《冶金工程发展动态---重金属冶金》

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,冶金工程发展动态-重金属冶金,主讲教师,2006.10,1,有色金属原料与自然资源,1.我国有色金属资源特点,复杂多金属共生矿: 我国的矿产资源中单一矿少，共生矿多，占矿产资源的80。,矿石品位低:贫矿多，富矿少是我国矿产资源的又一特点, 我国铜矿平均品位仅为0.87%，且大于2000,kt,级的超大型铜矿品位基本上都低于1%；铝土矿几乎全部为难选冶的一水硬铝石，且目前可经济开采的铝硅比均大于7的矿石在总储量中的比例仅为1/3左右。,2,有色金属原料与自然资源,1.我国有色金属资源特点,地处西部:随着东部资源的日益枯竭，西部是未来我国金属矿产资源的主要供给基地，我国已探明储量的矿产资源中，集中在西部地区的有铜,41.5%,、铅,51.1%,，锌,64.5%,、镍,88.%,、钴,90%,等。西部地区自然条件恶劣（如缺水）、存在交通不便、资源开发利用与环境保护更显突出等问题,不适于采用常规方法加以开发利用。,3,有色金属原料与自然资源,1.我国有色金属资源特点,伴生金属多,利用价值大。,资源严重不足,:,自给率逐年下降,1990,年为,95%,1995,年降到,66.5%,2002,年为,56.2%;,静态保证年限,(,产储比,),短,如铜,16.9,年,铅,6.7,年,锌,9.4,年,锡,6.7,年,锑,4.8,年,钼,16.5,年。,4,有色金属原料与自然资源,我国紧缺有色金属矿产资源大部分为非传统资源。已探明的金属矿产中伴生、共生金属矿床约占80%；难选难冶的低品位氧化矿和多金属复杂矿比例过高，占资源总量的60%以上；贫矿比例大，选矿过程中产生的大量尾矿，不但浪费资源，而且对环境造成重大影响。由下表看出，我国铜、镍、铅和锌矿非传统资源金属量为为实际可利用资源量的300%以上。,5,有色金属原料与自然资源,金属种类 铜 镍 铅,锌,资源总保有储量,/,万吨,6917 828 3740,9762,经济可采储量,/,万吨,194 226 1712,2380,经济可采储量/总保有储量,%28.1 31.5 19.0 24.4,实际可利用资源量,/,万吨,1431 190 511 1689,急需新技术处 理量,/,万吨,5486 638 3229,8073,新技术来处理量比例/,% 383 336 632 478,6,有色金属原料与自然资源,我国低品位氧化铜矿及高碱性脉石型硫化铜矿在非传统铜矿资源中所占比例较高，如云南汤丹铜矿就是一座高碱性脉石的难选氧化铜矿，新疆、内蒙、四川等省区也有此类铜矿。,7,有色金属原料与自然资源,我国的非传统镍矿资源几乎都是高碱性脉石型低品位氧化矿、硫化矿及红土矿，如金川镍矿中CaO与MgO含量高，其中Ni0.3%的低品位矿占镍储量的34%，尾矿丢失20%以上。我国的红土型钴矿品位低、含铁高，无法开发利用。,8,有色金属原料与自然资源,铅锌非传统资源中，大部分为难选的低品位氧化矿，如云南兰坪铅锌矿中难选低品位矿占30%，混合矿占10%。,开发高效低成本处理非传统资源的新冶金体系和方法，对扩大我国可利用资源量，解决我国工业生产中矿物原料短缺的瓶颈问题，具有重大的意义。,9,有色金属原料与自然资源,2.复杂多金属矿举例,锡、锌、铅、锑、铟复杂多金属矿(广西大厂), 锡、锑、铟第一,另外,还伴生银、铋、铜及有毒元素砷;,铜、镍多金属硫化矿(甘肃金川),镍占全国82%,铂族金属占90%,铜、钴第二;,钨、钼、铋、锡多金属复杂矿(湖南柿竹园)一,铋占全国的60%以上,世界第一,钨全国笫一(40%),另外,还伴生有铍及非金属矿萤石(全国笫一)及石榴石;,10,有色金属原料与自然资源,2.复杂多金属矿举例,高铁含铟锌矿,仅云南这种矿的锌储量就有7000kt, 铟8000t;,含有色金属铁矿,内蒙白云鄂博铁矿,伴生30多种稀有金属及其他有价元素,其中轻稀土全国第一,另外还有铌、钽及萤石等。,11,有色金属原料与自然资源,2.复杂多金属矿举例,四川攀枝花铁矿,富含钒、钛、钴和钪等多种稀有和有色金属,该矿规模很大,是我国最重要的钒、钛资源基地;,含金黄铁矿:我国有几十处高硫高砷含金黄铁矿,其中有23处分布东南七省,这些硫铁矿除了金、硫、铁外,还含有银、铜、铅、锌等大量有色金属,其烧渣是综合利用的好原料,但至今尚末有效利用。,12,有色金属原料与自然资源,3.有色金属资源分类-按资源来源分,矿产资源,又称原生资源,一次资源;,再生资源,又称二次资源;包括废旧机器、设备、运输工具、武器等及其部件;废旧生活用具、用品及其部件; 废旧包装材料;废旧电池、畜电池;金属机械加工废料,如切屑、刨屑、钻屑以及丝、带、细碎金属、边角废料等;有色金属冶练加工过程中产生的中间物料及废料,非传统资源,包括海洋湖泊金属资源,低品位矿、尾矿、炉渣等。,13,有色金属原料与自然资源,3.有色金属资源分类-按按储量多少分,丰产金属资源,包括钨、锑、铋、铟、稀土、钛、镁、锰、钒等;,紧缺金属资源,包括铝、铜、铁、铬等,例如,2002年,我国自产铝4200kt,氧化铝5300kt,进口氧化铝4000kt;铜用量2500kt,但自产矿铜仅554kt, 自产电铜为1560kt,即就是说,进口铜的总量接近2000kt;,14,有色金属原料与自然资源,4.我国有色金属资源大省,云南:锡、铅、锌、铟、铜、锗、锑、锰、镍等;,广西:锡、锑、铟、锰、铝、铅、锌、钛等;,甘肃:镍、铜、钴、铂族金属、铅、锌、锑等;,湖南:钨、铋、锑、铅、锌、锡、锰等;,15,有色金属原料与自然资源,4.我国有色金属资源大省,江西:铜、稀土、锂、钽、铌、钨、银等;,内豪古:稀土、钽、铌、锰、银、锗、铅、锌等;,新疆:铜、镍、锂、金、银、锑等;,四川:钛、钒、镍、铅、锌、锗、锰等;,清诲:铅、锌、铜、锑等。,16,有色金属原料与自然资源,资源评价-正面评价,金属资源:主体金属、伴生金属、多金属资源;,非金属资源,:,萤石(氟)、硫、硅;,能源:硫化物、碳、再生金属;,17,有色金属原料与自然资源,资源评价-负面评价,处理难易程度,有毒元素的含量和种类-三废治理的难易程度。,18,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,概述,自改革开放以来,特别是最近十年来,我国有色金属工业取得了长足的发展,2002年我国十种有色金属产量超过美国,成为世界第一,达到10120kt。其消费量同步增长,成为为世畀第二,达到9438kt。但人均消费我国只有发达国家的几分之一到几十分之一,1999年为世界平均的52.3%,美国的10.5%,日本的12.8%。,19,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铜:我国产量与消费,与其他有色金属一样,我国铜冶炼也快速发展,生产与消费同步增长, 我国铜消费量从1990年的705kt增加到2003年的3020kt,年均递进23.5%,其增长速度为世界平均速度似2.5倍,2002年起我国取代美国,成为世界第一大铜消费国, 消费量为2500kt,占世界的17%。铜的主要消费领域集中在发电项目、建筑工程等方面,如房地产业、基础设施建设、汽车工业、电网改造等。,20,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铜:我国产量与消费/kt,年份,1990 1998 1999 2000,产量,-,1210,1170 1370,消费量 705,1280,1492,1942,年份 2001 2002 2003 2004 2005,产量 1520 1580 1700 2170 2583,消费量 2307 2500 2170 3020 3639,21,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,世界铜冶熔工艺,世界铜冶练的主导工艺仍然是闪速熔熔,其次是诺兰达法、瓦纽柯夫法及连续熔铜工艺(白银法和三菱法),值得指出的是,近几年来,奥斯麦特法练铜得到迅速发展。,22,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,中国铜冶熔工艺,上世纪90年代以来,我国各大铜冶熔厂相继完成技术改造,集约化程度和装备水平显著提高,拥有当前国际先进的熔炼技术和装备,技术经济指标与国际水平相当,呈强劲发展和勇于参与国际竞争的新局面。,23,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,中国铜冶熔工艺,江西铜业:中国第一家闪速熔铜企业,1983年投产,原来规模为100kt/a,经过三期技术改造,2003年形成400kt/a的生产能力。,云南铜业:1960年建成投产,采用电炉熔熔工艺1997年引进艾萨工艺进行技改,2001年7月形成250kt/a的生产能力。,24,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,中国铜冶熔工艺,铜陵有色金属公司:拥有多个冶炼厂,原来采用密闭鼓风炉熔练工艺,新建的金隆公司采用闪速熔练工艺;金昌冶炼厂用奥斯麦特熔练工艺改造原工艺;全公司已形成310kt/a的生产能力。,大冶有色金属公司:原来采用反射炉熔练工艺,新建诺兰达炉改造原工艺,1997年投产,已形成150kt/a的生产能力。,25,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,中国铜业的问题与挑战,消费大增与资源紧缺矛盾十分突出,前已述及, 我国铜消费量的年增长速度大于20%,尤其是近几年,增幅高达35%以上。如2003年铜消费量为3020kt,进口铜总量为2670kt,已占消费量的65%以上,据预测,2005年和2010年我国铜需求量将分别为3200kt和3550kt,而国内矿铜产量仅为450kt及600kt,加上再生铜,仍有2150kt和2250kt的缺口需要进口解决。,26,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,中国铜业的问题与挑战,消费大增与资源紧缺矛盾十分突出。,另一方面, 我国铜资源极为贫乏,目前可开采的铜矿有280多处,保有金属量70000kt,开采程度已超过50%,新储量增加极为有限,大型铜矿极少,5000kt以上的仅两个,500kt以上也只有22个,而且品位大都在1%以下,呈现大矿、富矿少,贫矿、小矿多的格局。,27,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,中国铜业的问题与挑战,湿法炼铜落后:湿法炼铜具有成本低,能处理低品位矿和尾矿的特点,国外发展很快,其产量已占总产量的25%;而国内湿法炼铜发展缓馒,生产能力仅几万t,这与我国一方面每年需要进口近3000kt铜以满足需求,另方面又有大量低品位铜矿不能处理的现状是很不相符的。,28,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,中国铜冶炼-问题与挑战,深加工技术落后:铜材加工虽然落后,但正在急起直追,且当别论, 国外铜粉、高纯铜发展很快,年增长率大于15%,但我国技术落后,产量少,且只有低档产品。,29,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铅:产量与消费,与其他有色金属一样,我国铅冶炼也快速发展,生产与消费同步增长,而且铅的生产量一直超过消费量,每年都有出口,我国已成为第二大铅生产国。主要原因是铅有毒,发达国家减少其产量,而我国汽车工业发展很快,使铅的消费持续增长。,30,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铅:产量与消费,我国近几年铅产量和消费量/kt,年份 1990 1998 1999 2000,产量 250 760 920 1100,消费量 - 521.4 466 648,年份 2001 2002 2003 2004 2005,产量 1200 1290 1615 1812 2378,消费量 769 925 1180 1208,31,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铅:世界铅冶炼,国外已有成功的QSL法、基夫塞特法、悉罗法等硫化铅矿一步炼铅新工艺，这些工艺烟气二氧化硫浓度高，可用于制酸，消除二氧化硫的污染。如基夫塞特法1984年实现产业化,已有多家使用,其中前苏联1986年投产的一家练铅厂生产能力为100kt/a;,32,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铅:世界铅冶炼,QSL法已建厂4家,其中规模(120kt/a)最大的是加拿大的特雷尔,上世纪八十年代中国白银公司建成50kt/a的QSL法炼铅厂,但试产不成功;而韩国于1992年建成61kt/a的QSL法炼铅厂运行情况良好; 悉罗法1991年实现产业化,规模为60kt/a,但不见有推广的报导。,33,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铅:我国铅冶练,国内绝大多数工厂都采用传统的烧结一鼓风炉熔炼流程，烟气二氧化硫浓度低，制酸困难，严重污染环境;虽然国外已有托普索低浓度烟气制酸专利技术，因其专利转让费和投资均很昂贵，一般中小炼铅厂无法承担,只有株冶花了两个多亿引进该技术,基本上解决了二氧化硫污染问题。,34,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铅:我国铅冶炼,采用ISP工艺韶关冶炼厂也较好地解决了二氧化硫污染问题;值得厂指出是,水口山炼铅法已实现产业化,还有瓦纽柯夫法炼铅在我国河南也完成了20kt/a的工业试验,这两种方法均能较好地解决二氧化硫污染问题,但水口山炼铅法推广应用趋势更大。,35,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铅:我国铅冶炼,豫光金铅公司: 水口山炼铅法第二家使用,规模为150kt/a;,株州冶炼厂:烧结-托普索制酸-鼓风炉熔炼, 规模为100kt/a;,水口山有色公司: 烧结-鼓风炉熔炼, 规模为60kt/a;计划用水口山炼铅法改造。,36,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铅:我国铅冶炼,安徽贵池冶练厂: 水口山炼铅法第一家使用,规模为50kt/a;,西部矿业公司: 烧结-鼓风炉熔炼, 规模为50kt/a;计划用顶吹转炉炼铅法改造。,37,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,铅:问题与挑战,目前我国铅冶炼存在的主要问题是低浓度二氧化硫烟气严重污染环境, 我国铅冶练分散,除了几家上规模的炼铅厂外,还有100多家中小规模的炼铅厂和铅锑冶炼厂,这些工厂均采用烧结锅(机)-鼓风炉熔炼流程, 二氧化硫全部排空;因此,研究开发一种适合中小规模炼铅厂和铅锑冶炼厂的技术改造的清洁炼铅工艺是当务之急,而还原造铳(固硫)熔炼是最佳选择。,38,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,锌:产量与消费,与其他有色金属一样,我国锌冶炼也快速发展,生产与消费同步增长,而且锌的生产量一直超过消费量,每年都有出口,1991年我国成为第一大锌生产国。我国也是锌消费大国。锌消费速度增长快的原因是钢铁工业和汽车工业的快速发展所致。,39,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,锌:我国近几年的产量和消费量/kt,年份 1990 1998 1999 2000,产量 - 1490 1700 1960,消费量 500 1191 1284 1494,年份 2001 2002 2003 2004 2005,产量 2040 2110 2040 2519.4 2711,消费量1514 1701 1870 2700 3050,40,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,世界锌冶炼,锌80%以上由湿法生产,其发展趋势是大型化和自动化,但迂到炼锌废渣污染治理难题,高压浸出产业化后末见进一步发展,可能是迂到难以解决的工程技术问题;火法炼锌的主要方法是ISP,横罐炼已被淘汰,竖罐也存留不多。,41,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,我国锌冶炼,我国也一样,80%以上由湿法生产,湿法又分传统湿法和全湿法流程,几大锌厂在上世纪80及90年代均进行了技术改造,使我国锌冶炼工艺步入世界先进行列。在锌化工产品生产方面,我国现有的生产能力(kt/a)为:氧化锌400,硫酸锌200,氯化锌150。,42,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,我国锌冶炼,葫芦岛锌厂: 传统湿法炼锌工艺和竖罐炼锌工艺,规模为300kt/a,正在用ISP工艺改造竖罐炼锌工艺;,株洲冶炼厂: 传统湿法炼锌工艺,规模为250kt/a;,韶关冶炼厂: ISP工艺, 规模为150kt/a;,白银有色金属公司: 全湿法炼锌工艺, 规模为150kt/a;,柳州华锡集团: 全湿法炼锌工艺, 规模为锌40kt/a,铟80t/a。,43,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,锌:,问题与挑战,冶炼能力增长过快,后备资源不足,矿山开采能力仅为冶炼能力的84%,锌产品严重供过于求;,环境污染严重,炼锌废渣,如铁矾渣、窑渣及提铟后的铁渣都大量堆存渣场,污染环境,特别是铁矾渣,至今国内外尚未找到一种较好的处置方法;,44,重金属冶金工业的发展和重金属的消费,锌:,问题与挑战,我国极为丰富的高铁含铟锌矿尚未有成熟有效的处理方法,用现有湿法炼锌工艺处理,过程复杂,金属回收率低,特别是铟的回收率低,铁没有利用,大量铁渣污染环境;,我国极为丰富的低品位氧化锌的处理仍然是技术难题。,45,冶金环保,重金属冶金过程中的元素及化合物毒性,重金属除了铋和钴外,都有毒性,其中毒性大的有汞、与重金属伴生的砷毒性很大As,2,O,3,对人的致死量为0.1g,最毒的砷合物是H,3,As;另外镉和铅。特别值得注意的是,大量与重金属伴生的剧毒元素还有Ga、Tl、Be,不过,它们的含量一般均很低。,46,冶金环保,重金属冶金过程中的元素及化合物毒性硫大量与重金属伴生,各种重金属硫化物精矿的含硫量(%)分别为:铜精矿3040,铅精矿1518%,镍精矿1517%,锑精矿2024%,铋精矿2025%,锌精矿大于28%,目前,随重金属进入冶炼厂的硫量已大于3000kt/a,这是重金属冶炼中存在二氧化硫烟害的主要原因。,47,冶金环保,重金属冶金过程中的三废:废气,SO,2,烟气:大部分炼铅厂及全部锑、铋及铅锑冶炼厂的二氧化硫都以低浓度的烟气直接排入大气,年排放量大于800kt,是产生酸雨的重要原因;,含氯及氯化氢废气:镍、钴、锑、铋等氯化冶金废气。,48,冶金环保,重金属冶金过程中的三废:废气,NO,x,废气:产品深度加工过程中,硝酸溶解金属所产生的废气,如金、银、铋的溶解即产生大量的NO,x,废气;,含汞烟气:汞、铅、锌火法冶炼过程会产生汞超标的含汞烟气;,其他剧毒气体:如H,3,As和H,2,S。,49,冶金环保,重金属冶金过程中的三废:废渣,废渣量:据不完全统计,1994年全国有色冶金行业共排废渣5000多万t。,炉渣:主要是水淬渣,火法精炼渣和烟尘;,湿法冶金废渣:主要包括赤泥、铁矾渣、净化渣及氯化渣;,烟尘:主要是含砷、铅烟灰,量大,危害大。,50,冶金环保,重金属冶金过程中的三废:废水,据1984年统计,全国有色金属行业17家重点企业年排废水1.31.4亿m,3,外排重金属2650t/a。重金属废水是危害最大的废水之一,是治理的重点和难点。2003年全国有色冶金行业共排放废水37451亿m,3,占全国各行业废水量的2.02%。,51,冶金环保,重金属冶金过程中的三废治理:清洁冶金,上世纪七十年代,冶金界的老前辈、世界著名冶金学家赵天从教授首次提出无污染冶金的概念和研究方向,以图在冶金过程中彻底解决三废污染问题;当前将无污染冶金称之为清洁冶金,并有更多的冶金科技工作者为之努力和拼搏,意义很大。,52,冶金环保,重金属冶金过程中的三废治理:末端治理,砷害治理,实行许可证集中处理;,尽量制成砷产品,无法制成砷产品,才考虑稳定固化和堆存;,严禁以稳定毒小的毒砂尾矿、雄磺、雌磺矿为原料制取砷产品。,53,冶金环保,重金属冶金过程中的三废治理:末端治理二氧化硫烟害冶理,早期研究过的治理方法有:氨酸法、亚铵法、石灰-石膏法、碱式硫酸铝-石膏法、氧化锌法、亚硫酸钠法和柠檬酸钠法,这些方法中以柠檬酸钠法效果最好,吸收率大于99%,尾气含SO,2,500ppm,产品是液态二氧化硫,有一定的推广应用价值 。,54,冶金环保,重金属冶金过程中的三废治理:末端治理二氧化硫烟害冶理,氧化锌法与湿法炼锌工艺结合,无凝是有生命力的。目前,石灰石粉被用来吸发电厂的低浓度二氧化硫具有成本低,效果亦好的优点,值得有色行业借鉴。,55,冶金环保,重金属冶金过程中的三废治理:末端治理废渣冶理,火法冶金炉渣:制水泥、铸石、建筑材料铺路等,湿法冶金废渣:湿法炼锌产生的高浸渣、窑渣及铁矾渣和湿法炼锰产生的浸出渣的处理问题尚末解决。,56,