有色金属冶金技术路线图分析

环境治理和资源保障：重金属污染得到有效防控，资源综合利用水平明显提高，2015年重点区域重金属污染物排放量比2007年减少15%。在淘汰落后产能方面，铜冶炼需要淘汰鼓风炉、电炉、反射炉炼铜工艺及设备；铅冶炼需要淘汰采用烧结锅、烧结盘、简易高炉等落后的炼铅工艺及设备，未配套制酸及尾气吸收系统的烧结机炼铅工艺、烧结鼓风炉炼铅工艺；锌冶炼需要淘汰采用马弗炉、马槽炉、槽罐、小竖罐等进行焙烧，采用简易冷凝设施进行收尘等落后的炼锌或生产氧化锌工艺设备;锑冶炼需要淘汰采用地坑炉、坩埚炉、郝氏炉等落后方式炼锑。

1行业准入条件

行业准入条件从生产规模、工艺装备、能源消耗、资源综合利用、环境保护等多个方面对冶炼行业提出了要求，需要严格遵守，现有的主要有色重金属行业准入条件。

2资源情况

我国有色金属矿产资源特点一是有色矿产资源总量很大，但人均占有资源量却很低；二是贫矿较多，富矿少，开发利用难度大；三是共生伴生矿床多，单一矿床少；四是分布范围广，区域不均衡。

2.1主要有色重金属的生产及消费表2为2005年以来主要有色重金属的生产及消费情况。可以看出，主要有色重金属的产量和消费量基本逐年增加，其中铜、锌、镍的消费量大于产量，对进口产品的依赖程度很大。

2.2主要有色金属资源问题及建议在铜资源方面，未来中国的铜冶炼产能仍将保持快速扩张趋势，对进口原料依赖程度将继续加大，在加大国内找矿力度及国际合作项目的同时，各企业应更加重视废铜资源的回收再利用工作，走绿色经济发展的道路[1-2]。铅锌资源的主要问题包括资源禀赋欠佳、定价话语权缺乏、冶炼原料供应不足，应进一步加大找矿力度，淘汰落后产能和生产工艺，促进企业重组，防止产能过分扩张，保护国内铅锌资源。与此同时，不断开发新技术，加快再生铅锌产业的发展[3-4]。我国镍资源非常缺乏，对国外原料的依赖程度非常高，镍原料价格的波动或供给发生短缺时，经常会对产业造成严重冲击，因此，确保镍原料长期而稳定供应是镍产业发展的重要课题[5]。国锡资源的主要问题在于缺口逐渐拉大、冶炼技术水平较低、存在私挖滥采现象，建议加强政府层面的监管，保护锡资源；不断开发锡冶炼新技术，增加产品的附加值；促进企业之间的兼并重组，形成大型的生产公司或企业集团，增加市场的竞争力和话语权。我国锑资源的主要问题在于过量和非法开采造成资源浪费、环境污染问题严重、流通和出口秩序混乱，走私严重。建议加强地质勘查工作，鼓励商业性勘查；继续实行保护性开采，规范生产经营秩序；依靠科技进步，调整和优化产品结构；加大企业整合力度，提高集中度；规范出口渠道，整顿出口秩序[6]。

3技术发展现状

我国有色重金属冶金产业经过多年的发展，工艺和装备水平得到显著提高，表3为2005年以来主要有色重金属的冶炼综合能耗。从表中可以看出，铜、锌、锡冶炼综合能耗逐年下降，铅冶炼能耗2007年指标略高于2006年指标，但总体呈下降趋势，镍和锑冶炼能耗虽然整体呈下降的趋势，但下降幅度不大。

3.1铜冶炼铜主要采用火法的方法冶炼，包括闪速熔炼和熔池熔炼。闪速熔炼可分为奥托昆普闪速炉和因科闪速炉。熔池熔炼按包括诺兰达法、奥斯麦特/艾萨法、白银法、水口山炼铜法、瓦纽柯夫熔炼法、特尼恩特熔炼法、三菱熔炼法、卡尔多炉熔炼法、旋涡顶吹熔炼法等。闪速熔炼的主要优势在于产能大、节能环保效果好、自动化控制水平高、炉体寿命长，而熔池熔炼的优势在于对产能限制小及对原料要求较低。

3.2铅冶炼铅几乎全部采用火法方式生产。目前的熔炼工艺包括烧结焙烧—鼓风炉还原、氧气底吹熔炼—鼓风炉还原(SKS法)、奥斯麦特/艾萨法、卡尔多法、QSL法、基夫赛特法等。烧结焙烧—鼓风炉还原是传统的炼铅方法，优点在于工艺稳定，技术成熟，对原料适应性强，但烟气SO2浓度低、难于制酸，热量利用率低，劳动条件差。QSL法改善了卫生条件，简化了操作，但其烟尘率和渣含铅较高。SKS法主要优点在于工艺简单，缺点在于氧枪和炉寿周期短、规模受限、流程长、炉体难以密闭存在低空污染。奥斯麦特/艾萨法主要优点是设备简单、投资相对较低、原料适应性强，缺点是氧化和还原需在不同的炉子内完成，且氧枪寿命短，需要定期更换。Kaldo法使熔炼、还原和精炼在同一炉内完成，炉体结构紧凑，环保效果好，但该法的阶段性作业，不利于SO2的回收利用[7]。Kivcet法的优点是工艺过程连续稳定、设备寿命长、原料适应性强、环保效果好，缺点是电热还原区相对静止，影响传质传热速度、电耗较高，且炉型相对复杂，一次投资较高。

3.3锌冶炼锌的冶炼方法主要为湿法，包括浸出、净化和电积三个工序。1)浸出。浸出方式包括氧压浸出和富氧常压浸出，二者都可以直接处理硫化锌精矿，不需要焙烧脱硫制酸工序，没有大气污染。只是氧压浸出在硫的熔点以上进行，压力较高，反应速度快，但对反应器制作要求高，控制难度大。而常压富氧浸出反应器在常压下工作，温度相对低，设备安全可靠性上有很大优点，但同时由于反应速度慢，同样处理量下设备要庞大的多[8]。2)净化。净化方法主要有锌粉—锑盐法，锌粉-黄药法、锌粉—砷盐法、锌粉—β萘酚法等。流程一般有一段、二段、三段和四段之分，视溶液杂质含量而定。作业方式有间断作业和连续作业。连续作业的优点是生产率高，易于实现自动化，但操作控制要求较高。3)电积。目前电积仍以传统工艺为主，新的电积工艺包括联合电解法和气体扩散阳极电积法，但并未得到大规模应用。

3.4镍冶炼镍主要采用火法的方式生产，可分为鼓风炉、矿热电炉、反射炉、闪速炉、转炉及奥斯麦特炉。鼓风炉熔炼是最早的炼镍方法之一，现已逐步淘汰[9]。矿热电炉的优点在于可以有效控制温度、烟气量小、金属回收率高，但电耗大，生产成本往往较高。反射炉结构简单、对原料和燃料的适应性较强、生产中耗水少、作业率高、适合大规模生产，缺点是燃料消耗量大、热效率低、烟气中SO2浓度低、占地面积大、消耗大量耐火材料等。闪速炉的优点在于生产能力大、烟气量相对小、可减少环境污染、综合能耗低、容易实现自动化，但相对烟尘率较大，物料准备要求较高。转炉具有热效率高、炉体体积小，拆卸容易，更换方便等优点，但具有间歇作业，操作频繁，烟气量和烟气成分呈周期变化等缺点。奥斯麦特炉则采用浸没喷枪技术，烟气量小，投资较低，炉体密闭具有环保优势，缺点是喷枪需要经常更换，单台设备的生产能力有限。

3.5锡冶炼锡主要采用火法的方法生产，包括反射炉、电炉及奥斯麦特炉。反射炉熔炼是传统的炼锡方法，对原料、燃料的适应性强，操作简便，但其生产效率低、热效率低、燃料消耗大、劳动强度大，有被强化熔炼方法取代的趋势。电炉熔炼具有炉床能力高、直收率高、热效率高、渣含锡低等优点，但需要电能丰富的地区采用。奥斯麦特技术是目前世界上最先进的锡强化熔炼技术，具有熔炼效率高、物料适应性强、热利用率高、环保效果好、自动化程度高、占地面积小、投资等优势，是取代反射炉等传统炼锡设备较理想的技术设备。

3.6锑冶炼锑主要采用火法的方法生产，可分为单一硫化矿、氧化矿的处理和复杂锑铅矿的处理。1)单一硫化矿、氧化矿的处理。主要的处理方法包括挥发焙烧(熔炼)———还原熔炼。还原熔炼主要在反射炉内进行，挥发焙烧设备包括回转窑、沸腾炉、烧结机、转窑、鼓风炉、旋涡炉等。目前挥发设备主要采用的是鼓风炉，优点是对原料适应性强、可处理硫化矿和氧化矿、挥发率高、回收率高、锑氧品位高、生产能力大、劳动条件好、SO2可以制酸、污染小。2)复杂锑铅矿的处理。目前应用于生产的冶炼工艺为火法沸腾炉焙烧脱硫—反射炉还原熔炼—两次吹炼再还原熔炼[10]。存在的主要问题包括返料多、流程长、锑铅分离困难。由于生产流程返料多，锑铅的回收率很低，导致加工费高，企业仅有薄利。低浓度SO2和氧化砷烟气直接排放污染环境。综合回收差，银的回收率仅60%。传统工艺问题较多，需要开发新的工艺来替代。

4产业技术路线图及重点研究方向

4.1技术路线图内容包括工艺研究、核心装备研究及工程示范应用。研究成果首先应用于联盟内部成员单位，并积极向外推广，从而形成对整个产业的带动和辐射效果，促进技术的不断进步。

4.2重点研究方向通过对行业内典型企业、高校和科研院所的调研，在未来几年重有色行业重点技术需求、研究开发方向。

5结语

本技术路线图的结合了产业政策、资源情况、市场情况、技术发展现状以及典型企业的技术需求，提出了未来几年的技术需求和重点研发方向，可供实施相关创新项目参考。

作者：阮建国 王志刚 单位：中国瑞林工程技术有限公司