國外氧化鋁生產方法主要是傳統的拜耳法,大約占國外氧化鋁總產量的96%;其余約4%的產量由拜耳-燒結聯合法生產,主要來自于俄羅斯和哈薩克斯坦的氧化鋁廠,俄羅斯采用聯合法處理霞石礦,生產氧化鋁和副產硫酸鉀,而哈薩克斯坦采用串聯法從低品位三水鋁石礦中生產氧化鋁。
由于國內外鋁土礦資源的性質和品位不同,雜質含量也相差較遠,因此難于比較。國外傳統的拜耳法流程基本與中國的拜耳法流程相似。中國氧化鋁企業除了山東省企業采用低溫拜耳法處理進口三水鋁石礦外,其他中國氧化鋁企業全部采用了高溫拜耳法技術,同時為了解決鋁土礦品位較低的難題,中國還開發出選礦拜耳法和石灰拜耳法技術,這與國外拜耳法有所不同。
中國的拜耳-燒結聯合法也與俄羅斯和哈薩克斯坦的不同,中國主要采用了混聯法技術,目前正在向串聯法過渡,但仍然在燒結法配料中加入少量鋁土礦。因此中國的能耗總體上比國外氧化鋁生產平均水平高,石灰消耗和堿耗也偏高。
但中國鋁土礦氧化鋁含量較高,礦耗和赤泥產出量較低,見表3-32。

鋁電解工藝比較與評價
國外典型電解鋁生產方法與中國無大差異,自焙槽技術也因為環境污染問題正在逐步淘汰,大部分都應用大型預焙槽技術。但電解槽電流容量的多樣性與中國有所不同,國外電解鋁廠通常采用少數規格電流容量電解槽,如200kA、300 kA、350 kA等槽型。而中國幾乎采用了更多的槽型,從160 kA 到500 kA,大約有十多種。國內外電解鋁企業主要技術經濟指標比較見表3-33。

鋁電解技術方面,國外都采用高電流密度、高電流效率、低陽極效應系數的生產運行模式。因而單槽產出率高、直流電耗也高,能量利用率較低。而中國電解鋁企業因電價較高,則采用低電流密度、低電壓和低直流電耗以及較低電流效率的生產運行模式,因而往往單槽產出率較低,但電耗也較低。
國內外銅冶金工藝比較與現狀評價
(1)銅冶煉先進技術及其代表企業
據國際銅研究組織(ICSG,International copper study group)報告,2011年全球銅冶煉產量約1580萬t,其中礦產銅約1300萬t,占82%,再生銅約280萬t,占18%。2011年冶煉銅產量前20位的國家排名見圖3-57。前5位分別為中國(470萬t,占37%)、日本(140萬t,占9%)、智利(140萬t,占9%)、俄羅斯(80 萬t,占5%)、印度(65萬t,占4%)。
表3-34為2011年全球按產能排名前20位煉銅廠的情況。我國貴溪冶煉廠產能最大,達到年產90萬t銅規模。排名第20位為日本直島煉銅廠,產能為30.6萬t,前20位銅廠總產能高達772萬t,約占火法煉銅(含礦產銅和再生銅)全球產能的50%。因此,這些煉銅廠應能反映當前世界銅冶煉總體情況。
在2011年產能世界前20位銅廠中,使用奧圖泰閃速熔煉的有11家(少數冶煉廠使用多種技術),其中雙閃法2家,應用最為廣泛。使用TSL(艾薩,奧圖泰-澳斯麥特)法4家,其中艾薩法3家,奧圖泰-澳斯麥特法1家。使用三菱連續煉銅法的3家。使用特尼恩特法2家、反射爐2家、電爐2家、瓦紐科夫1家、諾蘭達1家??傮w來看,煉銅技術領先的國家為中國、美國、日本等,這些國家大型銅廠主要采用奧圖泰閃速熔煉—P-S吹煉、奧圖泰閃速熔煉—肯尼科特-奧圖泰閃速吹煉、TSL(艾薩、奧圖泰-澳斯麥特)法、三菱法連續煉銅等技術。智利、俄羅斯和印度,盡管銅產量位居全球前5位之列,但仍在應用反射爐、電爐、特尼恩特爐、諾蘭達爐等技術。我國在銅冶金技術發展上走了一條引進、集成、再創新的道路,目前,一批企業在規模、技術、裝備、能耗、環保和綜合回收等多方面,已居于世界先進水平,部分技術和裝備已開始出口國外。
表3-35所列為目前火法煉銅先進且應用較廣的技術及其國內外代表企業。其中,雙閃法、奧圖泰閃速熔煉—P-S轉爐吹煉、TSL(艾薩、澳斯麥特)法,國內外均有水平高的代表性企業。
我國富氧底吹爐和雙側吹爐有較廣泛的應用,但國外應用較少,缺乏代表性數據。三菱法也屬較先進的煉銅法,我國沒有應用,也無從進行比較。
奧圖泰閃速熔煉—肯尼科特-奧圖泰閃速吹煉、奧圖泰閃速熔煉—P-S轉爐吹煉、TSL熔池熔煉—P-S轉爐吹煉是國內外應用最廣泛的幾種銅火法冶金技術,富氧底吹、雙側吹近年來在國內也得到一定的推廣,但在國外并未得到廣泛應用,瓦紐科夫(雙側吹)法在國際上應用水平也不高。就國內外應用較廣的3種火法煉銅方法,國內外各選1家水平較高的代表性工廠,就工藝、裝備、技術經濟與能耗和環保等指標進行了比較,見表3-36。
能耗:從銅精礦到陽極銅,上述3種方法國內外代表廠家,工藝能耗水平大致相當,在11000 MJ/1陽極銅左右,折算成標煤為375 kgce/t 陽極銅左右GB21248——2007規定的銅冶煉企業從銅精礦到陽極銅能耗先進值為≤380kgce/陽極銅,與其相當吻合。閃速熔煉只能處理干燥物料(含水小于0.3%),要采用回轉窯、氣流干燥、蒸汽干燥等方式對爐料進行干燥,從能耗和環保方面考慮采用蒸汽干燥最為有利,目前已普遍采用這一方式。熔池熔煉(三菱法除外)爐料含水8%~10%,僅考慮備料工序,能耗較閃速熔煉小,但由于熔煉煙氣含有大量水分,在余熱回收方面是不利的,因此總體而言,熔池熔煉加濕料在能耗方面并無優勢。閃速吹煉由于其不能處理冷料,和P-S轉爐比較,在能耗方面并不占有優勢。雙閃法工藝煙氣SO濃度高,目前已普遍采用高濃度(16%~20%)SO,煙氣制酸技術,而采用P-S轉爐吹煉,制酸煙氣濃度一般僅為12%SO,在制酸能耗方面,前者噸酸能耗大致僅為后者的一半,每噸酸節能約50kW·h,按1t 銅附產3.5 t酸折算,能耗降低約56 kgce/t陽極銅,這是雙閃法工藝在能耗方面的優勢所在。
余熱回收:國內外水平較高的廠家,都對熔煉及吹煉余熱進行了回收,產出蒸汽用于干燥爐料、驅動SO主風機及發電等,由于各廠蒸汽壓力等級及利用途徑并不完全一致,因此,僅憑發電量難以直接比較余熱回收水平。部分廠家,如我國的祥光銅業公司等,還對陽極爐、硫酸制造中、低溫位余熱進行了回收,因此,其工藝能耗應處于世界領先地位。銅锍、爐渣冷卻余熱目前國內外各廠家均未回收,這是今后進一步降低能耗應致力的研究方向。
SO2排放:雙閃法的最大優勢,在于有利于達到高的硫捕集率,實現火法煉銅中SO2的大規模減排。目前,采用這一工藝的國內外廠家,硫捕集率普遍達到99.9%,噸銅SO2排放量小于2kg。提高硫捕集率的關鍵在于:第一,加強環境集煙及其收塵脫硫處理,如日本東予冶煉廠,采用P-S轉爐吹煉,全廠設有30多個環境集煙點,總煙量達到45萬m3(標)/h,采用布袋收塵、Mg(OH),料漿吸收、電除霧處理后,排空氣體SO濃度僅10~20mg/m3。第二,制酸尾氣吸收。目前,銅冶煉SO2煙氣制硫酸,國家標準(GB 25467—2010)規定尾氣SO2濃度小于400mg/m3。在此方面,政府要求最嚴格、企業減排最徹底的是日本東予冶煉廠,轉化SO2濃度為11%,轉化率為99.8%,尾氣未吸收前SO濃度為579mg/m3,采用苛性堿溶液吸收后,排空尾氣SO濃度僅為5~15mg/m3。美國肯尼科特銅公司Garfield廠,制酸SO2轉化率達99.95%,尾氣加空氣稀釋后,SO2濃度為50~70mg/m3。我國主要煉銅廠均采用“二轉二吸”技術制酸,部分系統轉化率偏低,不能達到GB25467——2010標準,尾氣吸收脫硫后排放,部分新的系統制酸尾氣SO2濃度小于300mg/m3,直接達標排放。
我國從20世紀80年代中期引進奧圖泰閃速熔煉建成江西銅業公司貴溪冶煉廠開始,歷經30年努力,目前我國銅冶煉行業在技術裝備及節能減排等方面,已全面趕上和超過世界先進水平,發展成為有色金屬領域最具國際競爭力的行業。在能耗方面,祥光銅業、金隆銅業和云南銅業等,與國外先進水平同類銅冶煉企業比較,已處于領先水平;在SO排放方面,國內企業已全面接近甚至超過國外同類企業先進水平。
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