祥光銅業綠色環保發展之路的調研報告

馬成騁，張 煜

（1.青島市第五十八中學，山東 青島 26600；2.陽谷祥光銅業有限公司，山東 聊城 252000）

2019 年暑假，生活在美麗的海濱城市青島的我們，第一次全面的參觀了青島港。在大港，董家口碼頭，看到絡繹不絕的船舶停靠卸貨，有船長292m的CAPESIZE型船舶，還有船長360m的VALEMAX船。港口的總調度為我們介紹了青島港的泊位情況，吞吐量與進出口量，尤其介紹了我國的礦產的進口，最長的VALEMAX船就是拉載鐵礦資源的巨輪。據統計，2018年超過10億噸礦石通過這些巨輪運輸到我國，成為世界上最大的礦產資源進口國[1]。這些來自世界各地的不同礦石，由冶煉廠提煉出鐵、銅、鋁、鋅、金、銀、鉛、錫等多種金屬，為國家快速發展和進步提供了必須的原料。

1 銅冶金企業發展背景

本文選擇了一家山東地區現代化的銅冶煉企業—陽谷祥光銅業有限公司做為社會調查企業，全面的了解冶煉企業的現狀。在調查之前，了解到該企業是國家認定的環境友好企業中唯一一家冶煉企業，因此帶著對陽谷祥光銅業的極大好奇，來到了這個建立于魯西平原的傳統農業區域的重工業基地。生產部冶煉工程師介紹了祥光銅業的基本情況，該公司成立于2005年，采用了當時世界上最先進最環保的“雙閃”工藝（閃速熔煉+閃速吹煉）。在精礦庫，是來自于青島港的一列列裝載銅精礦的火車在進行卸車，通過皮帶轉運系統，銅精礦和其他輔料被轉運到備料倉，經過計算機自動控制系統配料后，混合物料進入蒸汽干燥機進行干燥，干燥后的物料通過氣流輸送系統運送到閃速熔煉爐爐頂倉，閃速熔煉爐產出的冰銅經過無水?；?，經過研磨、干燥后，成為閃速吹煉爐的主要入爐原料之一，吹煉爐產出的煙氣經過回收余熱后進入制酸系統生產硫酸，產出的渣經過緩冷、磨碎、浮選等工序后，渣中少量的銅被富集后進行回收和再利用[2]。閃速吹煉爐產出的煙氣和熔煉爐產生的煙氣合并后同樣用于生產硫酸，產出的吹煉渣經過無水?；祷厝蹮挔t處理，產出的粗銅經過陽極爐精煉后澆鑄成陽極板然后轉運到電解車間，陽極板經過電解后，得到含銅99.99%的高純陰極銅。在2007年該套系統成功投產運行，成為國內首家采用“雙閃”工藝的銅冶煉廠，是繼美國猶他州肯尼科特冶煉廠之后，世界上第二座采用“雙閃”的銅冶煉企業，也是當時國內單體產能最大的銅冶煉企業之一。時值今日，祥光銅業的雙閃銅冶煉工程已經平穩運行了十幾年。

圖1 祥光有色金屬產業生產廠區

圖2 廠區綠樹成蔭

2 中國銅資源儲備量

據了解，中國的銅資源雖然儲量大，但呈現銅礦資源分散且品位偏低，伴生組分多，開采利用難度較大的特點。世界上高質量的銅礦資源分布相對集中，主要分布在南美和北美的環太平洋地區，其中智利和秘魯銅資源最為豐富，分別占全球儲量基礎的27%和14%，因此我國絕大部分冶煉廠所需的銅精礦依賴進口。祥光銅業也不例外，所需銅精礦幾乎全部來自國外進口，已經和世界各大礦山、供應商建立了緊密的商業貿易關系。

雖然國外銅礦山浮選的銅精礦含銅量和生產回收率高，但仍然存在硫、砷、鉛、鎘等多種對環境有害的元素，詳見下表。

表2 礦山銅精礦礦化學成分

3 銅企業環境保護措施

祥光銅業企業一直堅持兩手抓，既要經濟效益，也要綠色環保。祥光銅業緊抓企業效益的同時，投入大量資金進行技術研發，變廢為保，在有效治理“三廢”問題的同時，回收其中的有價值元素，對物料“吃干榨盡”，實現了清潔生產、循環經濟和生態煉銅的多重效益。

冶煉煙氣回收制酸。在閃速冶煉工藝出現之前，國內冶煉廠普遍采用沖天爐、鼓風爐、反射爐、真空爐、電爐等冶煉工藝[3]，這些工藝主要存在以下缺點：①硫化銅精礦通過磨碎、浮選獲得，粒度非常小，具有巨大的比表面積，能充分與氧氣接觸反應，產生大量的熱，而這些工藝對這些熱量的利用率非常低，需要大量的外部燃料進行熱量補充，增加了額外的能源消耗；②產出的煙氣SO2含量低，煙氣量波動大，生產硫酸成本高，煙氣容易外溢，對周圍環境造成污染；③煙氣制酸轉化率低，能源消耗高，低空污染嚴重、生產效率低、勞動強度大、自動化程度低。

祥光銅業通過深入的理論研究和應用試驗，開發了雙旋浮銅冶煉工藝。新工藝要求入爐精礦水分要求在0.3%以下，采用蒸汽干燥機對入爐物料進行干燥。熔煉爐和吹煉爐產出的高濃度SO2煙氣首先經過余熱鍋爐進行降溫除塵，煙氣溫度由1300℃降至350℃左右，同時部分煙塵在余熱鍋爐內沉降，再通過沉塵室和電收塵再次回收煙氣中的煙塵，最后由高溫風機送到制酸工序，制酸系統轉化率可到99.95%。與此同時，在冶金爐各銅锍排放口、渣排放口、粗銅排放口、溜槽、渣包放置口，精煉爐加料口、澆鑄出口等位置，通過煙氣環集系統對逸出煙氣進行收集，先經過布袋收塵器除去煙塵，再經過環集脫硫系統除去SO2后然后外排。

實踐證明‘雙旋浮銅冶煉工藝’是超強化、高效、清潔的銅冶煉技術，不僅達到了自熱冶煉的目的，更實現了銅冶煉生產的綠色化、智能化。該工藝產出的高濃度SO2氣體始終通過密閉管道進行運送，不會產生煙氣外溢污染環境的情況，工廠硫的總回收率達到98.5%以上，固化率達到99.9%，二氧化硫排放量遠遠低于國家標準，并且達到超低排放標準，攻克了世界范圍內火法煉銅普遍的難題，成為銅冶煉行業樣板企業。

圖3 酸霧凈化塔

廢水循環利用。銅冶煉過程中產生的廢水成分復雜，其中對于環境危害最大的成分為重金屬和砷，隨著全球礦山的日益枯竭，精礦雜質成分呈現上升趨勢，特別是含砷較高的精礦使用時，這兩類物質的危害更加嚴重，企業面臨的環保壓力更加嚴峻。

廢酸和含酸廢水主要污染物包括：酸、Zn2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、As3+、Co2+、F+、Hg2+，這些廢水PH值低、重金屬含量高，普遍使用硫化鈉沉淀法、氫氧化鈣中和法處理。余熱鍋爐和純水站排廢水含鹽類較高，生產上重復用于渣緩冷噴淋水。廠區初期雨水和生活廢水，重金屬含量低、水量大、PH值呈弱酸性，這些經過酸堿中和處理后繼續回用。2018年祥光銅業建設的水深度處理項目，通過蒸發結晶，廢水中的鹽類分離出來，回收中水再綜合回用，真正實現了銅冶煉行業的廢水零排放。全廠水循環利用率達到99%以上，遠超《清潔生產標準銅冶煉業》（HJ 558-2010）工業用水重復利用率的一級指標≥ 97%要求。年可節水50萬噸、減排廢水14.8萬噸、減排COD 8.6噸。

圖4 廢水處理站

圖5 渣選礦球磨機

廢渣再選再用。銅冶煉過程中熔煉、吹煉和精煉工序都會產生數量不同、成分各異的冶煉渣，其中熔煉過程中產出的渣量最大，這些爐渣分布著多種金屬和有價資源，吹煉和精煉工序產生的渣量一般比較小，渣含銅高，可以直接作為入爐再冶煉的原料。熔煉爐產出的渣量大，渣含銅低，仍然有很大的利用價值，通過化驗分析熔煉渣是一種主要由鐵硅酸鹽、鐵橄欖石組成復雜的混合物，渣含銅在0.9%~2.5%，經過貧化處理后或選礦后，渣含銅降低到0.25%左右，選礦后尾渣含鐵35%~40%，可以作為優良的建筑材料或水泥原料使用。根據李工介紹，祥光銅業每年可從陽極泥、卡爾多爐渣及其他附料中，提取銅精礦中伴生的黃金20噸、白銀600噸以及國家急需的稀散稀貴金屬鉑、鈀、錸、硒、鉍等1000多噸，純銅1萬多噸。

由于祥光銅業在三廢處理、生態冶煉方面的突出的綠色環保特點，2017年，祥光銅業與“青藏鐵路”、“長江三峽”等項目一起入選為2017年工信部發布的我國第一批綠色制造體系示范名單。由于祥光人持之以恒的進行技術工藝和設備的創新，實現了銅冶煉制造由高耗能、高污染的傳統行業，到節能、環保、智能化、綠色制造工廠的升級轉變[4]。在造福一方，為社會創造財富的同時，也實現了新型綠色環保發展之路。

4 結束語

通過一個周的社會調查活動，讓我們了解了不但進口礦石能夠提煉出很多有價值的材料，同時，在提煉的同時，也會有大量的有害物質出現，也出現很多環保的難題。很可貴的是，冶煉企業通過技術的創新，設備的投入，將這些有害物質有的變廢為寶，有的做了無害化處理，確保周圍環境得到保障。