中國(guó)有色冶金過(guò)程節(jié)能降耗現(xiàn)狀
冶金屬于耗能型行業(yè)，其能耗占全國(guó)能耗的10%，占工業(yè)部門(mén)能耗的15.25%。有色金屬工業(yè)是以開(kāi)發(fā)利用礦產(chǎn)資源為主的基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，也是我國(guó)能源資源消耗和污染物排放的重點(diǎn)行業(yè)之一。2010年，有色金屬行業(yè)能耗占全國(guó)能源消耗的2.8%，但工業(yè)增加值只占全國(guó)的1.99%;有色金屬工業(yè)能源消費(fèi)主要集中在冶煉環(huán)節(jié)，約占行業(yè)能源消耗總量的80%，加工占11%，礦山占5%。在冶煉環(huán)節(jié)中，鋁冶煉占61%，鉛鋅冶煉占7%，鎂冶煉占6%，銅冶煉占2%。其中，電解鋁行業(yè)的電力消費(fèi)占有色金屬工業(yè)電力消費(fèi)總量的80%，占全國(guó)電力消費(fèi)的5%。
近年來(lái)，我國(guó)有色金屬工業(yè)節(jié)能降耗取得顯著成效，部分產(chǎn)品綜合能耗達(dá)到世界先進(jìn)水平。2012年，有色金屬行業(yè)總能耗約16020萬(wàn) tce，占全國(guó)能耗總量的4.38%。根據(jù)調(diào)研和計(jì)算，我國(guó)從銅精礦到陽(yáng)極銅工藝能耗，不同企業(yè)(方法)間波動(dòng)在200~400kgce/t陽(yáng)極銅之間，部分企業(yè)銅冶煉能耗已位居世界領(lǐng)先水平。2013年初步統(tǒng)計(jì)銅冶煉綜合能耗為316.4 kgce/t;氧化鋁綜合能耗為527.8 kgce/t，鋁錠綜合交流電耗13740kW·h/t，達(dá)世界先進(jìn)水平;鉛冶煉綜合能耗為469.3kgce/t;電解鋅綜合能耗為909.3kgce/t。2013年有色金屬行業(yè)主要產(chǎn)品單位能耗大幅下降，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。我國(guó)由于鋁工業(yè)規(guī)模大，鋁電解節(jié)能更是受到我國(guó)政府、社會(huì)乃至全球的高度關(guān)注。另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)，2008——2013年期間，電鋅冶煉總回收率由92.7%提高至95.0%，鉛冶煉總回收率由94.9%提高至96.3%，銅冶煉回收率由97.2%提高至97.7%。其中我國(guó)銅冶煉總回收率等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。
清潔生產(chǎn)減排技術(shù)的進(jìn)步對(duì)我國(guó)有色金屬行業(yè)發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。遵循源頭預(yù)防、清潔生產(chǎn)、末端治理的全生命周期綜合防控原則，針對(duì)汞、鉛、鎘、砷等重金屬污染物產(chǎn)生的關(guān)鍵領(lǐng)域和環(huán)節(jié)，以重金屬冶煉生產(chǎn)過(guò)程控制為重點(diǎn)，實(shí)施了清潔生產(chǎn)技術(shù)改造，不僅提高了產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，而且從源頭消減汞、鉛、鎘、砷等污染物的產(chǎn)生量，降低了末端治理難度和壓力。如實(shí)施了“鉛冶煉液態(tài)渣直接還原清潔生產(chǎn)技術(shù)”進(jìn)行升級(jí)改造，使鉛的回收率提高2%左右，粗鉛還原工序煙塵、鉛塵和SO的排放量分別減少62.4%、67%和39.6%;采用鎘連續(xù)真空蒸餾技術(shù)等新技術(shù)改造鋅冶煉系統(tǒng)，鎘冶煉總回收率97%，每年可以減少煙塵中鎘排放量3.326 t;實(shí)施選礦拜耳法等重大關(guān)鍵技術(shù)，使過(guò)去沒(méi)有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的中低品位一水硬鋁石礦資源得到大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，使礦產(chǎn)資源服務(wù)年限延長(zhǎng)
3倍以上，從產(chǎn)業(yè)鏈的源頭上找到了一條節(jié)約資源之路。
2013年2月，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《關(guān)于有色金屬工業(yè)節(jié)能減排的指導(dǎo)意見(jiàn)》，分析了有色金屬行業(yè)節(jié)能減排形勢(shì)和存在的主要問(wèn)題，提出了“十二五”有色金屬行業(yè)節(jié)能減排目標(biāo)。總體目標(biāo)是：到2015年年底，有色金屬工業(yè)萬(wàn)元工業(yè)增加值能耗比2010年下降18%左右，累計(jì)節(jié)約標(biāo)煤750萬(wàn)t，SO排放總量減少10%，污染物排放總量和排放濃度全面達(dá)到國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，全國(guó)有色金屬冶煉的主要產(chǎn)品綜合能耗指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平。
我國(guó)能源消費(fèi)量逐年增長(zhǎng)，成為僅次于美國(guó)的第二大能源消費(fèi)國(guó)，其中工業(yè)能源消費(fèi)量已超過(guò)總消費(fèi)量的70%，環(huán)境污染、資源和能源短缺成為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的瓶頸。余熱屬二次能源，分高溫?zé)煔庥酂帷⒏邷貭t渣余熱、高溫蒸汽余熱、冷卻介質(zhì)余熱、可燃廢氣余熱等。在各種工業(yè)爐窯能量支出中，廢氣余熱占15%~35%。近年來(lái)我國(guó)余熱利用方面技術(shù)有了很大進(jìn)步，但與世界先進(jìn)水平相比還有差距。能源價(jià)格攀升成為有色冶金企業(yè)的新挑戰(zhàn)，節(jié)能降耗應(yīng)作為有色冶金企業(yè)的長(zhǎng)期戰(zhàn)略任務(wù)。余熱回收利用現(xiàn)狀中國(guó)能源利用率僅為30%，大部分余熱未經(jīng)利用直接排放。目前回收利用的余熱主要是高溫?zé)煔夂蜕a(chǎn)過(guò)程中排放的可燃?xì)?，中低溫余熱回收利用量極少。相對(duì)于高品位能源來(lái)說(shuō)，低品位余熱能量低，利用難度大，有效利用低品位余熱是產(chǎn)能和用能的關(guān)鍵。低品位余熱回收利用普遍采用水冷介質(zhì)，受水資源、運(yùn)輸、地域等因素制約，難以推廣應(yīng)用。以色列低溫余熱發(fā)電技術(shù)在全球處于領(lǐng)先地位，日本、美國(guó)、俄羅斯也進(jìn)行了大量研究，并開(kāi)發(fā)了有機(jī)朗肯循環(huán)余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)等。20世紀(jì)末，美國(guó) Recurrent 工程公司開(kāi)發(fā)Kalina系統(tǒng)的工業(yè)廢熱回收發(fā)電系統(tǒng)已在少數(shù)鋼鐵廠和化工廠進(jìn)行中試。
鋁冶金節(jié)能降耗現(xiàn)狀
有色冶金節(jié)能降耗方面，電解鋁技術(shù)發(fā)展最快，自主研發(fā)了300kA、400kA、甚至500kA特大型鋁電解槽，為鋁電解工業(yè)節(jié)能提供了重大技術(shù)支撐。另外，中孚鋁業(yè)“大型鋁電解系列不停電技術(shù)及成套裝置”和萬(wàn)基鋁業(yè)的全石墨化陰極材料的推廣應(yīng)用，都對(duì)節(jié)電起到了重要作用。國(guó)內(nèi)電解鋁平均噸鋁直流電耗13084kWh，距國(guó)際先進(jìn)水平12100~12500kWh仍有差距。
(1)國(guó)內(nèi)外氧化鋁生產(chǎn)能耗差距的原因分析
國(guó)內(nèi)外氧化鋁生產(chǎn)能耗的差距主要來(lái)源于鋁土礦資源性質(zhì)的不同。國(guó)外絕大多數(shù)氧化鋁企業(yè)采用優(yōu)質(zhì)高品位的三水鋁石礦，只需要應(yīng)用較低溶出溫度的拜耳法處理即可，流程簡(jiǎn)單、節(jié)能低耗。而我國(guó)氧化鋁企業(yè)需要處理中低品位一水硬鋁石礦，大部分還不能采用傳統(tǒng)的拜耳法生產(chǎn)工藝，拜耳法溶出溫度必須高達(dá)260℃以上，造成工藝流程復(fù)雜、額外能耗增多、效率下降。
因此，我國(guó)必須自主創(chuàng)新開(kāi)發(fā)和應(yīng)用適合于我國(guó)中低品位一水硬鋁石礦資源特點(diǎn)的生產(chǎn)工藝，盡可能采用先進(jìn)的改進(jìn)型拜耳法，推廣高效強(qiáng)化拜耳法技術(shù)，
減少高能耗燒結(jié)法比例，或以濕法冶金過(guò)程取代燒結(jié)法，才能大幅度降低整體能耗，以世界平均能耗水平處理難處理的中低品位一水硬鋁石礦。
(2)國(guó)內(nèi)外鋁電解生產(chǎn)能耗差距的原因分析
盡管國(guó)內(nèi)外采用的電解鋁主體技術(shù)路線相同，但工藝參數(shù)的控制范圍有所差別。我國(guó)由于電價(jià)較貴，主要目標(biāo)是節(jié)電，因此采用了低極距、低槽電壓、低電流密度、低初晶溫度的工藝參數(shù)，并實(shí)施了一系列的新型結(jié)構(gòu)鋁電解槽的節(jié)能技術(shù)，因此直流電耗和綜合交流電耗較低。
我國(guó)鋁電解槽的陽(yáng)極電流密度比國(guó)外先進(jìn)技術(shù)低10%~20%，鋁電解電流效率低3%～4%，由此造成單位電解槽原鋁產(chǎn)能較低，能耗以外的消耗增加。因此，我國(guó)鋁電解生產(chǎn)仍然存在著降低能耗的潛力。
我國(guó)鋁電解的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)距離世界鋁工業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖的高水平目標(biāo)仍有差距。特別是由于我國(guó)鋁電解用的電價(jià)屬世界上最高(見(jiàn)圖5-8)，因此節(jié)電仍是我國(guó)鋁電解工業(yè)最重要的當(dāng)務(wù)之急。
銅冶金節(jié)能降耗現(xiàn)狀
云南冶金集團(tuán)在世界上首次將“艾薩”爐煉鉛技術(shù)與自主創(chuàng)新的“富氧渣鼓風(fēng)爐還原工藝技術(shù)”相結(jié)合，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效節(jié)能技術(shù)。江銅、銅陵的閃速爐、云銅的澳斯麥特爐、金川的合成爐和西部礦業(yè)的卡爾多爐，分別加大了節(jié)能技術(shù)改造力度，采用高效富氧強(qiáng)化熔煉技術(shù)和余熱、余能綜合利用技術(shù)，減少了排放，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。
鉛鋅冶金節(jié)能降耗現(xiàn)狀
隨著行業(yè)的科技進(jìn)步，我國(guó)鉛鋅冶煉單位綜合能耗呈逐年降低趨勢(shì)(見(jiàn)圖5-9)。但由于我國(guó)鉛鋅產(chǎn)量遞增較快，鉛鋅行業(yè)的總能耗則呈逐年增加的態(tài)勢(shì)(圖5-10)。2010年，鉛、鋅冶煉總能耗分別達(dá)到135.51萬(wàn)tce和812.99萬(wàn)tce，鉛鋅行業(yè)總能耗達(dá)到998.01萬(wàn)tce。
就獨(dú)立的鉛冶煉企業(yè)和鋅冶煉企業(yè)來(lái)說(shuō)，我國(guó)的工藝能耗指標(biāo)和國(guó)外先進(jìn)水平差距不大，在某些方面還居于世界領(lǐng)先水平。但由于我國(guó)鉛鋅冶煉企業(yè)相對(duì)獨(dú)立和分散，大型鉛鋅聯(lián)合冶煉企業(yè)相對(duì)較少，鉛鋅冶煉的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)沒(méi)能充分體現(xiàn)，如余熱蒸汽利用等，和韓國(guó)高麗亞、加拿大Trail等世界大型鉛鋅聯(lián)合企業(yè)相比，在資源綜合回收、廢水/廢渣處理與處置、能耗水平等方面，尚存在一定差距。
在鉛鋅大極板電解裝備方面，我國(guó)和國(guó)外先進(jìn)水平存在著較大差距，目前也主要依賴進(jìn)口。
我國(guó)鉛鋅冶煉行業(yè)技術(shù)裝備水平并沒(méi)有與其產(chǎn)能得到同步提高，高能耗高污染的狀況沒(méi)有得到根本改善。不僅與世界鉛鋅冶煉行業(yè)有較大差距，與我國(guó)銅鋁冶煉行業(yè)也有一定差距。主要表現(xiàn)在產(chǎn)能集中度較差、企業(yè)數(shù)量多、技術(shù)水平不平衡、整體技術(shù)裝備水平比較落后、自動(dòng)化控制水平低。
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)原鎂的技術(shù)主要是熱法煉鎂技術(shù)，與國(guó)外普遍采用的電解法截然不同，因此難以直接進(jìn)行能耗比較。
國(guó)外電解法從無(wú)水氯化鎂中提取金屬鎂技術(shù)最先進(jìn)的單位直流電耗已降低到12000kW·h左右，電耗降低的主要原因是采用大型、無(wú)隔板的多極鎂電解槽技術(shù)。 近年來(lái)，我國(guó)通過(guò)國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目立項(xiàng)資助，在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)從鹽湖提取光鹵石、再采用電解法煉鎂的工藝流程，擬建設(shè)電解法煉鎂企業(yè)。
目前，我國(guó)有色金屬大公司的能耗已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，單位節(jié)能降耗下降的空間已經(jīng)非常有限。我們應(yīng)轉(zhuǎn)變思路，將達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的電解鋁技術(shù)輸出國(guó)外。國(guó)家應(yīng)該制定相關(guān)的優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)企業(yè)走出去開(kāi)發(fā)海外資源或在海外建設(shè)工廠。這樣不僅可以大大緩解我國(guó)有色資源不足的壓力，而且可以大大節(jié)約能源。
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