节能减排长期以来就是全球工业发展的共同目标,现今全球都面临能源短缺问题,这对于能源费用占生产总成本20%~30%的冶金企业来说同样面临着新的挑战。企业消耗的能源指用于生产活动的各种能源,包括:①一次能源(原煤、原油、天然气等)、二次能源(如电力、热力、石油制品、焦炭、煤气等)、耗能工质(水、氧气、压缩空气等)和余热资源。②能源及耗能工质在企业内部进行贮存、转换及计量供应(包括外销)中的损耗。③用做原料的能源,不包括生活用能和批准的基建项目用能。有色冶金工业节能减排效果对完成我国中长期节能减排目标具有重要意义。加大有色金属工业节能减排力度,既是国家整体节能减排的战略需要,也是有色金属工业转变发展方式、走可持续发展道路的必然选择。
铅冶金过程能源消耗及品种结构
铅冶金分两大部分(贵金属提炼除外),即粗铅冶炼和电解精炼。随着铅火法冶炼技术的进步,消耗的能源品种也有很大变动,并且随铅冶炼工序的不同,所使用的能源品种结构也有不同。
传统的烧结—鼓风炉熔炼工艺,所消耗的能源与动力包括有煤气(精矿干燥)、焦炭(鼓风炉还原)、煤(烟化炉烟化)、电、水、压缩空气等。先进的直接炼铅工艺,所消耗的能源与动力主要有蓝炭(闪速熔炼法),煤(还原、烟化),煤气或天然气(还原),电,水,氧气,氮气,压缩空气等。
目前国内主流的“三段炉”炼铅工艺,氧化熔炼阶段,所消耗的主要能源与动力有氧气、氮气、压缩空气、电、水等;还原熔炼阶段,所消耗的主要能源与动力有煤、煤气(或天然气)、氮气、压缩空气、电、水等;炉渣烟化阶段,所消耗的主要能源与动力有煤、压缩空气、电、水等。粗铅电解精炼过程,所消耗的主要能源与动力有煤气或天然气、电、水、蒸汽等。烟气制酸过程,所消耗的主要能源与动力有电、水和压缩空气等。粗略统计,铅冶炼能耗中44%为化石能源。
目前,我国在粗铅冶炼上主要采用的火法冶金方法有传统的烧结焙烧—鼓风炉炼铅法、我国新研发的SKS炼铅法(水口山炼铅法)、改进型SKS炼铅法及引进的基夫赛特直接炼铅法。基于不同的冶炼方法,其能耗也大不相同。就是同种冶炼方法,由于原料、技术、设备等各异,也会出现能耗参差不齐的情况。传统的烧结焙烧—鼓风炉炼铅法虽然具有工艺成熟,操作简单,投资省等优点,但其存在高能耗、高排量、环境污染严重等弊端,已经逐步被新工艺所替代。水口山炼铅法实现了自热熔炼回收高温烟气中的余热,熔炼炉已产出一次初铅,鼓风炉炉料处理量大幅减少,焦炭消耗相应节省了30%~40%。
粗铅冶炼过程中能源的消耗主要体现为精矿的选择、渣型的合理配置、焦炭的块度及正确的操作。两种冶炼模式能耗列于表5-4和表5-5。

5-4

5-5
根据《中国有色金属工业年鉴》统计,过去10年我国铅冶炼综合能耗平均为660kgce/t,粗铅冶炼焦耗413kg/t,电解铅的直流电耗平均为132kW·h/t。随着SKS工艺及改进型SKS工艺的升级改造,2013年我国铅冶炼综合能耗为469.3 kgce/t。
冶炼工艺是影响能耗的最重要因素。在火法冶炼过程中,引人富氧或纯氧冶炼技术,实现精矿直接熔炼,使生产流程缩短,设备床能力大幅度提高,使冶炼过程的烟气量大幅度减少,烟气带走的热量也大幅度减少,消耗的动力也相应减少,单位产品能耗大幅度下降。湿法冶炼工艺引入富氧直接浸出技术,硫化锌精矿不需经过沸腾焙烧,在氧气条件下直接浸出,不产生SO烟气,硫转化元素硫,经过浮选和热滤得到含硫99.9%的硫磺。
(1)铅冶炼工艺对能耗的影响:目前世界用于工业生产的冶炼方法有传统的烧结——鼓风炉法和现代直接炼铅法(基夫赛特法、富氧闪速熔炼法、QSL法、卡尔多法、氧气顶吹—鼓风炉法、氧气底吹—鼓风炉法、三段炉炼铅法)。现代直接炼铅法的共同特点是采用富氧或纯氧熔炼技术,基夫赛特法、富氧闪速熔炼法、QSL法、三段炉炼铅法的能耗较低。氧气顶吹和氧气底吹都只能完成氧化熔炼,产出40%~45%的粗铅,然后将高铅渣铸块冷却后加入鼓风炉还原熔炼,产出二次粗铅,综合能耗相对较高。一般来说,生产规模扩大有利于单位能耗降低,有利于设备大型化。技术水平和自动化水平的提高,资源综合利用率的提高,均有助于单位产品能耗的降低。统计数据表明,我国大型铅锌冶炼企业生产能耗明显好于中小企业,部分达到了世界先进水平。
(2)原料品位的影响:国外的能耗指标通常是按处理的物料量进行计算,原料品位不会影响能耗评价指标。但我国是按产品计算能耗评价指标,对于处理含铅锌品位较低的原料或其他含铅锌废料,单位产品所需的物料量增加,单位产品的能耗指标就会增高,例如冶炼含铅50%以上的炉料,2t炉料能产1t铅,如果炉料含铅26%,就要4t炉料才能产1t铅,单位产品能耗可能增加一倍。
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