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摘要 ：矿产生产行业是我国最主要能源消耗大户之一，选 矿和冶炼又是有色金属矿山的主要能源消耗环节。“双碳”目标 确定后， 节能减排工作大范围展开。结合某湿法提铜选冶厂的总平面设计， 分析了选冶厂总平面设计中的节能措施。
关键词 ：矿山总图,总平面设计,节能措施
我国是能源资源相对短缺的国家。石油、天然气人均剩余可 采储量都仅有世界平均水平 7%左右，就算储量比较丰富的煤炭 也只有世界平均水平的六成。改革开放 40 年来，我国的节能减 排工作取得了巨大成效。“双碳”目标确定后，节能减排工作大 范围展开，新《节约能源法》使节约资源成为我国基本国策，节 能减排工作已成为全社会参与的大事。
有色金属是我国七大工业耗能大户之一，是推进节能降耗 的重点行业。我国有色金属工业能源消耗主要集中在矿山、冶炼 和加工三大领域，整体能耗目前仍在较高基数下保持增长，其 中，选矿和冶炼是矿山生产的主要环节， 也是有色金属矿山的主 要能源消耗环节。如何在保证工艺指标不变的前提下， 更大限度 降低生产成本， 实现节能降耗是各矿山企业面临的主要问题。
近年来，通过政策引导、技术改造、结构调整，有色金属行 业主要产品单位能耗大幅下降，一些主要的技术经济指标接近 或达到世界先进水平，大大提高了我国有色金属工业的国际竞 争力。随着新工艺、新技术、新设备、新材料的广泛推广，有色 金属行业节能取得显著成效。设计是矿山工程建设的关键环节， 各类新工艺、新技术、新设备、新材料均需要通过设计应用到生 产中去，以完成节约能源，合理利用能源的重要使命。某全新大 型湿法提铜选冶厂在总平面设计时，将“节能降耗”目标贯穿始 终，积极探索和研究湿法提铜选冶厂总平面设计中的节能措施， 累积了宝贵的设计经验。
1 项目概况
1.1 建设条件
本湿法提铜选冶厂所在地的海拔高度大约为 1300m， 属亚热 带气候。全年温度变化不大，温度范围为 8℃~ 32℃ ;主导风向 为东南风和西北风 / 西南风，最大风速可达 75km/h ;年平均雨 量为 1250mm， 瞬间最大雨量为 80mm/h ~ 100mm/h， 月最大雨 量大于 300mm。场地属高原地貌，微丘陵地形，地势起伏不平， 局部较平坦，最大高差20m。熊猫河自西向东流至矿区的南面，是本次设计选定的水源。
拟建场地地形较平坦，地貌条件简单，地层分布不稳定，经 钻探，未发现不良地质作用。场地处于建筑抗震一般地段，适宜 作为建筑场地， 建筑场地类别为Ⅱ类。钻孔揭露 ：场地岩土层自 上而下依次为 ：①耕土， ②粉质粘土， ③碎石土， ④全风化泥岩， ⑤强风化泥岩，⑥中等风化泥岩。勘探揭露深度内未见地下水， 可不考虑地下水的影响， 但应防止场地外生产废水污染场地。局 部场地(萃取、电机车间) 存在湿陷性地基， 湿陷等级为II级(中 等) 自重湿陷性粉质粘土。
本矿山的开采历史较长，早在 1915 年就有矿业公司进行在 本矿区进行钻探和开采， 采用露天开采法采掘矿床。采矿工作一 直进行到 1954 年。在此之后一直至 2006 年 3 月，矿区内一直有 附近的居民进行手工开采地表裸露的矿石。由于开采技术和开 采规模的局限，本矿山之前的零星开采并未形成完整的工业场 地，也无任何可供本次建设使用的基础设施， 仅在地表遗留下明 显的开采痕迹。故本次设计按全新的矿山进行设计。
1.2 企业组成
本项目为大型采、选、冶联合企业， 采矿规模为90.0×104t/a。 新建湿法提铜选冶厂的选、冶规模为年产4.0×104t/a阴极铜。 露天开采出的矿石通过破碎、磨矿、脱水、搅拌浸出等选矿流 程之后，再通过萃取和电积工艺得到阴极铜产品。
湿法提铜选冶厂由粗碎车间、转运站、中和剂制备细碎车 间、中和剂制备磨矿车间、中间矿堆、磨矿车间、脱水车间、浸 出车间、逆流洗涤车间、萃取车间、电积车间、溶剂油、选矿办 公室、选矿实验楼、综合仓库、综合堆场等构筑物组成。
另外，为满足工艺生产需求，还需建设硫酸厂、总降等工业 场地。
2 选冶厂总平面设计中节能措施
2.1 重视厂址选择
厂址选择是选冶厂总平面设计中最先需要解决的问题之一， 也是决定选冶厂是否能做到节能降耗的重要基础条件。选址过 程中不但要考虑用地性质、交通组织、市政设施、周边建筑等基 本因素， 还需考虑一定范围内的生态环境因素， 避免由于选址不 当对整体环境产生不利影响。
矿山企业每日的内、外部运输量巨大。根据麦肯锡《建设零碳矿山》的建模研究，运输是最大的能源消耗(占矿山总能源消 耗的 20% ~ 25%) 类别，因此降低运输时的能量消耗是选冶厂 节能降耗的重要途径之一。在选冶厂的厂址选择时， 应综合考虑 选冶厂与采矿工业场地、水源地、电源、尾矿库和产品运输距离 等因素，将原矿运输、尾矿运输、产品运输以及供水供电时的能 源消耗纳入作为重要的考量因素， 再结合自然条件、外部运输条 件优越与否等因素， 认真细致地进行技术经济比较和论证， 从中 择优选取经济合理、节省能耗的厂址方案。
根据工艺生产的要求和现场地形地貌条件，本次设计将选 冶厂的厂址布置在露天采场的东北侧的山坡上，距离露天采场 的直线距离约 800m。原矿采用汽车运输方式，由露天采场运至 选冶厂，运距约 1km，属于露天矿山汽车运输 3km 的经济合理运 距的范围内。另外，为解决矿石开采计划与选、冶计划不一致的 问题， 在选冶厂的西南侧、选冶厂与露天采场之间设置一原矿堆 场， 同时也进一步降低了原矿运输的运距。
尾矿库位于选冶厂的西南角的沟谷内，尾矿库与选冶厂直 线距离约 1.5km。自然缓坡面大约有 150m 的高度差，高程介于 1156m ~ 1290m之间，坡度约 0.03%， 坡度的整体走向为西北高 东南低， 现场踏勘可见该位置有一条明显的沟谷， 尾矿库利用该 沟谷筑坝形成库容，且充分利用地势降低造价和运营能耗 ;水 源地位于选冶厂南面熊猫河下游，直线距离约2km。设计采用抽 取熊猫河的水存蓄于蓄水池， 澄清后以供选冶厂使用。并在选冶 厂西南面的山头上设高位水池，新水通过新水高位水池流至各 生产工段，利用重力势能降低新水输送能耗 ;阴极铜仓库及综 合仓库区位于选冶厂的东北角， 直接与进厂道路相连， 最大限度 降低了外部运输的距离和能耗。
2.2 充分利用自然地形
选冶厂的总平面布置时，应考虑地形因素的影响，充分利用 自然地形形成的物料势能， 利用山坡地形阶梯布置厂房， 减少矿 石的提升和运距，尽量实现矿浆及各类溶液的自流输送。另外， 也需尽量避免物料的重复运输和反向运输，减少物料倒运的次 数，为节能降耗创造良好条件。
本次选冶厂所在区域为西南坡向东北的山坡地形，大 致呈长约 550m，宽约 250m 的矩形地块。自然地形标高在 1240m ~ 1215m之间，高差约25m， 自然地形坡度为 4.5%， 恰好 满足工艺生产的高差需求。
在选冶厂的总平面布置和竖向设计时充分利用现状山坡地 形，沿山坡呈台阶布置，利用山坡的自然高差来满足工艺生产 的高差要求。这样的布置方式， 使得选冶厂内的物料运输可以最 大可能利用势能来降低 ：皮带运输以平坡为主，少数下坡皮带 还可以考虑利用重力势能发电 ;矿浆运输尽可能满足重力自流， 降低泵送电耗。
尾矿采用管道输送方式运输，由于尾矿库的高程介于1156m ~ 1180m 之间， 标高比选冶厂的标高低 35m 以上， 可部 分利用重力势能输送， 降低尾矿输送的能耗。
全场物料运输方向为 ：矿石由汽车运输从场地的西南角， 由粗碎车间进入生产系统，成品由位于选冶厂东北角电积车间 产出， 并通过东北侧的进厂道路运出， 尾矿通过管道运输至选冶 厂东南面的尾矿库。整体物流运输方向顺畅，无反向运输，降低 了运输能耗。
2.3 控制建筑间距
选冶厂的某些车间在生产过程中会向周边环境放散大量热、 蒸汽、烟尘、粉尘或其他有害物质等，如果在总平面设计阶段未 能妥善处理建筑群间的相互关系，不但会污染周围的自然环境， 也会对相邻建筑的节能产生不利影响。所以， 在选冶厂的总平面 设计时， 为避免大量热、蒸汽或有害物质向相邻厂房散发而造成 能耗增加，需要采取控制建筑间距、选择最佳朝向、确定建筑密 度和绿化构成等措施， 以消除或减少相互之间的不利干扰， 从而 达到节能降耗的要求。
本次选冶厂的各生产车间中会向周边环境放散大量热、蒸 汽等的车间主要是硫磺制酸区域内的熔硫车间、焚硫炉、干吸工 段等车间，以及主生产区域内的循环水间 ;会向周边环境放散 大量粉尘的主要是主生产区域内的破碎车间和中间矿堆 ;另外， 萃取车间可能也会有少量的酸雾溢出。
本次选冶厂的总平面布置将整个硫磺制酸区域布置在选冶 厂的西北侧。该区域相对独立，且避开了主导风向的上风向，尽 可能避免硫磺制酸区域对全厂的热干扰和空气污染 ;硫磺制酸 区域内主要生产车间的间距也按 15m ~ 20m 控制，减少车间相 互之间的不利干扰， 为硫磺制酸区域节能降耗创造了基础。
将破碎车间及原矿堆场布置在选冶厂的西南角，萃取车间 布置在选冶厂的东北角， 均避开了主导风向的上风向， 减少了此 类车间对全厂环境的不利干扰，最终实现降低选冶厂整体能耗 的目的。
2.4 合理确定动力中心的场址
在选冶厂的总平面布置中，根据来电方向和全厂各车间的 电力负荷大小， 合理确定总降等动力中心的位置， 使设施布置接 近负荷中心， 从而达到减少动力设施能量输送的损失、动力运输 距离经济合理的目的， 也是选冶厂节能降耗的重要途径之一。
本次湿法提铜选冶厂的最大用电负荷是电积车间和磨浮车 间。依据选冶厂及整个矿山的负荷性质和分布状况， 以及生产规 模和地形限制， 同时兼顾后期钴系统的规划， 本次总平面设计在 电积车间东南侧约 700m 处布置了一座220/10kV 的总降压变电 站，负责全矿区的供电。
选冶厂内则设置碎磨区 10kV 配电所和电积区 10kV 配电所 各 1 座。碎磨区 10kV配电所设在磨矿车间内，电积区 10kV配电 所设在电积车间附近。尽量使其靠近各自的负荷中心， 满足节能需求。
2.5 重视建筑朝向
选冶厂的总平面设计应有利于冬季日照、夏季自然通风和 自然采光等条件，合理利用当地主导风向。综合考虑工业建筑 的工艺需求，挖掘自然通风和日照的节能潜力，达到节能降耗 的目的。
南北朝向的建筑物夏季可以减少太阳辐射的热，减少空调 消耗 ;冬季可以增加太阳辐射得热，减少采暖消耗。有研究资 料表明，建筑物的主体朝向如果由南北向改为东西向，耗热量 指标约增大 5%。故选冶厂内各建筑物应尽可能考虑南北朝向， 从而降低耗热量指标。此外，选冶厂总平面布置时也需考虑利 用地方主导风向来布置车间的朝向，从而尽可能地减少各厂房 的降尘、通风等能耗， 进而达到节能的目的。
本次选冶厂的总平面设计中，大部分生产性车间在综合考 虑生产工艺需求、自然地形限制、外部交通条件和气候条件等 众多因素后，基本采用西北—东南朝向 ;办公楼等其他辅助性 生产车间均采用南北朝向。这样的布置方式可充分挖掘自然通 风和日照的节能潜力， 达到节能降耗的目的。
2.6 绿色工厂
选冶厂总平面设计时应充分利用工业厂区水系、植被等自 然条件，合理选择绿化和铺装形式，科学展开绿化设计，营建有 利的区域生态条件。
厂区园林绿化是利用植物的蒸腾作用和遮阳防辐射减少太 阳对厂房的热辐射。植物的蒸腾需要从周围的空气中吸收大量 热能，这样就能形成强烈的降温效应，导致周围环境的温度下 降。另外，植物有反射吸收太阳光线的作用，也有利于改善局部 地区的小气候。正是因为植物遮阳蔽荫和蒸腾的作用，厂区的 园林绿化就具备一定的调节气温的效应，起到降温、增湿、调节 环境小气候的功能。不同的地表状况(绿化草坪、硬化地面、裸 地面等) 会对工业厂房周围的微气候产生较大影响。在相同工况 下，由于太阳辐射的作用，不同的地表状况的表面温度差异较 大。这种差异的存在会影响到厂房所处微气候、厂房的热工状 况、厂房室内环境等，进而影响到工业厂房的能耗。相关研究表 明，绿化地面与裸露地面、硬化地面相比较，对峰值温度的出现 有延迟作用，再加上厂区绿化在调节空气相对湿度方面的益处， 最终达到厂房节能降耗的效果。另外， 场地硬化也可以尽量采用 透水铺装材料， 使雨水能渗入到下层土壤中， 使得选冶厂区内的 夏季室外热环境条件得到改善。
本次选冶厂的总平面设计时也将厂区绿化纳入了设计范畴 内，充分发挥植物造景和节能的作用，创造一个自然优美的厂区。设计利用不同的园林植物群落配置，结合保留场地现有树 种形成景观。同时采用自然式的配置方式，利用项目当地乡土 树种，相互使得树成丛，花成片，同时建设大面积的草坡绿化。 最终将全厂绿化率控制在 10%，满足《工业项目建设用地控制指 标》中冶炼厂绿化率的要求，既达到了环境友好、节能降耗的目 的，又避免过度占用土地。
本次选冶厂的厂内道路和场地硬化除少数采用沥青碎石表 面处治外，其余均采用级配碎石路面。这一类路面结构，一方面 可以起到延缓径流和贮蓄雨水的作用。大量雨水透过生态透水 路面地面渗入地下， 很好地补充了地下水资源， 维持地下水资源 的供给平衡 ;另一方面也具备一定的过滤和吸附性能力，可以 减轻流入选冶厂周边水体中污染物的浓度。此外， 与混凝土等硬 化路面结构相比，碎石路面在其多孔构造中及下层土壤中储存 了大量的毛细水， 毛细水在太阳辐射的作用下发生蒸腾作用， 吸 收大量的显热和潜热，使其地表温度降低 ;碎石路面表面粗糙， 能减少热量向空气中反射 ;以上均有利于厂区环境温度的稳定， 从而实现选冶厂内各工业厂房的节能降耗。
本次湿法提铜选冶厂的总平面设计中还考虑了各工业场地 的复垦设计。选冶厂平基时的现状耕植土单独收集， 部分用于选 冶厂自身的厂区绿化建设 ;其余部分则运至专门表土堆场存放 后，后期用于其他工业场地的复垦。
3 小结
节能降耗是企业提高经济效益、实现可持续发展的必由之 路。生产实践证明， 选用先进的设备和工艺是我国矿山行业节能 降耗的根本途径之一，矿山企业应不断开发和应用节能新工艺、 新设备，加强管理，这既是落实科学发展观，实现经济可持续发 展的重要举措， 也是企业降低生产成本， 提高市场竞争能力和经 济效益的重要途径。
湿法提铜选冶厂的总平面设计是整个湿法提铜选冶厂工程 设计中的重要环节之一， 也是矿山企业节能工作的重要基础。重 视湿法提铜选冶厂总平面设计的节能设计对促进矿山企业的节 能工作具有重要意义。通过本次设计实践发现， 湿法提铜选冶厂 总平面设计中， 重视厂址方案中的运输节能、采用松紧结合的总 平面布置方式、适当的厂房朝向、合理绿化使用等措施，都对湿 法提铜选冶厂实现节能降耗具有重要意义。
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