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    自主创新到底有多难

    自主创新到底有多难

    分类:
    理念分享
    作者:
    来源:
    发布时间:
    2017/08/02
    【摘要】:
    《求是》杂志《小康》月刊记者 彭曌  青铜器的发明和使用,使铜成了我国古代文明的载体。而在现代工业中,铜工业是典型的资金密集型产业,其发展历程与工业化进程息息相关。21世纪是自主创新风卷云涌的时代,我国铜冶炼的自主创新技术则始于东营方圆。  我国铜加工工业在近几年实现了快速发展,已成为全球最大的铜消费国、加工制造业基地和加工产品输出国,在世界铜行业起着举足轻重的作用。2004年,铜材产量已经超过美

    《求是》杂志《小康》月刊

    记者 彭曌

      青铜器的发明和使用, 使铜成了我国古代文明的载体。而在现代工业中, 铜工业是典型的资金密集型产业, 其发展历程与工业化进程息息相关。21世纪是自主创新风卷云涌的时代,我国铜冶炼的自主创新技术则始于东营方圆。

      我国铜加工工业在近几年实现了快速发展,已成为全球最大的铜消费国、加工制造业基地和加工产品输出国,在世界铜行业起着举足轻重的作用。2004年,铜材产量已经超过美国,跃居世界第一。

      新中国成立后,铜工业获得了迅速发展,50年代以来大力进行矿山建设,相继建成铜陵、大冶、白银等多个重点矿山;先后恢复和扩建了沈阳、上海、重庆冶炼厂新建了铜陵、白银、大冶、云南等大型冶炼厂,以及白银、洛阳、沈阳苏家屯加工厂;已经形成了一个完整的铜采、选、冶、加工生产体系。

      回顾建国以来的炼铜史,上世纪50年代沈冶是真吹炉,云冶是电炉炼铜,冶金部组织几大工厂一起试验。60年代取消真吹炉,向鼓风炉过渡,全国搞密闭鼓风炉,在沈冶试验成功。70年代鼓风炉和转炉采用富氧熔炼,提高二氧化硫浓度,在铜陵试验成功;70年代中在沈冶试验干法、湿法硫酸攻关成功,而后全国推广应用,投资少,见效快,使精矿中的硫得到回收和利用。80年代仿瓦纽克夫炉搞成白银炉,从此中国有了白银炉炼铜法。90年代以引进国外先进技术为主,到了21世纪初期,终于绽放出一朵自主创新的工艺奇葩——由东营方圆有色金属集团和中国有色工程设计研究总院共同研发的“氧气底吹熔炼多金属捕集技术”。

      【小知识】  阴极铜:将粗铜(含铜99%)预先制成厚板作阳极,纯铜制成薄片作阴极,以硫酸(H2SO4)和硫酸铜(CuSO4)的混和液作为电解液,通电后,铜从阳极溶解成铜离子(Cu2+)向阴极移动,到达阴极后获得电子而在阴极析出纯铜,即为阴极铜,亦称电解铜。

      铜冶炼的困境

      东营方圆有色金属集团是一家以阴极铜生产为主,集金银等稀贵金属的综合提纯、铜材加工于一体的民营企业。在崔志祥的带领下,整个集团去年的销售收入突破141亿元,利税达15亿元。12年的风雨兼程,如今的方圆已是全国同行业六强、山东省百强以及全国500强企业。

      和同行业的其他企业一样,方圆面临的问题首先是我国矿产资源不足,进口依赖性强,这导致企业生产成本很大程度受国际汇率及政府政策的影响。如果不走自主创新的道路,而是完全依靠引进,过度强调环保,花大量美元买专利,引进技术,造成投资大、流程长、成本高的困境。此外,粗铜冶炼能力也存在瓶颈,同国际上同类企业相比差距很大,在国际市场的竞争中没有话语权,因此进一步整合重组、做大做强铜企业的空间大、任务重。

      诚然,我国是世界铜冶炼产能第一大国。数据显示,2009年底粗铜产能达310万吨,占世界总产能的20%。事实上,我国企业采用的工艺技术和核心设备均从国外进口,耗资巨大。且在熔炼过程中每吨铜精矿还需配入4%至8%的碳质燃料。即便国际上先进的炼铜工艺,配煤率也要4.8%左右,由此产生的碳排放及其他污染物给环境带来了严重影响。建国以来我国炼铜的生产工艺经历了12次改革,但也没能离开碳质做炼铜的燃料。

      如何摆脱碳质燃料,走出一条低碳经济发展的新路子是崔志祥最关心的问题。他常挂在嘴边的话就是“做企业的最大价值,最后还是要体现在对整个社会的贡献上。只要是利国利民的好事,我们就一定要去做。在确定好不好之前,我们也要勇于尝试。”

      机会来了。2004年,由中国有色工程设计研究总院研究的“氧气底吹熔炼多金属捕集技术”四处找“婆家”进行进一步开发。此刻,如鹰一般敏锐的崔志祥大胆猎攫了这一商机,为日后方圆的崛起打下了基础。

      自主创新曲折多

      “氧气底吹”究竟是怎样一种新工艺呢?

      目前国际国内的炼铜工艺大都采用“氧气顶吹”或“氧气侧吹”。 含有铁、硫的铜矿粉从炉顶入料口进入,由重力作用而下。为了给铁、硫燃烧提供炉温,需要大量供给氧气。所谓“底吹”,是指供氧的氧枪位于炉底,氧气朝上冒。这样的好处是能让氧气与矿粉充分接触,利于炉内氧气、铜液、矿粉之间强对流传热,充分燃烧、反应,实现自热熔炼。而“顶吹”、“侧吹”时,氧气仅能接触氧枪周围的矿粉,不利于矿粉充分反应。

      专家认为,“氧气底吹”可以使炼铜“配煤率“降到零,真正实现节能减排。炼10万吨铜需用约50万吨矿粉,按国内平均配煤率算,使用新工艺每年能减少煤炭使用约3万吨。此外,“氧气底吹”还具有噪音低,车间操作环境更好的优点。底吹法用铜锍反复冲洗炉渣,更有利于贵金属的捕集,比其它方法的捕集率可提高1-2% 。再者,有利于V族元素等伴生金属挥发富集于烟尘中而易于综合回收,如As的挥发率大于98%。与我国引进的澳斯麦特法、艾萨法、诺兰达等熔炼工艺比,氧气浓度更高,可达70%-80%,烟气量更少,SO2浓度更大,硫酸厂规模更小,单位投资更少。

      这么好的一项工艺技术,从研发到成熟运用却经历了颇多曲折。

      早在上世纪70年代末80年代初,美国和德国的教授就提出“氧气底吹”的想法并做了试验。当他们进行扩大试验时发现大量的工程问题无法解决,于是只能作罢。真正带头把这项技术成功研发出来的是一位叫蒋继穆的专家,也这正是这个人后来和崔志祥一拍即合,使新技术得以成功运用到生产中。

      1991年,时任中国有色工程设计研究总院(原北京有色冶金设计研究总院)原副院长兼总工程师、全国工程设计大师蒋继穆首先想到了用氧气底吹技术试验炼铅,做完5000吨铅冶炼试验后,就用同样的工艺和装置试验炼铜。当时使用的试验炉料相当于生产3000吨铜的规模。

      半工业试验成功并申请专利后,需要有铜厂投入生产使用。当时3个地方有意向尝试新技术:四川绵阳、山西运城和江西弋阳。然而,绵阳要开发第一家,没有这个胆量;运城因跟中条山抢资源导致省里不批准;弋阳和一个香港老板合资,双方谈妥签了合同,到快要做施工图的时候却发现香港老板是骗子。3家虽都做过可行性研究报告,但均无果而终。

      为新技术找“婆家”的脚步并未因此停止。1992年山西中条山欲采用自主技术白银炼铜专利建一个3.5万吨的铜厂。做完可研报告后,经考察发现环保达不到要求。1994年经北京有色冶金设计研究总院推荐,业主改为购买水口山炼铜专利。但由3000吨规模一下扩大到3.5万吨,研究院只有七八成把握。因为可研规定,一般火法冶炼研究成果产业化扩大比不应超过10倍。做完初步设计后,厂领导同意投产,但研究院不敢拍胸脯。到了1996年,该厂新任领导对“中条山只能消化吸收不能引进”的规定不满,赌气要引进国外技术而放弃底吹法。中条山这一卡,给之后的新技术推广带来了极为不利影响。

      转眼数十载,这么一项好工艺一直无人问津。炼铜新工艺要想实现产业化,规模生产试验是必由之路,这必须要有厂家来承担试验风险。可是,为了规避风险,它们宁愿花巨资购买国外技术,也不肯做第一个吃螃蟹的人。 

      修道十二年成正果

      “这是国营企业的特点,他们更倾向去投产别人已经试验成功的东西。”崔志祥回忆起自己为什么愿意做这第一个吃螃蟹的人,会这样解释。“创新一定要解放思想,要敢于尝试。就比如这个衣服,有时候就是要大胆的反着穿,也是一种新的穿法。”说罢崔志祥索性脱下外套反过来穿,一副无所畏惧又渴求真理的样子。

      那是2004的时候,蒋继穆仍在锲而不舍地四处推广新技术,崔志祥的企业随着生产规模从年产1万吨发展到18万吨,原料供应日趋紧张。为解决这一问题,企业提出上铜冶炼项目的设想。在方圆公司首席专家、原沈阳冶炼厂总工程师申殿邦的大力推举下,于是两人一拍即合。

      方圆公司遂与中国有色工程设计研究总院达成协议,共同合作开发“吹氧造锍多金属捕集技术”。2005年,生产总厂厂长、总工程师李维群陆续召集了湖北大冶的180多位退休的老专家帮助公司开始在4000余亩的海滩上建设第三工业园,主体是10万吨铜/年的 “吹氧造锍多金属捕集技术”示范工程。2008年12月16日,在这些老专家的带领下,使该项目顺利投产,并在最短时间内实现了达产达标。建造这样一个年产10万吨的铜冶炼厂,投资7亿多人民币,建设成本比引进国外技术建厂低50%。

      从年产3000吨粗铜的半工业化实验,一下扩大到年产10万吨的规模,弄不好数亿元的投入就打水漂了。这是广大员工都担心的问题。事实上,经过近两年的产业化运营,方圆运用氧气底吹法已经成功实现了年处理矿料50万吨,年产精铜10万吨的生产目标。

      这意味着,从1991年开始研发至今的氧气底吹无碳铜熔炼工艺获得圆满成功。方圆不仅点燃了我国冶金史上的这场技术革命,也在世界上绽放出一朵自主创新、节能减排的工艺奇葩。目前,国务院已将“吹氧造锍多金属捕集工程技术”作为“促进产业振兴的重点先进技术”列入国家科技支撑计划。科技部正着手向全国推广该工艺工程。

      正如中国有色金属工业协会会长康义所说,我国有色金属工业自建国以来建立了相对独立完整的工业体系,实现了由小到大的历史性跨越,经历了国家由高度的计划经济体制到社会主义市场经济体制的转变,实现了有色金属工业从产品短缺到现在有色金属产品产量、消费量均居世界第一的转变,从主要技术依靠进口到现在部分技术、高附加值产品出口的转变,实现了从过去单一的国营经济到现在以国营企业为主体、多种所有制企业共同发展的局面。有色行业,从一个小行业,发展成现在一个不可或缺的国民经济的支柱产业,在国际同行业的地位日趋提高。

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