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(yè)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?？啃敦?，有船長292m的CAPESIZE型船舶，還有船長360m的VALEMAX船。港口的總調(diào)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(chǎn)的進口，最長的VALEMAX船就是拉載鐵礦資源的巨輪。據(jù)統(tǒng)計，2018年超過10億噸礦石通過這些巨輪運輸?shù)轿覈蔀槭澜缟献畲蟮牡V產(chǎn)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(fā)展和進步提供了必須的原料。

1 銅冶金企業(yè)發(fā)展背景

本文選擇了一家山東地區(qū)現(xiàn)代化的銅冶煉企業(yè)—陽谷祥光銅業(yè)有限公司做為社會調(diào)查企業(yè)，全面的了解冶煉企業(yè)的現(xiàn)狀。在調(diào)查之前，了解到該企業(yè)是國家認定的環(huán)境友好企業(yè)中唯一一家冶煉企業(yè)，因此帶著對陽谷祥光銅業(yè)的極大好奇，來到了這個建立于魯西平原的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)域的重工業(yè)基地。生產(chǎn)部冶煉工程師介紹了祥光銅業(yè)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(huán)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(zhuǎn)運系統(tǒng)，銅精礦和其他輔料被轉(zhuǎn)運到備料倉，經(jīng)過計算機自動控制系統(tǒng)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(tǒng)運送到閃速熔煉爐爐頂倉，閃速熔煉爐產(chǎn)出的冰銅經(jīng)過無水?；螅?jīng)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(chǎn)出的煙氣經(jīng)過回收余熱后進入制酸系統(tǒng)生產(chǎn)硫酸，產(chǎn)出的渣經(jīng)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(chǎn)出的煙氣和熔煉爐產(chǎn)生的煙氣合并后同樣用于生產(chǎn)硫酸，產(chǎn)出的吹煉渣經(jīng)過無水?；祷厝蹮挔t處理，產(chǎn)出的粗銅經(jīng)過陽極爐精煉后澆鑄成陽極板然后轉(zhuǎn)運到電解車間，陽極板經(jīng)過電解后，得到含銅99.99%的高純陰極銅。在2007年該套系統(tǒng)成功投產(chǎn)運行，成為國內(nèi)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(yè)，也是當時國內(nèi)單體產(chǎn)能最大的銅冶煉企業(yè)之一。時值今日，祥光銅業(yè)的雙閃銅冶煉工程已經(jīng)平穩(wěn)運行了十幾年。

圖1 祥光有色金屬產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)廠區(qū)

圖2 廠區(qū)綠樹成蔭

2 中國銅資源儲備量

據(jù)了解，中國的銅資源雖然儲量大，但呈現(xiàn)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(zhì)量的銅礦資源分布相對集中，主要分布在南美和北美的環(huán)太平洋地區(qū)，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(yè)也不例外，所需銅精礦幾乎全部來自國外進口，已經(jīng)和世界各大礦山、供應商建立了緊密的商業(yè)貿(mào)易關(guān)系。

雖然國外銅礦山浮選的銅精礦含銅量和生產(chǎn)回收率高，但仍然存在硫、砷、鉛、鎘等多種對環(huán)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(yè)環(huán)境保護措施

祥光銅業(yè)企業(yè)一直堅持兩手抓，既要經(jīng)濟效益，也要綠色環(huán)保。祥光銅業(yè)緊抓企業(yè)效益的同時，投入大量資金進行技術(shù)研發(fā)，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(xiàn)了清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟和生態(tài)煉銅的多重效益。

冶煉煙氣回收制酸。在閃速冶煉工藝出現(xiàn)之前，國內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)出的煙氣SO2含量低，煙氣量波動大，生產(chǎn)硫酸成本高，煙氣容易外溢，對周圍環(huán)境造成污染；③煙氣制酸轉(zhuǎn)化率低，能源消耗高，低空污染嚴重、生產(chǎn)效率低、勞動強度大、自動化程度低。

祥光銅業(yè)通過深入的理論研究和應用試驗，開發(fā)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(chǎn)出的高濃度SO2煙氣首先經(jīng)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(nèi)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(tǒng)轉(zhuǎn)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(huán)集系統(tǒng)對逸出煙氣進行收集，先經(jīng)過布袋收塵器除去煙塵，再經(jīng)過環(huán)集脫硫系統(tǒng)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(shù)，不僅達到了自熱冶煉的目的，更實現(xiàn)了銅冶煉生產(chǎn)的綠色化、智能化。該工藝產(chǎn)出的高濃度SO2氣體始終通過密閉管道進行運送，不會產(chǎn)生煙氣外溢污染環(huán)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(nèi)火法煉銅普遍的難題，成為銅冶煉行業(yè)樣板企業(yè)。

圖3 酸霧凈化塔

廢水循環(huán)利用。銅冶煉過程中產(chǎn)生的廢水成分復雜，其中對于環(huán)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(zhì)成分呈現(xiàn)上升趨勢，特別是含砷較高的精礦使用時，這兩類物質(zhì)的危害更加嚴重，企業(yè)面臨的環(huán)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(chǎn)上重復用于渣緩冷噴淋水。廠區(qū)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(jīng)過酸堿中和處理后繼續(xù)回用。2018年祥光銅業(yè)建設的水深度處理項目，通過蒸發(fā)結(jié)晶，廢水中的鹽類分離出來，回收中水再綜合回用，真正實現(xiàn)了銅冶煉行業(yè)的廢水零排放。全廠水循環(huán)利用率達到99%以上，遠超《清潔生產(chǎn)標準銅冶煉業(yè)》（HJ 558-2010）工業(yè)用水重復利用率的一級指標≥ 97%要求。年可節(jié)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(chǎn)生數(shù)量不同、成分各異的冶煉渣，其中熔煉過程中產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(yōu)良的建筑材料或水泥原料使用。根據(jù)李工介紹，祥光銅業(yè)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(yè)在三廢處理、生態(tài)冶煉方面的突出的綠色環(huán)保特點，2017年，祥光銅業(yè)與“青藏鐵路”、“長江三峽”等項目一起入選為2017年工信部發(fā)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(shù)工藝和設備的創(chuàng)新，實現(xiàn)了銅冶煉制造由高耗能、高污染的傳統(tǒng)行業(yè)，到節(jié)能、環(huán)保、智能化、綠色制造工廠的升級轉(zhuǎn)變[4]。在造福一方，為社會創(chuàng)造財富的同時，也實現(xiàn)了新型綠色環(huán)保發(fā)展之路。

4 結(jié)束語

通過一個周的社會調(diào)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(zhì)出現(xiàn)，也出現(xiàn)很多環(huán)保的難題。很可貴的是，冶煉企業(yè)通過技術(shù)的創(chuàng)新，設備的投入，將這些有害物質(zhì)有的變廢為寶，有的做了無害化處理，確保周圍環(huán)境得到保障。