“雙碳”目標下承德釩鈦產業高質量發展

孫楊鋒 王釗

作為全國第二大釩鈦磁鐵礦資源開發及綜合利用基地，承德已將釩鈦產業列為重要支柱產業。“雙碳”目標的確立對承德釩鈦產業低碳發展提出了更高的要求。現分析承德釩鈦產業發展現狀，針對其在發展過程中存在的資源利用率低、碳排放量高、上下游發展不均衡等問題，提出推動科技創新、探索節能降碳新路徑、打造高端產業鏈及大數據平臺等對策，以期推動承德釩鈦產業低碳、高質量發展。

在2020年9月舉辦的第七十五屆聯合國大會上，我國宣布中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。這對我國綠色低碳發展和生態文明建設提出了更高的要求。2021年，中國鋼鐵行業出現了罕見的粗鋼產量下降，河北粗鋼產量在全國占比下降了1.7%，“雙碳”倒逼下的鋼鐵行業正在發生巨大的變革。2022年1月，河北省委、省政府出臺《關于完整準確全面貫徹新發展理念認真做好碳達峰碳中和工作的實施意見》，對鋼鐵行業提出了嚴控擴展產能項目出資、嚴厲執行產能置換規則，禁止新增產能，加速布局節能減碳技能、工藝、資料、零部件、設備研討項目，推動綠色低碳改造和清潔出產等要求。目前，“低碳綠色發展”理念逐漸成為共識，鋼鐵行業面臨著轉型升級的巨大考驗。

承德不僅是我國首批國家歷史文化名城，還是國家發改委及科技部確定的“國家釩鈦新材料高新技術產業化基地”以及“國家釩鈦資源綜合利用產業基地”。中國釩鈦磁鐵礦資源位居全球前列，其中以四川攀西和河北承德為主要分布地。承德作為全國第二大釩鈦磁鐵礦資源綜合開發利用基地，已探明83.72億噸釩鈦磁鐵礦資源，其遠景資源量保守估計達到234億噸，釩儲量超過全國儲量的40%，含釩鐵精礦品位在加工后高達65％，被稱為“中國北方釩都”。2021年，承德市釩產品產能占全國的15.4%。

釩鈦是國家重要的戰略資源，對經濟發展、國防保障、科技發展具有重要意義。釩有“現代工業的味精”之稱，主要應用于鋼鐵、能源、醫療等領域，是鋼鐵的高性能催化劑、儲能電池的最優選擇。鈦是現代科技發展的必備金屬，被譽為“第三金屬”“未來金屬”，優越的性能使其被廣泛應用于航空航天、醫療、軍事、工業等領域。隨著航空航天、醫療、國防軍工、鋼鐵冶金、新能源等產業的發展，釩鈦的作用日益凸顯。2022年，我國鋼鐵行業二氧化碳排放量約18.23億噸，在制造業31個門類中碳排放量最大，占全國排放總量的15%以上。“雙碳”帶來“雙控”，并從能耗雙控轉向碳排放雙控，進而帶來“雙減”，也就是鋼廠限產減產和主體釩企業減產，釩產業面臨著巨大的挑戰。

承德釩鈦產業發展現狀

承德已將釩鈦新材料產業列為“3+3”主導產業中的戰略性支撐產業，發揮中國北方最大釩鈦磁鐵礦資源產地優勢，大力發展釩鈦新材料產業。目前，承德市釩鈦材料研究開發企業達145家，其中包括集采選、冶煉、深加工、研發設計于一體的重點企業19家。全市年產含釩、含鈦的鐵精粉2800萬噸，五氧化二釩3萬噸，鈦精礦60萬噸，磷精礦160萬噸。

承德的釩鈦產品主要包括五氧化二釩、高純氧化釩、氮化釩、航空級中間合金、含釩特鋼等，可廣泛應用于航空、軍工等領域。河北鋼鐵、承德鋼鐵高純氧化釩粉釩在國內市場的占有率達40%以上。與此同時，承德鋼鐵逐漸開始開發鈦合金粉末、釩電池電解液、鉍黃顏料等高端領域釩鈦產品，且釩鋁合金品質已達到宇航級標準。此外，承德釩鈦新材料公司的世界一流亞熔鹽提釩生產線已投入運營。高精尖企業引領著承德的釩鈦新材料產業高質量發展，承德正勵志實現鋼鐵和釩產品全覆蓋。

承德釩鈦發展中存在的問題

釩鈦資源利用率低

根據釩鈦磁鐵礦的基本性質，一般的釩鈦磁鐵礦選礦工藝為磁選法選鐵精礦，采用多種聯合工藝選鈦精礦。常見的釩鈦磁鐵礦選礦工藝有重—浮聯合法、重—電選聯合法、強磁—重選法、強磁—浮選法。目前，不論采用哪種方法選礦，產生的尾礦不僅含有未被回收的鐵、鈦和釩等元素，還有鈷、鎵和鈧等稀有元素，選礦指標不夠穩定、可靠。

承德地區釩鐵磁鐵礦尾礦含有鐵、鈦、磷等多金屬和非金屬有價元素，且不含放射性物質及其他有害成分。雖然承德市的部分礦山進行了鐵、磷的回收工作，但是整體而言，承德市的很多礦山由于提煉工藝較為復雜，磁鐵礦冶煉產生的礦渣基本沒有得到有效利用，造成了浪費。釩鈦磁鐵礦的選礦技術日臻成熟，但后續的回收利用仍難以實現，釩鈦磁鐵礦中鈦的回收利用也一直是世界性難題。承德現有的釩鈦磁鐵礦冶煉工藝為高爐法，難以實現鈦資源的規模化、低成本回收利用，對鈦的利用率較低。

冶煉過程中碳排放過高

承德釩鈦冶煉采用高爐法，這是迄今為止唯一可以實現釩鈦磁鐵礦高爐渣大規模處理的工藝。釩鈦冶煉的碳排放主要源自焦炭的消耗。焦炭作為高質燃料，在生產過程中伴隨高污染、高排放問題。理論上冶煉1噸鐵水需要消耗414千克碳，而事實上在冶煉過程中還有原燃料與電力的消耗，即使扣除循環回收的二次能源消耗，受限于工業條件，每噸鐵的碳消耗也在695千克左右，相當于二氧化碳排放1.58噸。

采用高爐富氫冶煉技術，通過氫代碳的方式可以降低碳素還原劑的消耗。華北理工大學冶金與能源學院及河北鋼鐵集團承鋼公司近年來一直研究煉高爐噴吹焦爐煤氣的減排能力，發現增加焦爐煤氣噴吹量可以提升富氧率，降低焦比和二氧化碳排放量，但過多增加焦爐煤氣噴吹量會導致燃燒溫度及爐頂溫度過低，無法滿足生產要求。以下限燃燒溫度為1900℃、爐頂溫度為110℃為邊界條件時，爐頂二氧化碳排放量最高能減少14.5%，對改善環境有一定積極意義。但這并沒有從根本上減少高爐的碳消耗，實際生產中的減碳效果有限。

上下游發展不均衡，產品附加值低

釩鈦磁鐵礦下游釩、鈦產品產量較大，但多為釩渣、鈦精粉等原料級產品及合金鋼等低附加值產品。近年來，雖然承德釩鈦企業通過全面優化生產線，提高了高純粉劑釩、航空片劑釩的生產水平，高端釩產品產量逐年提升，河鋼承鋼高純釩產品市場占有率超過40%，但釩電池產業化仍處于初級階段，自主創新能力偏弱。鈦合金技術壁壘高，我國自主研發的鈦合金制備及加工工藝原創技術較少，對鈦及鈦合金、鈦材料深加工、鈦裝備制造等高端領域涉及較少，釩鈦功能材料等方面的技術研發和推廣應用滯后，產業鏈下游高附加值產品較少、應用面不大。

缺乏信息化平臺

從研究角度來看，目前承德的釩鈦產業缺少可以滿足釩鈦產、學、研、用、政要求的大數據平臺，行業專家、技術資源分散，同時研發人員獲得釩鈦行業數據和技術的成本和難度較大。從企業角度來看，目前承德的釩鈦產業缺少能夠精準掌握經濟活動中信息流、資金流、物流等情況的全產業鏈視角下的信息平臺；同時還存在中小企業之間各自為政、融資難、惡性競爭、產業集中度不高、產業鏈條較短等問題。

創新能力不強，人才培養力度不足

技術的局限性導致承德釩鈦磁鐵礦資源綜合利用整體水平不高。例如，低品位礦及選鐵尾礦中共伴生元素的選別提取技術，提釩尾渣、含釩鋼渣等含釩二次資源的回收利用技術，高爐渣中TiO2資源大規模工業化提取利用技術等急需尋求技術突破。

發展釩鈦產業離不開專業人才。在企業端，目前，承德釩鈦公司正積極發揮國家級企業技術中心、國家級博士后科研工作站以及河北省釩鈦產業技術研究院的巨大優勢，大力招引、培養專業人才。然而，承德在職業教育方面仍存在不足。目前，承德市4所技工院校每年招生總人數不足800人，且缺乏釩鈦新材料相關專業。河北石油職業技術大學和承德應用技術職業學院未能形成釩鈦領域的人才培養體系，釩鈦產業發展缺乏穩定的技能型人才支撐。

對策建議

推動資源綜合利用和科技創新

協調組織釩鈦企業、科研院所和高校協作攻關，增加關鍵科技攻關項目的資金投入。引導重點企業應用新技術、新工藝，推進對提釩尾渣、含釩鋼渣等廢棄資源的綜合利用。引導行業大力開展尾礦資源回收工藝研究和冶煉新技術及裝備研究，推進釩鈦磁鐵礦共伴生資源的綜合利用產業化進程。加快核心技術試點示范和轉化應用，推動釩鈦磁鐵礦資源的綜合利用實現規模化和產業化。

推動低碳非高爐冶煉研究及實踐應用。普通高爐冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦在配比30%—50%普通礦的情況下，鐵、釩、鈦的回收率只能達到74%、45%、30%，同時存在鈦渣不分、渣鐵難分等問題。而非高爐直接還原鐵、釩、鈦的回收率能達到95%、80%、65%以上，且不需要配比普通礦，這是實現資源綜合利用的有效途徑，也是未來實現“雙碳”目標的重要途徑。

探索節能降碳新路徑

“雙碳”背景下，低碳非高爐冶煉是實現釩鈦磁鐵礦資源高效綜合利用，推動釩鈦產業低碳、高質量、可持續發展的必由之路。積極開展利用低碳還原釩鈦磁鐵礦技術的產業化研究實踐活動，對降低鋼鐵冶煉的能耗和碳排放、提高釩鈦戰略資源綜合利用率具有重大意義。現階段，釩鈦磁鐵礦低碳冶煉主流技術是氣基豎爐+電爐熔分，目前還沒有實現大規模、產業化的生產線建設實踐，還需要深化對釩鈦磁鐵礦中鐵、釩、鈦、鉻的高效分離等工藝的基礎研究和實踐研究。

有效利用二氧化碳制備工業產品對推進行業節能降碳具有重大意義。承德的釩鈦磁鐵礦在冶煉過程中產生的二氧化碳體量巨大，若能研制出活性和穩定性兼備的催化劑及生產設備，對其進行處理并制備成乙酸、甲酸和乙醇等碳基燃料，實現對二氧化碳的低成本捕集、高值化利用，不僅能增加產值，還能消耗大量二氧化碳，實現“變廢為寶，變害為利”，有助于實現“雙碳”目標，對承德地區發展循環經濟具有重要意義。

打造高端釩鈦產業鏈

在釩產品領域，構建“釩原料+釩新材料+釩新能源”三位一體的產業體系，做大做強釩產業鏈，發展以釩鋁、釩鐵、釩氮合金為代表的中間合金產品，并向下游延伸發展風電設備、大型鍛造零部件及精密儀器零部件等高端零部件及裝備總成。增加以高純釩、釩系催化劑為代表的高品質釩化合物產品的產量，重點突破含釩優特鋼材料、釩電池儲能材料、航空航天材料等高端釩產品的生產技術，大力發展以釩電解液為基礎的釩儲能電池全產業鏈產品。在鈦產品領域，大力發展鈦金屬產業鏈，重點突破鈦合金粉末、鈦合金材料、粉末冶金及增材制造零部件等國防軍工用鈦產品的生產技術。

打造大數據平臺

可以從政府層面對釩鈦資源綜合利用進行宏觀謀劃，利用物聯網、大數據、云計算等建立起“互聯網+釩鈦產業”的發展模式。通過完善相關的體制機制，把個人及各研究機構中的獨立數據引入大數據平臺，實現資源共享。匯集真實、多維的產業數據，擴大平臺的影響力，突破釩鈦產業企業融資瓶頸，盤活閑置產能，促進優化資源配置、供需對接，推動產業數字化轉型升級。

加大人才引進及培養力度

人才是產業發展中最活躍的生產要素。要完善人才引進機制，加大獎勵力度，豐富獎勵形式，優化人才發展環境，精確引進釩鈦科研帶頭人及有能力轉化成果的人才或團隊來承進行科研攻關或成果轉化。同時，加大對本土人才的培養力度，對在承期間成長為高層次人才的個人給予適當獎勵。

加大對青年人才的培養力度。一方面，組織企業及高校為釩鈦產業所需人才提供免費的技能培訓。另一方面，擴大對技能型人才的培養規模。職業院校應圍繞釩鈦產業發展調整專業及課程設置。鼓勵承德釩鈦企業與河北石油職業技術大學等高校共建釩鈦產業學院，對開展釩鈦產業人才培養的院校及新創建的省級以上高技能人才培訓基地給予高額補貼。

承德釩鈦產業要從資源綜合利用、豐富釩鈦產品種類等方面入手，按照經濟高質量發展要求進行釩鈦產業結構調整，建設釩鈦產業園區，打造高端釩鈦產業鏈，并依托人工智能、物聯網、大數據等建設信息平臺，促進相關技術及產業發展。同時，加大對人才的引進及培養力度，加強產教融合、校企合作，鼓勵釩鈦產業的龍頭企業與相關學校合作辦學。推動形成綠色、低碳、循環、智能化的發展模式，為實現承德釩鈦產業低碳、高質量發展提供助力。

承德市社會科學發展研究課題：“雙碳”目標之下承德釩鈦產業高端化發展研究（課題編號：20233030）。

（作者單位：1.河北石油職業技術大學；2.承德應用技術職業學院）