随着城市化、工业化和信息化发展,产生了大量的废弃电子产品、报废汽车和机电设备等。这些废弃物中含有铅、汞、镉等有毒有害物质,也包含有回收价值的金属如金、银、铂等,处置得当就能够变废为宝。
在广西,由广西南丹南方金属有限公司、长沙有色冶金设计研究院联合研发的科技成果“铅锑银多金属绿色提取关键技术及产业化”,成功解决了这个问题,实现了多金属综合回收循环经济及环境治理产业升级,该技术荣获了2021年度广西科技进步一等奖。
广西河池南丹,这里地处环太平洋金属成矿带,是全国著名的“有色金属之乡”,蕴藏着大量的脆硫铅锑矿。脆硫铅锑矿成分复杂,主要有价元素为铅、锑、银等。铅,是人类最早使用的金属之一。在汽车工业的百年发展历史中,由铅作为主原料的铅酸电池扮演了非常重要的角色,它让汽车的启动更加方便,运行更加安全。不过,大部分的铅,常常以化合物的形式存在,脆硫铅锑矿便是其中之一。
20世纪八十年代,由于工艺技术的限制,脆硫铅锑矿内的有色金属无法得到有效地分离,为了处理这种复杂的矿物,我国冶金工作者进行了大量的研究,随着时间的推移,研究也渐入佳境。
荆涛,广西南丹南方金属有限公司副总经理,作为一名冶金人,他扎根有色金属冶炼技术研究工作已有二十年。在他职业生涯中最重要的十年,就是参与眼前这条生产线的研发和运作。这条生产线,每个月可以产出电铅15000吨、硫酸22000吨、电银50吨,精铋200吨,为珠三角地区和长三角地区的工业企业,输送大量的铅、银等有色金属产品。每年的销售收入超过60亿元。
如此规模巨大的产量,是以前的荆涛不敢想象的数字。这条生产线运用的正是由广西南丹南方金属有限公司、长沙有色冶金设计研究院联合研发的“富氧侧吹同一炉型处理复杂多金属物料的协同冶炼和粗铅连续精炼新工艺”。此工艺的诞生,为全国乃至全球有色金属冶炼产业,带来了翻天覆地的变化。而在此之前,还没有适用性广、保护环境、投资小、经济效益好等各个方面均能兼顾的冶炼工艺。
2012年,龙江镉污染事件震惊全国,龙江重金属超标,下游居民饮用水安全岌岌可危。此后,为杜绝这类污染事件再次发生,自治区政府加大对环保污染企业的整治力度,有色金属冶炼企业首当其冲。这倒逼企业加快转型步伐,纷纷加大新工艺研发投入。如何破解冶炼中的系列难题,助推绿色冶炼,考虑到广西矿产资源的特殊性,南丹南方金属有限公司将目光投向了长沙有色冶金设计研究院张乐如团队。
张乐如,长沙有色冶金设计研究院副总工程师,多年来致力于富氧侧吹熔炼技术的研究,并取得了一系列科研成果,在行业内声名赫赫。双方合作一拍即合,以广西丰富的脆硫铅锑矿及锌冶炼渣为主要原料,他们组建了上百人的研发团队,分别以南丹和长沙为主要实验点,跨区域协同作战,展开了复杂多金属物料协同冶炼和综合回收的研究工作。结合目前直接炼铅工艺的生产实践,最终选择采用富氧侧吹熔炼直接炼铅技术作为基本研究思路。
严浩,长沙有色冶金设计研究院高级工程师,负责项目的设计工作。在接收到研发的任务后,他和团队成员来到南丹,扎根广西喀斯特大山,开展研究工作。回收处理的金属物料复杂程度高,铅、锌、锑、铜等十几种元素同时入炉后,由于不同物质之间成分和属性差异较大,在熔炼过程中,氧化物、硫化物、硫酸盐、单质等化合物在炉内不可避免地发生化学反应,泡沫渣、隔膜层、下生料、烟尘率高等等一系列问题层出不穷,这给研发团队带来极大的困难。
在失败中不断摸索、在反复论证中校正参数,经过一次又一次的试验,研发团队通过对炉型结构、耐火材料寿命等进行深入研究和改造,最终成功研发出侧吹氧化、还原熔炼、炉渣烟化连续冶炼技术和装备。
这个大约有四层楼高、外观与普通楼房无异的建筑物,就是富氧侧吹炉,它集富氧侧吹氧化、富氧侧吹还原、富氧侧吹烟化于一体,能够实现粗铅连续精炼,这个技术的问世,为有色金属冶炼带来革命性的变化。
传统的有色金属冶炼工艺,以烧结鼓风炉为主,从烧结机到鼓风炉、烟化炉,每一道工序都需要工人驻守在锅炉前,他们守在温度高达上千度的锅炉旁边,时不时要观察炉内燃烧情况,并辅助材料进入下一道工序,这不仅需要耗费大量的人力和物力,同时也存在一定的危险性。如今,工人们只需要掌握好设备的使用,熟记生产各方面参数,便可以在监控室里二十四小时全景式监测炉内的生产情况。这一切都得益于富氧侧吹冶炼技术及装备的研发。
研发了富氧侧吹氧化熔炼-侧吹还原熔炼-侧吹炉(渣)烟化的协同冶炼新工艺;开发了高富氧浓度侧吹氧化自热熔炼技术,氧气浓度达到了92%-95%,入炉物料有效硫不小于12%即可实现自热熔炼;实现了入炉物料原生矿比例可低至20%,含铅可低至22%,铜、锑、锌等金属含量可高达15%以上的物料协同冶炼,还原炉渣含锌最高可达26%;开发了双排高低风口侧吹炉、低烟尘率直升烟道结构、炉渣富氧侧吹烟化。氧化炉烟尘率控制在5%-12%,还原炉控制在6%-10%。
富氧侧吹炉的问世,彻底解决了工序复杂、生产不环保的核心问题。将氧气双侧吹氧化还原炉双炉连续冶炼处理含铅物料熔炼技术应用于生产实践,广西南丹南方金属有限公司成功建设国内第一套,采用富氧侧吹氧化熔池熔炼技术年产铅锭10万吨以上,综合回收锑银多金属的生产系统。随着这个国内首套大极板铅电解自动化生产线成套装备的研发及产业化运作,国际上第一座铅锑银多金属物料连续冶炼示范工厂建成,并在多个有色冶炼企业实现推广应用,创造了良好的经济效益和社会效益。
自2016年建成投产以来,单台装备处理能力45万吨以上。各项技术经济指标达到或超过设计值,并推广到多项工程中。项目于2016年11月建成投产,2017年新增销售额15亿元,2018年新增销售额为28亿元,2019年新增销售额35亿元,2020年新增销售额42亿元,总计新增销售额为120亿元。2021年项目新增销售额再创新高,达到62亿元。这一项目利用行业新技术、新材料、新设备为创新载体,研发团队加大技术攻关、技术改造、技术引进、技术创新,推动资源循环利用,实现生态环境保护。按照国家有关要求,冶炼企业必须对废渣实现无害化处理,而富氧侧吹氧化、还原、烟化连续协同冶炼技术及装备,真正实现了生态绿色冶炼。
有色金属绿色冶炼,筑牢广西生态优势,历经十余年的探索研究,这场跨地域的合作,最终取得了丰硕的成果。在2016年中央第一轮环保督查和2018年环保督查回头看过程中,项目得到高度认可和肯定。目前,项目获得国家授权专利20余件,获中国有色金属工业协会科学技术一等奖2项等多项荣誉,并在今年收获了广西科技进步一等奖。
获得科技进步一等奖是党和国家对铅冶炼技术进步的肯定,站在新的起点上,我们要以开放创新的思维方式,求真务实的态度,从点滴做起,推动铅冶炼先进技术的推广和运用,助力有色金属产业高质量发展。利用新技术,改变人们对传统冶炼行业脏、乱、差,环境污染等不好的印象,促进铅冶炼自动化、智能化的发展。
随着科技进步,自动化、智能化成为金属冶炼工艺的发展趋势,在广西南丹南方金属有限公司的厂区内,从生产锅炉的自动化,到铅锭码锭、打包、转运、归堆等都已实现了无人操作。以“铅锑银多金属绿色提取关键技术及产业化”科研成果为抓手,广西南丹南方金属有限公司真正做到有色金属冶炼事业的管理科学化、装备现代化、经营国际化、环境优美化。通过与行业领先团队的合作,也为广西有色金属冶炼事业培养了大量人才。