常寧市鉛鋅冶化產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟體系的構(gòu)筑

鄧培紅，唐 清，張復(fù)興，張春華，張少華

（1.衡陽師范學(xué)院 化學(xué)與材料科學(xué)系，湖南 衡陽 421008；2.衡陽市成章實驗中學(xué)，湖南 衡陽 421008）

鉛鋅冶煉行業(yè)是高水耗、高能耗、高資源消耗的行業(yè)，同時又是資源浪費嚴重、副產(chǎn)品較多、環(huán)境污染較嚴重的行業(yè)。我國的鉛鋅行業(yè)企業(yè)數(shù)量迅速增加，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，但由于鉛鋅礦產(chǎn)資源不足，對外依存度逐年提高［1－2］。能源消耗大、污染嚴重、資源綜合利用低、技術(shù)水平落后等因素制約著鉛鋅冶煉行業(yè)的發(fā)展，也決定了加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟是鉛鋅冶煉行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路［1－3］。本文以湖南省常寧市鉛鋅冶化產(chǎn)業(yè)為例，總結(jié)目前常寧市鉛鋅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，探討鉛鋅冶煉行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展模式，構(gòu)建企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，提高企業(yè)的資源利用效率，降低能耗和生產(chǎn)成本，減少污染物的排放，以期獲得較顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

1 常寧市鉛鋅冶化產(chǎn)業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的必要性

1.1 礦產(chǎn)資源逐年減少，對外依存度增加

湖南省常寧市水口山是馳名中外的鉛鋅產(chǎn)地，最早開采于宋朝，正式建礦于1896年，享有“世界鉛都”、“中國鉛鋅工業(yè)搖籃”的美譽。目前尚保有鉛鋅基礎(chǔ)儲量（122b級）700余萬t，在礦山深邊部及鄰近周邊區(qū)域，預(yù)計還有約530萬t鉛鋅金屬量的資源。常寧市鉛鋅資源雖有一定優(yōu)勢，但隨著鉛鋅產(chǎn)品產(chǎn)量和需求的快速增長，資源問題顯得越來越突出。常寧市主要有水口山礦和康家灣礦2座鉛鋅礦山。水口山鉛鋅礦包括老鴉巢區(qū)、鴨公塘區(qū)和老鴉巢金礦。老鴉巢區(qū)自清政府1896年收歸官辦以來，已有100余年開采歷史。曾以富產(chǎn)鉛鋅而著稱于世，且金、硫鐵礦資源也很豐富。目前鉛鋅儲量已經(jīng)枯竭，僅保有不能利用的底柱8.3萬t，每年回采少量的鉛鋅殘礦。鴨公塘區(qū)位于老鴉巢區(qū)西北面，相距約1 000m。該區(qū)于1957年鉆探時發(fā)現(xiàn)，1972年正式投產(chǎn)，至1999年5月，九中段以上鉛鋅工業(yè)儲量已全部消耗。九中段以下礦體經(jīng)勘探后認為：礦體埋藏深、開拓費用高、儲量少、品位低、開采水文地質(zhì)條件復(fù)雜、涌水量大，預(yù)計整個資源開發(fā)虧損將達1億元，因此，該礦體為暫不能有效利用資源。全區(qū)于1999年5月1日正式停產(chǎn)，同年5月至11月，建成5座井下水閘，關(guān)閉了鴨公塘區(qū)全部通道，已成閉坑事實。老鴨巢金礦位于老鴉巢區(qū)東端，為原鉛鋅4＃礦體，七中段以上已作鉛鋅礦采完?？导覟车V目前也已進入三期探采階段?，F(xiàn)常寧市鉛鋅產(chǎn)業(yè)自有資源產(chǎn)出的鉛鋅金屬量每年僅有4萬t左右。

1.2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨沉重的環(huán)保壓力

水口山礦區(qū)在創(chuàng)造巨大經(jīng)濟效益的同時，生產(chǎn)過程中排放的三廢也成為當?shù)剌^大的污染源，并成為制約當?shù)仄髽I(yè)進一步發(fā)展的瓶頸。鉛鋅冶煉過程中產(chǎn)生大量廢水、廢氣和廢渣，特別是鉛煙、含重金屬的飄塵和洗水，這些廢氣、廢水和廢渣中含鎘、鉛、砷、汞、鋅、銅等，嚴重污染周邊的空氣、土壤和水體。常寧市瀕臨湘江上游，更使得有著湖南“母親河”之稱的湘江的重金屬污染問題刻不容緩。盡管很多企業(yè)近年來都不同程度地加大了治污投入，然而治污投入仍遠遠達不到要求。相對于這些正規(guī)的大型企業(yè)，數(shù)量更多的小化工廠、小冶煉廠更令人頭痛，這些 “散兵游勇”生產(chǎn)規(guī)模小，裝備水平低，設(shè)備老化，國際上許多淘汰的工藝和裝備在這些企業(yè)中大量存在，導(dǎo)致高能耗、高污染、低效率，治理起來難度更大。

1.3 產(chǎn)業(yè)集中度低

借助當?shù)氐牡V產(chǎn)資源優(yōu)勢，依托龍頭企業(yè)水口山有色金屬集團公司的技術(shù)輻射與產(chǎn)業(yè)聚集作用，一批中小型鉛鋅冶化企業(yè)也得到了發(fā)展。但除水口山有色集團公司規(guī)模較大外，其余近30家企業(yè)，總產(chǎn)能只有8萬t，很多企業(yè)產(chǎn)能都在千噸左右。由于產(chǎn)業(yè)集中度低，企業(yè)規(guī)模小，使很多的鉛鋅企業(yè)工藝裝備小型化、科技水平低，造成產(chǎn)品缺乏競爭力，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，檔次低，高附加值的產(chǎn)品種類及產(chǎn)量少。主要產(chǎn)品集中在礦產(chǎn)品的初始加工方面，如初鉛、次氧化鋅、氧化鋅、硫酸鋅等，嚴重影響了行業(yè)的整體發(fā)展。

2 常寧市鉛鋅二資資源現(xiàn)狀

目前，常寧市涉及鉛鋅二次資源的企業(yè)共有27家，其鉛鋅二次資源情況如表1所示。2012年實際生產(chǎn)含鉛鋅煙塵60 800t；次氧化鋅12 600t；含鉛鋅的冶金化工濕法浸出渣20 300t；含鉛鋅的火法冶金渣134 670t。豐富的鉛鋅二次資源，為常寧市鉛鋅冶化產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，奠定了良好的基礎(chǔ)。

表1 常寧市鉛鋅二次資源情況匯總

續(xù)表

3 常寧市鉛鋅冶化產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟體系的構(gòu)筑

針對常寧市鉛鋅冶化產(chǎn)業(yè)存在的上述問題，為使資源得到最大程度的利用和污染物最小程度的排放，推進企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，本文以鉛鋅冶煉為核心，以物質(zhì)、能量循環(huán)利用為主線，規(guī)劃構(gòu)筑了較為完善的常寧市鉛鋅冶化產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟體系，如圖1所示。

圖1 常寧市鉛鋅冶化產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟體系

構(gòu)筑的鉛鋅冶化產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟體系在節(jié)能減排、資源高效利用方面，所采取的具體措施為：

（1）通過先進技術(shù)與裝備的運用，治理鉛鋅冶煉SO2煙氣：①采用硫化鋅精礦沸騰焙燒、硫化鉛精礦氧氣底吹熔池熔煉技術(shù)，提高煙氣濃度；②采用動力波洗滌、雙轉(zhuǎn)雙吸制酸技術(shù)，使硫的回收率、固化率及尾氣濃度全面達到國家標準。

傳統(tǒng)的煉鉛工藝為燒結(jié)焙燒—鼓風(fēng)爐還原熔煉。這一工藝存在嚴重的缺點：燒結(jié)煙氣SO2濃度低，煙氣制酸困難（一般煙氣SO2濃度低于3%，難于制酸）；燒結(jié)焙燒工序返料量大，造成金屬在流程中積壓，現(xiàn)場含硫和鉛等有害物質(zhì)的煙氣和粉塵污染重；流程長、能耗高、效率低。水口山煉鉛法又稱氧氣底吹熔煉法，屬強化熔池熔煉技術(shù)。該技術(shù)從“六五”開始立項研究，在水口山有色金屬集團公司開展工業(yè)試驗，國內(nèi)多家研究院所參與了工作。該法投資較低，僅為傳統(tǒng)工藝的70%，引進工藝的50%；綜合能耗為380～400kg標煤／噸粗鉛，與國外基夫塞特和頂吹工藝持平；環(huán)境保護好，硫的捕集率大于99%，其他排放物達標；金屬回收率高，鉛、銀回收率達98～98.5%；生產(chǎn)成本低，為傳統(tǒng)工藝的85%，小于國外新工藝。通過這一先進的煉鉛工藝，煙氣SO2濃度一般大于8%，采用動力波凈化、雙轉(zhuǎn)雙吸技術(shù)制酸，可使硫的固化率達99%，制酸尾氣SO2濃度小于300 mg／Nm3，完全滿足環(huán)保要求。

（2）對鉛還原熔煉渣和濕法煉鋅浸出渣、除鐵渣等，全部采用奧斯麥特爐處理，可綜合回收鋅、鉛、銅、銻、金、銀、銦等元素。奧斯麥特爐渣安全穩(wěn)定，可作為水泥生產(chǎn)原料利用，基本實現(xiàn)鉛鋅冶化生產(chǎn)“無渣化”。

目前，水口山有色金屬集團公司鉛鼓風(fēng)爐渣采用煙化爐、濕法煉鋅浸出渣采用回轉(zhuǎn)窯還原揮發(fā)回收鉛鋅，存在效率低、耐火材料消耗大、能耗高、回收率低、回轉(zhuǎn)窯渣難以有效處理等不足。此外，在水口山地區(qū)，還有數(shù)家小型企業(yè)采用回轉(zhuǎn)窯處理鉛鋅冶金渣生產(chǎn)次氧化鋅，這些廠由于規(guī)模小，技術(shù)經(jīng)濟指標更差。奧斯麥特技術(shù)處理鉛鋅冶金渣，上世紀九十年代中期開始，在韓國高麗亞鉛公司得到成功工業(yè)應(yīng)用，是世界冶金界公認目前處理鉛鋅冶煉渣最先進的工藝，具有能耗低、回收率高、能全面綜合回收渣中鋅（渣含鋅3.5%，回收率82%）、鉛（渣含鉛0.3%，回收率92%）、銦、銀、銅、銻、金等多種有價金屬等優(yōu)點，爐渣可作為水泥生產(chǎn)原料利用。若引進該技術(shù)處理水口山地區(qū)鉛鋅冶金渣，可大幅度提高鉛鋅冶金綜合利用水平，實現(xiàn)鉛鋅無渣冶金生產(chǎn)。

（3）鉛鋅冶金產(chǎn)出的煙塵，全部并入硫酸鋅工廠處理，回收鋅、銦，鉛銀渣返回鉛生產(chǎn)系統(tǒng)，砷從煙塵中脫除，無害化處理后固化堆存。

硫酸鋅用量在不斷擴大，具有較好的市場前景。采用高含銦的冶煉煙塵、次氧化鋅生產(chǎn)硫酸鋅并回收銦，經(jīng)濟效益較為顯著。浸出渣中含有的鉛、銀等有價金屬，送鉛冶煉系統(tǒng)處理回收，有利于資源綜合利用。鉛鋅冶金煙塵、次氧化鋅往往含有較高的砷，在生產(chǎn)中采取相應(yīng)的技術(shù)措施將其轉(zhuǎn)化為無害化固體渣，有利于消除鉛鋅冶金砷害。目前國內(nèi)已擁有較為成熟技術(shù)，技術(shù)路線為：含鋅銦氧化物料—浸出—萃取提銦—凈化—結(jié)晶—干燥脫水—硫酸鋅產(chǎn)品。

（4）規(guī)劃熱鍍鋅合金、高檔間接法氧化鋅、涂料及化工鋅粉、飼料級一水硫酸鋅、鉛酸蓄電池、低毒或無毒塑料熱穩(wěn)劑等鉛鋅深加工項目。這些產(chǎn)品有一定的技術(shù)含量，市場前景好、節(jié)能環(huán)保。

①熱鍍鋅合金系列產(chǎn)品

我國鋼鐵產(chǎn)量已達近5億t，隨著對防腐的重視及鋼鐵產(chǎn)品品質(zhì)提高，熱鍍鋅鋼的比例及產(chǎn)量不斷增加，熱鍍鋅合金用量不斷擴大，為該產(chǎn)品的生產(chǎn)創(chuàng)造了較大的市場空間。國內(nèi)外技術(shù)水平較高的鋅冶金工廠，均把熱鍍鋅合金作為鋅深加工的最主要產(chǎn)品。國外煉鋅工廠熱鍍鋅產(chǎn)品比例一般均占產(chǎn)量的70%以上，國內(nèi)株洲冶煉集團公司熱鍍鋅生產(chǎn)水平領(lǐng)先，其產(chǎn)量達到鋅總產(chǎn)量的約70%。熱鍍鋅生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備難度并不大，目前水口山有色金屬集團公司已有生產(chǎn)，但產(chǎn)量及市場份額較低，應(yīng)加強市場開拓與營銷，根據(jù)市場需求生產(chǎn)不同牌號的熱鍍鋅合金產(chǎn)品。其副產(chǎn)品鋅渣可通過處理回收鋅。

②間接法汽車輪胎用高檔氧化鋅

我國氧化鋅產(chǎn)能已達100萬t／年，直接法氧化鋅過剩，濕法氧化鋅市場較小，而間接法氧化鋅，特別是用于汽車輪胎工業(yè)的高檔間接法氧化鋅，國內(nèi)產(chǎn)品尚不能完全滿足需求。由于我國汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，輪胎消費量增大，為高檔間接法氧化鋅創(chuàng)造了更大的市場空間。同時高檔間接法氧化鋅價格較高，具有較好的經(jīng)濟效益。進一步深加工方向可生產(chǎn)汽車輪胎。其副產(chǎn)品熔鋅渣可返回鋅冶煉處理。

③涂料與化工鋅粉

涂料與化工鋅粉全球年用量在50萬t左右，我國用量達20萬t，隨著我國建設(shè)規(guī)模擴大，涂料鋅粉用量有增長趨勢，有較好的市場前景。其工藝技術(shù)路線較為成熟，可采用：鋅錠—熔化蒸發(fā)—冷凝—分級—涂料和化工鋅粉。進一步深加工方向可生產(chǎn)富鋅防腐涂料、片狀鋅粉等，其副產(chǎn)品熔鋅浮渣返回鋅冶煉回收。

④低毒或無毒塑料熱穩(wěn)定劑

我國聚氯乙烯產(chǎn)量不斷擴大，故生產(chǎn)低毒或無毒塑料熱穩(wěn)定劑具有較大的市場空間。目前常寧市塑料熱穩(wěn)定劑產(chǎn)業(yè)已有一定基礎(chǔ)，年產(chǎn)量達5 000t以上，但目前主要是鉛鹽類產(chǎn)品，產(chǎn)業(yè)亟待升級。發(fā)展無塵鉛鹽產(chǎn)品，可減小生產(chǎn)中鉛粉塵對操作人員的危害和環(huán)境污染。由于鉛、鎘具有毒性，歐盟及其他發(fā)達國家已頒布相關(guān)法規(guī)，逐步禁止含鉛、鎘產(chǎn)品的生產(chǎn)與銷售，開發(fā)和生產(chǎn)不含鉛鎘的塑料熱穩(wěn)定劑產(chǎn)品已是大勢所趨。

⑤ 鉛酸蓄電池工程

目前，我國已成世界鉛冶煉、消費及鉛酸蓄電池生產(chǎn)第一大國。隨著我國逐步進入汽車社會及電動自行車的興起，鉛酸蓄電池國內(nèi)市場在不斷擴大。鉛酸蓄電池生產(chǎn)屬勞動密集產(chǎn)業(yè)，投資起點較低。近年來，國外鉛酸蓄電池產(chǎn)能正急劇向我國轉(zhuǎn)移，常寧市具有鉛資源，承接國內(nèi)外鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移具有獨特優(yōu)勢。鉛酸蓄電池性價比高，在其固有的應(yīng)用領(lǐng)域，很難被其他二次電源取代。同時金屬鉛由于其毒性，在其他領(lǐng)域的應(yīng)用正逐步被取代、甚至趨于消失，鉛酸蓄電池是其主要的有可能長期存在的應(yīng)用領(lǐng)域，目前已占鉛總消費量的70%，因此，鉛的深加工應(yīng)以鉛酸蓄電池為主攻方向。

（5）廢水全部處理后回用，徹底消除含砷、鎘、汞的廢水對湘江流域的污染。

鉛鋅冶化工廠廢水，包括生產(chǎn)過程廢水、地面沖洗水和地面匯聚雨水等，一般分為受重金屬污染水和未受重金屬污染水兩類，應(yīng)設(shè)計建造匯聚設(shè)施分別收集處理。對受重金屬污染的水，應(yīng)在廠內(nèi)設(shè)專門的處理設(shè)施，采用中和、硫化等技術(shù)使重金屬離子沉淀分離后，再排入廢水處理工廠進一步處理回用。對未受重金屬污染的廢水，直接排入廢水處理工廠處理后回用。要求廢水處理回用率達到100%。處理后水質(zhì)按《污水綜合排放標準（GB8978—1996）》控制。

（6）高溫冶金爐設(shè)置余熱回收系統(tǒng)，充分節(jié)約能源。

（7）提高鉛鋅產(chǎn)業(yè)的集成度。

目前常寧市龍頭骨干企業(yè)少，大部分中小企業(yè)規(guī)模小，存在著技術(shù)和人才“瓶頸”，針對再生鉛、鋅行業(yè)“小、散、差”的現(xiàn)狀，適時進行結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整。組建企業(yè)集團，實行股份制改造，開辦中外合資企業(yè)，培育一批有競爭力的大型再生鉛和再生鋅的回收利用企業(yè)和集團，帶動再生利用業(yè)向產(chǎn)業(yè)化、大型化、國際化方向發(fā)展。同時，繼續(xù)研究開發(fā)節(jié)能新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備，并實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化；逐步淘汰落后工藝和設(shè)備，關(guān)閉那些能耗高、污染嚴重的企業(yè)；不斷降低單位產(chǎn)品能耗，達到節(jié)能降耗的目的。

4 結(jié) 語

本文構(gòu)筑了較為完善的常寧市鉛鋅冶化循環(huán)產(chǎn)業(yè)體系。在該循環(huán)體系中，推薦采用的技術(shù)與產(chǎn)品，貫徹了先進、環(huán)保、低耗、節(jié)能、成熟的原則。在體系的設(shè)置上，注重了資源的綜合、循環(huán)利用。如設(shè)置了“奧斯麥特爐”強還原處理鉛鋅渣項目，可全面回收鉛、鋅、銅、銀、金、銻、銦等元素，爐渣可實現(xiàn)無害化和資源化。利用鉛鋅性質(zhì)相近、在資源及精礦中互含共存的特點，因此，體系中十分重視鉛、鋅生產(chǎn)系統(tǒng)間中間物料的循環(huán)交流，使這些物料中的有價元素能經(jīng)濟高效的全面回收。上述原則和措施，為規(guī)劃建設(shè)資源循環(huán)利用、環(huán)境友好的鉛鋅冶化產(chǎn)業(yè)提供了更好、更科學(xué)的發(fā)展思路。

［1］邱定蕃，吳義千，符斌，等.我國有色金屬資源循環(huán)利用［J］.有色冶金節(jié)能，2005，8（4）：6－13.

［2］張楠楠，王伯鐸，馬俊杰，等.鉛鋅冶煉行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建［J］.環(huán)境污染與防治，2007，29（12）：941－944.

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