我國鈷濕法冶煉企業(yè)清潔生產(chǎn)探討

鄧志文,李忠衛(wèi),杜 龍

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330031）

我國鈷濕法冶煉企業(yè)清潔生產(chǎn)探討

鄧志文,李忠衛(wèi),杜 龍

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330031）

從清潔的原料和能源、先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和設(shè)備、減少污染物產(chǎn)生的清潔生產(chǎn)措施、清潔的產(chǎn)品等方面對國內(nèi)鈷濕法冶煉企業(yè)的清潔生產(chǎn)狀況進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上探討了我國鈷濕法冶煉企業(yè)的清潔生產(chǎn)方向。

鈷;濕法冶煉；清潔生產(chǎn)；清潔能源；發(fā)展方向

清潔生產(chǎn)是指不斷采取改進(jìn)設(shè)計(jì)、使用清潔的能源和原料、采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備、改善管理、綜合利用等措施,從源頭削減污染,提高資源利用效率,減少或者避免生產(chǎn)、服務(wù)和產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放,以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害[1]。鈷作為一種重要的戰(zhàn)略資源,是制造高溫合金、電池、硬質(zhì)合金、磁性合金、精密合金和含鈷化合物的重要原料,廣泛用于超級合金、硬質(zhì)合金、磁性材料、冶金、電池、釉料、人造金剛石、化工等行業(yè)[2]。結(jié)合對我國鈷濕法冶煉企業(yè)發(fā)展過程的認(rèn)識(shí),本文擬對我國鈷濕法冶煉企業(yè)近期在清潔生產(chǎn)方面的特點(diǎn)和發(fā)展方向作相關(guān)探討。

1 清潔的原料和能源

1.1 原料方面

鈷精礦的清潔程度影響著企業(yè)的輔助材料消耗、能耗、固廢產(chǎn)生量和As、Pb、Zn、Mn、CODcr、油類等污染物的排放量。我國鈷資源十分短缺,主要分布在甘肅(約占全國總儲(chǔ)量的30%),其它散布在11個(gè)省,且貧礦多、富礦少,獨(dú)立成礦的鈷礦物僅占全國保有儲(chǔ)量的4.7%，其它都以伴生元素的形式存在于鎳、銅、鐵等金屬礦床中。國內(nèi)鈷礦石類型主要有銅鎳鈷礦石、銅鈷礦石、鐵鈷礦石和鈷土礦石4種。我國自行提供的鈷原料(以鈷金屬量計(jì))僅有1 kt/a，其供應(yīng)主要依靠以下幾個(gè)途徑：1)伴生于硫化銅鎳礦中的有甘肅金川、四川會(huì)理、吉林磐石以及新疆喀拉通克；2)以硫精礦為原料的企業(yè)有湖北大冶、山東金嶺、山西中條山、四川拉拉銅礦、海南鐵礦等；3)鈷土礦僅有云南易門礦還在生產(chǎn)；4)株州冶煉廠等企業(yè)從鋅系統(tǒng)中回收鈷,全國鋅系統(tǒng)回收的鈷量不超過150 t/a。因此我國每年需從國外進(jìn)口大量鈷原料和含鈷廢料。

全球的鈷銅礦主要產(chǎn)在非洲的剛果金、贊比亞等國家,鈷精礦主要由瑞士的嘉能可、歐亞資源和美國的自由港3大供應(yīng)商控制。目前我國的鈷精礦也主要由這3大供應(yīng)商提供，主要來自非洲,鈷含量在5%～10%，平均在6.5%左右,有的富含銅、鎳。由于進(jìn)口鈷精礦的鈷含量不高,伴有許多無利用價(jià)值的組分,導(dǎo)致冶煉過程產(chǎn)生大量棄渣,占用了大量土地，且棄渣中含有的Pb、As、Cd、Cr、Hg、Cu、Ni等對土壤、地下水、地表水等環(huán)境存在潛在的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。針對這種情況,近期和將來的清潔生產(chǎn)方向應(yīng)為重點(diǎn)提高進(jìn)口鈷精礦的鈷含量,盡量減少渣及其污染物的帶入量,減少輔助材料消耗。以年產(chǎn)3 kt鈷金屬的鈷濕法冶煉工藝為例,如在鈷礦產(chǎn)地先進(jìn)行預(yù)選提純(如采用洗選、磁選、浮選等簡單預(yù)選工藝,去除部分磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、廢土石等),將鈷品位從6.5%提高到9.5%,則年進(jìn)口鈷精礦量可從47 096 t降至32 224 t，浸出渣(含水約30%)年產(chǎn)生量可從55 922 t降至33 062 t,同時(shí)可大幅度降低硫酸、重鈣粉、亞硫酸鈉、P204、鹽酸、液堿等輔助材料以及蒸汽的消耗,減少廢水及其污染物的產(chǎn)生量。

1.2 能源方面

國內(nèi)鈷冶煉廠目前的能源仍以煤為主,采用鍋爐燃煤為生產(chǎn)工藝提供蒸汽。燃煤鍋爐產(chǎn)生和排放大量的煙塵、SO2和NOx，影響區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量。為減輕對大氣環(huán)境影響,應(yīng)積極采用清潔的能源,如將燃料煤逐漸轉(zhuǎn)向天然氣、煤氣或直接采用電能。

以3 kt/a的鈷冶煉廠為例,如果選擇燃煤作為能源,此類規(guī)模的工廠每年要消耗低位發(fā)熱值為6 400 KCal的煤7 kt,以煤含硫1%，除塵、脫硫、脫硝效率分別為90%、60%和25%估算，則煙塵、SO2和NOx排放量分別為14.4 t/a、44.8 t/a和19 t/a。如將煤改為天然氣,則天然氣的消耗量約為535.5×104Nm3，污染物產(chǎn)生系數(shù)為煙塵 0.24 g/Nm3、SO20.1 g/Nm3、NOx 0.63 g/Nm3，則煙塵、SO2和NOx排放量分別只有1.29 t/a、0.54 t/a和3.37 t/a。

2 先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備

2.1 先進(jìn)的工藝技術(shù)

鈷的濕法冶煉一般分成3個(gè)步驟：一是把鈷從礦石中轉(zhuǎn)入溶液，或制成粗鈷合金或鈷锍，再轉(zhuǎn)入溶液;二是除雜凈化;三是制取金屬。因鈷與其它金屬(Cu、Ni、Fe、Zn)伴生，因此鈷的生產(chǎn)常與其它金屬同時(shí)回收或作為副產(chǎn)品回收。根據(jù)調(diào)查，目前我國采用的鈷濕法冶煉工藝主要有3種：1）采用硫酸浸出＋沉銅＋氧化除鐵＋氟化物除鈣鎂＋P204除雜＋P507分離鈷鎳＋制取鈷化合物、鈷金屬等產(chǎn)品；2）采用硫酸浸出＋萃取除銅＋氧化除鐵＋氟化物除鈣鎂＋P204除雜＋P507分離鈷鎳＋制取鈷化合物、鈷金屬等產(chǎn)品；3)采用硫酸浸銅＋銅萃取電積＋優(yōu)化浸鈷除鐵＋P204除雜＋P507分離鈷鎳＋制取鈷化合物、鈷金屬等產(chǎn)品。

在上述3種工藝中，工藝2是在工藝1基礎(chǔ)上改進(jìn)的，工藝3是在工藝2基礎(chǔ)上改進(jìn)的。前2種工藝流程長、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量不好，已很少被采用。工藝3是目前鈷濕法冶煉工藝中經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最好、綜合回收最佳、污染物排放最少的工藝,是少數(shù)鈷冶煉工藝人員掌握的最新技術(shù)。與工藝1、工藝2相比,工藝3具有以下明顯優(yōu)勢：1)充分利用鈷銅礦的自身特性，減少生產(chǎn)過程中輔助材料的消耗。在浸出工序中充分利用礦物的自身性質(zhì)，減少硫酸、氧化劑的使用量,如利用3價(jià)鈷還原為2價(jià)鈷將2價(jià)鐵氧化為3價(jià)鐵，可省去氯酸鈉或雙氧水等氧化劑的加入。2)將銅、鈷同時(shí)浸出改進(jìn)為銅、鈷分開浸出,提高銅、鈷回收率，銅、鈷的回收率分別由94%和96%提高至96%和98%；銅為常溫浸出,鈷為加熱浸出，可減少蒸汽消耗約10%。3)浸出、凈化連續(xù)進(jìn)行,取消了傳統(tǒng)氟化沉鈣鎂工序，取消了氟化物的消耗，不產(chǎn)生鈣鎂凈化渣,從而消除了氟鹽的危害。利用P204和P507的化學(xué)性質(zhì),將鈣鎂通過溶劑萃取的方式實(shí)現(xiàn)與鈷的分離，從而實(shí)現(xiàn)鈷的提純。4)取消了化學(xué)(氟化)凈化除雜的直接加熱,浸出渣洗滌由加溫洗滌改為常溫洗滌,凈化工藝由加熱改為利用浸出液余熱,可減少蒸汽消耗約20%，大大降低了單位產(chǎn)品能量消耗和生產(chǎn)成本,間接減少了污染物產(chǎn)排量。

2.2 先進(jìn)的工藝設(shè)備

1)對傳統(tǒng)萃取槽、反萃槽等設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),采用全密封萃取槽、反萃槽。萃取槽、反萃槽進(jìn)料、攪拌都采取水密封,使萃取、反萃設(shè)備常年處于密封運(yùn)行狀態(tài),而傳統(tǒng)萃取槽是與空氣直接開放式接觸,會(huì)造成大量硫酸、鹽酸和有機(jī)萃取劑揮發(fā)。改進(jìn)后的萃取槽、反萃槽結(jié)構(gòu)簡單，操作界面穩(wěn)定,萃取劑積存少,有利于減少萃取劑、硫酸和鹽酸的消耗。

2)設(shè)備選型方面,通過選擇大型設(shè)備,可提高生產(chǎn)水平,有效減少現(xiàn)場操作人員,降低操作人員工作強(qiáng)度[3],如：將傳統(tǒng)的小型沉降槽改進(jìn)為大型沉淀槽,有利于延長溶液沉淀時(shí)間,提高固液分離效果,減少后續(xù)凈化除雜工序的輔助材料消耗,提高凈化效率和金屬回收率。車間主要料液輸送均選用耐腐蝕性和密閉性好的泵,以減少溶液的跑、冒、滴、漏對環(huán)境的污染;料液配制槽、浸出槽、凈化槽、沉淀槽等均采用密閉操作,以改善車間生產(chǎn)環(huán)境。

3 減少污染物產(chǎn)生的清潔生產(chǎn)措施

除采用上述先進(jìn)的清潔工藝和設(shè)備外，鈷濕法冶煉企業(yè)近期和將來尚可從以下各方面進(jìn)一步采取有效的清潔生產(chǎn)措施,提高清潔生產(chǎn)水平：1)采用硫化鈉、碳酸鈉沉淀回收P204萃取除雜工序鹽酸反萃液中的Zn、Mn和P507萃余液中Ni等金屬,以中間副產(chǎn)物的形式充分回收原料中的有價(jià)金屬,使廢水、固廢中各金屬的濃度(含量)大為降低。

2)將傳統(tǒng)的氨皂化工藝改為鈉皂化工藝,消除萃余液中含NH3-N廢水難處理和排放問題,同時(shí)可消除氨運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用風(fēng)險(xiǎn),避免無組織氨氣的產(chǎn)生及污染。

3)積極開展固體廢物利用新工藝,盡可能地對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢物加以利用,減少固體廢物產(chǎn)生和處置量,提高資源利用率,如將浸出渣用于生產(chǎn)蒸壓砂加氣混凝土砌塊。

4)大的耗能設(shè)備采用變頻操作,節(jié)約能耗。

4 清潔的產(chǎn)品

鈷濕法冶煉企業(yè)的主要典型產(chǎn)品為草酸鈷、硫酸鈷、氯化鈷、碳酸鈷、四氧化三鈷,有的副產(chǎn)電積銅和鎳金屬產(chǎn)品。產(chǎn)品都是固體，運(yùn)輸方便,只要管理嚴(yán)格，安全措施到位，不會(huì)對運(yùn)輸線路造成二次污染。經(jīng)凈化除雜、萃取分離,產(chǎn)品的純度較高,不含或微含Pb、As、Cu、Ni、Mn、Zn等有害金屬雜質(zhì),不會(huì)對下游使用企業(yè)帶來明顯污染。

5 結(jié)論

綜上,通過提高進(jìn)口鈷土礦的鈷品位、使用天然氣等清潔能源代替燃煤、采取先進(jìn)的濕法冶煉工藝和設(shè)備替代傳統(tǒng)工藝和設(shè)備、實(shí)施廢水和固廢綜合處理及利用措施,可使鈷冶煉企業(yè)的清潔生產(chǎn)水平得到大幅提高。采取上述措施后,改變了人們對鈷濕法冶煉廠環(huán)保工作的不良印象,但持續(xù)改進(jìn)的清潔生產(chǎn)潛力較大,任務(wù)很重,如高鹽廢水的處理仍未得到重視，清潔生產(chǎn)管理理念有待加強(qiáng)等。這些均應(yīng)引起各企業(yè)的足夠重視,并找到適當(dāng)?shù)慕鉀Q措施為行業(yè)的清潔生產(chǎn)作出更大的貢獻(xiàn)。

[1] 劉秀鳳.什么是清潔生產(chǎn)[EB/OL].[2013-03-25].www.mlr.gov.cn.

[2] 環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心.環(huán)境影響評價(jià)相關(guān)法律法規(guī)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社,2009.

[3] 《有色金屬工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目經(jīng)理手冊》編委會(huì).有色金屬工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目經(jīng)理手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

Discussion on Cleaner Production in a Domestic Cobalt Wet Smelting Corporation

DENG Zhiwen,LI Zhongwei,DU Long

(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Analyze the CP(cleaner production)status in a domestic cobalt wet smelting corporation from aspects of clean raw material and energy,advanced manufacturing technique,CP measures that can reduce contaminations and cleaning products.And based on these,discuss the CP development direction in domestic cobalt wet smelting corporation.

cobalt;wet process smelting;clean energy;development direction

X38

B

1004-4345(2014)05-0076-02

2014-02-18

鄧志文(1967—),男,教授級高工,主要從事固體廢物處理處置工程設(shè)計(jì)、研究和環(huán)境影響評價(jià)工作。