石煤提釩的瓶頸與發展
石煤提釩行業在近五年快速發展,由于各種因素的影響,行業發展不規范,技術水平參差不齊,行業認識存在一些誤區。筆者根據自己對行業的體會,寫下了一篇《石煤提釩常見性誤區》的文章,受到了廣泛關注。筆者從事大中型釩廠設計施工五年,對行業特點有一定的了解,在此結合工業化實際,分析目前行業的瓶頸與發展方向,由于筆者認識水平有限,希望本文起到拋磚引玉、與同行坦誠交流的作用。
都說石煤提釩項目是大有錢途的,筆者要說的是,那只是特定階段的暴利(30多萬元/噸),在環保日益重視的今天,無視環保的企業很多還沒生產即被查封,釩企業需要遵循基本的項目建設程序和科學的技術觀才能可持續發展。
筆者五年來開始對五氧化二釩的產銷量與成本等進行了詳細的研究,得出的結論是絕大部分石煤提釩項目前景黯淡,在此基礎上力勸眾多石煤提釩投資者做好項目前期工作,將地質勘探、試驗研究、工業設計等工作做扎實。希望本文對項目投資、建設、運行以及行業發展能起到積極的意義。
1、石煤提釩的瓶頸
1.1 資源瓶頸
石煤發熱量不高,在3.5~10.5MJ/kg(840-2500kcal/kg)之間,百分之七八十的石煤中釩的品位很低,五氧化二釩含量多在0.8%以下,是一種低熱值、低品位的多金屬共生礦。
石煤礦的多金屬回收雖然一直有所報道,但由于資源含量太低,沒有工業化的經濟價值,目前僅限于礦渣用于生產渣磚、水泥摻合料等低附加值的應用。筆者曾在一個綜合回收利用白炭黑(二氧化硅)的釩廠做過交流,該工藝流程需要堿浸,生產成本太高,回收產品效益無法彌補工藝成本差,沒有工業化的意義。這也是筆者在行業內看到的一個綜合利用的特例,以失敗而告終。
含釩石煤不是國家目錄中的礦種,長期以來各地均缺乏工作量充分的含釩石煤地質資料,這給石煤提釩行業的發展造成先天不足。自04年以來,石煤提釩產業在資源地蓬勃發展,甚至建起了單條生產線日處理數百噸礦石的工廠,但資源勘探工作不足的問題也日益顯現,給項目的發展造成明顯的隱患。
1.2 政策瓶頸
自2004年以來,釩產品的市場價格經歷了三次波動,在每次市場價格抬升的時期,涌現的非法小釩廠給石煤提釩行業造成了嚴重的、長期的社會負面影響。因此,同行業應自律,并堅決抵制并打擊非法煉釩廠,扭轉行業的社會負面形象。
石煤發電及爐灰提釩,在我國一直屬于產業政策鼓勵的項目。國家發改委《產業結構調整指導目錄》(2007年版)中,鼓勵類建設項目就包括 “低熱值燃料(含煤矸石)及煤礦伴生資源開發利用及設備制造”(第三條第9點),“多元素共生礦資源綜合利用”(第三十三條第19點)。相關的產業政策很多,含釩石煤的開發利用應該走石煤發電及提釩等資源綜合利用的途徑,目前也是行業的熱門方向。
石煤發電在技術、經濟上可行,政策執行上還有很大的瓶頸,條件并不成熟。行業免稅政策執行起來不難,發電的電力優先上網和優惠電價雖是國家的產業政策,不過到了地方執行起來就問題多多,極大的限制了石煤發電的發展,為企業生存留下了難以估量的隱患。
1.3 技術瓶頸
石煤提釩工業是個新興的行業,礦石品位低、不可選,給技術造成很大的難度。經過近三十年的工業實踐和研發單位的努力,目前石煤提釩的工藝基本成熟,但與此配套的設備,尤其是大型設備、關鍵設備相對落后,成為行業發展的瓶頸。
另外,石煤屬于典型的伴生礦,規律性不強,各地礦石差異較大,面對石煤特性的多樣性,對其的研究方法和結論的可靠性不足。行業小,針對各地石煤特性的不同,沒有大量的人力物力進行研究投入。其實,科學的說,通過系統的選冶試驗,關鍵設備的技術攻關,石煤提釩具備走向成熟的條件。
1.4 需求瓶頸
總體來說,釩冶金行業是一個小行業,需求量少,產能低,價格容易大起大落,風險與機遇并存。釩的需求主要取決于鋼鐵工業和航天工業發展的影響,此外釩還應用于化學工業作為催化劑和釩氧電池等。自2004年以來,隨著五氧化二釩市場價格的飆升,以及近年全國礦產資源開發的熱潮,石煤資源的開發成為近十個省區的熱點開發項目,以致產能缺乏完整的項目統計數據。
我國的釩化合物生產能力和生產量均居世界第一位,據07、08年估算數據,我國釩化合物(以五氧化二釩計)的年產量接近6萬噸,約占全世界產量的40-50%,其中以各種形態出口的釩產品折算為五氧化二釩接近2萬噸,我國國內消費的各類釩產品折算為五氧化二釩為每年3萬多噸,其中的85-90%用于鋼鐵行業。
釩的后續需求增長最大的熱點在于鋼材(如螺紋鋼)的升級換代、釩電池的開發利用等。鋼材的升級換代是政策標準強制執行的過程,各方阻力較大,政策性的時間難以估計,但是隨著工業化發展要求的加快,筆者預計此次金融危機之后會有很大的改觀。
釩電池的前景怎樣?釩電池目前仍處于研發階段,還不具備產業化的條件,但是前景非常光明。與此同時,從事釩行業的生產商、投資商也應該認識到,即使釩電池在數年后工業化,該產業對釩產品的市場拉動作用也很有限。
2、石煤提釩的發展方向
2.1 石煤提釩行業發展方向
2.1.1 石煤發電、爐灰提釩
含釩石煤的開發利用,根據產業政策以及技術和經濟的可行性,應該是石煤發電提釩等綜合利用的途徑。根據調研,某企業采用石煤進行發電,通過一年多時間的累積運行表明,在各項產業和稅收優惠政策的扶持下,石煤發電已經獲得較好的經濟效益,爐灰提釩的實現將更一步提高企業的經濟效益。
值得特別關注的一個行業動態是央企中的發電集團公司介入石煤發電及提釩資源綜合利用項目。比如,大唐華銀懷化會同石煤發電綜合利用項目,建設計劃是分三期建設10臺30萬千瓦的火電廠及提釩廠、水泥廠等,石煤摻加煤炭、石油焦等以提高熱值,目前項目處于前期階段;安徽績溪的大唐石煤綜合利用項目,建設規模為2×30萬千瓦循環流化床鍋爐發電機組。
此外,各地還有一些石煤發電及提釩綜合利用項目在籌劃、籌建中。爐灰提釩借鑒行業內火法提釩和全濕法提釩多年的技術積累,項目只要科學規劃開發,技術還是可行的,石煤發電的政策執行瓶頸將成為企業發展最大的挑戰。
2.1.2 變廢為寶
大量的廢渣是石煤提釩行業不可回避的環節,與火法提釩工藝相比,濕法強酸浸出提釩廢渣利用的技術難度相對更大,因為強酸高溫條件下重金屬大量溶出,大部分進入浸出液,渣中殘留的酸和重金屬在廢渣儲存時有緩慢溶出的問題,因此污染地表和地下水及土壤的可能性更大,此外,渣中殘留的酸和硫酸鹽給廢渣做建材造成技術難度。
尾渣利用可以變廢為寶,能取得較好的經濟效益、社會效益、環境效益。廢渣回填、修路難以根本解決問題,用于水泥摻合料、制作渣磚可實現有效利用,但操作環節上往往會存在一些問題,需要企業去努力,也需要一些政策性的和財稅政策上的支持。
2.1.3高附加值產品
釩冶金作為一個小行業,容易大起大落,但是釩下游產品的附加值較高,筆者對石煤提釩的前景還是比較看好的。高附加值產品的開發應用,都具備良好的市場和經濟效益。
比如高純專用型釩化合物,據業內調查,高純專用型釩化合物主要用于生產催化劑、釩顏料、釩電池、熒光粉、醫藥等,國內市場年用量在500到1000噸,按正常經濟年份計算,市場價值在1-2億元。隨著經濟的發展和技術的進步,高純專用型釩化合物的用量將以超前的速度發展。高純專用型釩化合物屬于高附加值的精細化工產品,具有較高的利潤率。據測算,按照銷售收入計算,利潤率為20-30%;考慮到固定資產投入低的特點,以投資計,投資利潤率將高達百分之數百;投資回收期短。
筆者團隊已開發出高純專用型釩化合物的系列技術,并成功實現工業化試生產。該產品針對的是不同行業的產品、甚至不同企業,其質量標準掌握在企業內部,其他同行由于缺乏質量標準和技術積累,難以仿制,這樣利于保證企業的長期經濟利益。
2.2石煤提釩技術發展方向
2.2.1 火法提釩
火法焙燒濕法浸出提釩工藝,根據焙燒過程添加劑的不同或焙燒機理的區別,分為加鹽焙燒提釩工藝、空白焙燒提釩工藝、鈣化焙燒提釩工藝等。加鹽焙燒提釩工藝已被國家明令禁止。
空白焙燒提釩工藝也叫無鹽焙燒提釩工藝,焙燒過程不添加任何添加劑。該工藝對礦石具有很強的選擇性,因此該項技術不具備行業內的推廣價值。
鈣化焙燒提釩工藝指的是含釩礦物焙燒過程添加石灰或石灰石,在環保要求日益嚴格的情況下,該工藝因清潔環保的優勢,在火法提釩上已呈現出一枝獨秀的局面,具備行業內的工業化推廣價值。
至于復合添加劑焙燒提釩工藝,是對鈉法焙燒提釩工藝和鈣化焙燒提釩工藝的一種配方式改進,不屬于單列的提釩工藝。
“鈣化焙燒低酸浸出離子交換提釩技術”是筆者團隊從九十年代開始研究,花費十多年時間,對石煤提釩技術做了大量的基礎研究后提出的提釩技術路線。期間,屢次進入工廠實驗和中試,對全國近十個省份的含釩礦物做了系統的研究。筆者團隊是全國從事石煤提釩研究與開發持續時間最長的團隊,取得的成果在全國處于領先地位。該工藝目前已在國內數家企業規模化工業應用,技術成熟,具備工業化推廣條件。
近五年來,筆者團隊將清潔提釩研究成果在全國各地進行了推廣應用,取得了可喜的成果,研究開發的石煤鈣化焙燒低酸浸出離子交換工藝已實現大規模工業化運行,工業焙燒轉浸率最高達到87%,總收率最高達到75%,該工藝對不同地區的石煤提取總收率為55-70%。筆者團隊研究的技術具有以下特點:
(1)焙燒過程只添加石灰或石灰巖,不添加工業鹽,完全消除了鈉法焙燒技術的含HCl、Cl2等有毒有害氣體的廢氣污染問題。而且石灰或石灰巖對礦物中的硫還具有良好的固硫作用,焙燒煙氣通常可不經過處理而達標排放,屬于清潔生產工藝。
(2)對焙燒爐的選型和設計做了顯著的技術革新(采用我方研發的步進式釩礦焙燒爐),焙燒過程實現機械化,溫度控制精度±10℃,生產效率高,勞動衛生條件好;
(3)因采用的工藝為低酸浸出技術,設備投資相對較少,生產成本相對較低,且生產循環水中的無機鹽含量低,有利于工藝水的循環利用。(4)浸出渣采用機械過濾和洗滌,提高了收率,減少了礦渣在堆存過程中造成的地表水和地下水污染;
(5)采用解吸液除雜新技術,產品質量可以穩定達到國標要求,并有效降低了廢水中污染物質的濃度;
(6) 強化廢水處理和循環過程,廢水循環利用率高,廢水實現零排放或達標排放,研發的廢水處理和回用工藝及技術,在多個省級環保局通過專家評審,屬于全國同行業領先。
(7)生產裝置投資相對較低,單位產品生產成本低。
2.2.2濕法提釩
濕法酸浸提釩技術,指對礦石不進行焙燒而采用較高濃度的酸對礦石中的釩進行浸出。該工藝的優點是無焙燒過程無煙氣污染問題,但是由于生產過程腐蝕性很強,對設備要求高,因此投資很大,生產成本也高,該工藝的另外一個大的特點是廢水成分復雜,因為用酸量大,礦石中的鋁、鐵、硅及重金屬成分大量溶出,廢水組成復雜。
成本是最核心的競爭力,濕法提釩在成本上目前難以與火法提釩抗衡,但是它的工藝流程縮短,穩定性更好,筆者對其前景仍十分看好。完善濕法提釩工藝,突破節酸技術(降低酸耗,大幅降低成本),是未來濕法提釩的重點課題,面臨的技術難度也是非常大的。
目前新建和籌建的石煤發電爐灰提釩項目,在爐灰提釩過程,基本都采用直接酸浸提釩技術路線。近年一些單位進行了石煤發電然后爐灰提釩的工業實踐,取得了一些成果,也存在一些問題,甚至有些企業由于對技術復雜性的認識不足而走了一些彎路甚至投資損失。
筆者團隊于2005年全面開展濕法提釩工藝的研究,在2008年建設石煤提釩濕法生產線,經工業化生產實踐表明,平均浸出率高達85%,經濟效益明顯,各項工業指標均處于國內領先水平,為濕法提釩工藝的進步做出了重大貢獻。
在石煤發電爐灰提釩領域,筆者團隊于2007年介入并全程跟蹤采樣,經兩年的實驗研究及擴大化實驗,全面論證了爐灰提釩的經濟性,并于2010年成功實現中試生產,綜合回收率達65%以上,各項工作進展順利,該項目開發的五年計劃有望全面成功。
2.2.3 未來發展
石煤提釩工藝雖發展為兩大工藝路線,即火法焙燒濕法浸出提釩工藝和濕法酸浸提釩工藝,但各工藝均有其優缺點。筆者認為,石煤提釩工藝的發展方向是這兩大工藝的結合。
比如石煤發電過程加入鈣劑固硫,在高溫條件下鈣劑可以活化礦石中的釩元素,有利于降低浸出過程的酸消耗,有些企業和科研單位已經開展了相關工藝的探索和實踐,但是工業化的道路仍是任重而道遠。
石煤發電作為未來發展的趨勢,應該受到更大的重視,實現資源的綜合利用,企業做到可持續發展。
后記:由于篇幅有限,簡而言之,歡迎同行人員共同探討,促進釩行業的發展!