铁合金循环经济

循环经济——铁合金工业可持续发展的必由之路摘要：铁合金生产大量消耗能源和矿产资源，同时也大量产生烟气、粉尘和固体废弃物。以循环经济的理念指导铁合金生产和技术开发，最大限度利用资源和能量，减少废弃物的排放有助于行业的可持续发展。本文介绍了义望铁合金公司自爱提高铁合金生产过程的元素回收率，降低冶炼能耗，将炉渣和烟气作为资源充分利用的经验，同时对行业的循环经济发展和技术开发的潜力提出了建议。1.前言循环经济是近年来社会发展提出的概念。大多数人对于这一概念并不陌生。70年代提出的资源综合利用，80年代提出的节能降耗，90年代提出的无害化与资源化生产都是循环经济的基础。循环经济用生态学的规律。将人类经济活动组织成为资源——生产——消费——再生资源的过程，实现低开采、高利用、低排放，最大限度地利用进入生产和消费系统的物质和能量。因此，循环经济与各行各业的发展密切相关。国家发改委提出的我国循环经济的总体战略目标是：用50年左右的时间全面建成人、自然、社会和谐统一的，资源节约的循环性社会。资源生产率、循环利用率、废弃物的最终处理量等循环经济的主要指标及生态环境、可持续发展能力达到世界先进水平，极大提高生态环境质量并整体改善生存空间，全面进入可持续发展的两性循环。工业生产中有大量固体废弃物、废气和废水产生。这些废弃物的排放对人类生存的环境造成严重危害。在山西省工业地区四周随处可见大量的工业固体废弃物，包括炉渣、煤矸石、粉尘等；空气中弥漫大量烟气和烟尘。随着科学技术的发展，这些废弃物正在成为一种新的资源，造福人类。在许多企业，废弃物的零排放已经变成现实。当今，建设一个无害化、资源化的工业企业是实现可持续发展的重要内容，也是世界各国经济发展的目标。铁合金工业离不开矿产资源、能源；铁合金工业大量产生废渣、废气、废水。以循环经济的理念指导铁合金的生产和发展，变废为利，变害为宝，才能最大程度降低生产成本，提高企业的竞争能力。2.义望铁合金公司在发展循环经济方面的实践循环经济所利用的资源包括：热能、电能、水资源、矿产资源等。铁合金的发展离不开这些资源。发展循环经济对铁合金行业的可持续发展有着重要意义。义望铁合金公司是我国最大的金属锰生产企业。在发展循环经济做了大量工作，包括矿产资源的高效利用，降低废弃物的排放，降低冶炼能耗等。目前义望铁合金公司生产金属锰、低碳锰铁的指标居世界领先地位。通过发展循环经济取得了巨大经济效益。2.1矿产资源的高效利用铁合金生产是提取冶金过程，即用冶炼方法将有用元素从矿石中提取出来。锰铁、铬铁是最主要的铁合金。生产锰铁和铬铁要大量消耗锰矿和铬矿。中国是一个锰矿、铬矿资源短缺的国家。中国锰矿储藏以贫矿为主，平均品位只有30%左右。中国每年生产锰矿500-600万吨，铬矿不足20万吨，远远不能满足国内钢铁生产的需求。每年必须进口大量锰、铬矿石。2004年我国进口217万吨铬矿、465万吨富锰矿。进口矿石价格昂贵，矿石消耗占铁合金成本的比例很大。为此铁合金企业对降低锰矿消耗，提高元素回收率付诸极大的注意力。表1列出了锰和铬等有用元素在冶炼过程中的分布。表1锰和铬元素在冶炼过程中的分布，%合金炉渣烟尘高炉锰铁(熔剂法)781012硅锰合金82135高碳铬铁9073中低碳铬铁83107由表1可以看出，在冶炼过程中有相当可观数量的锰和铬元素进入了炉渣和烟气。由于矿石价格锰涨，锰矿和铬矿费用已经占锰铁和铬铁产品成本50%以上。回收率提高2个百分点即相当于降低成本1%。目前铁合金价格大幅回落，铁合金生产已走入微利经营。通过发展循环经济，改进生产技术，提高元素回收率已经成为企业竞争取胜的至关要素。义望铁合金公司每年消耗进口锰矿十几万吨，进口锰矿的费用占整个企业生产成本的50%以上。在矿产资源的高效利用上我们做了大量工作。通过多年经验的积累，我们开发了全新的金属锰生产工艺。这一工艺采用全热装方法生产金属锰。在这一生产流程中，中间产品得到充分利用。最大限度减少锰元素以炉渣和粉尘的形式流失和排放，有用元素得到最大回收利用。目前经过贫化处理的金属锰炉渣平均含锰量小于5%（见表2）。表2精炼锰铁炉渣成分化学成分MnSiO2CaOAl2O3MgO精炼锰铁炉渣4.2%42.1%43%6.4%2.7%表3锰尘化学成分化学成分MnSiO2CaOAl2O3MgO高碳锰铁电炉19364.2252.7精炼电炉1854331通过工艺改进，义望铁合金厂的锰的综合利用率达到90%以上，居世界领先地位。2.2能源的高效利用循环经济是以资源高效利用和循环利用为核心，2.2.1煤矸石的利用煤矸石是煤炭工业的主要固体废弃物之一。我国每年排放煤矸石2亿多吨，占地2万亩左右，煤矸石的排放不仅污染了环境，也大量占用耕地，影响了国民经济发展和生态。煤矸石发热量在12000kJ/kg以下。国家鼓励企业利用煤矸石资源，但是现在煤矸石的利用率仅为15%。山西交城地区煤矸石资源十分丰富。在义望铁合金厂周围有约20座以上洗煤厂。每年产生煤矸石达50万吨。长期以来这些煤矸石占用了大片土地，给当地环境造成了严重威胁。为了给铁合金厂提供能源，2000年我厂建设的发电厂投产。这一电厂由2x6000kW发电机组组成，每年消耗20万吨。2004年我厂扩建一台12500KW发电机祖。我们的自备电厂除了向铁合金电炉供电以外，还向当地居民和企业提供采暖蒸汽。2.2.2焦炉煤气的利用近年来山西建设了许多焦化厂。这些焦化厂所产生的焦炉煤气没有得到成分利用。据报道山西省未加利用的焦炉煤气相当于3个西气东输工程。义望铁合金厂临近的华鑫焦化公司每小时放散的煤气高达3万立方米以上。焦炉煤气的发热值在4000kcal/m3以上。放散的煤气每天都点了天灯，浪费掉大量能源。与此同时，义望铁合金公司每天要消耗数十吨优质煤用于铁合金生产。煤和焦炉煤气中都含有一定数量的硫份，过量排放对大气造成了污染。为了提高能源的利用率我厂已与华鑫公司取得共识，将焦炉煤气用煤气管线引到义望铁合金厂回转窑代替目前使用的煤粉。这样，即充分利用了地区资源，又减少了向大气排放的硫和CO2。2.3烟气减量排放温室效应已经成为全人类共同关心的环境保护问题。在1997年的京都议定书（联合国气候变化框架公约）上签字的各国均明确承诺降低或限制CO2等温室气体的排放，以保护人类赖以生存的地球。京都议定书规定到2010年发达国家排放的二氧化碳等6种温室气体的数量要比1990年降低5.2%。铁合金生产伴随大量的温室气体产生。一方面铁合金消耗的电能主要来自火电厂，火力发电过程有大量二氧化碳气体排放；另一方面采用碳质还原剂的铁合金冶炼生成以CO2气体为主的烟气。同时，铁合金电炉所排放的烟气携带大量热能散发到工厂四周，提高了环境温度。按照循环经济的要求要实现铁合金电炉烟气的减量排放，同时也要把高温烟气作为一种资源来利用。烟气减量排放可以通过改进技术经济指标和烟气回收利用的方式来完成。采用热装工艺生产铁合金可以最大限度利用热能资源，降低冶炼电耗。据估算，生产1kWh电力排放0.6Nm3CO2气体。采用全热装工艺生产中低碳锰铁和金属锰每吨可以降低约400kWh电耗，即相当于每吨降低240Nm3CO2气体排放量。义望铁合金厂每年生产15000吨金属锰和低碳锰铁，由于工艺改进和电耗降低，相当于降低CO2排放量360万立方米CO2温室气体。2.4固体废弃物的资源化利用义望铁合金公司每年产生6万吨铁合金厂炉渣和粉尘，8万吨电厂的粉煤灰和炉渣。经过贫化处理的铁合金炉渣有用元素锰的含量已经很低，生产工艺上已经没有利用价值。但铁合金炉渣可以作为一种资源用在水泥和建材行业。经过水淬处理的精炼锰铁电炉工业废渣可以做为水泥掺和料使用。目前，我厂的电炉炉渣水淬后运往邻近的水泥厂制造矿渣水泥，使其成为一种有益于社会的资源。电厂的粉煤灰粒度极其细小.遇到刮风天气，粉煤灰漫天飞扬，严重污染环境。粉煤灰的堆放占用了大片农田，破坏了生态平衡。为了利用粉煤灰资源我公司建设了空心砖厂。该厂年产6000万块烧结空心砖，每年消耗粉煤灰53000吨，炉渣22594吨。该项目利用粉煤灰自残留的发热值烧成空心砖，年节煤6600吨。减少了粉煤灰排放占地15000平方米，保护农田22000米。这种砖也是一种节能环保产品。其优点是导热率低。空心砖的导热系数0.454W/m2k仅为空心砖的导热系数（0.756）的三分之二，有利于降低建筑物的热损失。冬季可以节能30%。此外，其重量轻，240mm厚的砖相当于370mm厚的实心砖，墙体自重可减少420kg/m2。化学分析表明，电炉烟尘中还含有相当数量的铅和锌等重金属元素。这些有用元素的回收有待进一步研究工作。减少经济发展对资源的投入和污染物的排放。3.循环经济与区域产业链的关系铁合金生产不能孤立的存在和发展。循环经济就是最大限度地利用资源。发展循环经济铁合金企业必须与其上游行业和下游产地实现有机的结合。发展循环经济脱离不开地域经济的发展。铁合金工业的上游行业包括：电力、矿业等行业；铁合金行业的下游行业包括：钢铁、建材等行业。与运输费用比较，大多数资源化产品价值较低。如不再当地利用，其资源价值就无法充分发挥出来。如水淬渣的每吨的价值只有十几元至几十元。超过一定运距便无法利用。又如硅尘的价格在用户地点可能高达几千元，但由于它的密度低，运输费用很高。只有在合理的运输范围内才有利用价值。义望铁合金公司位于夏家营生态工业园区。园区的主要工业企业有年产100万吨的焦化厂，年产100万吨水泥的水泥厂，全国最大的金属锰制造厂等众多大中型企业；还有几座中小型煤矿。发展循环经济为企业之间的资源互补是企业发展的优势。吕梁夏家营生态园区为地级工业园区。经过近二十年来的发展，初步形成了以煤化工、冶炼、铸造、水泥为特色的符合工业生态平衡的产业组合。该地区煤储量1.9亿吨、低硫铁矿980万吨。目前园区拥有50多家工业企业，其中华鑫煤焦、安昌焦化、金桃园煤气化形成年产机焦100万吨生产能力，宏特煤化工形成年加工煤焦油30万吨生产能力，挂山水泥公司具备年产90万吨水泥熟料，200万吨水泥的能力，义望铁合金公司年产3万吨金属锰的生产能力。这些企业在产能、能流上形成了互联互动、相互依存、共同发展的产业组合，将传统的经济结构的“资源——产品——污染排放”转变成各个企业共生组合的“资源——产品——再生资源”为特征的循环经济模式。园区企业资源综合利用率达到80%以上，废弃物资源化再生利用率大于50%，园区废水重复使用不低于90%。义望铁合金公司是夏家营生态工业园区的一个主要成员企业，也是该生态工业园区循环经济发展的一个链条。义望铁合金厂的部分原料如燃煤、煤矸石、石灰石、焦炉煤气均来自于工业园区，同时它为工业园区提供电力、蒸汽、水淬渣、粉煤灰、空心砖等水泥原料和建筑材料。通过循环经济的发展，极大地提高了资源利用率，提高了企业的经济效益。经验表明，从循环经济发展的角度来认识，铁合金行业的规划和建设不仅要立足于企业原料资源和能源，也要立足于周边地区发展循环经济的条件。只有这样才能实现铁合金行业的可持续发展。4.铁合金工业发展循环经济的潜力铁合金工业尚属粗放型生产和经营，发展循环经济的潜力很大。生产工艺过程有相当部分资源和能源不能得到充分利用。4.1铁合金的成型造块目前铁合金产品大多以不均匀的块状供货。为了得到钢厂所需粒度的铁合金往往需要对合金进行破碎和筛分。在破碎筛分过程中有相当一部分铁合金成为细粉而无法利用。重新回炉熔化会消耗相当高的电能，同时，还会造成有用元素的损耗。采用成型造块技术可以在一定程度上提高元素的利用率，降低破碎工序的劳动强度。目前国外金属硅和75%硅铁浇铸已经采用了制粒技术。这一技术大大提高了铁合金厂下游用户的资源利用率。这一技术有待在硅锰合金、中低碳锰铁等品种开发。国外成熟技术有待于在国内铁合金行业应用。4.2金属、烟气、炉渣的显热利用按照理论计算，硅铁电炉烟气带走的化学热相当于输入电炉电能的60%-80%；硅锰合金炉渣和金属带走的显热相当于电能的20%-30%。我国大部分铁合金电炉烟气的热能未能充分利用。对于硅