ISP 技术能耗分析

张岭 ，蔡晖，张乐如

(1. 长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙，410011；2.ISP技术创新战略联盟，湖南 长沙，410011)

ISP是20世纪60年代由英国帝国熔炼公司开发的同时熔炼铅锌的方法，也是唯一能够适应铅锌混合原料同时冶炼铅锌的短流程工艺。全世界共有20座ISP生产线投产，目前我国有韶冶、白银三冶、葫芦岛、东岭各1套ISP生产线在生产运行，国外有英国、法国、德国、日本、加拿大、意大利等国拥有生产线。ISP技术经过几十年的不断改进和技术创新，在环境保护、节能减排、生产能力提升等方面都取得了明显进步。本文以《锌冶炼企业单位产品能源消耗限额（GB21249-2014）》为计算依据，对比ISP技术和湿法炼锌技术的能耗指标。

1 ISP工艺技术特点

ISP是锌火法冶炼工艺，主要的环境影响因素来自烟气和粉尘。其烟气有烧结烟气、密闭鼓风炉烟气和精馏塔烟气。烧结烟气经过制酸和脱硫，完全满足排放要求。密闭鼓风炉炉气含锌蒸汽和CO，经过收锌后的炉气用于空气预热和焦炭预热。燃烧尾气经过除尘净化后达标排放。锌精馏以天然气为燃料间接加热，天然气燃烧尾气经过净化后达标排放。环集烟气经过除尘脱硫达标排放。ISP的废渣为一般固废，可以作为建材原料外售。1SP工艺生产废水零排放。ISP不仅本身满足环保要求，而且还能为其它工艺和其它行业解决环保问题，能搭配处理湿法炼锌浸出渣、电镀污泥、钢厂烟灰、电子废弃物等各种二次物料，实现固废的无害化。目前ISP 工艺搭配二次物料占原料的30%以上。ISP工艺自身产生的热能大多数能够回收利用。首先，自身产出的ISF炉炉气，充分的预热炉料和循环铅液，炉气净化后产出的煤气，煤气用于预热热风和焦炭以及烧结机点火和煤气发电，炉气热能得到100%回收。 ISP的最大优点是原料适应性强，不仅能冶炼铅锌混合矿、杂质含量高、共伴生金属高的低品位铅精矿或锌精矿，还能冶炼其它含铜、铅、锌的二次物料。ISP工艺除了可以处理铅锌混合精矿，对多金属矿、低品位矿、氧化矿、冶炼烟尘、浮渣、锌灰、钢铁工业含锌烟尘以及各种冶炼方法的渣泥等物料均可综合处理回收。ISP工艺不仅能够同时产出铅锌，而且综合回收率很高，金、银回收率达到98%以上。如果原料中含铜较高，铜也能达到90%，可以带来良好的经济效益。白银三冶的ISP每年能产4500吨粗铜，仅此一项就可以增加1亿多元的利润。白银三冶同时产硫酸15万吨、精镉300吨、金金属量500公斤、银金属量40吨的生产能力。ISP全面回收有价金属的同时,不仅能够为企业带来利润,同时还可以均摊部分能耗,在有色市场日益激烈的竞争下，ISP企业实现连续多年的盈利。ISP能够冶炼杂质含量高的廉价原料。其利润主要来自原料和能耗成本低，资源综合回收好。ISP生产工艺得到精锌（Zn＞99.995%），精锌含铁、镉低，质量高，广泛应用于电池等行业，售价也比电解锌高4%～8%。图1-1为ISP工艺流程图。

图1 ISP工艺流程图

2 ISP能耗计算

《锌冶炼企业单位产品能源消耗限额（GB21249-2014）》中对ISP能耗有着详细的计算说明，ISP由于近年来所使用的原料铅锌混合精矿一般含锌品味在30%以上，而含铅品位只有8%～10%，因此将其视为炼锌工艺，同时综合回收铅金属。计算粗锌综合能耗时应扣除产出粗铅综合能耗，单位粗铅综合能耗按GB21250中现有粗铅工艺单位产品综合能耗限额限定值计算，此条文修正了GB21249-2007中铅、锌分摊比例8.3%、91.7%的计算原则。

2.1 ISP工艺计算公式

ISP工艺分为ISP粗锌（综合回收铅）工序和ISP精馏锌工序。ISP粗锌（综合回收铅）生产工序产品能耗包括备料、烧结、熔炼等到产出合格粗锌（综合回收铅）所消耗的各种能源及烟化回收氧化锌的有关能源量，不包括综合回收硫酸的能源量，再扣除粗铅工艺产品综合能耗额限定额能源量；ISP精馏锌生产工序产品能耗包括粗锌分馏、除杂等到产出精馏锌所有小号的能源量。

1.1.1 ISP法粗锌生产（综合回收铅）工序能耗计算公式

式中：ecx为粗锌生产工序能耗单耗，单位为千克标煤每吨（kgce/t）；mcxq为粗锌生产（综合回收铅）工序消耗的能源量，单位为千克标煤（kgce）；mcq为粗锌生产（综合回收铅）工序粗铅消耗的能源量，单位为千克标煤（kgce）；P1为粗锌生产（综合回收铅）工序合格粗锌生产量，单位为吨（t）；ecx为粗铅综合能耗（执行GB21250中现有粗铅工艺单位产品综合能耗限额限定值），单位为千克标煤每吨（kgce/t）；P2为粗锌生产（综合回收铅）工序合格粗铅生产量，单位为吨（t）。

1.1.2 ISP法精馏锌工序能源单耗计算公式

式中：ej为ISP法精馏锌工序能源单耗，单位为千克标煤每吨（kgce/t）；m为ISP法精馏锌工序消耗的能源量，单位为千克标煤每吨（kgce/t）；pj为ISP法精馏锌工序合格精馏锌产量，单位为吨（t）。

1.1.3 ISP法工艺能源单耗（从原料—精馏锌）计算公式

式中：EJx为ISP法工艺能源单耗，单位为千克标煤每吨（kgce/t）；T为每吨精馏锌耗粗锌量，单位为吨（t）；eicx为粗锌工序能源单耗，单位为千克标煤每吨（kgce/t）；ej为精馏锌工序能源单耗，单位为千克标煤每吨（kgce/t）。

韶冶2017-2019年

东岭2019-2020年

2.2 计算结果

按照《锌冶炼企业单位产品能源消耗限额（GB21249-2014）》规定，精馏锌（精矿—精馏锌）单位产品综合能耗先进值为1850kgce/t（当量值），韶冶2017-2019年产品综合能耗和陕西东岭公司2019-2020年,精锌产品综合能均优于国家先进值，处于国内先进水平。

2.3 ISP能耗与湿法炼锌技术对比

按照《锌冶炼企业单位产品能源消耗限额（GB21249-2014）》中湿法炼锌含浸出渣处理工艺的计算说明，计算某湿法炼锌技术的能耗，湿法工艺电力按当量值占总能耗的55.18%，按等价值占83.26%，该厂精锌单位产品综合能耗870.33kgce/t（当量值），1896.21kgce/t（等价值）。按照《锌冶炼企业单位产品能源消耗限额（GB21249-2014）》中湿法炼锌含浸出渣处理工艺的先进值1150.3kgce/t（当量值），该项目达到先进水平。

通过计算对比，由于电能在湿法炼锌的能源中占比较ISP大，而电能的折标系数有等价值和当量值之分。在2006年前，产品综合能耗是按照电力等价值折标（0.404），所以湿法工艺和ISP工艺的产品能耗指标不相上下，湿法工艺产品综合能耗平均为2130.1 kgce/t，ISP工艺产品综合能耗平均为2214.58 kgce/t。从2007年开始，有色行业的锌产品综合能耗指标按照电力当量值折算（0.1229），所以湿法工艺在2007年，直接由2006年的1953.05降低到1247.49kgce/t，湿法工艺产品综合能耗平均982.774 kgce/t，ISP工艺产品综合能耗平均1863.132 kgce/t。其主要原因在于2007年采用电力当量折标的原因，因为湿法工艺二次能源电能占据主导，而ISP电能的占比较小。

表1 ISP与湿法工艺能耗分析

中国有色金属工业年鉴还收录了1993年到1996年株洲冶炼厂（湿法工艺）和韶关冶炼厂（ISP工艺）的能耗数据，株冶锌产品综合能耗2308.75（kgce/t），韶冶锌产品综合能耗2187 （kgce/t），两者相当，ISP工艺能耗存在微弱优势。

表2 株冶和韶冶能耗对比

3 结论

ISP技术经过几十年不断改进和创新，在环境保护、节能减排、生产能力提升等方面取得了明显进步，具有环保好、能耗低、原料适应性强、综合回收好、生产成本低等特点。

（1）ISP铅锌冶炼工艺经过几十年的改进和技术创新，在节能、综合回收方面取得了显著的成效和积极进步。

（2）ISP铅锌冶炼工艺在搭配处理30%以上工业固废条件下，单位产品的能源成本与湿法炼锌基本持平，如果扣除固废处理能耗，其自身的能源成本低于湿法炼锌，产品综合能耗（等价值）优于湿法炼锌。

（3）按照电力折标的当量值计算，ISP技术的产品综合能耗（当量值）高于湿法炼锌企业。