張嶺 ，蔡暉，張樂如

(1. 長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙，410011；2.ISP技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，湖南 長沙，410011)

ISP是20世紀60年代由英國帝國熔煉公司開發(fā)的同時熔煉鉛鋅的方法，也是唯一能夠適應鉛鋅混合原料同時冶煉鉛鋅的短流程工藝。全世界共有20座ISP生產(chǎn)線投產(chǎn)，目前我國有韶冶、白銀三冶、葫蘆島、東嶺各1套ISP生產(chǎn)線在生產(chǎn)運行，國外有英國、法國、德國、日本、加拿大、意大利等國擁有生產(chǎn)線。ISP技術經(jīng)過幾十年的不斷改進和技術創(chuàng)新，在環(huán)境保護、節(jié)能減排、生產(chǎn)能力提升等方面都取得了明顯進步。本文以《鋅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額（GB21249-2014）》為計算依據(jù)，對比ISP技術和濕法煉鋅技術的能耗指標。

1 ISP工藝技術特點

ISP是鋅火法冶煉工藝，主要的環(huán)境影響因素來自煙氣和粉塵。其煙氣有燒結煙氣、密閉鼓風爐煙氣和精餾塔煙氣。燒結煙氣經(jīng)過制酸和脫硫，完全滿足排放要求。密閉鼓風爐爐氣含鋅蒸汽和CO，經(jīng)過收鋅后的爐氣用于空氣預熱和焦炭預熱。燃燒尾氣經(jīng)過除塵凈化后達標排放。鋅精餾以天然氣為燃料間接加熱，天然氣燃燒尾氣經(jīng)過凈化后達標排放。環(huán)集煙氣經(jīng)過除塵脫硫達標排放。ISP的廢渣為一般固廢，可以作為建材原料外售。1SP工藝生產(chǎn)廢水零排放。ISP不僅本身滿足環(huán)保要求，而且還能為其它工藝和其它行業(yè)解決環(huán)保問題，能搭配處理濕法煉鋅浸出渣、電鍍污泥、鋼廠煙灰、電子廢棄物等各種二次物料，實現(xiàn)固廢的無害化。目前ISP 工藝搭配二次物料占原料的30%以上。ISP工藝自身產(chǎn)生的熱能大多數(shù)能夠回收利用。首先，自身產(chǎn)出的ISF爐爐氣，充分的預熱爐料和循環(huán)鉛液，爐氣凈化后產(chǎn)出的煤氣，煤氣用于預熱熱風和焦炭以及燒結機點火和煤氣發(fā)電，爐氣熱能得到100%回收。 ISP的最大優(yōu)點是原料適應性強，不僅能冶煉鉛鋅混合礦、雜質含量高、共伴生金屬高的低品位鉛精礦或鋅精礦，還能冶煉其它含銅、鉛、鋅的二次物料。ISP工藝除了可以處理鉛鋅混合精礦，對多金屬礦、低品位礦、氧化礦、冶煉煙塵、浮渣、鋅灰、鋼鐵工業(yè)含鋅煙塵以及各種冶煉方法的渣泥等物料均可綜合處理回收。ISP工藝不僅能夠同時產(chǎn)出鉛鋅，而且綜合回收率很高，金、銀回收率達到98%以上。如果原料中含銅較高，銅也能達到90%，可以帶來良好的經(jīng)濟效益。白銀三冶的ISP每年能產(chǎn)4500噸粗銅，僅此一項就可以增加1億多元的利潤。白銀三冶同時產(chǎn)硫酸15萬噸、精鎘300噸、金金屬量500公斤、銀金屬量40噸的生產(chǎn)能力。ISP全面回收有價金屬的同時,不僅能夠為企業(yè)帶來利潤,同時還可以均攤部分能耗,在有色市場日益激烈的競爭下，ISP企業(yè)實現(xiàn)連續(xù)多年的盈利。ISP能夠冶煉雜質含量高的廉價原料。其利潤主要來自原料和能耗成本低，資源綜合回收好。ISP生產(chǎn)工藝得到精鋅（Zn＞99.995%），精鋅含鐵、鎘低，質量高，廣泛應用于電池等行業(yè)，售價也比電解鋅高4%～8%。圖1-1為ISP工藝流程圖。

圖1 ISP工藝流程圖

2 ISP能耗計算

《鋅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額（GB21249-2014）》中對ISP能耗有著詳細的計算說明，ISP由于近年來所使用的原料鉛鋅混合精礦一般含鋅品味在30%以上，而含鉛品位只有8%～10%，因此將其視為煉鋅工藝，同時綜合回收鉛金屬。計算粗鋅綜合能耗時應扣除產(chǎn)出粗鉛綜合能耗，單位粗鉛綜合能耗按GB21250中現(xiàn)有粗鉛工藝單位產(chǎn)品綜合能耗限額限定值計算，此條文修正了GB21249-2007中鉛、鋅分攤比例8.3%、91.7%的計算原則。

2.1 ISP工藝計算公式

ISP工藝分為ISP粗鋅（綜合回收鉛）工序和ISP精餾鋅工序。ISP粗鋅（綜合回收鉛）生產(chǎn)工序產(chǎn)品能耗包括備料、燒結、熔煉等到產(chǎn)出合格粗鋅（綜合回收鉛）所消耗的各種能源及煙化回收氧化鋅的有關能源量，不包括綜合回收硫酸的能源量，再扣除粗鉛工藝產(chǎn)品綜合能耗額限定額能源量；ISP精餾鋅生產(chǎn)工序產(chǎn)品能耗包括粗鋅分餾、除雜等到產(chǎn)出精餾鋅所有小號的能源量。

1.1.1 ISP法粗鋅生產(chǎn)（綜合回收鉛）工序能耗計算公式

式中：ecx為粗鋅生產(chǎn)工序能耗單耗，單位為千克標煤每噸（kgce/t）；mcxq為粗鋅生產(chǎn)（綜合回收鉛）工序消耗的能源量，單位為千克標煤（kgce）；mcq為粗鋅生產(chǎn)（綜合回收鉛）工序粗鉛消耗的能源量，單位為千克標煤（kgce）；P1為粗鋅生產(chǎn)（綜合回收鉛）工序合格粗鋅生產(chǎn)量，單位為噸（t）；ecx為粗鉛綜合能耗（執(zhí)行GB21250中現(xiàn)有粗鉛工藝單位產(chǎn)品綜合能耗限額限定值），單位為千克標煤每噸（kgce/t）；P2為粗鋅生產(chǎn)（綜合回收鉛）工序合格粗鉛生產(chǎn)量，單位為噸（t）。

1.1.2 ISP法精餾鋅工序能源單耗計算公式

式中：ej為ISP法精餾鋅工序能源單耗，單位為千克標煤每噸（kgce/t）；m為ISP法精餾鋅工序消耗的能源量，單位為千克標煤每噸（kgce/t）；pj為ISP法精餾鋅工序合格精餾鋅產(chǎn)量，單位為噸（t）。

1.1.3 ISP法工藝能源單耗（從原料—精餾鋅）計算公式

式中：EJx為ISP法工藝能源單耗，單位為千克標煤每噸（kgce/t）；T為每噸精餾鋅耗粗鋅量，單位為噸（t）；eicx為粗鋅工序能源單耗，單位為千克標煤每噸（kgce/t）；ej為精餾鋅工序能源單耗，單位為千克標煤每噸（kgce/t）。

韶冶2017-2019年

東嶺2019-2020年

2.2 計算結果

按照《鋅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額（GB21249-2014）》規(guī)定，精餾鋅（精礦—精餾鋅）單位產(chǎn)品綜合能耗先進值為1850kgce/t（當量值），韶冶2017-2019年產(chǎn)品綜合能耗和陜西東嶺公司2019-2020年,精鋅產(chǎn)品綜合能均優(yōu)于國家先進值，處于國內先進水平。

2.3 ISP能耗與濕法煉鋅技術對比

按照《鋅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額（GB21249-2014）》中濕法煉鋅含浸出渣處理工藝的計算說明，計算某濕法煉鋅技術的能耗，濕法工藝電力按當量值占總能耗的55.18%，按等價值占83.26%，該廠精鋅單位產(chǎn)品綜合能耗870.33kgce/t（當量值），1896.21kgce/t（等價值）。按照《鋅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額（GB21249-2014）》中濕法煉鋅含浸出渣處理工藝的先進值1150.3kgce/t（當量值），該項目達到先進水平。

通過計算對比，由于電能在濕法煉鋅的能源中占比較ISP大，而電能的折標系數(shù)有等價值和當量值之分。在2006年前，產(chǎn)品綜合能耗是按照電力等價值折標（0.404），所以濕法工藝和ISP工藝的產(chǎn)品能耗指標不相上下，濕法工藝產(chǎn)品綜合能耗平均為2130.1 kgce/t，ISP工藝產(chǎn)品綜合能耗平均為2214.58 kgce/t。從2007年開始，有色行業(yè)的鋅產(chǎn)品綜合能耗指標按照電力當量值折算（0.1229），所以濕法工藝在2007年，直接由2006年的1953.05降低到1247.49kgce/t，濕法工藝產(chǎn)品綜合能耗平均982.774 kgce/t，ISP工藝產(chǎn)品綜合能耗平均1863.132 kgce/t。其主要原因在于2007年采用電力當量折標的原因，因為濕法工藝二次能源電能占據(jù)主導，而ISP電能的占比較小。

表1 ISP與濕法工藝能耗分析

中國有色金屬工業(yè)年鑒還收錄了1993年到1996年株洲冶煉廠（濕法工藝）和韶關冶煉廠（ISP工藝）的能耗數(shù)據(jù)，株冶鋅產(chǎn)品綜合能耗2308.75（kgce/t），韶冶鋅產(chǎn)品綜合能耗2187 （kgce/t），兩者相當，ISP工藝能耗存在微弱優(yōu)勢。

表2 株冶和韶冶能耗對比

3 結論

ISP技術經(jīng)過幾十年不斷改進和創(chuàng)新，在環(huán)境保護、節(jié)能減排、生產(chǎn)能力提升等方面取得了明顯進步，具有環(huán)保好、能耗低、原料適應性強、綜合回收好、生產(chǎn)成本低等特點。

（1）ISP鉛鋅冶煉工藝經(jīng)過幾十年的改進和技術創(chuàng)新，在節(jié)能、綜合回收方面取得了顯著的成效和積極進步。

（2）ISP鉛鋅冶煉工藝在搭配處理30%以上工業(yè)固廢條件下，單位產(chǎn)品的能源成本與濕法煉鋅基本持平，如果扣除固廢處理能耗，其自身的能源成本低于濕法煉鋅，產(chǎn)品綜合能耗（等價值）優(yōu)于濕法煉鋅。

（3）按照電力折標的當量值計算，ISP技術的產(chǎn)品綜合能耗（當量值）高于濕法煉鋅企業(yè)。