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冶金百科 | 有色冶金節能減排科技發展潛力
2023-05-25 10:58:41 來源:中冶有色技術網
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簡介:近年來,有色金屬工業科技進步取得了顯著成效。在節能減排、資源綜合利用等方面取得了明顯進展,行業技術水平和創新能力進一步加強。2013年我國有色金屬技術經濟指標進一步提升,部分關鍵指標再創歷史最高水平,銅冶煉總回收率等技術經濟指標已接近或達到世界先進水平,大大提高了有色金屬工業的國際競爭力。2008—2013年有色金屬主要技術經濟指標如表4-6所示。

近年來,有色金屬工業科技進步取得了顯著成效。在節能減排、資源綜合利用等方面取得了明顯進展,行業技術水平和創新能力進一步加強。2013年我國有色金屬技術經濟指標進一步提升,部分關鍵指標再創歷史最高水平,銅冶煉總回收率等技術經濟指標已接近或達到世界先進水平,大大提高了有色金屬工業的國際競爭力。2008—2013年有色金屬主要技術經濟指標如表4-6所示。


2008—2013年有色金屬主要技術經濟指標


有色金屬行業遵循源頭預防、清潔生產、末端治理的全過程綜合防控原則,針對汞、鉛、鎘、砷等重金屬污染物產生的關鍵領域和環節,以重金屬冶煉生產過程控制為重點,實施了清潔生產技術改造,從源頭消減汞、鉛、鎘、砷等污染物的產生量,降低了末端治理難度和壓力。通過技術改造,提高了產品技術指標,降低了能源消耗,減少了污染物排放量。如實施了“鉛冶煉系統液態渣直接還原清潔生產項目”,采用富氧底吹熔煉—液態高鉛渣雙側吹直接還原技術等進行升級改造,該項目粗鉛冶煉系統鉛的回收率提高5%以上,粗鉛還原工序煙塵、鉛塵和SO的排放量分別減少62.4%、67%和39.6%。采用先進的清潔生產技術對鋅冶煉渣進行綜合回收利用,減少了鎘等重金屬的排放量。如實施了“鋅冶煉廢渣綜合回收鎘生產精鎘產業化項目”,采用濕法—火法相結合的工藝路線,采用鎘連續真空蒸餾等新技術,鎘冶煉總回收率97%,每年可以減少煙塵中鎘排放量3326 kg。

有色冶金工業是一個耗能較高、污染較重的產業,因此,也是節能減排潛力較大的行業?!队猩饘俟I“十二五”發展規劃》提出銅、鉛、鎂、電鋅冶煉綜合能耗分別降到300kgce/t、320kgce/t、4 tce/t和900 kgce/t及以下,電解鋁直流電耗降到12500kW·h/t以下。力爭完成1500萬t及以上電解鋁技術改造,電解鋁直流電耗降到12500kW·h/t以下,年節約電力100億kW·h;完成120萬t 落后鉛熔煉以及300萬t鉛鼓風爐還原能力改造,年節約標煤80萬t;完成骨干鎂冶煉企業技術改造,力爭年節約標煤100萬t。銅冶煉、電解鋁、鉛冶煉、鈦冶煉等主要行業技術指標居世界領先地位。2013年工信部發布了《關于有色金屬工業節能減排的指導意見》,提出到2015年年底,有色金屬工業萬元工業增加值能耗比2010年下降18%左右,累計節約標煤750萬t,SO排放總量減少10%,污染物排放總量和排放濃度全面達到國家有關標準,全國有色金屬冶煉的主要產品綜合能耗指標達到世界先進水平。主要金屬品種節能減排目標見表4-7。


主要金屬品種節能減排目標


可以預見,有色冶金工業節能減排領域具有廣闊的增長空間。

近年來,通過政策引導、技術改造、結構調整,有色金屬行業主要產品單位能耗大幅下降,一些主要的技術經濟指標接近或達到世界先進水平。但目前我國有色冶金行業節能減排仍存在的一些突出問題:部分產品單耗與世界先進水平仍存一定差距,國內企業間能耗水平相差懸殊,重金屬污染問題較為突出,淘汰落后產能任務艱巨,固體廢物綜合利用水平偏低。我國有色冶金產業的總體能源消耗和“三廢”排放與國際先進水平仍存在差距,節能減排科技發展有很大的潛力。

鋁冶金節能減排科技發展潛力

鋁工業在節約資源和能源方面,存在著巨大的潛力。如果在氧化鋁生產中間收率提高1個百分點,全行業每年可節約60萬t鋁礦石,相當于一個30萬t規模的氧化鋁廠全年的用礦量。如果每生產1t鋁電耗下降1%,生產1000萬t鋁可以節約電能14億kW·h。如果每年用300萬t再生鋁替代原鋁,將節省電能420 億kW·h,相當于7個龍羊峽水電站的發電量。國內外氧化鋁生產能耗差距的縮小主要依靠我國大力推廣應用節能的拜耳法以及大規模開發應用一系列重大節能關鍵技術和裝備。盡管國內外采用的電解鋁主體技術路線相同,但工藝參數的控制范圍有所差別。我國由于電價較貴,主要目標是節電,因此采用了低極距、低槽電壓、低電流密度、低初晶溫度的工藝參數,并實施了一系列的新型結構鋁電解槽的節能技術,因此直流電耗和綜合交流電耗較低。但是我國鋁電解槽的陽極電流密度比國外先進技術低10%~20%,鋁電解電流效率低3%~4%,由此造成單位電解槽原鋁產能較低,以及能耗以外的消耗增加。中國氧化鋁工業的節能減排目標:2020年前,單位氧化鋁平均能耗降低到世界平均水平,即14.5GJ/t,拜耳法平均能耗降低到11.2GJ/t,赤泥全部實現無害化堆存,其中的10%~20%得到綜合利用,達到世界氧化鋁工業平均技術水平。中國鋁電解工業節能減排的目標:2020年前,系列鋁電解槽平均直流電耗降低到12500kW·h/t,平均效應系數降低到0.1次/(槽·d)以下,達到世界鋁電解先進水平。因此,我國鋁電解生產降低能耗的潛力較大。

國外氧化鋁工業最先進的能耗指標已經達到8.6GJ/t,力拓加鋁的氧化鋁技術專家提出下一個奮斗目標是降低到6GJ/t。2010年世界氧化鋁路線圖要求在2025年赤泥的綜合利用率達到20%。國外鋁電解工業目前最先進的技術指標已達到電流效率96%,單位直流電耗12800kW·h以下,效應系數低于0.05次/(槽d)。世界原鋁生產路線圖提出了2020年要實現的目標是:以低能量輸入實現平均電流效率97%;近期通過技術改造實現單位電耗達到13000kW·h,遠期以低成本方式實現能耗11000kW·h,而且環境和社會可接受;凈單位炭耗降低到400 kg;陽極效應降低到0.02次/(槽d)或更少,減少PFC排放。由此可見,我國鋁鎂工業在節能減排方面還需要追趕世界領先水平,開發更為先進的節能減排技術,并大力推廣應用。

銅冶金節能減排科技發展潛力

以銅精礦為原料,采用造锍熔煉——吹煉—火法精煉—電解精煉工藝生產精煉銅,是銅冶煉的主要方法,占全球精煉礦銅總產量的80%,在我國這一比例高達90%。前已述及,由于能源價格的飆升以及環保標準的提高,發達國家從1950年代初開始,銅冶煉工業走上了一條強化過程、節能減排的發展道路,使得從銅精礦到陽極銅工藝能耗從傳統工藝的約1000 kgce/t 陽極銅,降低至目前的約350 kgce/t陽極銅,降低了65%。節能效果如此顯著,主要得益于以下幾點:①采用閃速熔煉、強化熔池熔煉等新技術取代傳統鼓風爐、反射爐和電爐;②使用富氧空氣或工業純氧熔煉,提高反應速率,改善爐子熱平衡,減少煙氣處理量,實現節能;③加強余熱回收與利用;④提高機電設備效率降低能耗。我國銅冶煉技術更新始于20世紀80年代中期,以貴溪冶煉廠引進奧圖泰閃速熔煉技術建成投產為標志,近30年來發展迅猛。

我國銅冶煉在規模、技術裝備、能耗和環保等方面均已位居世界前列,大規模降低銅冶煉能耗的潛力不大,但是,在余熱回收、降低工藝過程能耗等方面還有一定的潛力:①提高余熱回收水平。目前,部分煉銅企業僅回收了熔煉及吹煉煙氣余熱,而對陽極爐、電爐和制酸余熱均未回收。熔煉爐渣產量大,熱焓高,可回收余熱量大,達約3.2GJ/t陽極銅,占銅冶煉火法系統余熱量的30%,目前仍無成熟技術回收銅熔煉爐渣余熱。②推廣新技術加強過程節能。推廣稀氧燃燒、透氣磚通氮氣攪拌、自氧化還原火法精煉、高濃度SO煙氣制酸等新技術,降低陽極爐和制酸工序能耗。③采用高效的機電設備。我國銅冶煉企業SO捕集率在98%~99.9%之間,平均約為99.0%,單位產品SO排放量為21kg/t陽極銅,若能提高至目前國際領先水平,硫捕集率99.9%,單位產品SO排放量2kg,噸銅減少SO,排放量19kg。與國際先進水平比較,我國銅冶煉產業SO,減排還有一定潛力,假定目前我國各煉銅廠硫的總捕集率平均為99.0%,按年冶煉400萬t 礦銅計算,將硫的總捕集率提升至國際先進水平的99.9%,則噸銅減排SO19kg,全國銅冶煉產業每年可減排SO7.6萬t。進一步減少SO排放的措施為:推廣“雙閃”技術;加強環境集煙;采用高效吸收技術,處理含低濃度SO,的爐、窯和環集煙氣及制酸尾氣?!躲~冶煉行業準入條件(2013,公開征求意見稿)》規定:新建銅冶煉企業水循環利用率97.5%以上,噸銅新水消耗20 t以下,噸銅排水2t以下,銅冶煉含重金屬廢水必須達標排放?,F有企業水循環利用率97%以上,噸銅新水消耗20t以下?!肚鍧嵣a標準——銅冶煉業(HJ558——2010)》規定:火法煉銅廠單位產品新水消耗清潔生產一、二、三級標準(t/t銅,≤)分別為20、23和25;廢水排放清潔生產一、二、三級標準(t/t銅,≤)分別為15、18、20?!躲~、鎳、鈷工業污染物排放標準(GB25467——2010)》對火法煉銅企業廢水排放作出規定,其要點如下:①單位產品基準排放量:新建企業10m2/t銅、現有企業25m3/t銅;②主要重金屬離子排放限值(mg/L):新建企業Zn2.0、Pb 1.0 Cu 0.5、Cd 0.1、Ni 1.0、As 0.5、Hg 0.05、Co 1.0,現有企業Zn 1.5、Pb 0.5 Cu 0.5、Cd 0.1、Ni 0.5、As 0.5、Hg 0.05、Co 1.0。從以上法規及標準可見,銷冶煉企業廢水準許排放量日趨減少,排放標準日益嚴格。加強銅冶煉企業各類防水的分類收集、處理,實現梯級回用,提高企業水循環利用率,逐步實現重金屬廢水零排放,是銅冶煉工業發展的必由之路。目前,我國水平較先進的企業,響銅新水消耗約8t,水循環利用率在97%左右。我國是世界上最大的礦銅冶煉生產國,據估算,每年隨銅精礦進入銅冶煉系統的砷達4.0萬t之巨,目前,僅有部分砷轉化為白砷產品。銅冶煉高砷物料中砷的脫除與固化/穩定化,雖然有一些研究,但在工業應用上還未起步,應引起重視并盡快付諸行動,為砷的減排和污染防治奠定堅實基礎。

鉛鋅冶金節能減排科技發展潛力

《鉛鋅冶煉工業污染防治技術政策》規定鉛鋅冶煉業新建、擴建項目應優先采用一級清潔生產標準或更先進的清潔生產工藝,改建項目的生產工藝不宜低于二級清潔生產標準。企業排放污染物應穩定達標,重點區域內企業排放的廢氣和廢水中鉛、砷、鎘等重金屬量應明顯減少,到2015年,固體廢物綜合利用(或無害化處置)率要達到100%。鉛鋅冶煉業具有較大的污染減排潛力。

鎂冶金節能減排科技發展潛力

鎂冶煉中的電解工藝能耗為7.5 tce 已是先進值,潛力不大。而熱還原法目前的能耗為4.3~4.7 tce,可通過加強對還原時煅燒雜質形成的成因分析,進一步挖掘節能減排的潛力。鎂冶煉的短流程和新工藝的開發應適應“十三五”達到能耗3.5 tce的標準。

國外鋁鎂工業十分重視節能減排技術的開發和應用,特別是如下幾個方面值得中國鋁鎂工業借鑒。①樹立鋁鎂工業的節能減排目標,世界鋁工業每隔幾年就修訂鋁工業發展路線圖,同時也修訂節能減排的階段性目標;②制訂鋁鎂工業的節能減排技術發展戰略和主要研究課題,鋁工業發展路線圖中特別制訂出重大的研究領域和研究方向,每個領域均設定若干重大研發課題;③發揮產學研結合的優勢,集中力量開發關鍵技術。鋁鎂工業界承擔重大研究課題的經費,組織大學、研究機構共同實施研發課題,定期開會討論,結束后驗收;④產業界快速推廣應用節能減排關鍵技術,鋁鎂工業界盡快把成果應用于產業中。
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