PS转炉吹炼工艺降低30kgce/t,全国400万吨产能,年可节约标煤12万吨。

 2、减排:实践证明该技术不但可以彻底解决铜冶炼吹炼生产过程中含硫烟气的无组织排放问题,而且由于该工艺技术使吹炼烟气量减少了40%多,大大减少了环境集烟气量从而能使其汇入制酸系统,使得除进入冶炼废渣以外的几乎所有的硫都得到了回收利用,使铜冶炼硫的回收率由原来的97%提高到98.3%,硫的总捕集率达到99.8%。以年产10万吨生产规模为例,原料中的硫铜比按1.3计算,全年总硫量约为13万吨,采用该连续吹炼工艺,每年可以减排SO2吨约560吨;如果国内所有使用PS转炉的铜冶炼企业约400万吨的产能都采用该技术,每年可以减排SO2 多达22400吨。

(二)在经济方面的潜在贡献

1、节省投资:如采用该连续吹炼技术对老工艺进行技术改造淘汰转炉,不但可以产生很大的环保效果,而且在不需要增加太多投资的情况下,就可以把产能提高20%。目前采用PS转炉吹炼工艺的产能按400万吨计,可增产80万吨;按常规投资水平,每1万吨铜粗铜产能约需投资1.2亿元,根据赤峰云铜的情况,采用双炉侧顶吹连续吹炼技术进行改造,只投资6000万元,就增加产能20000吨,1万吨产能只需投资3000万元,合计每1万吨产能比常规投资节省9000万元,增产80万吨,可为社会节省投资72亿元。

2、降本增效:按10万吨生产规模计算,采用双炉连续吹炼技术每年可节约运行成本3588万元,全国400万吨产能,年可节约成本14.35亿元。再算增产效益,全国增产80万吨,按赤峰云铜的成本水平测算,吨铜增产效益约为2500元,80万吨的增产效益约为20亿元。

获奖情况

1、此科技项目被列入内蒙古自治区科技重大专项,并获得内蒙古自治区政府专项科技扶持资金480万元。

2、2014年4月2日“双炉双侧吹造渣顶吹造铜连续吹炼炉”获得实用新型专利证书、并已同日申请发明专利。

3、 2015年4月23日“双炉粗铜连续吹炼”工艺技术通过由中国有色金属协会组织的科技成果鉴定。认为该工艺技术投资低、节能减排效果好、经济和社会效益显著,可实现铜冶炼清洁生产,同时技术经济指标先进,整体技术达到国际先进水平,推广应用前景广阔。

媒体影响力

《中国有色金属报(有色金属网)》刊登报道——《双炉粗铜连续吹炼工艺技术通过鉴定》,称:4月23日,由中国有色金属工业协会主持召开的“双炉粗铜连续吹炼工艺技术”科技成果鉴定会在内蒙古自治区赤峰市召开。经专家鉴定,该项目技术经济指标先进,整体技术达到国际先进水平;该项目投资低,节能减排效果好,经济和社会效益显著,可实现铜冶炼清洁生产,推广应用前景广阔。——《中国有色金属报(有色金属网)》2015年04月27日

《中国经济时报》刊文《内蒙古科技创新冶铜行业受益》,对“双炉粗铜连续吹炼工艺技术”的开发背景、开发过程等进行了采访报道,中国有色金属工业协会副会长贾明星认为,中国目前具有自主知识产权的铜冶炼技术技术还相对较少,“双炉粗铜连续吹炼工艺技术”对原矿的要求比较低,加上投资成本低、资源利用率高、排放量降低,“双炉粗铜连续吹炼工艺技术”非常适应国内铜冶炼企业的需求。——《中国经济时报》(2015年5月11日 A07版)

走进赤峰云铜,树林苍翠,百花争艳,绿草如茵,2014年以来,连续被评为赤峰市“园林式工厂”。图是公司办公区一景。

2015年4月23日,由中国有色金属工业协会主持召开的“双炉粗铜连续吹炼”工艺技术科技成果鉴定会在赤峰云铜五楼会议室召开。来自中国有色金属工业协会、国家工信部原料司、北京矿冶研究总院、东北大学、昆明理工大学、中国瑞林工程技术公司、中国恩菲工程技术公司的九名专家、学者对技术成果进行鉴定。专家建议加快推广应用。

(此案例获联合国全球契约“2014年中国十大绿色技术创新”奖) 

 

 撰稿:张学东

报送单位:赤峰云铜有色金属有限公司

 

 

 

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