基于低碳经济的冶金工程技术探索.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：李汉兴（2002），男，满族，河北秦皇岛人，本科，研究方向为冶金工程。-183-基于低碳经济的冶金工程技术探索 李汉兴 辽宁科技大学，辽宁 鞍山 114000 摘要：摘要：“十三五”期间，我国工业经济保持高速增长，碳排放呈现出总量增速和强度双下降的良好态势，但各重点行业碳排放空间需求仍存在差异。本文主要分析如何将低碳经济理念融入到冶金工程中，在介绍低碳经济发展趋势基础上明确开展冶金工程技术改革的必要性，在此基础上实现对冶金工程技术的完善和创新，以此来提高资源利用率，降低相关隐患，提高企业的经济效益。同时以此来提高经济发展持续性并推进其与生态相协调。关键词：关键词：低碳经济；冶金工程技术；措施 中图分类号：中图分类号：F426 当前我国经济发展过程中面临的一大严峻问题在于环境污染，而冶金工程属于对环境污染严重的行业，同时由于其在推动我国经济发展方面起着重要的功能和作用，必须认识到进行冶金工程技术改革的必要性，在低碳经济发展理念之下探索如何改进和优化冶金工程技术，以此来实现降低污染的目的，最终实现全行业的可持续发展。1 低碳经济概述 1.1 低碳经济 低碳经济是一种经济发展模式，其核心理念是减少温室气体排放和碳足迹，以减缓气候变化和实现可持续发展。低碳经济致力于降低二氧化碳等温室气体的排放，通过提高能源效率、采用清洁能源和减少工业和交通排放等措施来实现。低碳经济鼓励转向清洁、可再生能源，减少对化石燃料的依赖，包括太阳能、风能、核能等。低碳经济旨在平衡经济增长和环境保护，促进可持续发展，减少对地球气候系统的不利影响。1.2 低碳经济的特点 低碳经济旨在减少温室气体排放，通过采取措施来降低碳足迹，减轻气候变化的影响。为减少对化石燃料的依赖，低碳经济主张采用清洁、可再生能源，常用的清洁能源包含太阳能、风能、核能等。低碳经济强调提高能源效率，减少资源浪费，促进可持续生产和消费。同时，低碳经济鼓励进行技术创新，包含碳捕获和储存、电动汽车、可再生能源存储技术等。1.3 冶金工程技术 冶金工程技术包含金属材料的生产、加工和应用，运用冶金工程技术的目的在于不断改进材料和工艺，从而更好满足不断发展的工业和科技需求。冶金工程技术在多个领域有应用，包括汽车制造、航空航天、建筑、电子、能源生产等，影响着现代社会的各个方面。冶金工程技术涵盖了金属的提取和冶炼过程，包括矿石开采、矿石炼炉、提炼金属和合金的制备。而在材料加工方面，冶金工程技术包括金属和合金的加工和成型，如铸造、锻造、轧制、挤压和焊接，以获得所需的形状和性能。冶金工程技术也被运用于材料性能优化，主要指金属和合金的性能，例如强度、硬度、耐腐蚀性和导电性。2 传统冶金行业对环境的影响 对大气环境的影响：冶金工业通常依赖于大量的能源，包括煤炭、天然气和石油，这些能源的燃烧会导致二氧化碳（CO2）等温室气体的排放，对气候变化产生负面影响。冶金工业排放的废气中可能含有有害物质，如硫化物、氮氧化物和颗粒物，对空气质量和人类健康造成危害。对水资源的影响：冶金生产过程中可能会排放含有重金属和有毒物质的废水，这些废水可能污染河流和地下水，对水生生物和生态系统造成损害。对土地资源的影响：冶金设施通常需要大片土地用于采矿和冶炼，这可能导致土地破坏、植被丧失和生态系统破坏。冶金工业对自然资源的需求巨大，包括矿石、水资源和能源，这可能导致资源过度开采和中国科技期刊数据库 工业 A-184-枯竭。对社会的影响：冶金工业可能导致当地社区的迁徙、社会冲突和健康问题，对当地居民的生活产生不利影响。3 低碳经济下冶金工程改革的必要性 3.1 减少碳排放 冶金工程是一个重要的碳排放领域，因为它涉及大量的能源消耗和工业过程。在低碳经济的背景下，冶金工程必须改革以减少碳排放，采用清洁能源、能源效率改进和碳捕获技术，以减轻气候变化的压力。3.2 提高资源可持续性 冶金工程依赖于有限的自然资源，如矿石和燃料。在低碳经济下，必须寻求更加可持续的资源利用方式，通过回收废弃物、采用循环经济模式和资源节约型生产，以减少资源的浪费和过度开采。3.3 提高能源效率 冶金工程改革必须优化能源利用，降低生产过程中的能源浪费。这包括采用高效炉燃烧技术、废热回收、节能设备和过程优化，以减少能源成本和环境影响。3.4 推动绿色技术创新 低碳经济鼓励冶金工程采用绿色技术，如电弧炉冶炼、氢气还原等，以降低碳排放和环境污染。这需要资金支持和研究开发，以推动新技术的应用。3.5 遵守相关法律规范 在低碳经济的法规框架下，冶金工程必须遵守更严格的环保法规，包括废水排放、废弃物处理和空气质量标准。改革需要调整工程实践以符合这些法规，以避免法律责任和环境污染。3.6 提高国际竞争力 低碳经济背景下，国际市场对绿色和低碳产品的需求增加。冶金工程必须改革以生产符合这些标准的产品，以提高竞争力并拓展市场份额。4 冶金工程技术存在的问题 传统冶金过程往往伴随大量的碳排放，这会对气候变化造成负面影响。当前碳排放已经成为亟待解决的问题，解决碳排放问题才能有效降低对环境的影响。冶金工程会产生大量的废渣和废水，同时会导致大量资源被浪费，因此改进冶金工程技术的重点在于提高资源回收重复利用的效率，以此来减少资源浪费。冶金工程过程产生的废水和废气可能导致土壤和空气污染，对周围环境和人类健康构成威胁。此外，许多冶金过程的能源效率不高，这导致了能源浪费和高能源成本。提高能源效率是一个紧迫的问题，尤其是在能源价格波动时。稀土资源属于冶金工业常用的重要原材料，而这种材料的供应十分有限，因此想要实现冶金行业可持续发展必须在资源有限的情况下寻找可替代原材料，从而降低对稀有资源的依赖。冶金工程通常需要高度专业的设备和技术，即技术门槛较高，这给技术普及带来了困难。同时，一些冶金技术的创新可能会受到知识产权的限制，从而阻碍新技术的采用和创新。5 低碳经济下的冶金工程技术 5.1 新一代可循环的钢铁流程 新一代可循环的钢铁流程通常被称为零碳钢铁或碳中和钢铁，其核心思想是减少碳排放并最大限度地提高钢铁生产的可持续性。这些流程包括以下关键特点：首先是用氢气取代焦炭。新一代的钢铁生产流程探索了使用氢气代替传统的焦炭作为还原剂，从而降低碳排放。这被称为氢还原冶金或直接还原法。充分利用可再生能源。可再生能源，如太阳能和风能，用于电解水以产生氢气，从而确保氢气的生产是清洁和可持续的。在碳捕获和储存方面，新流程包含了碳捕获技术，该技术用来捕集钢铁生产中产生的二氧化碳并将其进行储存或者运用到其他的工业过程，以此来提高废气利用效率。对废弃物进行回收和再利用。新一代可循环的钢铁流程强调对废弃物进行回收并实现资源最大化利用，以此来减少资源浪费和环境污染。绿色技术的运用。新一代钢铁生产流程采用绿色技术，旨在提高能源效率、减少排放并改善生产过程。电弧炉技术的运用。电弧炉技术是一种用电能加热废钢材以再生钢铁的过程，它可以用来制备再生钢，减少对铁矿石的依赖。这些新流程旨在实现碳中和和可持续性，以满足中国科技期刊数据库 工业 A-185-日益增加的环保和气候变化挑战。虽然这些技术仍在不断发展中，但它们代表了冶金工程领域追求的未来方向减少碳排放并提高资源利用效率。5.2 氢冶金技术 氢冶金技术是一种旨在减少钢铁和其他金属冶炼过程中的碳排放的创新方法。氢冶金技术代表了冶金工程领域朝着低碳、清洁和可持续方向的进步。它使用氢气作为还原剂，以替代传统的焦炭或其他碳源，从而减少温室气体排放。氢冶金技术的核心是将氢气用作还原剂，以从铁矿石或其他金属矿石中提取金属。氢气可以通过电解水来生产，其中水分子（H2O）在电流的作用下分解成氢气（H2）和氧气（O2）。这通常需要使用可再生能源（如太阳能或风能）以确保氢的生产的环保性和可持续性。在传统冶炼中，焦炭用作还原剂，产生大量二氧化碳排放，而氢气反应产生的唯一副产物是水蒸气。这使氢冶金技术成为碳中和的一种重要方法。虽然氢冶金减少了直接的碳排放，但冶金工厂仍然可能产生二氧化碳。因此，氢冶金技术通常结合碳捕获和储存技术，以捕获和隔离产生的二氧化碳，然后储存在地下或用于其他工业过程。5.3 资源二次利用 冶金工程技术中的资源二次利用是指对废弃物和副产品进行再处理和再利用，以最大限度地减少资源浪费、提高资源效率，以及降低环境影响。这一概念强调了将废弃物或次生资源重新引入生产过程，以节省原始原材料并减少环境负担。资源二次利用在冶金工程中具有重要意义。冶金工程会产生大量废渣和废水，这些废物通常包含有用的物质，如金属残余物或化学物质。通过合适地处理和回收，可以将这些有用物质提取出来，并重新用于冶金工艺，从而降低冶金工程对原始矿石的需求。冶金工程中的废弃物，如废弃钢材、废弃铝材或其他废料，可以通过熔化和再生过程重新用于生产新的金属产品。这有效减少了废弃物的填埋。冶金工程中产生的副产品，如渣滓、灰渣、矿石渣和煤气，也可以被进一步处理，以提取其中有价值的成分，再次利用于其他工业或冶金过程。5.4 环保脱硫技术 冶金工程技术中的环保脱硫技术是一组用于去除废气或废水中硫化合物的技术，以减少硫污染和满足环保法规的要求。脱硫技术在冶金工程中非常重要，因为冶金过程通常会产生硫化合物排放，例如二氧化硫（SO2），这些排放对环境和人类健康造成危害。常见的环保脱硫技术如下：首先是湿法脱硫：湿法脱硫是一种通过在废气中引入湿液或水滴，将硫化合物转化为水溶性的硫酸盐或硫酸的方法。这些溶解物可以被捕集和处理，从而减少硫化合物的排放。其次是石灰石脱硫：石灰石可用于去除废气中的硫化合物。在石灰石处理中，石灰石与废气中的硫化合物反应，形成石膏（硫酸钙），石膏可以被用于其他用途或处置。此外还包含生物脱硫技术：生物脱硫是通过利用硫氧还原微生物来将硫化合物转化为硫化氢气体，然后进一步转化为硫酸盐的方法。这种方法对废水脱硫尤其有效。活性炭吸附也是常用的脱硫方式，其主要通过运用活性炭以去除气相、液相中的硫化合物来实现脱硫。在这个过程中运用到了活性炭的高度吸附硫的能力。5.5 电气自动化技术的应用 电气自动化技术在冶金工程中广泛应用，它有助于提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量，并提供更安全的生产环境。电气自动化技术首先被广泛运用于自动化控制系统中。自动化控制系统的功能在于监测和控制冶金工程中的各个生产过程，包含高炉、轧机、炼钢炉和电炉等。运用自动化控制系统可以实现实时收集数据并对操作参数进行调整，以此来保证生产过程的稳定性、一致性。此外，电气自动化技术还被用于生产计划和调度工作中，可以帮助操作人员对生产设备进行管理，同时能有效提高资源分配的效率。电气自动化技术可提供分析生产数据的功能，从而帮助操作人员预测设备可能出现的故障，在此基础上采取预防性措施，以避免生产过程中因故障而导致的中断。6 冶金工程技术展望 6.1 冶金工程技术发展方向 中国科技期刊数据库 工业 A-186-基于低碳经济的冶金工程技术的发展方向是朝着减排、资源效率、清洁能源、创新和可持续性的方向发展，以适应不断变化的环境和市场需求。减少碳排放是低碳经济的核心目标之一。冶金工程技术需要采用清洁能源，如氢气或可再生能源，以替代传统的煤炭或焦炭，减少碳排放。同时，碳捕获和储存技术也需要得到推广和改进，以降低碳排放。要实现冶金工程领域的可持续发展，必须不断提高资源效率。其中要求做好资源管理工作，包含对原材料、能源和水资源的管理，具体可以通过回收废弃物并对其进行二次利用来实现。运用冶金工程技术还需要考虑到如何实现生态系统的可持续，这主要依托水资源管理、土壤保护和生态环境保护来实现。实现冶金工程技术的可持续发展，应该保证可持续的金融和投资，因此要强化投资者和金融机构对于可持续性的关注，以此来推动冶金企业采取环保措施并承担起自身的社会责任。实现冶金工程技术的可持续发展，还需要提高生产的数字化、自动化，以此来提高资源利用效率，同时实现对数据的实时监控和分析。为推动冶金工程技术的不断改革和发展，需要加大相关人才培养力度，为实现冶金行业长远可持续发展提供人才动力支持。低碳经济理念下，实现冶金工程技术的可持续发展离不开国际合作，只有强化和不同国家和地区的合作才能实现效益最大化，共享实践、技术和经验才能形成合力以应对气候变化及可持续发展的挑战。7 小结 本文首先介绍了低碳经济的概念及其特点，在此基础上明确该发展理念之下对冶金工程技术改革的要求，为开展冶金工程技术改革提供方向。传统冶金行业对环境造成较大污染，因此冶金工程技术改革的重点在于建立良好的资源利用体系，提高资源利用效率，以此来实现低碳环保和经济发展相协调。参考文献 1 赵屾.低碳经济下绿色冶金节能对钢铁经济发展的推动作用J.现代工业经济和信息化,2023,13(8).2 任茂胜.低碳经济与低碳炼钢概述J.工业加热,2022,51(6).3 万春喜.基于低碳经济的冶金工程技术探索J.市场周刊理论版,2019(51).