鋅冶煉企業應對“雙碳”目標的思考與建議①

周玉琳

（湖南有色金屬控股集團有限公司，湖南 長沙 410035）

碳達峰、碳中和是我國實現綠色可持續發展的重大戰略，對于加速我國社會、經濟、能源、技術等方面轉型與重構具有重要意義［1?9］。鋅冶煉是有色冶煉的重要組成部分［10?11］，2020年我國鋅總產量為643萬噸，占10種常見有色金屬總產量的10.42%，是重要的基礎原材料。本文通過對鋅冶煉企業的能耗和排放進行分析，提出應對“雙碳”目標的建議。

1 有色金屬行業碳排放現狀及面臨的主要問題

1.1 有色金屬行業碳排放現狀

據統計［12］，中國有色金屬行業碳排放占比和有色金屬冶煉噸金屬碳排放量數據如表1和表2所示。由表1可知，2020年我國有色金屬行業碳排放量6.60億噸，占全國總碳排放量的4.7%，其中，有色金屬冶煉碳排放量5.88億噸，占有色金屬行業總碳排放量的89%。此外，近10年來中國有色金屬行業的規?？焖贁U大，碳排放量也呈逐年上升的趨勢，但目前未見碳達峰趨勢。在10種常見有色金屬中，鋁冶煉的碳排放總量和噸金屬碳排放量最大，鋅冶煉次之。2020年鋁冶煉和鋅冶煉的碳排放總量分別為5.0億噸和0.25億噸［13］，噸金屬碳排放量分別為12.14 t和5.16 t，已成為有色金屬冶煉行業碳排放量的“主力軍”。

表1 2020年有色金屬行業碳排放統計表

表2 有色金屬冶煉噸金屬碳排放量噸二氧化碳／噸金屬

1.2 有色金屬行業發展面臨的主要問題

有色金屬行業中大多數冶煉企業都被劃定為高能耗、高排放的“雙高”企業，不僅面臨“雙碳”目標實現的壓力，也面臨著高質量綠色發展的高標準要求，主要問題包括：

1）資源保障形勢嚴峻：原生礦產資源品位下降，戰略性礦產資源嚴重不足，長期依賴進口。

2）環境保護問題：工業廢水中鉛、鎘、汞、砷、鉻等約70%源于有色行業，此外，有色金屬冶煉過程產出大量的廢渣，廢渣的處理不僅需要消耗大量能源，而且容易導致環境污染。以鋅為例，生產1 t鋅產品，約產出1.2 t廢渣［14?15］。

3）供需比不斷縮?。壕\的冶煉產能已超需求，同時精鋅消費增速明顯回落。

4）技術發展較慢：有色金屬行業技術發展不能滿足資源、能源、環境的需求，自主創新能力較弱，高端產品、關鍵材料和部分核心技術存在“卡脖子”風險，高精尖的材料研究和產業化是弱項，并且生產智能化水平低。

2 鋅冶煉企業能耗現狀

2.1 鋅冶煉能耗國家標準及行業標準情況

2.1.1 鋅冶煉能耗國家標準

目前，鋅單位產品能耗限額執行的國家標準為《鋅冶煉企業單位產品能源消耗限額》（GB 21249—2014）［16］。自2020年7月起，由全國有色金屬標準化技術委員會組織、葫蘆島鋅業股份有限公司牽頭，河南豫光鋅業有限公司、云南馳宏鋅鍺股份有限公司、株洲冶煉集團股份有限公司、紫金礦業集團股份有限公司、云南云銅鋅業股份有限公司等單位組成工作小組，鋅冶煉行業50多家企業參與，籌備制訂了《有色重金屬冶煉企業單位產品能源消耗限額》。

國標GB 21249—2014對鋅冶煉企業單位產品能耗分別規定了現有企業限定值、新建企業準入值、行業先進值，見表3和表4［16］?！队猩亟饘僖睙捚髽I單位產品能源消耗限額》對現行標準的擬修訂值見表5。

表3 現行鋅冶煉企業火法煉鋅工藝單位產品能耗限額統計表

表4 現行鋅冶煉企業濕法煉鋅工藝單位產品能耗限額統計表

表5 鋅冶煉企業濕法煉鋅工藝單位產品能耗擬修訂值

2.1.2 鋅冶煉能耗的行業標準

目前，鋅單位產品能耗限額執行的行業標準為工業和信息化部于2020年發布的《鉛鋅行業規范條件》［17］，其中與能耗限額相關的要求摘錄如下。

1）質量、工藝和裝備方面。鋅冶煉企業，硫化鋅精礦焙燒工藝單臺流態化焙燒爐爐床面積須達到100 m2及以上，并需配套完整的鋅冶煉生產系統及煙氣綜合處理設施。鋅濕法冶煉工藝須配套浸出渣無害化處理系統及硫渣處理設施。鼓勵鋅冶煉企業搭配處理鋅氧化礦及含鋅二次資源，實現資源綜合利用。

2）能源消耗方面。鋅冶煉企業，含浸出渣火法處理的電鋅鋅錠工藝綜合能耗須低于920 kgce／t，陰極板面積為1.6 m2及以下的電鋅直流電耗應低于3 000 kWh／t，陰極板面積為1.6 m2以上的電鋅直流電耗應低于3 080 kWh／t。含鋅二次資源企業，火法富集工序綜合能耗須低于1 200 kgce／t金屬鋅，濕法鋅冶煉工序電鋅鋅錠工藝綜合能耗須低于900 kgce／t。

3）資源消耗及綜合利用方面。鋅冶煉企業，電鋅冶煉總回收率應達到96%及以上；總硫利用率須達到96%以上，硫捕集率須達到99.5%以上；水的循環利用率須達到95%以上。

2.2 鋅冶煉企業能耗現狀

筆者對典型鋅冶煉企業的能耗情況進行了調研，對帶有浸出渣火法處理工藝的部分企業單位產品能耗情況進行統計，結果見表6。2020年全國鋅冶煉產量約634萬噸，其中火法煉鋅、濕法煉鋅、二次資源回收煉鋅分別占比為12.3%、73.6%、14.1%。

表6 典型鋅冶煉企業鋅產品能耗統計表

據全國有色金屬標準化技術委員會組織的數十家企業調研的結果顯示［18］，現有火法煉鋅企業的精餾鋅綜合能耗為1 450 kgce／t左右；現有濕法煉鋅企業單位產品綜合能耗（有浸出渣火法處理）在864～1 326 kgce／t之間，平均約1 000 kgce／t；現有濕法煉鋅企業單位產品綜合能耗（無浸出渣火法處理）在545～882 kgce／t之間，平均720 kgce／t左右；現有濕法煉鋅企業采用揮發窯處理浸出渣的工藝綜合能耗平均500 kgce／t左右。此外，據不完全統計，利用鋅二次資源煉鋅的企業由于原料不同，單位產品綜合能耗500～800 kgce／t，差別較大，但整體較低。

整體來說，火法煉鋅能耗較高，在“雙碳”目標的背景下，不具備長期發展的優勢。對于濕法煉鋅工藝來說，能耗主要來自于兩大方面，一是冶煉過程的電力消耗，占總能耗的60%～70%，其中電解直流電消耗占總電力消耗的80%以上；二是浸出渣處理的能耗，約占總能耗的30%，無渣處理的工藝實際上是把渣處理能耗進行了轉移，能耗變化不大。因此，濕法煉鋅企業節能降耗重點要從過程降電耗以及渣處理降焦耗兩個方向進行改進；此外，對于鋅二次資源的回收利用不僅可以節約資源，而且有助于采用常規工藝的濕法煉鋅企業降低能耗。

3 鋅冶煉企業應對“雙碳”目標的主要思考

通過對鋅冶煉企業能耗標準情況、能耗現狀以及發展方向的統計及分析，主要進行了以下幾個方面的思考：

1）充分認識“雙碳”目標對有色行業發展的影響。有色板塊碳排放占總碳排放的4.7%左右，雖然總量不大，但是傳統有色行業的碳中和目標完成難度較大。同時，隨著后續政策的推進，“碳交易”“碳稅”“產品含碳量”等將全面建立并執行，這將不僅影響企業的經濟效益，更有可能影響企業的“綠色形象”，進而對企業的發展布局產生深遠影響。因此，“雙碳”目標的實現過程一定程度上會對有色行業，尤其是有色冶煉行業進行全新一輪的洗牌。

2）強化“雙碳”目標的實現與企業生產經營的結合?！半p碳”目標并不是獨立于企業生產經營之外的體系，“雙碳”目標的實現本質上與企業原料結構調整、過程節能降碳、提升技術經濟指標、產品結構優化等是統一的，企業要按照“雙碳”目標的指引，布局發展規劃及技術研發，在提升自身發展水平、技術指標的同時實現“雙碳”目標，達到雙贏的目的。此外，對于有色冶煉企業而言，綠色、高效、智能化發展與低碳發展同樣重要，需多方協調、共同考慮。

3）結合“雙碳”目標整體布局，融入發展規劃。一是“雙碳”目標要與企業規劃同步進行考慮，評估企業規劃對于“雙碳”目標實現的影響，什么時候碳達峰、什么時候碳中和，這都需要在規劃中明確提出；二是目前來看，有色冶煉僅僅通過自身達到碳中和的難度較大，或是將付出過大的代價。因此，在鋅冶煉企業層面，甚至在有色金屬企業集團層面，要考慮整體的碳中和，要形成一盤棋，才能確保目標的實現。

4 鋅冶煉企業應對“雙碳”目標的主要建議

為了進一步推進“雙碳”目標的實現，中共中央、國務院于2021年10月先后下發了《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》［19］以及《2030年前碳達峰行動方案》［20］，規定了總體要求、目標及原則，并對各領域的重點任務進行了指導和說明，同時，相關部委正在組織撰寫《有色金屬行業碳達峰碳中和實施方案》，湖南省有色金屬行業碳達峰預計提出到2025年，鉛、鋅、銅冶煉能效標桿水平以上產能比例達到50%，為實現碳達峰奠定堅實基礎等目標。根據這些要求，結合上述鋅冶煉企業應對“雙碳”目標的幾個方面的思考，筆者建議鋅冶煉企業2022年完成整體規劃布局及綠色低碳技術分布圖的描繪，2025年前完成減碳技術路徑方案的制定，2030年起逐步完成相關減碳項目示范，2040年前項目穩定運行，完成40%的減碳目標，具體可以從以下幾個方面開展工作。

4.1 頂層設計，整體推進

各企業成立“雙碳”目標實施領導小組，并組建工作小組，根據國家、省市、地方的要求，結合各有色金屬企業集團自身產業特色及發展規劃，制定“雙碳”目標實施方案，并推進實施。

4.2 建立并逐步完善能源管理專業團隊

能源管理屬于專業性相對較強的業務管理，相關數據收集、分析、測算都有嚴格的要求，重點開展信息情報收集、行業對標、碳素圖分析等工作，為科學制定碳減排及碳中和的技術路線提供專業支撐。

4.3 規劃引領，技術支撐

重點從“源頭消減、過程控制、跨行業消納、末端治理”四個方向布局技術創新，形成技術清單，并推進實施。

4.3.1 源頭消減

“源頭消減”重點關注原料結構調整、燃料結構調整、清潔電力獲取及使用等方面，布局相應的應用技術。

原料結構調整方面，應重點關注二次資源的使用比例，利用二次資源的噸產品碳排放量可降低30%～50%，具體可考慮氧化礦、次氧化鋅、鋼廠煙塵、熱鍍鋅渣等二次資源的獲取及技術突破。

燃料結構調整方面，不同燃料對應的二氧化碳排放量相差較大，其中氫能無二氧化碳產出，1 000 m3天然氣僅排放1.71噸二氧化碳，1噸煤（熱值略低于1 000 m3天然氣）排放2.62噸二氧化碳，約是天然氣的1.5倍，因此，要盡可能多的使用碳排放量低的燃料。

清潔電力方面，電力使用占總能源使用的一半以上，不同電力對應的二氧化碳排放量相差巨大，見表7，僅從碳排放的角度考慮，高能耗企業的發展布局應優先考慮有清潔電力優勢的區域。

表7 產生1 kW·h電能所需二氧化碳當量（CO2?eg）

此外，有色冶金存在大量余熱資源，約為每年1 800萬噸標準煤，整體回收利用率不足50%。《2030年前碳達峰行動方案》提出了“加快推廣應用先進適用綠色低碳技術，提升有色金屬生產過程余熱回收水平，推動單位產品能耗持續下降”的要求，這也是有色行業“雙碳”發展的重要技術方向。

4.3.2 過程控制

“過程控制”重點關注企業如何提升能量利用水平，任何可以提升金屬回收率、降低單位電耗、降低煤焦消耗等技術研發及應用均有助于降低碳排放。同時，開展現有廢棄物或外銷物料的低耗高效回收利用，構建“廢棄物?產品?使用?再廢棄?再循環利用”的新型產業鏈，也可以對“雙碳”目標的實現起到積極作用；可主要考慮布局冶煉金屬直收率提升、冶煉渣率降低、外銷物料（浮渣氧化鋅、高鉈煙灰、白煙塵、污酸渣等）減量或回收處理工藝、低能耗電解技術、低燃料消耗渣處理技術等研發項目，促進企業技術進步，實現節能降耗的同時促進“雙碳”目標的完成。下面重點介紹在整個鋅冶煉過程中能耗較高的兩個過程——新型電解技術及渣處理技術的開發應用。

鋅冶煉過程鋅電解的電力消耗占整個鋅冶煉消耗的75%以上，目前降低電耗有兩大發展方向，一是改變電解體系，由傳統的硫酸體系改為聯合電解法、氣體電解法、氨法電解等，其中銨鹽體系具有除雜選擇性好和反應徹底、產品純度高、直流電耗低（2 600～2 800 kWh／t）的優點，已經有小范圍的應用，但目前大規模應用仍有瓶頸問題，需要進一步攻關，需重點解決操作環境問題、氨回用問題等；二是開發新型的電解極板，降低析氧過電位，目前常用的Pb?Ag合金陽極析氧過電位高，無用電耗近1 000 kWh／tZn，目前國內外重點對鉛及鉛合金陽極、復合電催化鉛基陽極、鈦基DSA陽極、不銹鋼基陽極、鋁基陽極進行了相關研究，但由于各種原因均停留在實驗室階段未能實現產業化。

有渣處理的鋅冶煉廠，渣處理的能耗大約要占30%，不同渣處理技術的能耗及有價金屬回收率有一定差別，需要繼續開展技術研發及應用。

4.3.3 跨行業消納

“雙碳”目標是國家戰略，各工業行業都正各自進行技術開發，如果能夠尋求跨行業聯合，實現“跨行業消納”的“雙碳”技術聯合，將更有利于促進“雙碳”目標的達成，實現多贏。目前，有兩大方面的聯合可以進行布局：

1）鋼鐵?有色的聯合。鋼鐵行業的二氧化碳排放量大約占二氧化碳總排放量的17%，要完成“雙碳”目標必須有徹底變革。目前來看，采用電爐短流程處理廢鋼是重要的發展方向之一，電爐熔煉廢鋼的單位產品能耗只有鐵精礦的30%左右。2021年我國總鋼產量中廢鋼占比只有25.17%，國際平均水平為47%（不含中國），美國為68%。我國與世界先進水平還有較大差距，在廢鋼利用方面有較大提升空間，廢鋼比上升后，廢鋼含鋅量是鐵礦石含鋅量的數十倍，將提供豐富的鋅二次資源。若廢鋼比例由目前的11%提升至40%，每年新增鋼廠含鋅物料金屬量估計達到近百萬噸。國內鋼廠鋅煙灰產出率約8%，以2021年我國鋼產量10億噸計算，鋼廠煙灰含鋅將達到200萬噸以上，相比2019年增加37萬噸左右［21］，筆者認為實際量要高于這個預計。

聯合設想：在鋅合金產品高值化供給、熱鍍鋅渣高值化回用、鋼廠鋅煙灰資源化利用等方面進行聯合，實現“鋼鐵?有色”資源的循環利用。

2）新能源?有色的聯合。新能源產業發展迅猛，2021年僅磷酸鐵鋰材料增長率達到300%，新能源材料的增長牽動了原材料及廢料回收兩大產業鏈［22］。

聯合設想：利用鋅系統含鐵溶液制備磷酸鐵前驅體既可實現鐵資源的跨行業消納，又可降低揮發窯渣處理成本。

4.3.4 末端治理

通過加大以低能耗、低成本為目標的碳捕集與封存技術開發與應用，強化具有良好經濟效益的二氧化碳利用與資源化技術研發等途徑實現末端治理。目前，行業對于碳排放末端治理主要包括CCS、CCUS等碳捕集、碳封存等［23］，由于費用較高，這些治理方法對于碳中和的貢獻有限，后續可重點關注，跟蹤技術變化，尋求布局或合作機會。

4.4 碳市場布局

2021年7月16日，全國碳排放權交易市場啟動上線交易［24］，發電行業成為首個納入全國碳市場的行業，納入重點排放單位2 225家，覆蓋碳排放量約40億噸，是全球覆蓋溫室氣體排放量規模最大的市場。

目前，我國碳交易價格為50元／噸左右，而歐洲的價格在40歐元／噸左右，預計2030年將達到200歐元／噸。根據國家發改委初步估計，300元／噸的碳交易價是能夠長期發揮低碳綠色引導作用的價格標準，未來碳交易市場規?；蚋哌_萬億元。雖然目前只有電力行業納入了全國碳交易市場，后續鋼鐵、水泥、有色冶煉、造紙等高排放行業也有望在2022年底納入，因此，企業要重點關注全國碳交易市場的發展情況，及時布局及應對相關變化，把握碳交易的主動權。

5 結 語

結合“雙碳”目標大背景，指出了有色金屬冶煉行業碳排放現狀和面臨的主要問題，介紹了鋅冶煉行業能耗標準和多家鋅冶煉企業綜合能耗現狀，得到以下結論與建議：

1）我國有色冶煉行業年排放二氧化碳5.88億噸，噸鋅排放5.16 t，已成為碳排放“主力軍”，傳統火法煉鋅工藝能耗較高，在“雙碳”目標的背景下，該工藝不具備長期發展的優勢。

2）現行濕法煉鋅工藝中能耗主要集中于2個方面：電耗和浸出渣處理工序能耗，分別約占70%和30%。

3）為實現“雙碳”戰略，鋅冶煉企業應著手頂層設計、整體推進、專業管理、科技引領和碳排放布局，重點從“源頭消減、過程控制、跨行業消納、末端治理”四個方向布局，形成技術清單，有序推進實施，實現綠色、可持續的鋅冶煉。