清洁生产在铜冶炼行业中的应用研究

2018-03-28田刚

山西冶金 2018年3期

田刚

（太原市环境科学研究院，山西太原 030002）

铜元素是人类广泛使用的一种金属，属于重金属。铜在自然界中主要是呈化合物的方式所存在的，要想得到金属铜需要对铜矿石进行开采和冶炼。然而，由于我国铜工业工艺落后，且存在高能耗和高污染等问题，因此，目前我国铜冶炼行业面临着巨大的发展阻碍。清洁生产作为现阶段综合预防环境问题最为有效的措施之一，其能够借助于各种理论技术，将生产技术、生产过程、产品以及管理层面进行相应的整合，进而起到对环境影响最小，能源利用最少及风险存在最小和效益增收最大等作用，即达到“节能、降耗、减污、增效”的目的。因此，探讨清洁生产管理在铜冶炼行业中的应用对铜冶炼行业的可持续发展具有重要的现实意义。

1 我国铜冶炼行业工艺及其特点

1.1 铜冶炼的原料和副产品

铜元素是一种金属化学元素，也是人类发现最早的金属之一。铜在自然界中主要是呈化合物的方式所存在的，开采后的铜矿石（铜矿物）需经过一系列的处理后最终得到铜精矿，然后则需要提取铜。也就是说，铜冶炼主要的原料是铜精矿，其主要成分为硫化铜，而主要辅料为石英石，能源主要是水、电、煤、重油和天然气。我国铜资源并不丰富，所以每年会大量进口铜精矿。进口矿铜品位相对高一些，含铜量可达30%左右。而对于我国而言，不同地方开采的硫化铜的含铜量是不同的，整体而言，品位也相对较低，一般为18%～26%[1]。

1.2 铜冶炼工艺及其特点

目前，铜冶炼的工艺主要分为火法工艺与湿法工艺。根据我国铜矿产品特点，我国主要采用的是火法工艺。火法炼铜生产流程主要有备料、熔炼、吹炼、精炼，使得最终冶炼成为阳极铜。火法工艺又分为传统熔炼、闪速熔炼和熔池熔炼三大类[2]。目前我国先后从国外引进了一些先进的铜冶炼的新技术，因此，较落后的传统铜熔炼工艺已被其他两种方法所代替。其中，闪速熔炼的工艺过程中的控制水平比较高，可以提高铜产品的品位，节约铜矿能源，减少耗能，降低成本。

火法炼铜工艺具有的特点：工艺呈动态平衡，能通过条件反应温度，控制反应过程，且回收和富集贵金属的效果好；铜镏/粗铜与熔炼渣/吹炼渣易分离，不会造成二次污染；能将硫化精矿作为燃料，于高温条件下高效反应；产能高，能适合大规模工业生产需求等。

1.3 铜冶炼工艺对环境的影响

火法炼铜工艺的具体冶炼过程会对大气、水等生态环境产生影响，具体为影响大气环境。如备料粉尘、制酸烟气、贫化烟气等含有大量烟尘和二氧化硫，直接排放会严重影响当地及周围大气环境和水环境。火法炼铜工艺的主要能源之一便是水，其工艺过程中的设备冷却、冲渣等都需要大量的水资源，而设备冷却水、水淬渣水/冲渣水、冲洗废水等含有酸等污染物质，大量排放会直接影响水环境健康。造成工业固废及噪声污染。工业固废包括冶炼渣、酸性废渣等，噪声主要包括冶炼工艺中各种机械设备噪声等。

2 清洁生产内涵、特点及原则

2.1 清洁生产的内涵及特点

清洁生产思想是为了减轻高速工业发展给环境的压力而产生的。根据《中华人们共和国清洁生产促进法》定义，清洁生产是将环境因素纳入到从立项、设计、生产等全过程中，不断采用先进的工艺、设备及管理技术，以增加生态效益和减少人类及环境的风险的新理念。

清洁生产是要从根本上解决工业污染的问题，其有三个显著特点[3]：第一，在污染产生前采取防止对策，体现了预防为主的思想。清洁生产要求从产品设计到生产运行和服务的全过程，减少乃至消除污染物的产生，侧重点是“防”。第二，注重调整产品结构，革新生产工艺，体现了节约型的增长方式。清洁生产要求企业合理、高效配置资源，并革新技术，走节约型经济增长发展道路。第三，实现节能、降耗、增效，体现了环境效益与经济效益的统一。清洁生产从源头抓起，实现生产全过程控制，能够实现经济与环境的“双赢”。

2.2 清洁生产的原则

清洁生产注重污染产生前的防止，找到了环境效益与经济效益相统一的结合点。其所遵循的原则：

1）预防性原则。清洁生产寻求改变生产和消费系统的上游部分，将污染物消除在生产过程中，即注重对现行的过量物质消耗的生产等系统进行重新设计。

2）广泛性原则。广泛性原则体现在两个方面，一是清洁生产要求生产活动所涉及的所有职工等的普遍参与；二是清洁生产管理思想应用范围较广，适用于几乎所有产品生产和服务过程。

3）集成性原则。即采用全局的观点和生命周期分析的方法，从更大时间和空间跨度上寻找经济效益和环境问题的双赢。

4）持续性原则。清洁生产要求不断采取改进设计、使用清洁的能源和材料，持续提高资源利用效率，减少污染排放。即，清洁生产是一个没有终极目标的活动。

3 铜冶炼行业推行清洁生产的必要性

相对来说，目前我国铜冶炼行业广泛运用的火法炼铜工艺技术难度较大，成本较高，并且对于生态环境的破坏较为突出，其具体冶炼过程中会对大气、水等生态环境产生严重的影响，社会、经济以及环境效益无法达到一致性的目标。加之，现阶段在全球注重环境保护与治理的新常态，及面对国际市场的激烈竞争的压力下，我国铜冶炼高污染和高能耗等问题制约了其发展，面临非常严酷的挑战。

而清洁生产作为现阶段综合预防环境问题最为有效的措施之一，给铜冶炼行业带来了曙光和福音。因为清洁生产要求将环境因素及节能降耗纳入到从立项、设计、生产等全过程中，体现了预防为主、节约型增长等思想，能够实现环境与经济统一、协调的可持续发展。因此，在铜冶炼行业推行清洁生产思想及管理方法，是促进其经济与环境长效“双赢”的最优解决途径，已势在必行。

4 铜冶炼行业清洁生产途径研究与探讨

4.1 提高生产技术

通过多年的实践以及生产过程表明，有效的技术手段能够减少能源与原料的整体消耗量，实现原料与能源的合理使用。铜冶炼行业的清洁生产重点主要就是在于提升资源与原料的利用率，最终提高从矿石中提取铜产品。因此，未来一定要加强对铜冶炼先进技术的引进与研发，从而提升生产工艺等级，提高各个工艺阶段的效率，有效的缩短工艺流程，减少生产中能源损失。

4.2 降低资源、能源消耗

原材料等均具有自身所固有的特点，如一些原材料对环境没有任何危害，可以循环再利用；一些原材料本身具有毒性，其对生态环境具有污染或潜在的危害等。与此同时，能源作为行业发展的强大支撑，存在着一部分能源在使用过程中无污染或有较少的污染排放，而一部分能源如煤炭等在进行使用的过程种会产生大量污染物。铜冶炼行业生产过程中，其资源能源消耗决定了其废物产生的量和生产效率，而石英石、水、天然气、煤和重油在铜冶炼中使用比例最大，其产生的三废也较多。因此，未来在进行利用和选择铜冶炼原材料时，应尽最大可能利用原材料并减少污染物的产生，要尽量选择对环境无危害且可循环利用的材料。

4.3 实现资源综合利用

铜冶炼会产生污酸、酸性废水及炉渣、危险固体废物等。然而，废弃物所具备的固有特点以及具体状态情况决定了其部分是可以回收降解、循环使用的。为此，未来在铜冶炼过程中，应注重对废水、废气、废渣这三废的回收及循环再利用，以降低治理难度以及成本，实现资源的综合利用。

4.4 改善产品特征

铜冶炼行业所生产的铜产品纯度、相关种类以及整体包装等，都会对能源与材料消耗量、污染排放等方面产生相应的影响。因此，未来铜冶炼过程中，应注重改善产品的特征，进而从生产流程、性能、结构以及种类产品的设计等方面，提高产品的质量与产出率，同时，降低污染物的排放。

4.5 减少污染物产生

铜冶炼行业所产生的相关废弃物，对于行业的发展非常不利。为此，未来铜冶炼行业应通过改造工艺，提升技术等途径，减少污染物的产生，并根据相关大气及水排放排放标准，在进行废物治理达到排放标准时再排放。其中，最主要的途径就是应尽可能采用循环经济的理念来做有效的废物利用处理，进而促进铜冶炼行业的可持续发展。

4.6 加强环境管理

研究显示，工业企业生产环节的管理不当是工业污染产生的最主要原因。而环境管理具体涉及到生产流程、法律法规、政策执行、清洁生产等，为此，相关部门应从环境管理涉及的各个方面，加强铜冶炼行业及企业的环境管理。具体可通过如下措施：加强设备管理，提高整体的运营效率；落实岗位与目标责任制度，对物料以及使用情况进行具体的审核，将浪费及低利用现象降低到最小程度等。