某阳极铜生产系统温室气体排放量核算浅析_冯强.pdf

第 卷第 期 年 月甘 肃 冶 金 ，文章编号：（）某阳极铜生产系统温室气体排放量核算浅析冯 强，杨 莉，杜 蓉（西北矿冶研究院，甘肃 白银；白银有色集团股份有限公司 选矿公司，甘肃 白银）摘 要：西北某企业新建阳极铜生产线，对其生产所需原辅料以及生产工艺情况进行了介绍，由此分析阳极铜生产温室气体排放源主要是净购入电力产生的排放，其余依次为能源的原材料用途、工业生产过程、燃料燃烧，核算二氧化碳排放总量为 。关键词：铜冶炼；铜精矿；含铜固废；阳极铜；温室气体中图分类号：文献标识码：，（，；，）：，：；引言控制温室气体排放，发展低碳经济，既是我国促进节能减排、破解资源环境约束、应对气候变化的必然要求，也是我国转变经济发展方式，落实绿色发展理念的重要途径。西北某企业是我国生产镍、铜的大型企业，是集采矿、选矿、冶炼于一体的大型有色、化工联合企业，拥有自有的原料基地。公司依靠科技进步和不断地改扩建，使其成为中国北方最大的铜生产企业。企业新建一条年产 万 阳极铜生产线，产品阳极铜 品位。铜冶炼系统产出的铜阳极板执行阳极铜（）中一级品标准。本次对该阳极铜生产线的所需原辅料以及生产工艺情况进行了介绍，识别直接碳排放源和间接碳排放源，并核算其温室气体排放量。阳极铜生产所需原辅料情况 原料铜冶炼系统入炉原料主要包括铜精矿、含铜固废、黑铜粉及残极。铜冶炼系统铜精矿来自本公司选矿系统和海运矿；含铜多基固废主要是电镀污泥、铜氧化处理废液污泥、铅锌冶炼渣浸出污泥、砷滤饼、铜再生粉尘及污泥、硒冶炼熔渣等，平均含水率；黑铜粉、残极作为熔炼炉、吹炼炉入炉冷料，全部来自某铜业公司电解系统。为控制铜阳极板产品质量，铜精矿、含铜固废、残极、黑铜粉入炉前需进行配料，配比为 ，混合原料设计成分见表。原料库全密闭钢结构，最大储存周期为，按照危险废物贮存污染控制标准（）相关要求进行建设，内部设置分类存放区，各区采用砌墙隔断，分别存放原料。DOI:10.16042/62-1053/tf.2022.06.026表 混合原料设计成分（干基）一览表 成分含量成分含量 注：的单位为 辅料耐火材料侧吹熔炼炉及铜锍流槽的内衬均为耐火材料砌筑，流槽的日常维护也需要消耗耐火材料。耐火材料的消耗量为 ，按照要求的数量、规格和类型，用汽车运到厂区原料库储存。石英石侧吹熔炼炉需添加石英石作为熔剂，使用量为 ，按照要求的数量、成分和粒度，用汽车运到原料库贮存。石灰石顶吹吹炼炉需添加石灰石作为熔剂，使用量为 ；尾气脱硫系统需使用石灰石作为脱硫剂，生产污水处理站需使用石灰石调节水质，使用量共计 ，由汽车运到原料库贮存。燃料块煤主要用于熔炼炉点炉时加热物料，与入炉原料一同进入配料工序，使用量为 ，由汽车运到原料库贮存。天然气主要用于烘炉、溜槽保温、阳极炉燃烧及还原等工序，使用量为 。阳极铜生产工艺流程阳极铜采用富氧侧吹熔炼吹炼阳极炉精炼生产阳极铜。原料储存及配料铜精矿、熔剂、燃料等由火车运至原料库，火车运来的袋装粉矿采用副跨内的吊钩吊至卸料仓，再经皮带转运至相应的矿坑储存；火车运来的集装箱粉矿则通过集装箱倾翻装置卸矿至卸料仓，再经皮带转运至相应的矿坑储存。固废由汽车运至原料库；汽车运来的袋装粉矿则在付跨的吨袋储存卸矿区进行卸矿作业。原料库采用抓斗上料，库内配料采用了 控制的自动称重系统配料。铜精矿、返料等按侧吹炉入炉混合精矿成分的要求自动配比后，通过汇总胶带输送机送至熔炼系统。侧吹熔炼侧吹熔炼工段配置一台反应区面积 的侧吹熔炼炉。侧吹熔炼炉顶设定计量给料胶带和胶带输送机，将混合精矿分别送至可逆移动胶带机，经溜管将混合精矿加入进料口。炉体两侧共设一次风口 个。一次风为常温富氧空气，富氧浓度可调。混合铜精矿在一次风的搅拌下渣层完成造锍造渣反应，炉内反应生成的熔体分离成铜锍和炉渣。炉体两端分设铜锍虹吸排放口和炉渣溢流排放口，铜锍通过溜槽连续进入吹炼炉内，熔炼渣连续排至渣包，渣包外委处理。采用部分熔炼环集烟气作为二次风，吹入炉膛内空间，用于燃烧单体硫和一氧化碳，二次风量 ，压力 。其余熔炼环集烟气送入脱硫系统处理。顶吹吹炼顶吹吹炼工段配置一台 的多喷枪顶吹吹炼炉，炉顶共设 根喷枪（预留 个喷枪孔），个石灰石加料口，个块料加入口及 个残极板加料口。进入吹炼炉的铜锍品位，吹炼送入 左右的富氧空气，富氧风压力 ，吹炼产出含铜的粗铜。吹炼炉顶设置了 个熔剂仓和 个混合料仓。富氧空气中的压缩空气由空压站提供，氧气由制氧站提供。吹炼炉通过顶吹喷枪吹炼脱杂，采用连续作业模式。吹炼渣、粗铜通过人工测量，确定炉内液面高度。通过吹炼炉内的液面高度控制及测量来推算计量排出的粗铜量。粗铜排放口为虹吸口，渣排放为溢流排放，均为间断排放。吹炼产出的粗铜经溜槽间断流至下游阳极炉；吹炼产出的渣经粒化、冷却后再由汽车运输至原料库堆存，破碎后进入配料流程返回侧吹熔炼炉。阳极精炼阳极精炼工段选用 台 的回转式阳极炉和 台 的双 模圆盘浇铸机。阳极精炼周期由加料、氧化排渣、还原及浇铸四个阶段组成。顶吹吹炼炉产出的粗铜含硫。氧化期的主要目的是将硫及其它一些杂质元素去除。氧化过程中在氧化炉体的还原口鼓入压缩空气，硫与空气中的氧反应生成 后进入烟气中，其它杂质元素与氧反应生成氧化渣浮到熔体上层。氧化期结束后，转动炉体向外排渣，接着进入还原期。还原期的 甘 肃 冶 金 第 卷任务是除去铜液中剩余的氧。采用天然气作为还原剂，并混入氮气以提高反应效果，通过氧化还原口将天然气、氮气均鼓入。还原期结束后，铜液含铜达到。阳极炉精炼渣倒入渣盘缓冷后，经一次破碎后送至原料库破碎，返回侧吹炉。在氧化还原过程中，为了增强氧化还原效果，全过程采用炉底透气砖持续鼓入氮气加强炉内熔体搅拌。阳极炉烧嘴采用先进的稀氧燃烧技术，较之普通燃烧技术，可大幅减少烟气量及燃料消耗。阳极炉烟气经出烟口烟罩后，进入稀释室。不同时期的烟气在稀释室内通过调节来自吹炼炉环集烟气量稀释降温，使烟气温度降至 左右后，送板式冷却器，再次降温后进入布袋除尘器收集烟尘。从布袋除尘器出来的烟气直接送往脱硫系统。精炼作业完成后，通过阳极炉出铜溜槽和中间包将炉内的铜水流入定量浇铸包，当达到指定的重量后，浇铸包倾转将铜水倒入圆盘浇铸机的铜模内浇铸，采用冷却水喷淋将阳极板冷却。吹炼渣风淬吹炼产出的吹炼渣经冷却、粒化后再运输至原料库。渣风淬装置能力为 。先采用压缩空气将熔融吹炼渣分散为众多细小的液滴，同时在空中预冷却为半熔态甚至固态的小颗粒，再通过水雾将其冷却，达到粒化的目的，粒化后的吹炼渣沉降于料仓中。料仓下部装有刮板运输机，将粒化吹炼渣刮出，经大倾角刮板机运输至渣仓中，定期将渣仓中粒化后的吹炼渣排出，汽车运输至原料库。阳极铜生产系统温室气体排放核算 核算边界根据其他有色金属冶炼和压延加工业企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）（简称指南）以企业法人独立核算单位为边界，核算 排放量。碳排放源识别阳极铜属于有色金属冶炼项目，年消耗煤 、天然气 。根据项目边界内相关生产设施和场所产生的碳排放情况，项目碳排放源主要为化石燃料燃烧排放、工业过程排放、净调入电力等，碳排放源见表。表 碳排放源识别一览表排放类型设施举例温室气体种类燃料燃烧转化工序用于升温预热的燃烧炉、厂内运输车辆直接排放能源作为原材料用途熔炼炉、转炉、阳极炉工业过程排放石灰石中和污酸反应槽间接排放净调入电力和热力风机、泵系统等电力设备 注：主要排放的温室气体；可能排放的温室气体。二氧化碳排放量计算燃烧原材料过程电热式中：为温室气体排放总量；燃烧、原材料、过程、电、热分别为燃料燃烧、原材料用途、过程、购入的电力消费、购入的热力消费的排放量，单位均为。燃料燃烧燃烧按公式 计算，阳极铜生产系统燃料为天然气。燃烧 ()式中：燃烧化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放量，；第 种化石燃料的活动数据，；第 种化石燃料的二氧化碳排放因子，；化石燃料类型代号。第 种燃料的平均低位发热量，采用指南附录二推荐值天然气 ；第 种燃料的净消耗量，采用企业计量数据；第 种燃料的单位热值含碳量，；天然气 ；第 种化石燃料的碳氧化率，天然气为。计算结果见表。按上述计算公式核算，阳极铜生产系统天然气第 期 冯 强，等：某阳极铜生产系统温室气体排放量核算浅析 表 阳极铜 燃烧计算一览表能源实际用量（）二氧化碳排放量（）天然气燃烧的二氧化碳排放量为 。能源的原材料用途原材料按公式计算：原材料还原剂还原剂式中：原材料能源作为原材料用途导致的 排放量，；还原剂活动水平，能源产品作为还原剂的消耗量，采用企业计量数据；还原剂能源产品作为还原剂用途的 排放因子，还原剂，采用指南附录二推荐值无烟煤 、天然气 万。能源作为原材料用途的 排放量核算结果见表。表 阳极铜 原材料计算一览表能源实际用量二氧化碳排放量（）煤 天然气 合计 工业生产过程过程按公式计算：过程 草酸碳酸盐草酸草酸（碳酸盐碳酸盐）式中：过程过程排放量，；碳酸盐、草酸某碳酸盐、草酸分解导致的过程排放量，；碳酸盐、草酸某种碳酸盐、草酸的消耗量，；碳酸盐、草酸某碳酸盐、草酸分解的 排放因子，草酸；阳极铜生产系统采用石灰石，年使用量为 。采用指南附录二推荐值（碳酸盐）。工业生产过程产生的 排放量核算结果见表。按计算公式核算，过程排放产生的 排放量约为 。净购入电力表 阳极铜 过程计算一览表能源实际用量排放量（）石灰石 电按公式计算：电 电 电式中：电购入的电力所对应的电力生产环节 排放量，；电净外购电量，以企业的电表记录的读数为准；电 区 域 电 网 年 平 均 供 电 排 放 因 子，甘 肃 电 网 平 均 排 放 因 子 为 。净购入电力产生的 排放量核算结果见表。表 阳极铜 电计算一览表能源实际用量（万 ）二氧化碳排放量（）净外购电量 按公式核算，阳极铜生产系统净购入电力产生的 排放量约为 。净购入热力产生的排放阳极铜生产系统不涉及 热（即因蒸汽、热水产生的 排放）。综上所述，阳极铜生产系统各指标排放量汇总和分布情况见表 和图，由表 和图 可以看出阳极铜生产线 为 ，温室气体排放源主要为电，其余依次为 原材料、过程、燃烧。表 排放单位排放量汇总一览表指标排放量 比例 燃烧原材料 过程 电 热 结语西北某企业新建一条年产 万 阳极铜生产线，生产所需原料有精矿、含铜固废、黑铜粉及残极；辅料主要有耐火材料、石英石、石灰石等；燃料主（下转第 页）甘 肃 冶 金 第 卷 结语 铅银渣中主要含、等元素；分析表明铅银渣中含有大量含矾物质及铁酸锌；主要以、锗酸盐和 形式存在。正交试验研究表明，影响 挥发率的因素依次为还原温度配碳比保温时间，保温时间为，还原温度为 、配碳比为，是最佳工艺条件。在此条件下，的挥发率为；烟尘颗粒大小不均一，形状不规则。高温挥发过程中 的演变规律为，烟尘中主要以 赋存。参考文献：张 帆，程 楚，王海北，等铅银渣综合利用研究现状中国资源综合利用，（）：王树立，高 雪，赵 奇，等铅银渣中多种元素提取工艺路线的研究现代化工，（）：李国栋，林 海，董颖博，等湿法冶金法从铅银渣中异步回收锌、铅银的试验研究稀有金属，（）：李和平，王昭云某铅银渣物相及锗的赋存状态研究云南冶金，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，蔡创开某铅银渣中银回收工艺选择研究矿产综合利用，（）：戴兴征，王侠前，张浩杰，等湿法炼锌铅银渣烟化挥发热力学研究中国有色冶金，（）：沈立俊，李波，雷德君锌渣烟化炉连续吹炼生产氧化锌研究云南冶金，（）：姚 伟，李茂林，孙肇淑，等从广东某冶炼厂铅银渣中回收铅金属矿山，（）：桂海平，袁胜利锌浸出渣火法处理银挥发初探中国有色冶金，（）：孙红燕，森维，孔馨，等真空碳热还原法处理铅银渣热力学分析及实验研究真空科学与技术学报，（）：，（）：收稿日期：作者简介：刘海锋（），男，甘肃宁县人，工程师，本科。主要从事有色金属冶炼新技术研究及其生产管理工作。（上接第 页）图 阳极铜生产系统各指标二氧化碳排放量要有块煤和天然气，为控制铜阳极板产品质量，铜精矿、含铜固废、残极、黑铜粉按照一定的配比配料后生产，工艺流程采用富氧侧吹熔炼吹炼阳极炉精炼生产阳极铜，产品