循环经济在金川-金川冶炼含铜废渣废液循环利用产业化引用2.doc

循环经济在金川-金川冶炼含铜废渣废酸循环利用产业化引用田教锋，王和平 (甘肃金昌，金川集团股份有限公司生产部737100)摘 要：本文介绍了金川集团股份有限公司在冶炼含铜废渣废酸循环利用产业化引用方面的做法和经验。实践表明：冶炼含铜废渣废液循环利用产业化引用实现了废弃物处置“减量化、再利用、资源化”，加强了对金川集团股份有限公司主流程产出的“弃渣废液”的综合利用，做到了“吃干榨尽”；实现了废物的减量化，极大地推进了废物“零排放”，降低了废物最终处置量。关键词：循环利用；冶炼；废渣废酸；产品链 1引言20世纪90年代，循环经济引起人们的广泛关注。1992年联合国环发大会通过了里约宣言和21世纪议程，正式提出了走可持续发展道路，号召世界各国在促进经济发展的过程中，不仅要关注发展的数量和速度，更要重视发展的质量和可持续性。2005年5月22日，国务院发布的国务院关于加快发展循环经济的若干意见强调要大力开展资源综合利用，最大程度实现废物资源化和再生资源回收利用，大力提高资源综合回收利用率。2010年7月25日，国家进一步明确了我国“十二五”资源综合利用重点领域，推出了中国资源综合利用技术政策大纲，大纲指出，资源综合利用是解决可持续发展中合理利用资源和防治污染这两个核心问题的根本途径，要重点开展黑色、有色、贵金属和稀有稀土金属矿产共伴生资源的多元利用、梯级利用和高值利用，发展非金属矿产伴生资源的深加工和综合利用，提高废弃物资源化水平，重点在排放量大、堆存量大、污染严重的固体废弃物大宗利用和高附加值利用。2010年7月，国家发展和改革委员会、科学技术部、工业和信息化部、国土资源部、住房和城乡建设部、商务部组织编写了中国资源综合利用技术政策大纲，明确支持发展有色金属工业“三废”综合利用技术，要求推广采用炉渣选矿法从冶炼炉渣中回收金属铜技术。2. 开展冶炼含铜废渣废酸循环利用的意义金川集团股份有限公司是采、选、冶配套的特大型有色冶金和化工联合企业，是国内最大的镍钴铂族金属生产企业，也是中国北方最大的铜生产企业，主要生产镍、铜、钴、铂族贵金属、有色金属压延加工产品、化工产品、有色金属化学品等。公司镍产量居全球第四位、钴产量居全球第二位，被誉为中国的“镍都”。金川集团股份有限公司在生产过程中每年都会产出大量的废渣和废酸，这些废渣、废酸来自冶炼、精炼过程的不同系统，因此成分及其复杂，各系统产出的冶炼含铜废渣、废酸主要有镍系统造液产出的粗海绵铜、白烟灰综合利用项目产出的低浓度硫酸铜溶液、铜电解产出的电解老液、钴系统产出Lix984硫酸铜反萃液液、稀贵系统产出的银硒分铜液、铜熔炼车间产出的湿法收尘液，合计5000吨铜量左右。表1为以上这些物料年产出量，表2为以上这些物料的典型成分。表1 金川集团股份有限公司各系统产出的含铜物料年产出量海绵铜银硒分铜液湿法收尘液白烟灰硫酸铜液钴系统硫酸铜液电积残液铜电解液实物量/t或m3540011250125004000054001200010000铜/t2700350550960216120400镍/t460260/100硫酸/t/18002100/82614401400从表1可以看出金川集团股份有限公司每年产出的冶炼含铜废渣和废酸不仅种类多，而且废渣的实物量和废酸的体积十分庞大，因此必须寻找一种经济、合理的处理工艺对这些冶炼含铜废渣和废酸进行综合的回收和利用，以解决大量资金占用问题和这些废渣废酸堆存对环境造成的污染等问题。表2 典型成分名称成分%CuNiFePbAsSClH2SO4Ag海绵铜5030.060.020.45-102.3银硒分铜液25-3530-400.3-0.60.112-1535湿法收尘液37-491.730.0270.2149.64白烟灰硫酸铜液28.420.0040.0050.0120Lix984反萃液35-450.01-0.25160-180铜电解液5030.630.0151.50.5-2120-140从表2可以看出：金川集团股份有限公司冶炼产出的含铜废渣和废酸成分及其复杂，几乎含有常见的各种杂质元素，而且酸的含量范围很大，有的废酸硫酸含量仅20g/L左右，有的废酸硫酸含量达到了180g/L左右，有的废酸杂质含量较低，有的废酸不仅杂质种类多且杂质含量高。因此，这部分废酸的综合利用难度很大，既要考虑酸的平衡问题，又要考虑溶液的体积平衡问题，而且必须寻找一种最经济、合理的废酸处理和循环利用工艺，以达到最大化节约资源和降低生产运行成本的目的，实现国家关于废弃物处置“减量化、再利用、资源化”的原则，加强对金川集团股份有限公司主流程产出的“弃渣废液”的综合利用；实现废物减量化，推进废物“零排放”，降低废物最终处置量。3.金川冶炼含铜废渣废酸循环利用实践循环经济遵循的是“资源-生产-消费-再生资源”的闭环过程，物质和能量在经济循环中得到持续利用，从而使经济活动对自然环境的破坏降到最小。其目的是通过资源高效和循环利用，实现污染的低排放甚至零排放，保护环境，实现社会、经济与环境的可持续发展。从2004年开始，金川集团股份有限公司以资源综合利用为出发点，就如何综合、经济地处理金川集团股份有限公司在生产过程中产出的各种冶炼含铜废渣和废酸，有效回收这些“废渣弃液”中的铜、镍等有价金属，同时合理平衡各种含铜高废酸中的硫酸开展技术攻关，并于2008年建成了以海绵铜及各种含铜废酸废液为原料年产20000吨硫酸铜和1000吨镍量硫酸镍溶液的生产线。3.1冶炼含铜废渣废酸处理工艺金川集团股份有限公司冶炼含铜废渣废酸处理的工艺路线为：以镍电解系统产出的海绵铜为原料，以各种含铜、含镍废酸为浸出前液，在高效溶铜设备中进行冶炼固体含铜废渣的浸出；浸出后液过滤后，通过调整PH值，在滤液中加入氧化剂进行氧化中和反应生成砷酸铁、砷酸钙沉淀，同时除去溶液中的铁、砷等杂质；过滤液经调PH和铜离子浓度后进入P204和N902萃取系统进行溶剂萃取除杂、铜镍分离，将溶液中的杂质转入到萃余液或洗铁酸中，达到深度净化和提纯溶液的目的；得到的纯净反萃液经除油系统除油后进入精密过滤器再次深度过滤；过滤后液进入高效蒸发系统蒸发浓缩到一定的比重后，放入结晶机冷却结晶，再经离心、干燥包装得到高品质硫酸铜；P204萃取过程产出的低浓度硫酸镍萃余液通过镍皂法富集后生产硫酸镍溶液。工艺流程示意如下：3.2工艺的特点（1）利用高效溶铜设备进行海绵铜的浸出，通过溶液高速向反应器喷射形成负压，使吸入的空气与溶液混合反应，达到微泡溶铜的目的；利用自热反应热维持反应所需要的热能；通过控制反应温度和氧气溶解之间的平衡关系，实现了低温、无外加氧化剂、无需热源条件下海绵铜的连续浸出，具有浸出率、浸出效率高和节约能源、节约材料的优点。采用高效溶铜器较好的解决海绵铜的浸出问题，而且可以循环利用各种废酸，解决各种冶炼废酸的处理和平衡问题；采用该技术和设备可以很好的实现各种冶炼含铜废渣、废酸在无外加热源、无外加催化剂等条件的连续浸出，可以节约大量的蒸汽消耗，而且整个运行过程没有废气和废液的产生；采用该工艺处理冶炼含铜废渣产出的硫酸铜液，铜高酸低，易与后工序衔接；采用该浸出设备和工艺可以有效利用各种废酸为浸出前液，实现了工业废酸的循环利用；产出的浸出渣可返回到铜火法工序进行处理，过程无污染，符合循环经济、节能减排的要求。表3为海绵铜溶铜浸出技术条件及主要指标。表3 海绵铜溶铜浸出技术指标过程温度海绵铜加入速度前液酸度终点酸度溶铜量可溶铜浸出率80-82200kg/h140-180g/l20-35g/l90kg/h99%（2）采用化学沉淀除杂方法，以砷酸铁、砷酸钙形式同时除去了溶液中的砷、铁、钙等杂质元素，保证产品杂质元素含量能够达到HG/T3592-1999标准的优等品指标。表4为溶铜浸出后液化学沉淀法除杂后各项指标对比。表4 溶铜浸出后液化学沉淀法除杂后各项指标对比序号溶铜浸出液（g/L)除砷后液（g/L)除砷渣（%)铜直收率%硫酸铜产品含砷（%）CuFeAsCuFeAsCuFeAs177.60.920.9077.020.0770.008710.08.708.4598.40.00043272.90.980.7871.840.0420.009415.57.538.097.30.00048（3）采用P204和N902联合萃取技术，实现了主金属与杂质元素镁、铅、铁的分离，同时实现了铜、镍的彻底分离，既保证了产品质量，又提高了铜、镍的回收率。（4）采用镍皂富集法实现了低浓度硫酸镍溶液的处理问题，不仅运行成本低，而且全流程无废渣和废气产生，实现了真正的清洁文明生产。（5）通过对工艺流程优化设计，对工业废水进行了循环利用，节约了新水的消耗。以各种冶炼含铜废渣和废酸为原料生产硫酸铜和硫酸镍溶液不仅提高了公司资源综合利用水平，为公司创造了可观的经济效益，解决了公司冶炼过程产出的各种铜杂料和含酸废液的开路问题，而且可以解决公司冶炼过程产出的各种废渣废酸堆存引起的环境污染等问题，为公司可持续发展提供了强有力的支撑和保证，同时为整个行业处理冶炼废渣废酸起到了参考和借鉴作用。4.冶炼含铜废渣废酸循环利用效果开展冶炼含铜废渣废酸循环利用，不仅综合利用和回收了铜、镍等有价金属，延伸了公司产品产业链，提高了公司的综合经济效益，而且实现了主流程有害杂质的开路，减少杂质在主流程的循环和富集，同时也为冶炼行业处理各种废渣和废酸提供了设计依据。通过产业化产业化实践证明，该项目是节能、环保的，对周围环境没有造成污染，对地方经济的发展和环保事业都将起到积极的推动作用。表5 冶炼含铜废渣废酸循环利用效果回收冶炼废渣量t/a回收废酸m3/a节约新水m3/a节约蒸汽t/a50005000012-15万20万（1）项目以金川集团股份有限公司生产过程产出的各种冶炼含铜废渣废酸和废酸为原料进行生产，每年可以解决50000m3废酸(7500吨酸量)和5000吨左右冶炼废弃物的处理问题，同时可以节约50000m3自来水和7500吨硫酸的消耗，可以解决金川集团股份有限公司镍铜钴生产工序产出的各种复杂冶炼含铜废渣、废酸，包括粗海绵铜、铜系统产出的粗硫酸铜（或电解老液）、钴系统产出Lix984除铜硫酸铜液、银硒分铜液、铜熔炼车间湿法收尘液、白烟灰项目产出的低浓度硫酸铜溶液。因此本项目不仅可以降低生产成本又可以综合循环利用公司的各种废渣、废酸，实现了废弃物的减量化、资源化，从而缓解了公司的环保压力，因此项目有一定的经济效益和巨大的社会效益，且有利于保护环境，符合国家循环经济和节能减排政策。（2）项目万元产值能耗折合成标煤为0.32t/ 万元，低于国务院关于加强节能工作的决议和甘肃省政府“加强节能工作的意见”中对万元国内生产总值能耗标准。（3）项目在节约蒸汽方面一是利用高效溶铜设备和自热反应实现海绵铜在低温、无需热源条件下的连续浸出，全年可节约蒸汽约20万吨。（4）在节约用水方面：一是将硫酸铜蒸发系统产出的冷凝水，每天约为250m3，返回浸出系统稀释料液和配制调整浸出前液。全年可节约新水用量8.5万m3；三是对两套纯水制备系统产出的浓水进行集中后回用至结晶机冷却系统和厂内卫生间冲厕。通过上述工艺的调整，每天减少新水用量320400m3，全年可节约新水用量1215万m3。5.金川冶炼含铜废渣废液循环利用的经验(1)充分发挥资源优势，实现资源的再利用和再循环。充分利用生产过程中产生的各种杂料，在原料选取上包括了生产过程中产生的各种废渣废酸可循环利用资源，降低企业成本的同时有效延长了产品的产业链，逐步实现废物“减量化”排放。 (2)建立物流封闭循环，实行清洁生产。产品生产阶段，在考虑经济性的同时注重对生态环境的保护，利用少废无废工艺和高效的设备，简便、可靠的操作和控制以及合理、完善的管理，将冶炼产生的废渣废液等资源充分整合，循环利用，实现废物回收利用。 (3)注重技术创新，重视人才培养。在冶炼含铜废渣废液产业化研究过程中，通过联合攻关和自主创新，先后开发了具有自主知识产权的高效溶铜设备和镍皂法富集低浓度硫酸镍溶液工艺。同时也培养了一支高素质的技人员队伍，确保了整个资源循环的各个环节达到最佳负荷。6.结论冶炼含铜废渣废液循环利用项目符合国家产业结构调整政策，属于国家鼓励类产业高效萃取设备和工艺技术开发、用清洁生产技术建设和改造无机化工生产装置、再生资源回收利用产业化。该项目较好地解决了金川集团股份有限公司在生产过程中各种冶炼废渣废酸的处理和开路问题，保护了当地的生态环境，为国内处理各种冶炼含铜废渣废酸提供借鉴和参考，推动全国资源综合利用水平的提高和循环经济的发展。该项目选择了一种经济、合理的处理、循环利用冶炼含铜废渣和废酸工艺，达到了最大化节约资源和降低生产运行成本的目的，实现国家关于废弃物处置“