常寧市鉛鋅冶化產業循環經濟體系的構筑

鄧培紅，唐 清，張復興，張春華，張少華

（1.衡陽師范學院 化學與材料科學系，湖南 衡陽 421008；2.衡陽市成章實驗中學，湖南 衡陽 421008）

鉛鋅冶煉行業是高水耗、高能耗、高資源消耗的行業，同時又是資源浪費嚴重、副產品較多、環境污染較嚴重的行業。我國的鉛鋅行業企業數量迅速增加，生產規模不斷擴大，但由于鉛鋅礦產資源不足，對外依存度逐年提高［1－2］。能源消耗大、污染嚴重、資源綜合利用低、技術水平落后等因素制約著鉛鋅冶煉行業的發展，也決定了加快發展循環經濟是鉛鋅冶煉行業實現可持續發展的必由之路［1－3］。本文以湖南省常寧市鉛鋅冶化產業為例，總結目前常寧市鉛鋅產業現狀，探討鉛鋅冶煉行業循環經濟的發展模式，構建企業循環經濟產業鏈，提高企業的資源利用效率，降低能耗和生產成本，減少污染物的排放，以期獲得較顯著的經濟效益和環境效益。

1 常寧市鉛鋅冶化產業發展循環經濟的必要性

1.1 礦產資源逐年減少，對外依存度增加

湖南省常寧市水口山是馳名中外的鉛鋅產地，最早開采于宋朝，正式建礦于1896年，享有“世界鉛都”、“中國鉛鋅工業搖籃”的美譽。目前尚保有鉛鋅基礎儲量（122b級）700余萬t，在礦山深邊部及鄰近周邊區域，預計還有約530萬t鉛鋅金屬量的資源。常寧市鉛鋅資源雖有一定優勢，但隨著鉛鋅產品產量和需求的快速增長，資源問題顯得越來越突出。常寧市主要有水口山礦和康家灣礦2座鉛鋅礦山。水口山鉛鋅礦包括老鴉巢區、鴨公塘區和老鴉巢金礦。老鴉巢區自清政府1896年收歸官辦以來，已有100余年開采歷史。曾以富產鉛鋅而著稱于世，且金、硫鐵礦資源也很豐富。目前鉛鋅儲量已經枯竭，僅保有不能利用的底柱8.3萬t，每年回采少量的鉛鋅殘礦。鴨公塘區位于老鴉巢區西北面，相距約1 000m。該區于1957年鉆探時發現，1972年正式投產，至1999年5月，九中段以上鉛鋅工業儲量已全部消耗。九中段以下礦體經勘探后認為：礦體埋藏深、開拓費用高、儲量少、品位低、開采水文地質條件復雜、涌水量大，預計整個資源開發虧損將達1億元，因此，該礦體為暫不能有效利用資源。全區于1999年5月1日正式停產，同年5月至11月，建成5座井下水閘，關閉了鴨公塘區全部通道，已成閉坑事實。老鴨巢金礦位于老鴉巢區東端，為原鉛鋅4＃礦體，七中段以上已作鉛鋅礦采完。康家灣礦目前也已進入三期探采階段。現常寧市鉛鋅產業自有資源產出的鉛鋅金屬量每年僅有4萬t左右。

1.2 產業發展面臨沉重的環保壓力

水口山礦區在創造巨大經濟效益的同時，生產過程中排放的三廢也成為當地較大的污染源，并成為制約當地企業進一步發展的瓶頸。鉛鋅冶煉過程中產生大量廢水、廢氣和廢渣，特別是鉛煙、含重金屬的飄塵和洗水，這些廢氣、廢水和廢渣中含鎘、鉛、砷、汞、鋅、銅等，嚴重污染周邊的空氣、土壤和水體。常寧市瀕臨湘江上游，更使得有著湖南“母親河”之稱的湘江的重金屬污染問題刻不容緩。盡管很多企業近年來都不同程度地加大了治污投入，然而治污投入仍遠遠達不到要求。相對于這些正規的大型企業，數量更多的小化工廠、小冶煉廠更令人頭痛，這些 “散兵游勇”生產規模小，裝備水平低，設備老化，國際上許多淘汰的工藝和裝備在這些企業中大量存在，導致高能耗、高污染、低效率，治理起來難度更大。

1.3 產業集中度低

借助當地的礦產資源優勢，依托龍頭企業水口山有色金屬集團公司的技術輻射與產業聚集作用，一批中小型鉛鋅冶化企業也得到了發展。但除水口山有色集團公司規模較大外，其余近30家企業，總產能只有8萬t，很多企業產能都在千噸左右。由于產業集中度低，企業規模小，使很多的鉛鋅企業工藝裝備小型化、科技水平低，造成產品缺乏競爭力，產品結構不合理，檔次低，高附加值的產品種類及產量少。主要產品集中在礦產品的初始加工方面，如初鉛、次氧化鋅、氧化鋅、硫酸鋅等，嚴重影響了行業的整體發展。

2 常寧市鉛鋅二資資源現狀

目前，常寧市涉及鉛鋅二次資源的企業共有27家，其鉛鋅二次資源情況如表1所示。2012年實際生產含鉛鋅煙塵60 800t；次氧化鋅12 600t；含鉛鋅的冶金化工濕法浸出渣20 300t；含鉛鋅的火法冶金渣134 670t。豐富的鉛鋅二次資源，為常寧市鉛鋅冶化產業循環經濟的發展，奠定了良好的基礎。

表1 常寧市鉛鋅二次資源情況匯總

續表

3 常寧市鉛鋅冶化產業循環經濟體系的構筑

針對常寧市鉛鋅冶化產業存在的上述問題，為使資源得到最大程度的利用和污染物最小程度的排放，推進企業循環經濟的發展，本文以鉛鋅冶煉為核心，以物質、能量循環利用為主線，規劃構筑了較為完善的常寧市鉛鋅冶化產業循環經濟體系，如圖1所示。

圖1 常寧市鉛鋅冶化產業循環經濟體系

構筑的鉛鋅冶化產業循環經濟體系在節能減排、資源高效利用方面，所采取的具體措施為：

（1）通過先進技術與裝備的運用，治理鉛鋅冶煉SO2煙氣：①采用硫化鋅精礦沸騰焙燒、硫化鉛精礦氧氣底吹熔池熔煉技術，提高煙氣濃度；②采用動力波洗滌、雙轉雙吸制酸技術，使硫的回收率、固化率及尾氣濃度全面達到國家標準。

傳統的煉鉛工藝為燒結焙燒—鼓風爐還原熔煉。這一工藝存在嚴重的缺點：燒結煙氣SO2濃度低，煙氣制酸困難（一般煙氣SO2濃度低于3%，難于制酸）；燒結焙燒工序返料量大，造成金屬在流程中積壓，現場含硫和鉛等有害物質的煙氣和粉塵污染重；流程長、能耗高、效率低。水口山煉鉛法又稱氧氣底吹熔煉法，屬強化熔池熔煉技術。該技術從“六五”開始立項研究，在水口山有色金屬集團公司開展工業試驗，國內多家研究院所參與了工作。該法投資較低，僅為傳統工藝的70%，引進工藝的50%；綜合能耗為380～400kg標煤／噸粗鉛，與國外基夫塞特和頂吹工藝持平；環境保護好，硫的捕集率大于99%，其他排放物達標；金屬回收率高，鉛、銀回收率達98～98.5%；生產成本低，為傳統工藝的85%，小于國外新工藝。通過這一先進的煉鉛工藝，煙氣SO2濃度一般大于8%，采用動力波凈化、雙轉雙吸技術制酸，可使硫的固化率達99%，制酸尾氣SO2濃度小于300 mg／Nm3，完全滿足環保要求。

（2）對鉛還原熔煉渣和濕法煉鋅浸出渣、除鐵渣等，全部采用奧斯麥特爐處理，可綜合回收鋅、鉛、銅、銻、金、銀、銦等元素。奧斯麥特爐渣安全穩定，可作為水泥生產原料利用，基本實現鉛鋅冶化生產“無渣化”。

目前，水口山有色金屬集團公司鉛鼓風爐渣采用煙化爐、濕法煉鋅浸出渣采用回轉窯還原揮發回收鉛鋅，存在效率低、耐火材料消耗大、能耗高、回收率低、回轉窯渣難以有效處理等不足。此外，在水口山地區，還有數家小型企業采用回轉窯處理鉛鋅冶金渣生產次氧化鋅，這些廠由于規模小，技術經濟指標更差。奧斯麥特技術處理鉛鋅冶金渣，上世紀九十年代中期開始，在韓國高麗亞鉛公司得到成功工業應用，是世界冶金界公認目前處理鉛鋅冶煉渣最先進的工藝，具有能耗低、回收率高、能全面綜合回收渣中鋅（渣含鋅3.5%，回收率82%）、鉛（渣含鉛0.3%，回收率92%）、銦、銀、銅、銻、金等多種有價金屬等優點，爐渣可作為水泥生產原料利用。若引進該技術處理水口山地區鉛鋅冶金渣，可大幅度提高鉛鋅冶金綜合利用水平，實現鉛鋅無渣冶金生產。

（3）鉛鋅冶金產出的煙塵，全部并入硫酸鋅工廠處理，回收鋅、銦，鉛銀渣返回鉛生產系統，砷從煙塵中脫除，無害化處理后固化堆存。

硫酸鋅用量在不斷擴大，具有較好的市場前景。采用高含銦的冶煉煙塵、次氧化鋅生產硫酸鋅并回收銦，經濟效益較為顯著。浸出渣中含有的鉛、銀等有價金屬，送鉛冶煉系統處理回收，有利于資源綜合利用。鉛鋅冶金煙塵、次氧化鋅往往含有較高的砷，在生產中采取相應的技術措施將其轉化為無害化固體渣，有利于消除鉛鋅冶金砷害。目前國內已擁有較為成熟技術，技術路線為：含鋅銦氧化物料—浸出—萃取提銦—凈化—結晶—干燥脫水—硫酸鋅產品。

（4）規劃熱鍍鋅合金、高檔間接法氧化鋅、涂料及化工鋅粉、飼料級一水硫酸鋅、鉛酸蓄電池、低毒或無毒塑料熱穩劑等鉛鋅深加工項目。這些產品有一定的技術含量，市場前景好、節能環保。

①熱鍍鋅合金系列產品

我國鋼鐵產量已達近5億t，隨著對防腐的重視及鋼鐵產品品質提高，熱鍍鋅鋼的比例及產量不斷增加，熱鍍鋅合金用量不斷擴大，為該產品的生產創造了較大的市場空間。國內外技術水平較高的鋅冶金工廠，均把熱鍍鋅合金作為鋅深加工的最主要產品。國外煉鋅工廠熱鍍鋅產品比例一般均占產量的70%以上，國內株洲冶煉集團公司熱鍍鋅生產水平領先，其產量達到鋅總產量的約70%。熱鍍鋅生產技術及設備難度并不大，目前水口山有色金屬集團公司已有生產，但產量及市場份額較低，應加強市場開拓與營銷，根據市場需求生產不同牌號的熱鍍鋅合金產品。其副產品鋅渣可通過處理回收鋅。

②間接法汽車輪胎用高檔氧化鋅

我國氧化鋅產能已達100萬t／年，直接法氧化鋅過剩，濕法氧化鋅市場較小，而間接法氧化鋅，特別是用于汽車輪胎工業的高檔間接法氧化鋅，國內產品尚不能完全滿足需求。由于我國汽車產業快速發展，輪胎消費量增大，為高檔間接法氧化鋅創造了更大的市場空間。同時高檔間接法氧化鋅價格較高，具有較好的經濟效益。進一步深加工方向可生產汽車輪胎。其副產品熔鋅渣可返回鋅冶煉處理。

③涂料與化工鋅粉

涂料與化工鋅粉全球年用量在50萬t左右，我國用量達20萬t，隨著我國建設規模擴大，涂料鋅粉用量有增長趨勢，有較好的市場前景。其工藝技術路線較為成熟，可采用：鋅錠—熔化蒸發—冷凝—分級—涂料和化工鋅粉。進一步深加工方向可生產富鋅防腐涂料、片狀鋅粉等，其副產品熔鋅浮渣返回鋅冶煉回收。

④低毒或無毒塑料熱穩定劑

我國聚氯乙烯產量不斷擴大，故生產低毒或無毒塑料熱穩定劑具有較大的市場空間。目前常寧市塑料熱穩定劑產業已有一定基礎，年產量達5 000t以上，但目前主要是鉛鹽類產品，產業亟待升級。發展無塵鉛鹽產品，可減小生產中鉛粉塵對操作人員的危害和環境污染。由于鉛、鎘具有毒性，歐盟及其他發達國家已頒布相關法規，逐步禁止含鉛、鎘產品的生產與銷售，開發和生產不含鉛鎘的塑料熱穩定劑產品已是大勢所趨。

⑤ 鉛酸蓄電池工程

目前，我國已成世界鉛冶煉、消費及鉛酸蓄電池生產第一大國。隨著我國逐步進入汽車社會及電動自行車的興起，鉛酸蓄電池國內市場在不斷擴大。鉛酸蓄電池生產屬勞動密集產業，投資起點較低。近年來，國外鉛酸蓄電池產能正急劇向我國轉移，常寧市具有鉛資源，承接國內外鉛酸蓄電池產業轉移具有獨特優勢。鉛酸蓄電池性價比高，在其固有的應用領域，很難被其他二次電源取代。同時金屬鉛由于其毒性，在其他領域的應用正逐步被取代、甚至趨于消失，鉛酸蓄電池是其主要的有可能長期存在的應用領域，目前已占鉛總消費量的70%，因此，鉛的深加工應以鉛酸蓄電池為主攻方向。

（5）廢水全部處理后回用，徹底消除含砷、鎘、汞的廢水對湘江流域的污染。

鉛鋅冶化工廠廢水，包括生產過程廢水、地面沖洗水和地面匯聚雨水等，一般分為受重金屬污染水和未受重金屬污染水兩類，應設計建造匯聚設施分別收集處理。對受重金屬污染的水，應在廠內設專門的處理設施，采用中和、硫化等技術使重金屬離子沉淀分離后，再排入廢水處理工廠進一步處理回用。對未受重金屬污染的廢水，直接排入廢水處理工廠處理后回用。要求廢水處理回用率達到100%。處理后水質按《污水綜合排放標準（GB8978—1996）》控制。

（6）高溫冶金爐設置余熱回收系統，充分節約能源。

（7）提高鉛鋅產業的集成度。

目前常寧市龍頭骨干企業少，大部分中小企業規模小，存在著技術和人才“瓶頸”，針對再生鉛、鋅行業“小、散、差”的現狀，適時進行結構戰略性調整。組建企業集團，實行股份制改造，開辦中外合資企業，培育一批有競爭力的大型再生鉛和再生鋅的回收利用企業和集團，帶動再生利用業向產業化、大型化、國際化方向發展。同時，繼續研究開發節能新工藝、新技術和新設備，并實現其產業化；逐步淘汰落后工藝和設備，關閉那些能耗高、污染嚴重的企業；不斷降低單位產品能耗，達到節能降耗的目的。

4 結 語

本文構筑了較為完善的常寧市鉛鋅冶化循環產業體系。在該循環體系中，推薦采用的技術與產品，貫徹了先進、環保、低耗、節能、成熟的原則。在體系的設置上，注重了資源的綜合、循環利用。如設置了“奧斯麥特爐”強還原處理鉛鋅渣項目，可全面回收鉛、鋅、銅、銀、金、銻、銦等元素，爐渣可實現無害化和資源化。利用鉛鋅性質相近、在資源及精礦中互含共存的特點，因此，體系中十分重視鉛、鋅生產系統間中間物料的循環交流，使這些物料中的有價元素能經濟高效的全面回收。上述原則和措施，為規劃建設資源循環利用、環境友好的鉛鋅冶化產業提供了更好、更科學的發展思路。

［1］邱定蕃，吳義千，符斌，等.我國有色金屬資源循環利用［J］.有色冶金節能，2005，8（4）：6－13.

［2］張楠楠，王伯鐸，馬俊杰，等.鉛鋅冶煉行業循環經濟產業鏈構建［J］.環境污染與防治，2007，29（12）：941－944.

［3］羅賤生.重視鉛鋅再生，發展循環經濟［J］.湖南有色金屬，2005，21（6）：18－20.