“双碳”目标下承德钒钛产业高质量发展研究

1 引言

2020年9月，在第七十五届联合国大会上，我国宣布力争在2030年前二氧化碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和目标。这对今后一个时期的我国绿色低碳发展和生态文明建设提出了更高的要求。2021年，中国钢铁行业出现40多年来罕见的粗钢产量下降，河北粗钢产量占全国比重下降1.7%，“双碳”倒逼下的钢铁行业正在发生一场变革。2022年1月，河北省委省政府出台《关于完整准确全面贯彻新发展理念认真做好碳达峰碳中和工作的实施意见》，对钢铁行业提出了严控扩展产能项目出资、严厉执行产能置换规则，禁止新增产能，加速布局节能减碳技能、工艺、资料、零部件、设备研讨项目，推动绿色低碳改造和清洁出产等要求。二十大报告中，提出“积极稳妥推进碳达峰碳中和”。目前“低碳绿色发展”的理念逐渐成为共识，作为高碳排放的钢铁行业也面临升级转型的极大考验。

承德不仅是我国首批国家历史文化名城，还是国家发改委及科技部确定的“国家钒钛新材料高新技术产业化基地“以及“国家钒钛资源综合利用产业基地”。中国钒钛磁铁矿资源居全球前列，其中以四川攀西和河北承德为主要分布地。承德作为全国第二大钒钛磁铁矿资源综合开发利用基地，已探明83.72亿吨钒钛磁铁矿资源，其远景资源量保守估计达到234亿吨，钒储量超过全国储量的40%，含钒铁精矿品位在加工后高达65％，被称为“中国北方钒都”，2021年全市钒产品产能占全国的15.4%。

钒钛是国家重要的战略资源，对经济发展、国防保障、科技发展影响重大，钒钒有“现代工业的味精”之称，主要应用在钢铁、能源、医疗等领域，是钢铁的高性能催化剂、储能电池的最优选择。钛是现代科技发展的必备金属，被誉为“第三金属”、“未来金属”，优越的性能使其应用在航空航天、医疗、军事、工业等各方面。随着航空航天、医疗、国防军工、钢铁冶金、新能源等产业的发展，钒钛的作用日益凸显。钒的最大使用量为钢铁行业，消耗约90%的钒。2022年，我国钢铁行业二氧化碳排放量约18.23亿吨，在制造业31个门类中碳排放量最大，占全国排放总量的15%以上。“双碳”带来“双控”，并且已从能耗双控转向碳排放双控，进而带来“双减”，也就是钢厂限产减产和主体钒企业减产，钒产业面临巨大的挑战。

2 承德钒钛产业发展现状

承德已将钒钛新材料产业列为“3+3”主导产业中的战略性支撑产业，发挥中国北方最大钒钛磁铁矿资源产地优势，大力发展钒钛新材料产业链。目前，承德市钒钛材料研究开发企业相关企业达145家，其中包含集采选、冶炼、深加工、研发设计于一体的钒钛产业发展链条钒钛深加工重点企业19家。全市年产含钒含钛的铁精粉2800万吨，五氧化二钒3万吨、钛精矿60万吨、磷精矿160万吨。

承德的钒钛产品主要包括五氧化二钒、高纯氧化钒、氮化钒、航空级中间合金、含钒特钢等，可广泛应用于航空、军工等领域。河北钢铁、承德钢铁高纯氧化钒粉钒在国内市场占有率达40%以上，于此同时承钢逐渐开始布局钛合金粉末、钒电池电解液、铋黄颜料等高端领域钒钛产品，并且钒铝合金品质已经达到了宇航级标准。承德钒钛新材料公司的世界一流亚熔盐提钒生产线投入运营。承德建龙特殊钢有限公司成功上线在国际领先的1.3米大圆坯铸造技术。一批高精尖企业引领了承德的钒钛新材料产业向更高端迈进承德正励志实现钢铁和钒产品全覆盖。

3 承德钒钛发展存在的问题

3.1钒钛资源利用率低

根据钒钛磁铁矿的基本性质来看，一般采用的钒钛磁铁矿选矿工艺为磁选法选铁精矿，采用多种联合工艺选钛精矿。常见的钒钛磁铁矿选矿工艺包含重-浮联合法、重-电选联合法、强磁-重选法、强磁-浮选法，目前不管哪种方法选矿后产生的尾矿，不仅含有未被回收的铁、钛和钒等元素，而且还含有钴、镓和钪等稀散和稀有元素，其选矿指标不够稳定可靠。

承德地区钒铁磁铁矿尾矿中含有铁、钛、磷、嫁等多金属和非金属有价元素，且不含放射性物质及其他有害成分。虽然承德市的部分矿山在选矿过程中有进行铁、磷的回收工作，但是就承德市大范围上来说，很多矿山由于提炼工艺的复杂性，磁铁矿的治炼产生时产生的矿渣基本没有得到有效利用，造成了浪费。钒钛磁铁矿的选矿技术已经日趋成熟，而对于如何通过后续的冶炼使铁、钒、钛资源均得到高效的利用还难以实现，钒钛磁铁矿中钛的回收利用也一直是世界性难题，承德现有钒钛磁铁矿冶炼工艺为高炉法，普通高炉冶炼钒钛磁铁矿工艺目前较难实现钛资源的规模化、低成本回收利用，对钛的提取利用率较低。

3.2冶炼过程碳排放过高

承德钒钛冶炼采用高炉法，这是迄今为止唯一可实现钒钛磁铁矿高炉渣大规模处理的工艺。钒钛冶炼的碳排放主要来源于焦炭的消耗。焦炭作为高质燃料，在生产过程中伴随高污染、高排放问题。理论上冶炼1t铁水需要消耗414kg碳，而事实上冶炼过程中有原燃料与电力的消耗，即便扣除循环回收的二次能源消耗，受限于工业条件，吨铁的碳消耗也在695kg左右，相当于CO2排放1.58t。

采用高炉富氢冶炼技术用以氢代碳方式降低碳素还原剂的消耗，华北理工大学冶金与能源学院及河北钢铁集团承钢公司近年来研究炼高炉喷吹焦炉煤气的减排能力，发现增加焦炉煤气喷吹量可以提升富氧率，降低焦尔比和CO2气体排放量，但过多增加焦炉煤气喷吹量，会导致燃烧温度及炉顶温度过低，不能满足生产要求。以下限燃烧温度为1900℃、炉顶温度为110℃为边界条件时，炉顶CO2排放量最高能降低14.5%，对改善环境有一定积极意义。但是并没有从根本上降低高炉的碳消耗，实际生产中减碳效果有限。

3.3上下游发展不均衡，产品附加值低

钒钛磁铁矿下游钒、钛产品产量较大，但多为钒渣、钛精粉等原料级产品及合金钢等低附加值产品。虽然近年来，承德钒钛企业通过全面优化生产线，提高了高纯粉剂钒、航空片剂钒生产水平。高端钒产品产量逐年提升，河钢承钢高纯钒产品市场占有率超过40%。但钒电池产业化仍处于初级阶段，自主创新能力偏弱。钛合金技术壁垒高，我国自主研发的钛合金制备及加工工艺原创技术较少，钛及钛合金、钛材料深加工、钛装备制造等高端领域涉及较少，钒钛功能材料等方面的技术研发和推广应用滞后，产业链下游高附加值产品较少、应用面不足。

3.4缺乏信息化平台

一方面从研究的角度看，目前承德的钒钛产业没有一个可以满足钒钛产、学、研、用、政要求的大数据平台，行业专家、技术资源分散，同时研发人员获得钒钛行业数据和技术的成本和难度比较大。另一方面从企业的角度看，缺乏能够精准掌握经济活动中的信息流、资金流、物流等情况的全产业链视角下的信息平台，以支撑原料供应、仓储物流、产品销售及企业融资。存在中小企业之间各自为政、融资难、恶性竞争，产业集中度不高、产业链条较短等诸多问题。

3.5创新能力不强，人才培养力度不够

创新能力不强，多项技术有待突破导致钒钛磁铁矿资源综合利用水平总体上不高。例如低品位矿及选铁尾矿中共伴生元素的选别提取技术，提钒尾渣、含钒钢渣等含钒二次资源的回收利用技术，高炉渣中TiO2资源大规模工业化提取利用工艺技术等关键技术还需攻关，寻求技术突破。

发展壮大钒钛产业，离不开人才。企业端，目前承德钒钛公司正积极发挥国家级企业技术中心、国家级博士后科研工作站和河北省钒钛产业技术研究院带来的巨大优势，大力招引、培养人才。然而在职业教育方面，承德在钒钛领域依然不足，目前，承德市4所技工院校每年招生总人数不足800人，缺乏钒钛新材料相关专业。专科层次，河北石油职业技术大学及承德应用技术职业学院，也没有形成钒钛领域人才培养体系，钒钛产业发展缺乏稳定的技能型人才支撑。

4 对策建议

4.1推动资源综合利用科技创新

协调组织钒钛企业、科研院所和高校协作攻关，增加关键科技攻关项目的资金投入。引导重点企业应用新技术、新工艺，推进对提钒尾渣、含钒钢渣等废弃资源的综合利用。引导行业大力开展尾矿资源回收工艺研究及冶炼新技术及装备研究，推进钒钛磁铁矿共伴生资源的综合利用产业化进程。加快核心技术试点示范和转化应用，推动钒钛磁铁矿资源综合利用规模化和产业化。

推动低碳非高炉冶炼研究及实践。普通高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿，在配比30%-50%普通矿情况下，铁、钒、钛回收率只能达到74%、45%、30%。存在钛渣不分、渣铁难分等特点。而非高炉直接还原铁、钒、钛的回收率能达到95%、80%、65%以上，且不需要配比普通矿，是实现资源综合利用的最佳路径，也是未来实现双碳目标的重要路线之一。

4.2探索节能降碳新路径

在“双碳”约束大背景下，低碳非高炉冶炼是实现钒钛磁铁矿资源高效综合利用，推动钒钛产业低碳、高质量、可持续发展的必由之路。积极开展利用低碳还原钒钛磁铁矿技术的产业化研究实践，替代高碳消耗的高炉冶炼技术，对降低钢铁冶炼的能耗和碳排放，提高钒钛战略资源综合利用率具有重大意义，可促进承德钒钛产业长远发展。现阶段钒钛磁铁矿低碳冶炼主流技术是气基竖炉+电炉熔分，目前还没有实现大规模产业化的生产线建设实践，还需要深化钒钛磁铁矿中铁、钒、钛、铬的高效分离等工艺的基础研究和实践研究。

利用二氧化碳制备工业产品，对推进行业节能降碳工作也具有重大意义。承德的钒钛磁铁矿冶炼过程中产生的二氧化碳体量巨大，若能研制活性和稳定性兼备的催化剂及生产设备，将其捕集、处理后，催化后，制备成乙酸、甲酸和乙醇等碳基燃料，实现二氧化碳的低成本捕集、高值化利用，则不仅增加产值，还能消耗掉大量二氧化碳，实现“变废为宝，变害为利”，有助于实现“双碳”目标，对承德地区发展循环经济具有重要意义。

4.3打造高端钒钛产业链

在钒产品领域，构建“钒原料+钒新材料+钒新能源”三位一体的产业体系，做大做强钒产业链，发展以钒铝、钒铁、钒氮合金为代表的中间合金产品，并向下游延伸发展风电设备、大型锻造零部件及精密仪器零部件等高端零部件及装备总成。增加以高纯钒、钒系催化剂为代表的高品质钒化合物产品产量，重点突破含钒优特钢材料、钒电池储能材料、航空航天材料等高端钒产品生产技术，大力发展以钒电解液为基础的钒储能电池全产业链产品。在钛产品领域，发展钛金属产业链，重点突破钛合金粉末、钛合金材料、粉末冶金及增材制造零部件等国防军工用钛产品生产技术，发展钛磷硫综合开发、海绵钛生产及钛材制造。

4.1打造大数据平台

可以从政府层面对钒钛资源综合利用进行宏观谋划，利用物联网、大数据、云计算等技术，建立起“互联网+钒钛产业”的发展模式。通过完善相关的体制机制，把个人或各研究机构中独立的数据引入大数据平台，让数据拥有者共同享有平台的效益，以利于整合钒钛知识资源帮助积累钒钛数据，对数据进行分析深入提取数据价值。引导平台汇集真实、鲜活、多维的产业数据，扩大平台影响力，打通钒钛产业企业融资瓶颈，盘活闲置产能，促进优化资源配置、供需对接，推动产业数字化转型升级。

4.5加大人才引进及培养力度

人才在产业发展中，是最活跃、最动能的生产要素。要创新人才政策机制，加大政策奖励力度，丰富政策奖励形式，优化人才发展环境，精确引进钒钛科研带头人及有能力转化成果的人才或团队，来承进行科研攻关或成果转化。同时加大本土人才培养力度，对本土各类人才在承期间成长为高层次人才的给与奖励。

制定计划，加大青年人才培养及储备。一方面组织企业及高校为钒钛产业所需人才提供免费技能培训。另一方面增加对技能型人才的培养规模，职业院校围绕钒钛产业发展调整专业设置的，给与补贴支持，鼓励承德钒钛企业与河北石油职业技术大学等高校共建钒钛产业学院，对开展钒钛产业人才培养的院校、及新创建的省级以上高技能人才培训基地给与高额补贴。

5 结语

在“双碳”约束下,钢铁行业产能产量“双控”不可逆转。对承德钒产业来说既是挑战又是机遇。承德钒钛产业要从资源综合综合利用、节能减碳技术、扩大钒钛产品种类方向加大研发和投入力度，按照经济高质量发展要求进行钒钛产业结构调整，建设钒钛产业园区，打造高端钒钛产业链，并依托人工智能、物联网、大数据技术建设信息平台，促进技术及产业发展。同时加大人才引进及培养力度，加强产教融合、校企合作，鼓励钒钛产业行业龙头与相关学校合作办学，加快人才培养。推动形成绿色、低碳、循环、智能化发展模式，实现承德钒钛产业低碳、高质量发展。

本文来源：《文化产业》https://www.zzqklm.com/w/wy/32640.html