铜产业绿色转型

绿色是高质量发展的底色。如何在增强金属资源供给水平、减少金属资源浪费场景、拓宽下游应用领域三者间找到平衡点,是中国有色金属业加快发展方式绿色转型不得不面对的问题。

铜产业绿色转型(图1)

在中国双碳目标下,有色产业链碳排放量广受关注,铜的吨量生产碳排放量在有色金属中处于中间地位。其熔炼过程涉及燃料燃烧碳排放、耗电及耗能产生的碳排放,精炼过程涉及焦炭、天然气、丙烷等原材料消耗产生的碳排放及碳酸盐分解等碳排放。对铜产业而言,以科技创新积极推动节能降碳、降本增效,努力推动产业结构和能源结构的调整和优化迫在眉睫。

再生铜产业驶入“快车道”

今年9月,在2023年铜产业绿色循环发展大会上,中国有色金属工业协会党委常委、副会长王健认为,为助力实现“双碳”目标,再生铜成为铜产业绿色循环发展的重要方式和低碳转型的重要路径之一。在诸多利好政策的支持和引导下,再生铜产能规模达800万吨以上,形成原料“国内为主、进口补充”的良好格局。

对于铜产业而言,不得不面对的现实是:国是全球铜材生产大国和消费大国,但国内铜矿资源自给率仅为20%左右。据中国矿产资源报告(2022),截至2021年底,中国铜金属保有储量约3494.79万吨,仅约占全球的3.97%。与此同时,根据中国有色工业协会数据及中国碳排放交易网预估,吨铜碳排放在3.7吨左右。铜矿资源少、铜材需求大、铜业碳排放量高,三者共同形成了铜产业的难题。

如何能够利用有限的铜资源,保障国家消费需求,并完成减排任务?再生铜给出了答案。再生铜是指以废杂铜作为原料炼制成的再生金属,主要指再生黄铜和再生青铜。其原材料主要来自于铜及其合金的生产、加工和消费过程中所产生的废品、边角屑末、废仪器设备部件和生活用品等。

铜可以再生吗?再生铜效果如何?据悉,铜具有完全可回收性,与铜矿开采相比,回收铜可节约85%的能源。1900年以来被开采的铜中,有2/3沿用至今。2022年,我国再生铜产量稳步增长至375万吨,节约矿产资源6.8亿吨,减少二氧化碳排放1050万吨,在铜产业资源保障和节能减排方面发挥出重要作用;2023年上半年,再生铜产量190万吨,同比增长5.6%。2022年,我国进口再生铜原料实现数量质量“双提升”,不合格率由1.77%降至0.94%,固废率由0.34%降至0.04%。经海关检验合格的进口再生铜原料,有效地缓解了国内铜矿资源紧缺情况。此外,再生有色金属的能源消耗远低于矿产原料,与原生有色金属相比,再生铜的综合能耗仅为原生铜的30%,节能降碳效果十分明显。

在今年11月召开的第二十三届再生金属国际论坛开幕式上,中国有色金属工业协会党委书记、会长葛红林在致辞中指出,中国高度重视有色金属绿色低碳循环发展,《有色金属行业碳达峰实施方案》明确要求,2025年再生金属供应占比达24%以上。我国再生有色金属产业积极响应“双碳”战略,再生有色金属产业已经成为我国资源安全保障的重要力量,成为我国实现“双碳”目标的生力军。

不光光是节能,再生铜还创造着经济价值。使用再生铜,能够降低高额的环保关税。10月1日,全球首个“碳关税”即欧盟碳边境调节机制(CBAM)开始试运行,欧盟碳边境调节机制的主要目标是预防“碳泄漏”和维护产品公平竞争秩序。其过渡期至2025年12月31日,2026年1月1日正式起征,并在2034年之前全面实施。对于出口的电子产品而言,碳排放高的需要购买CBAM凭证来补足差额。铜是生产电子变压器、电感器等磁性元器件必不可少的原材料之一,占到了磁性元器件制造成本的30%以上。而铜材的碳排放比例直接关系到磁性元器件整体的碳排放含量,因此在铜材等材料端降低碳排量成为磁元件厂商们的最佳选择。

尽管再生铜前景大好,但行业依旧面临着难题。目前,再生有色金属产业基础研究薄弱,导致重大关键科技研究能力不足,化分选、保级利用技术薄弱,再生铜渣、再生铝灰渣的资源化和无害化处置缺乏技术规范。葛红林认为,在再生金属方面,一是要充分利用好国内再生资源,提高保级利用水平,扩大进口品种,进一步夯实原料保障能力。二是我国再生有色金属产业要实现粗放型向集约型的转变,深化“原生-再生”“加工-再生”“环保-再生”等协同发展。三是强化国际合作,拓宽发展新空间。四是提升产业服务,助力打通产业“堵点”。

降低铜业能耗水平

对于铜产业的绿色转型而言,再生铜产业结构调整是一方面,提高原生铜冶炼技术和装备水平,降低能耗是另一方面。采用新型的熔炼工艺,能有效地提高铜的利用率,减少能源消耗;采用先进的萃取工艺,能有效地回收利用废弃物,减少环境污染;采用高效节能设备,能有效地降低能耗,提高生产效率。这些措施的实施,不仅有利于企业降低成本、提高效益,更有助于推动整个行业的可持续发展。

“把井下采掘废石、尾矿、水淬渣废料等物料,通过一定的比例配制出合格的膏体,再把膏体通过管道输入井下,膏体便会自动凝固将采空区填实。” 这是会泽矿业引进的膏体充填技术,至今已连续高效稳定运行17年。据工作人员介绍,“这可以有效控制深井开采引起的地质灾害,保障采矿的整体安全,同时也可实现无废开采,尾矿综合利用率达到100%。”随着膏体技术应用逐渐成熟,膏体研究正朝着精细化方向发展,在提高充填质量、降低充填成本的同时,更加关注采空区采动灾害、尾矿库垮塌等严峻的安全与环境问题

铜冶炼过程中会释放大量热量,这些热量能利用起来吗?西南铜业给出了答案,其自主开发的硫酸铜三效混流真空蒸发技术可以回收冶炼过程中的余热。据悉,充分利用余热大幅度提高了硫酸铜的蒸发效率,该技术使硫酸铜蒸汽单耗下降了45%,每年可节约6000吨标煤,相当于120万棵树木每年的二氧化碳吸收量。每年通过余热锅炉回收利用的蒸汽约3.8万吨标准煤,优化了余热发电站蒸汽调配中心的功能后,实现了蒸汽“零”排放。据统计,2022年西南铜业利用余热发电的发电量达1370万千瓦时。

中金岭南两段短流程炼铜工艺同样为促进低碳节能提供了中国智慧。该技术实现了炼铜工艺由“三段”变“两段”,解决了铜冶炼工艺普遍存在的流程长、不连续,中间物料多次倒运、热能损失高、二氧化硫等有害烟气无序逸散等行业技术难题。据了解,“中金法”采取导锍管转移热料,比行车吊包方式散热少,且导锍管依靠重力转移热料,不需要动力费用;传统吹炼炉和精炼炉需打开炉门接收来料,炉内热量溢出损失,“中金法”无铜水套,热量损失小;传统导锍管依靠天然气保温,“中金法”则能自热保温。

技术引领铜业发展,这是中国铜业绿色转型的一个缩影。随着中国制造业的崛起及碳达峰碳中和对铜产业节能减排要求的提高,铜产业不可避免地进入到绿色高质量发展阶段。当然,转型还在路上,用时几何也犹未可知。如何处理好铜资源利用与铜资源保护的关系,如何构建再生铜产业格局,如何进一步提升铜冶炼技术,是铜业绿色转型能走多远的关键。资源、经济、环境,三者共同见证着铜业的未来。


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