我国有色冶金的资源现状与对策.doc

浅谈我国有色冶金的资源现状与对策（冶金学院 王岳俊 073501016）1.前言在人类征服自然改造自然的过程中，材料的发展是人类社会发展的先导。有色金属是一类重要的材料，涉及到结构材料、功能材料、环境保护材料和生物医用材料等，其应用几乎涉及到国民经济和国防建设的所有领域。大力发展有色金属产业，加速有色金属新材料的研究和开发，对促进国民经济的可持续发展具有极其重要的战略意义。我国有色金属工业经过50多年的发展，已经具备了比较完整的工业体系，建立了相当雄厚的物质基础。近几年来，我国有色金属工业面临较好市场环境，保持良好发展态势，产量持续增长，总产量已连续6年居世界第一。有色金属企业的经济效益持续提高，进出口贸易总额增长较快，固定资产投资规模加大，产业机构调整和技术进步进一步加快。2007年17月份，全国十种有色金属总产量达1309万吨，比去年同期增加258万吨，增长24.58%，其中，铜189万吨，同比增长10.92%；原铝694万吨，同比增长36.28%;铅159万吨，同比增长7.21%；锌208万吨，同比增长20.56；初步测算，规模以上企业实现主营业务收入10000亿元，比去年同期增长42%；实现利润775亿元，比去年同期增长35%；进出口贸易总额503亿美元，比去年同期增加168亿美元，增长了50.4%；完成固定资产投资额814亿元，比去年同期增长41.33；今年新开工项目投资额1076亿元，比去年同期增长67.33%1,2。但是，随着工业化城镇化进程加快，在我国有色金属产量高速增长的同时，对有色金属的需求越来越大。现在我国铜产品年消耗量超过380万吨，铝消耗量超过860万吨，在现有124个产业中，有113个部门使用有色金属产品，比例高达约91%。其中101个物质生产部门中，有96个产业部门消耗有色金属冶炼产品或压延产品，23个非物质生产部门，17个产业部门消耗有色金属冶炼或压延产品。当前，有色金属作为稀有资源，供需严重失衡，供应缺口巨大，我国每年都需要大量进口来满足国内需求。我国有色金属工业资源短缺的同时，还存在能耗高、资源利用效率低等问题，有色金属行业应居安思危，正视现实，采取应对措施，积极转变增长方式，以实现有色金属行业的可持续发展。表1中国主要有色金属产量和消费量世界占比2002年2003年2004年2005年2006年2007年上半年铝占全球产量比重16.56%19.79%22.38%24.45%27.67%31.31%占全球需求比重16.44%18.49%19.83%22.22%25.25%29.09%铜占全球产量比重10.69%12.04%13.71%15.59%17.20%18.15%占全球需求比重17.14%18.80%19.57%21.36%21.52%22.36%锌占全球产量比重22.19%23.49%25.88%27.23%29.80%32.06%占全球需求比重19.35%21.45%26.34%28.94%30.14%31.97%资料来源：华泰证券研究所2.我国有色金属矿产资源的现状2-4我国虽然拥有品种较为齐全的有色金属矿产资源，但储量并不丰富，人均资源占有量甚至低于世界平均水平。特别是按照国际通行标准进行新一轮资源评价之后，我国铜、铝、铅、锌等主要有色金属的矿产储量大大缩水，可利用储量大幅度减少。我国有色金属矿产资源的储量结构现状为三多三少：一是储量、基础储量少，资源量多，在查明的资源储量中，储量占世界18.9%，基础储量占36.3%，资源量占63.7%；二是经济可利用的资源储量少，经济利用差或无法确定的资源储量多，经济可利用的占三分之一，经济利用差和无法确定的占三分之二；三是探明的资源储量少，控制和推断的资源储量多，达到探明程度的仅占10.6%，控制的占43.6%，而推断的占45.8%。中国有色金属工业协会对我国有色金属矿产资源综合情况分析和需求预测，目前我国资源基本态势是：铜资源严重不足；铝、铅、锌、镍资源保障程度不高，对国外依赖增加；钨、锡、锑由于过度开采，其储量的可开采年限都已经不高，资源保证程度也不容乐观，优势地位在下降；钼、稀土、镁资源丰富，可满足国内需求并可保持一定出口量。据统计，我国已开发利用的铜矿占全国资源储量的67%，铝土矿50以上，铅矿68，锌矿72，钨矿79，钼矿60，锡矿89，锑矿87。按照2003年中国有色金属矿产资源中储量和基础储量以及目前开采量进行计算，主要有色金属矿产资源静态保证年限不足20年，个别矿产已不足10年。在2004年，我国65的铜原料和47的氧化铝是依靠进口的，我国经济发展所需的45种主要矿产到2010年只有24种能满足需要，15种支柱型大宗矿产中的一半将存在资源缺口。现有的国有矿山中，有40%的有色金属将面临资源枯竭，原料短缺的形势日益严峻，矿产资源的供需矛盾非常突出，有色金属矿产资源紧缺的格局在以后将难以改变。3.我国有色金属冶金可持续发展的探讨我国确立到2020年实现国内生产总值翻两番的奋斗目标，预示着我国经济将长时间保持快速增长，作为我国重要的原材料工业的有色金属在迎来广阔发展空间和良好发展前景的同时，如何为经济保障提供充足的资源更是成为摆在我们面前的严重问题。3.1 可持续发展的途径有色金属再利用5-7有色金属矿产资源是不可再生资源，加大对地质勘查和矿业开发的投入，只能暂时解决有色金属矿产资源的危机，反过来却又加速了有色金属矿产资源的枯竭。发展循环经济，实现金属资源的再利用才是有色金属冶金可持续发展的必由之路。循环经济的内涵就是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，实现“资源产品废弃物再生资源”的反馈式循环过程，可以更有效地利用资源和保护环境，以尽可能小的资源消耗和环境成本，尽可能大地获得经济效益和社会效益，从而使经济系统与自然生态系统的物质循环过程相互和谐，促进资源永续利用。其中，“再利用”原则是指产品多次使用或修复、翻新后继续使用，以延长产品的使用周期，防止产品过早成为垃圾，从而节约生产这些产品所需要的各种资源投入。随着有色金属生产和消费水平的提高，社会上可用的废杂金属的积蓄量也不断增加，有色金属废弃物的多次回收和再利用，不仅可以提高有色金属资源利用率，而且能够减少污染，保护生态环境。世界工业发达国家对再生资源利用相当重视，近10年来世界再生铜产量已占原生铜产量的4055%，其中美国约占60%，日本约占45%，德国约占80%。世界再生铝产量也占原生铝产量的3550%，其中美国约占50%，日本约占90%，德国约占45%。世界再生铅产量也占原生铅产量的4060%，其中美国约占75%，日本约占60%，德国约占55%。锌、镍、镁、锡、锑等再生资源也得到不同程度利用。近年来，国内也掀起一轮再生金属投资热潮，如：中国铝业公司投资的中铝青岛再生铝合金项目、云南铜业（集团）有限公司在广东清远建设10万吨的项目以及河南豫光金铅集团建设的10万吨再生铅综合利用工程等。2007年上半年,我国再生金属产量为243.7万吨,同比增长7.5%。占同期10种有色金属产量1097万吨的22%。其中再生铝为130万吨,再生铜为92万吨,再生铅为17万吨,再生锌为4.7万吨,与2006年同期相比分别增长10.6%、9.5%。开展综合利用,发展循环经济在我国有色冶金行业才刚刚起步，以后将大有可为。3.2 有色金属再利用技术进展有色金属的回收再利用刚刚起步，就目前发展来看，主要集中在废料中的主金属回收方面。如从报废汽车中和废铝饮料罐中回收铝、从电子废弃物和废旧电路版中回收铜和金等有价金属以及从废电池中回收锌、锰、镍、镉、钴、锂等。3.2.1 铝的再生回收8-14铝废料可分为“新废料”和“旧废料”两类，“新废料”又称为“过程废料”，即在冶炼和加工过程中产生的废料，这类废料在大冶炼厂和加工厂现场重熔回收是很普遍的；但独立的重熔厂也回收生产铝板和挤压件等时产生的边角料和切屑。“旧废料”是产品使用期结束和报废后产生的废料，这类废料可获量与产品使用期限有关，如汽车中铝制品制件使用期限为12年，建筑业中为30年。后者的最高回收率为85%，比前者低。“旧废料”一般都在独立的再生铝厂中处理和重熔，大部分转化成生产铸件的铸锭，常常加入合金添加剂硅、铜、镁；也有一部分转化成钢铁工业用的铝脱氧剂。“旧废料”在今后10年甚至更长时间将继续增长，目前约占总废料量的一半。目前全世界生产的铝合金，约有80%用于制造汽车用的铸件和锻件，因此汽车产量和用铝量的趋势直接影响到再生铝工业。据报道，目前报废汽车中铝废料的最高回收率已达95%。废铝罐回收也有很大进展，全球平均回收率在50%以上。目前报废汽车铝废料回收系统相对成熟的处理流程如图1所示：进入该流程的报废汽车首先拆卸其零部件，其中一些可再加工的零部件作为残留物储存，其它零部件送到废料破碎厂，在该厂中用锤式破碎机将其破碎成直径不大于0.1m的碎块。这些碎块在破碎后经过各种分离过程回收物料：磁选机分离铁磁性碎料；空气抽吸除去非金属细粒和低密度泡沫塑料、纸和纺织物；涡流分离从残渣中除去非磁性导电金属颗粒。余下的是一种非磁性金属浓集物，将其销售给沉浮分离厂，在那里分离余下的非金属，而后分离轻金属和重金属。沉浮分离厂一般用密度为1、2.5和3.5g/cm3的液体进行沉浮分离，从密度为1g2.5g/cm3液态介质的上浮部分分离出残留非金属，从密度为2.5g/cm3介质的上浮部分分离出铝镁混合物；铝颗粒存在于密度为2.5g/cm3和3.5g/cm3介质的上浮部分；从密度为3.5g/cm3介质的上浮部分产生其它混合铝合金。分离出的非金属部分，可回收生产建筑材料；金属部分送再生金属冶炼厂进行冶炼。耐热不锈钢重金属有色金属有色金属、耐热不锈钢再生金属冶炼厂燃 烧回收(建筑材料)填 埋 场回收轮胎、蓄电池、塑料和铝部件非磁性物质（有色金属、耐热不锈钢、非金属）铁报废汽车回收附件拆 卸破 碎分离（例如涡流法）分离（例如沉-浮法）磁 分 离分离（例如沉-浮法）分离（例如涡流法）轻金属分离(如激光)Al-精炼厂Cuu金属Znu金属Pbu金属其它金属图1 报废汽车铝废料回收系统处理流程废铝饮料罐的回收方法有闭路和开路回收两种。在闭路收集时，废铝饮料罐与其它废包装材料和铝废料是分开的，使前者可在闭路系统中回收，将它们重熔成铝锭，再轧制成新的罐用薄板。开路收集是将废铝饮料罐和其它类型的包装废料一起收集，用这些废料生产再生铝锭，再制成汽车用铸件等产品。采用闭路或开路方法，与再生铝的销路有关，例如欧洲再生铝的主要消费部门是汽车工业，故普遍采用开路方法回收废铝饮料罐；而美国主要用闭路回收系统，回收的大部分废铝饮料罐用于重熔铸锭，而后生产罐用薄板。3.2.2 从废旧电子元器件中回收有价金属15-24从废旧电子元器件中回收有价金属目前主要面向印刷电路板(PCB)的回收利用。PCB基板上焊接了各种构件,成分复杂,通常含有30%的塑料，30%的惰性氧化物及40%的金属。表2为瑞典Ronnskar冶炼厂分析的个人计算机(PC)中PCB的元素组成，除下述主要列出金属外PCB中还有一些金、银等贵金属。表2 PC中使用PCB的主要金属元素组成分析成分CuFeA lT iZnSn质量分数%26.805.304.704.301.501.00成分MnNiBiSbCrCd质量分数%0.470.470.170.060.050.015以前,废电路板回收技术主要着重于对贵重金属回收。但随着70年代后期贵金属用量的减少,以贵金属再利用为主的传统回收技术已经不符合废电路板资源再利用的发展趋势。目前, 废电路板回收技术的基本发展方向是实现包括铁磁体、有色金属、贵金属和有机物质的全部材料再利用。现在最常用的回收技术主要有物理法、化学法和生物法。表3 现有电子废弃物处理方法比较表类型包含工艺或方法特点与要求物理法含有破碎、分选、吸附等多种工艺。污染较小, 但金属回收率不高且回收后为金属为混合态化学法火法冶金、湿法冶金、电解、酸洗法、溶蚀法、焚烧等。应用广泛而成熟, 但污染问题有待解决。生物法用细菌提取电子废弃物中的有用金属。技术尚不成熟为了使金属与非金属以及金属各组分有效分离，使金属和有机组分回收利用率最大化且二次污染最小化，目前PCB的处理方法主要趋势为采用物理破碎分离与化学冶金提取相结合的方法。采用机械破碎后用物理方法分离金属与非金属，非金属富集物可用于生产有机复合材料；将金属富集物当作铜精矿返回冶炼炉熔炼后得到电解铜，从电解铜阳极泥中进一步分离提取其它所有元素成分，就达到了各组分分离回收、分类利用之目的。目前分离效果比较明显的技术有我国的北航法和德国的西门子法。通过总结，废电路板回收利用的理想流程如图2所示。3.2.3 从废电池中回收有价金属25-33随着社会经济的发展，人们在生产、生活中使用的电池数量与种类急剧增加。与电池生产与消费相关的问题是电池废弃后造成环境污染与资源浪费。电池中含有的大量锌、锰、锂、钴、铜、镍、银、铁等金属资源。废旧电池的回收利用，也是有色金属冶金可持续发展的一项重要课题。（1）铅蓄电池的回收方法铅蓄电池的体积较大而且铅的毒性较强，所以在各类电池中，最早进行回收利用，故其工艺也较为完善并在不断发展中。在废铅蓄电池的回收技术中，废铅蓄电池的泥渣处理是关键，废铅蓄电池的泥渣物相主要是PbSO4、PbO2、PbO、Pb等。其中PbO2是主要成分，它在正极填料和混合填料中所占重量为41%46%和24%28%。因此，PbO2还原效果对整个回收技术具有重要的影响，其还原工艺有火法和湿法两种。火法是将PbO2与泥渣中的其它组分PbSO4，PbO等一同在冶金炉中还原冶炼成Pb。但由于产生SO2和高温Pb烟尘第二次污染物，且能耗高，利用率低，故将会逐步被淘汰。湿法是在溶液条件下加入还原剂使PbO2还原转化为低价态的铅化合物。已尝试过的还原剂有许多种。其中，以硫酸溶液中FeSO4还原PbO2法较为理想，并具有工业应用价值。废线路板破碎分级粗铜电解磁选、静电选及气流分选等铁质磁性金属 玻纤、含氧树脂非磁性金属富集体熔炼再生金属添加对应材料、复合处理再生非金属产品粗铜冶炼湿法冶金提取阳极泥电解铜Au、Ag、Pb、Pt等图2废电路板回收利用流程图(2)废旧锌锰电池的回收方法废旧锌锰电池中的有价金属回收后，可以制备硫酸锰、碳酸锰，提纯二氧化锰以及制备锌盐、氧化锌和金属锌等。其回收技术主要有以下几种。湿法冶金法是基于Zn，MnO2可溶于酸的原理，将电池中的Zn，MnO2与酸作用生成可溶性盐进入溶液，溶液经过净化后电解生产金属锌和电解MnO2或生产其它化工产品、化肥等。湿法冶金又分为焙烧浸出法和直接浸出法。焙烧浸出法是将废电池焙烧，使其中的氯化铵、氯化亚汞等挥发成气相并分别在冷凝装置中回收，高价金属氧化物被还原成低价氧化物，焙烧产物用酸浸出，然后从浸出液中用电解法回收金属。直接浸出法是将废干电池破碎、筛分、洗涤后，直接用酸浸出其中的锌、锰等金属成分，经过滤，滤液净化后，从中提取金属并生产化工产品。常压冶金法是在高温下使废电池中的金属及其化合物氧化、还原、分解和挥发以及冷凝的过程。方法一：在较低的温度下，加热废干电池，先使汞挥发，然后在较高的温度下回收锌和其它重金属。方法二：先在高温下焙烧，使其中的易挥发金属及其氧化物挥发，残留物作为冶金中间产品或另行处理。湿法冶金和常压治金处理废锌锰电池，在技术上较为成熟，但都具有流程长、污染源多、投资和消耗高、综合效益低的共同缺点。近年来，人们又开始尝试研究开发一种新的方法真空冶金法：该法基于废电池各组分在同一温度下具有不同的蒸气压，在真空中通过蒸发与冷凝，使其分别在不同温度下相互分离从而实现综合利用和回收。由于该法是在真空中进行，大气没有参与作业，故减小了污染。虽然目前对真空冶金法的研究尚少，且还缺乏相应的经济指标，但它明显克服了湿法冶金法和常压冶金法的一些缺点，因而必将成为一种很有前途的方法。（3）镍镉电池的回收方法NiCd电池中含有大量的Ni，Cd和Fe。其中Ni是钢铁、电器、有色合金、电镀等方面的重要原料；Cd是电池、颜料和合金等方面用的稀有金属，又是有毒重金属。所以日本较早即开展了废镍隔电池再生利用的研究开发，其工艺也有干法和湿法两种。干法主要利用镉及其氧化物蒸气压高的特点，在高温下使镉蒸发而与镍分离。湿法则是将废电池破碎后，一并用硫酸浸出后再用H2S分离出镉。（4）NiMH电池和新型的锂电池的回收方法随着近年手持电话和电子设备的发展得到了大量的应用，可以预计在不久的将来会有大量的废Ni-MH电池和锂电池产生。这些废Ni-MH电池的正、负极材料中含有许多有用金属，如镍、钴、锂和稀土金属等。因此，回收Ni-MH电池将是未来废旧电池回收的重要课题，有关它们的再生利用技术亦在积极开发中。德国正在开发一种流程简单、环境友好的废弃镍氢电池再生回收工艺，该工艺为一种机械和冶金处理相结合的组合工艺(图3)。该工艺中，粉碎工序预计会分离钢壳、含有部分碳和有机物的NiMH-Ni(OH)2-Ni材料Ni-MH电池机械处理熔 炼火法精炼熔盐电解渣处理Ni-MH电池合金生产活性物镍钴合金铈合金图3 废Ni-MH电池回收利用流程图有机物与Ni-MH材料。而后Ni-MH材料借助于电弧炉和专门的熔剂，可以生产出镍钴合金和稀土金属氧化物组成的炉渣。镍钴合金采用火法精炼后可作为一种产品直接应用于电池工业；炉渣经机械加工和湿法冶金处理，将稀土氧化物转化成氯化物，再将稀土氯化物进入熔盐电解，熔盐电解的产品(“铈合金”)也可以作为一种电池合金成分直接再用。锂电池回收技术上，日本目前开发了一种从废弃的锂电池电极中回收高纯度金属钴和锂的处理工艺。在这种新工艺中，废电极首先被破碎成粉末，然后与金属Li一起装入一个还原反应器，反应器中含有650的熔化的无机盐。钴酸锂(LiCoO2)与Li反应，生成Li2O和金属Co。Co在反应器的底部得到回收，而盐和Li2O被去除并装入另一个反应器，采用电沉积法回收Li。整个封闭系统不产生排放物。该工艺已在一套LiCoO2处理能力为1kg/h的实验装置上得到验证。该装置生产的Co纯度为99%，收率几乎达到100%。开发机构称，Co的回收成本约为采矿公司提供的金属Co价格的一半，现正考虑制定关于该设备及技术的潜在客户的未来商业计划。4. 我国有色金属再生利用存在问题与对策目前有色金属再利用在我国已形成重要产业，在废料的供应上已形成国内回收、国外进口和企业内部循环利用的供应体系，全国物资回收企业有5000多家。而且从废杂金属的回收、拆解、分选到金属熔炼、加工、利用等各个环节， 都形成了完整的体系， 成为了我国循环经济的重要组成部分。但是我国有色金属循环利用方面仍存在相当大的问题。首先，我国有色金属回收、拆解、冶炼、加工企业过于分散，回收队伍庞杂，国内虽有不少的集散地， 但很难发展成具有国际竞争力的再生有色金属企业集团，实现工业化大生产。其次，目前我国含金属废弃物的拆解、收集等预处理产业属于劳动密集型产业，以手工操作为主，机械化和自动化程度很低；另外，除少数企业回收工艺和装备比较先进，有一定的生产规模，环境保护比较好，金属回收率比较高外， 绝大多数企业和个体户都是设备简陋，技术落后，烧损大，能耗高，金属回收低，而且多金属品种混杂，质量不稳定，难以生产高质量产品。发展我国有色金属循环利用产业，首先要完善法律法规体系和管理机制， 整顿和理顺国内再生资源回收系统，引导有色金属再利用企业向规模化方向发展；其次，要着重人才的培养和技术研发，推广先进适用技术，提高金属回收率，减少消耗，降低生产成本，为有色金属再利用的进一步发展提供技术支持，使有色金属再利用产业走向规范、持续的发展道路。参考文献：1 康义在全国有色金属资源战略与发展高层论坛会上的讲话中国有色网，2007，92 楼荣荣资源稀缺有色金属未来仍是主流雅虎资讯，2007，83 有色金属工业的现状与未来预测中国有色金属矿产资源信息网，2005，124 康义中国有色金属现状分析和未来发展纲要雅虎资讯，2005，85 中国有色金属再生资源回收利用现状及前景展望中国再生资源回收利用网，2007，046 2007年上半年再生金属产业回顾以及下半年展望中国有色网，2007，97 李剑，李赋屏，张万益中国有色金属资源约束问题的研究J中国矿业，2004，13（11）：8-128 兰兴华从再生资源中回收有色金属的进展（续）J世界有色金属，2003（11）：64-699 苏鸿英编译全球铝回收工业现状及发展趋势J世界有色金属，2005（3）：58-5910 安东电磁搅拌技术在废铝回收中的应用J资源再生，2007（6）：59-6111 H哈贝克利用传感器拣选法分选含铝废料J国外金属矿选矿，2007，44（5）：41-4412 翟边废铝罐回收再生用来制造轿车J中国包装工业，2007（1）：31-3113 苏鸿英编译铝废料熔体和铝灰加工的新进展J有色金属再生与利用，2006(10)：33-3314 罗德先编译汽车工业中铝的应用和回收J有色金属再生与利用，2006(7)：34-3615 Shunli Zhang，Eric ForssbergIntelligent Liberation and Classification of electronic scrapJPowder Technology，1999，10（5）：29530116 松村恒男，薮重洋，井关康人东滨再循环中心电气产品材料的再循环C2002，广州废旧电子电器回收处理与绿色电器技术国际研讨会论文集,2002，广州17 查建宁电