ISP 技術能耗分析

張嶺 ，蔡暉，張樂如

(1. 長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙，410011；2.ISP技術創新戰略聯盟，湖南 長沙，410011)

ISP是20世紀60年代由英國帝國熔煉公司開發的同時熔煉鉛鋅的方法，也是唯一能夠適應鉛鋅混合原料同時冶煉鉛鋅的短流程工藝。全世界共有20座ISP生產線投產，目前我國有韶冶、白銀三冶、葫蘆島、東嶺各1套ISP生產線在生產運行，國外有英國、法國、德國、日本、加拿大、意大利等國擁有生產線。ISP技術經過幾十年的不斷改進和技術創新，在環境保護、節能減排、生產能力提升等方面都取得了明顯進步。本文以《鋅冶煉企業單位產品能源消耗限額（GB21249-2014）》為計算依據，對比ISP技術和濕法煉鋅技術的能耗指標。

1 ISP工藝技術特點

ISP是鋅火法冶煉工藝，主要的環境影響因素來自煙氣和粉塵。其煙氣有燒結煙氣、密閉鼓風爐煙氣和精餾塔煙氣。燒結煙氣經過制酸和脫硫，完全滿足排放要求。密閉鼓風爐爐氣含鋅蒸汽和CO，經過收鋅后的爐氣用于空氣預熱和焦炭預熱。燃燒尾氣經過除塵凈化后達標排放。鋅精餾以天然氣為燃料間接加熱，天然氣燃燒尾氣經過凈化后達標排放。環集煙氣經過除塵脫硫達標排放。ISP的廢渣為一般固廢，可以作為建材原料外售。1SP工藝生產廢水零排放。ISP不僅本身滿足環保要求，而且還能為其它工藝和其它行業解決環保問題，能搭配處理濕法煉鋅浸出渣、電鍍污泥、鋼廠煙灰、電子廢棄物等各種二次物料，實現固廢的無害化。目前ISP 工藝搭配二次物料占原料的30%以上。ISP工藝自身產生的熱能大多數能夠回收利用。首先，自身產出的ISF爐爐氣，充分的預熱爐料和循環鉛液，爐氣凈化后產出的煤氣，煤氣用于預熱熱風和焦炭以及燒結機點火和煤氣發電，爐氣熱能得到100%回收。 ISP的最大優點是原料適應性強，不僅能冶煉鉛鋅混合礦、雜質含量高、共伴生金屬高的低品位鉛精礦或鋅精礦，還能冶煉其它含銅、鉛、鋅的二次物料。ISP工藝除了可以處理鉛鋅混合精礦，對多金屬礦、低品位礦、氧化礦、冶煉煙塵、浮渣、鋅灰、鋼鐵工業含鋅煙塵以及各種冶煉方法的渣泥等物料均可綜合處理回收。ISP工藝不僅能夠同時產出鉛鋅，而且綜合回收率很高，金、銀回收率達到98%以上。如果原料中含銅較高，銅也能達到90%，可以帶來良好的經濟效益。白銀三冶的ISP每年能產4500噸粗銅，僅此一項就可以增加1億多元的利潤。白銀三冶同時產硫酸15萬噸、精鎘300噸、金金屬量500公斤、銀金屬量40噸的生產能力。ISP全面回收有價金屬的同時,不僅能夠為企業帶來利潤,同時還可以均攤部分能耗,在有色市場日益激烈的競爭下，ISP企業實現連續多年的盈利。ISP能夠冶煉雜質含量高的廉價原料。其利潤主要來自原料和能耗成本低，資源綜合回收好。ISP生產工藝得到精鋅（Zn＞99.995%），精鋅含鐵、鎘低，質量高，廣泛應用于電池等行業，售價也比電解鋅高4%～8%。圖1-1為ISP工藝流程圖。

圖1 ISP工藝流程圖

2 ISP能耗計算

《鋅冶煉企業單位產品能源消耗限額（GB21249-2014）》中對ISP能耗有著詳細的計算說明，ISP由于近年來所使用的原料鉛鋅混合精礦一般含鋅品味在30%以上，而含鉛品位只有8%～10%，因此將其視為煉鋅工藝，同時綜合回收鉛金屬。計算粗鋅綜合能耗時應扣除產出粗鉛綜合能耗，單位粗鉛綜合能耗按GB21250中現有粗鉛工藝單位產品綜合能耗限額限定值計算，此條文修正了GB21249-2007中鉛、鋅分攤比例8.3%、91.7%的計算原則。

2.1 ISP工藝計算公式

ISP工藝分為ISP粗鋅（綜合回收鉛）工序和ISP精餾鋅工序。ISP粗鋅（綜合回收鉛）生產工序產品能耗包括備料、燒結、熔煉等到產出合格粗鋅（綜合回收鉛）所消耗的各種能源及煙化回收氧化鋅的有關能源量，不包括綜合回收硫酸的能源量，再扣除粗鉛工藝產品綜合能耗額限定額能源量；ISP精餾鋅生產工序產品能耗包括粗鋅分餾、除雜等到產出精餾鋅所有小號的能源量。

1.1.1 ISP法粗鋅生產（綜合回收鉛）工序能耗計算公式

式中：ecx為粗鋅生產工序能耗單耗，單位為千克標煤每噸（kgce/t）；mcxq為粗鋅生產（綜合回收鉛）工序消耗的能源量，單位為千克標煤（kgce）；mcq為粗鋅生產（綜合回收鉛）工序粗鉛消耗的能源量，單位為千克標煤（kgce）；P1為粗鋅生產（綜合回收鉛）工序合格粗鋅生產量，單位為噸（t）；ecx為粗鉛綜合能耗（執行GB21250中現有粗鉛工藝單位產品綜合能耗限額限定值），單位為千克標煤每噸（kgce/t）；P2為粗鋅生產（綜合回收鉛）工序合格粗鉛生產量，單位為噸（t）。

1.1.2 ISP法精餾鋅工序能源單耗計算公式

式中：ej為ISP法精餾鋅工序能源單耗，單位為千克標煤每噸（kgce/t）；m為ISP法精餾鋅工序消耗的能源量，單位為千克標煤每噸（kgce/t）；pj為ISP法精餾鋅工序合格精餾鋅產量，單位為噸（t）。

1.1.3 ISP法工藝能源單耗（從原料—精餾鋅）計算公式

式中：EJx為ISP法工藝能源單耗，單位為千克標煤每噸（kgce/t）；T為每噸精餾鋅耗粗鋅量，單位為噸（t）；eicx為粗鋅工序能源單耗，單位為千克標煤每噸（kgce/t）；ej為精餾鋅工序能源單耗，單位為千克標煤每噸（kgce/t）。

韶冶2017-2019年

東嶺2019-2020年

2.2 計算結果

按照《鋅冶煉企業單位產品能源消耗限額（GB21249-2014）》規定，精餾鋅（精礦—精餾鋅）單位產品綜合能耗先進值為1850kgce/t（當量值），韶冶2017-2019年產品綜合能耗和陜西東嶺公司2019-2020年,精鋅產品綜合能均優于國家先進值，處于國內先進水平。

2.3 ISP能耗與濕法煉鋅技術對比

按照《鋅冶煉企業單位產品能源消耗限額（GB21249-2014）》中濕法煉鋅含浸出渣處理工藝的計算說明，計算某濕法煉鋅技術的能耗，濕法工藝電力按當量值占總能耗的55.18%，按等價值占83.26%，該廠精鋅單位產品綜合能耗870.33kgce/t（當量值），1896.21kgce/t（等價值）。按照《鋅冶煉企業單位產品能源消耗限額（GB21249-2014）》中濕法煉鋅含浸出渣處理工藝的先進值1150.3kgce/t（當量值），該項目達到先進水平。

通過計算對比，由于電能在濕法煉鋅的能源中占比較ISP大，而電能的折標系數有等價值和當量值之分。在2006年前，產品綜合能耗是按照電力等價值折標（0.404），所以濕法工藝和ISP工藝的產品能耗指標不相上下，濕法工藝產品綜合能耗平均為2130.1 kgce/t，ISP工藝產品綜合能耗平均為2214.58 kgce/t。從2007年開始，有色行業的鋅產品綜合能耗指標按照電力當量值折算（0.1229），所以濕法工藝在2007年，直接由2006年的1953.05降低到1247.49kgce/t，濕法工藝產品綜合能耗平均982.774 kgce/t，ISP工藝產品綜合能耗平均1863.132 kgce/t。其主要原因在于2007年采用電力當量折標的原因，因為濕法工藝二次能源電能占據主導，而ISP電能的占比較小。

表1 ISP與濕法工藝能耗分析

中國有色金屬工業年鑒還收錄了1993年到1996年株洲冶煉廠（濕法工藝）和韶關冶煉廠（ISP工藝）的能耗數據，株冶鋅產品綜合能耗2308.75（kgce/t），韶冶鋅產品綜合能耗2187 （kgce/t），兩者相當，ISP工藝能耗存在微弱優勢。

表2 株冶和韶冶能耗對比

3 結論

ISP技術經過幾十年不斷改進和創新，在環境保護、節能減排、生產能力提升等方面取得了明顯進步，具有環保好、能耗低、原料適應性強、綜合回收好、生產成本低等特點。

（1）ISP鉛鋅冶煉工藝經過幾十年的改進和技術創新，在節能、綜合回收方面取得了顯著的成效和積極進步。

（2）ISP鉛鋅冶煉工藝在搭配處理30%以上工業固廢條件下，單位產品的能源成本與濕法煉鋅基本持平，如果扣除固廢處理能耗，其自身的能源成本低于濕法煉鋅，產品綜合能耗（等價值）優于濕法煉鋅。

（3）按照電力折標的當量值計算，ISP技術的產品綜合能耗（當量值）高于濕法煉鋅企業。