西南某銅冶煉廠技改擴(kuò)建工藝方案對比研究

熊家強(qiáng)，劉 旸

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌330038）

隨著近年來銅冶煉技術(shù)的高速發(fā)展， 能夠?qū)崿F(xiàn)大型化、連續(xù)化、清潔化的冶煉技術(shù)得到了大規(guī)模應(yīng)用。 富氧側(cè)吹+多噴槍頂吹連續(xù)煉銅工藝(以下簡稱“側(cè)+頂”工藝)與閃速熔煉+閃速吹煉工藝(以下簡稱雙閃工藝)，因其具有規(guī)?；?yīng)及環(huán)保優(yōu)勢，已成為銅冶煉發(fā)展的主流方向， 是近十年最具先進(jìn)性和代表性的銅冶煉工藝典范。

“側(cè)+頂”工藝是我國自主開發(fā)的連續(xù)煉銅技術(shù)。側(cè)吹熔煉過程中， 高濃度的富氧空氣通過爐體側(cè)部的風(fēng)口吹入爐渣層進(jìn)行強(qiáng)氧化反應(yīng)。 熔煉產(chǎn)生出高品位的冰銅通過溜槽流入頂吹吹煉爐。 頂吹吹煉技術(shù)采用多噴槍將富氧空氣送入爐內(nèi)熔體中發(fā)生吹煉反應(yīng)，吹煉形成的粗銅沉入爐體下部通過虹吸口連續(xù)放出，再通過溜槽流入陽極銅中進(jìn)一步精煉。 該工藝熔煉強(qiáng)度高，單位生產(chǎn)能力大，單爐最大年產(chǎn)能已達(dá)到300 kt 粗銅[1-2]。 且該熔煉技術(shù)原料適應(yīng)性強(qiáng)，不需要進(jìn)行原料預(yù)處理。熔煉、吹煉和精煉工藝均通過溜槽連接，避免了含硫煙氣無組織排放及吊車倒運(yùn)的安全問題。目前，該工藝已成功應(yīng)用于中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司(以下簡稱“中國瑞林”)設(shè)計(jì)的南國冶煉廠、赤峰云銅冶煉廠、剛果（金）盧阿拉巴冶煉廠等新建冶煉廠，總產(chǎn)能已接近1 000 kt/a 陰極銅。

雙閃工藝最早應(yīng)用于美國肯尼科特冶煉廠，已投產(chǎn)近30 年，引入國內(nèi)也已應(yīng)用10 余年。該工藝的技術(shù)原理屬于懸浮熔煉， 銅精礦或銅锍從爐頂噴嘴通過反應(yīng)塔落入沉淀池， 在反應(yīng)塔下落的空中完成雜質(zhì)的氧化反應(yīng)。 該工藝的主要優(yōu)勢在于冶煉強(qiáng)度大、無SO2低空污染問題、SO2煙氣濃度高、爐體壽命長、作業(yè)率高等[3-6]。該工藝在中國瑞林設(shè)計(jì)的銅陵金冠冶煉廠、中鋁東南銅業(yè)冶煉廠、祥光冶煉廠等多處得到應(yīng)用，且總產(chǎn)能已超過1 500 kt/a 陰極銅。

本文通過西南某銅冶煉廠技改擴(kuò)建工藝方案對比研究， 分析以上兩個工藝在此冶煉廠技改擴(kuò)建的競爭力， 以期為類似銅冶煉項(xiàng)目冶煉工藝的選擇提供參考。需要強(qiáng)調(diào)的是，本文中的相關(guān)數(shù)據(jù)僅立足于該廠的技改擴(kuò)建，不同地區(qū)、不同工廠可能會存在數(shù)據(jù)差異。

1 西南某廠技改擴(kuò)建規(guī)模及工藝方案

西南某廠投產(chǎn)于2012 年，采用奧斯麥特頂吹熔煉爐+奧斯麥特頂吹吹煉爐工藝， 現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模為100 kt/a 陰極銅，企業(yè)效益持續(xù)不佳。目前，該公司正在開展125 kt/a 挖潛改造項(xiàng)目， 但按目前生產(chǎn)狀況難以根本扭轉(zhuǎn)困境。 銅冶煉工業(yè)是具有典型周期性規(guī)律的行業(yè)，本輪TC/RC(銅精礦加工費(fèi))高峰已過，TC/RC 開始下行，該冶煉廠將面臨更大的經(jīng)營壓力。

據(jù)了解，該公司經(jīng)營效益不佳的主要原因如下：1)生產(chǎn)100 kt/a 陰極銅屬于行業(yè)準(zhǔn)入條件的最低限規(guī)模，缺乏規(guī)模效應(yīng)；2)該冶煉廠地處內(nèi)陸地區(qū)，銅精礦大部分又來自于國外進(jìn)口，運(yùn)輸成本高；3)該冶煉廠的投資成本約為同類項(xiàng)目的2.5 倍， 且銀行貸款利息高；4)生產(chǎn)工藝未能達(dá)到預(yù)期的工藝指標(biāo)，未能實(shí)現(xiàn)連續(xù)煉銅，能耗較高；5)工藝溢散的煙氣較大，環(huán)集系統(tǒng)投資大，環(huán)保處理費(fèi)用高。

為了解決這些問題，一方面要加大產(chǎn)能，擴(kuò)大規(guī)模，以規(guī)模效應(yīng)彌補(bǔ)運(yùn)費(fèi)造成的成本劣勢，從而提高盈利能力；另一方面要選擇更加環(huán)保、高效、投資低的工藝方案，提高工藝的競爭力。中國瑞林從產(chǎn)能角度進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該廠原料來源可保證年產(chǎn)300 kt陰極銅規(guī)模，超過此規(guī)模原料可能會不足。 而在相同的工藝下，200 kt/a 陰極銅規(guī)模比300 kt/a 陰極銅規(guī)模噸銅投資高7%，噸銅加工成本高13%，噸銅利潤低近20%，故從規(guī)模效應(yīng)上看，此冶煉廠擴(kuò)產(chǎn)至300 kt/a 陰極銅規(guī)模較為合適。在結(jié)合國內(nèi)外銅冶煉技術(shù)最新發(fā)展?fàn)顩r與趨勢以及有關(guān)銅冶煉企業(yè)運(yùn)行情況，中國瑞林提出采用“側(cè)+頂”工藝與雙閃工藝兩種工藝方案進(jìn)行比較。在同樣的原料情況下，從工藝指標(biāo)、投資指標(biāo)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面進(jìn)行對比，分析研究兩種工藝方案在300 kt/a 陰極銅規(guī)模下的技術(shù)競爭力。為了盡可能保證對比的客觀性，兩種工藝選用的主工藝流程為側(cè)吹熔煉 (或閃速熔煉)→頂吹吹煉 (或閃速吹煉)→回轉(zhuǎn)式陽極爐→電解精煉→陽極泥處理→渣浮選;主要產(chǎn)品為陰極銅、硫酸、電金、電銀。

2 工藝指標(biāo)對比分析

年產(chǎn)300 kt 陰極銅規(guī)模時，“側(cè)+頂”工藝和雙閃工藝的工藝指標(biāo)、能耗指標(biāo)對比分別見圖1、圖2。

圖1 主要工藝指標(biāo)對比

由圖1 可知，兩工藝硫酸、電金、電銀產(chǎn)量比例基本一致，說明兩工藝的脫硫制酸率、金銀回收率等指標(biāo)均較為接近?！皞?cè)+頂”工藝熔煉爐渣鐵硅比可達(dá)2.0，而雙閃工藝的一般為1.4。 這是由于閃速熔煉爐熔池為相對靜態(tài)熔池， 渣鐵硅比過高容易導(dǎo)致渣黏度高，難以排放。而“側(cè)+頂”爐熔池?cái)噭觿×?，在渣黏度稍高的情況下仍可正常排放， 但是需嚴(yán)格控制泡沫渣的產(chǎn)生。因此，雙閃工藝熔煉階段除鐵需要配入更多的熔劑(石英石)，吹煉工段也需配入更多的熔劑(石英石和石灰石)造渣。 為便于更直觀地對比，棄渣量、石英砂用量、石英石用量這3 個指標(biāo)均折算為噸陰極銅消耗量，由圖中數(shù)值可見，“側(cè)+頂”工藝這幾個指標(biāo)較雙閃工藝更優(yōu)。

圖2 工藝能耗指標(biāo)對比

由圖2 可知，“側(cè)+頂”工藝和雙閃工藝兩種工藝的噸陽極銅、噸陰極銅能耗指標(biāo)均優(yōu)于國家先進(jìn)值，節(jié)能效果明顯。 其中，雙閃工藝因其熱強(qiáng)度大，能耗指標(biāo)較前者更低。

3 投資指標(biāo)對比分析

“側(cè)+頂”工藝和雙閃工藝不僅主工藝流程有所區(qū)別， 配套的公輔設(shè)施也因工藝的不同要求而有所不同。 年產(chǎn)300 kt 陰極銅規(guī)模下，建廠投資工程費(fèi)用對比見圖3。

圖3 年產(chǎn)300 kt 陰極銅規(guī)模下建廠投資工程費(fèi)用對比

由圖3 可知，備料系統(tǒng)、硫酸及公輔系統(tǒng)雙閃工藝的噸銅投資略微低于“側(cè)+頂”工藝，電解系統(tǒng)和陽極泥處理系統(tǒng)兩者的噸銅投資基本一致。然而，總工程費(fèi)用，雙閃工藝噸銅投資要高出“側(cè)+頂”工藝近5%。 這是由于熔煉、 吹煉及火法精煉系統(tǒng)中，“側(cè)+頂”工藝的噸銅投資額明顯低于雙閃工藝。雙閃工藝的銅精礦原料制備需要倉式配料、蒸汽干燥、氣流輸送、失重計(jì)量等工序；冰銅制備需要冰銅?；?、冰銅堆存、冰銅磨等工序。相比之下，“側(cè)+頂”工藝的側(cè)吹熔煉爐對入爐物料水分要求不高， 銅精礦只需簡單的抓斗上料及配料即可入爐； 側(cè)吹熔煉爐產(chǎn)出冰銅通過溜槽直接進(jìn)入頂吹吹煉爐而不需要復(fù)雜的冰銅預(yù)處理流程。 因此，“側(cè)+頂”工藝較雙閃工藝流程更短，工藝更簡單，更有利于降低前期資金投入風(fēng)險。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比分析

“側(cè)+頂”工藝和雙閃工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、內(nèi)部收益率(稅前)對比，見圖 4、圖 5。

圖4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

圖5 項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(稅前)

如圖 4、圖 5 所知:1)“側(cè)+頂”工藝陰極銅單位加工成本較雙閃工藝節(jié)約近10%。如前所述，前者比后者處理工序少，故具有一定的成本優(yōu)勢。而各工序的加工成本，也符合是如此，前者由于工序短、渣量小等特點(diǎn)，熔煉、渣選工序噸銅成本更低。2)“側(cè)+頂”工藝噸銅利潤總額較雙閃工藝高(約20%)。 這是由于前者具備前述的投資和加工成本優(yōu)勢， 故噸銅利潤較后者更高。3)兩方案均具有較好的盈利能力，“側(cè)+頂”工藝實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(稅前)較雙閃工藝高(約18%)，因此前者盈利能力更強(qiáng)。

綜上所述，兩種工藝的工藝指標(biāo)各有優(yōu)勢，從投資經(jīng)濟(jì)指標(biāo)看，“側(cè)+頂”工藝的優(yōu)勢更明顯，故在年產(chǎn)300 kt 陰極銅規(guī)模下，該廠擬選“側(cè)+頂”工藝方案。

5 結(jié)語

在西南某銅冶煉廠技改擴(kuò)建工藝方案對比研究中，在產(chǎn)能論證環(huán)節(jié)，得出了年產(chǎn)300 kt 陰極銅規(guī)模較符合技改要求的結(jié)論。在工藝方案的選擇上，從工藝指標(biāo)、投資指標(biāo)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)這三個方面系統(tǒng)對比了“側(cè)+頂”工藝與雙閃工藝，分析表明，兩種工藝均具有處理能力大、生產(chǎn)連續(xù)、無SO2低空污染等特點(diǎn)，工藝能耗指標(biāo)均明顯優(yōu)于國家先進(jìn)值。 但“側(cè)+頂”工藝由于其流程短、工藝簡單、原料適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在年產(chǎn)300 kt 陰極銅規(guī)模下，在投資成本、加工成本、 噸銅利潤及盈利能力方面均較雙閃工藝更具競爭力。 因此，本次西南某銅冶煉廠技改擴(kuò)建，推薦采用年產(chǎn)300 kt 陰極銅的“側(cè)+頂”工藝，可顯著提高工廠的競爭力。