有色金屬冶煉與磷化工的“聯(lián)姻”之路

張 宇，周桂月，蔡 旺

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙410014）

近年來(lái)我國(guó)有色冶煉企業(yè)硫酸庫(kù)存壓力普遍較大，特別是銅冶煉企業(yè)，平均1 t精煉銅副產(chǎn)硫酸約4 t，遠(yuǎn)高于同等規(guī)模鉛鋅冶煉等有色冶煉企業(yè)，因此銅冶煉企業(yè)硫酸庫(kù)存壓力更大。當(dāng)前國(guó)內(nèi)硫酸產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，硫酸價(jià)格較低，這不僅嚴(yán)重?cái)D壓了有色冶煉企業(yè)的盈利能力，也成為有色冶煉企業(yè)是否減產(chǎn)的考慮因素之一。

2019年12月26日，中國(guó)銅原料談判小組CSPT在福州召開(kāi)會(huì)議，共同商議2020年銅冶煉企業(yè)減產(chǎn)計(jì)劃，希望可以緩解國(guó)內(nèi)硫酸庫(kù)存壓力和銅冶煉企業(yè)運(yùn)營(yíng)壓力，這意味著硫酸銷售難導(dǎo)致的脹庫(kù)問(wèn)題已經(jīng)成為限制銅冶煉發(fā)展的重要因素。

自2020年初新冠肺炎疫情爆發(fā)以來(lái)，國(guó)內(nèi)冶煉廠硫酸脹庫(kù)問(wèn)題進(jìn)一步凸顯。疫情中心湖北省是其自身及周邊省份如河南、安徽、江西冶煉酸的消費(fèi)大省，隨著湖北地區(qū)對(duì)于冶煉酸消費(fèi)的缺失，周邊各地冶煉企業(yè)不得不擴(kuò)大硫酸銷售和運(yùn)輸半徑，以尋求新的下游市場(chǎng)，這對(duì)于國(guó)內(nèi)本就嚴(yán)重過(guò)剩的硫酸市場(chǎng)無(wú)疑是雪上加霜，部分硫酸存儲(chǔ)能力較小的中小型冶煉企業(yè)短期內(nèi)已經(jīng)率先采取減產(chǎn)措施以應(yīng)對(duì)此次疫情的沖擊。

在此大背景下，未來(lái)國(guó)內(nèi)新建大型銅冶煉廠在規(guī)劃之初就必須解決好副產(chǎn)硫酸的去向問(wèn)題，與磷化工緊密結(jié)合實(shí)現(xiàn)硫酸的自產(chǎn)自銷不失為一個(gè)優(yōu)選思路。

1 銅冶煉概況

1.1 國(guó)內(nèi)銅冶煉產(chǎn)量

中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的精煉銅生產(chǎn)國(guó)和銅消費(fèi)國(guó)，未來(lái)對(duì)于銅的需求量仍將維持穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2020—2021年中國(guó)預(yù)計(jì)新增精煉銅產(chǎn)能600～800 kt/a[1]。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)精煉銅產(chǎn)量為9.784 Mt，同比增長(zhǎng)約8.4%；2020年精煉銅產(chǎn)量為10.03 Mt，同比增長(zhǎng)約2.5%，首次突破千萬(wàn)噸。2015—2020年國(guó)內(nèi)精煉銅產(chǎn)量見(jiàn)圖1。

圖1 2015—2020年國(guó)內(nèi)精煉銅產(chǎn)量

1.2 國(guó)內(nèi)主要銅冶煉企業(yè)

目前國(guó)內(nèi)銅冶煉企業(yè)數(shù)量超過(guò)100家，產(chǎn)能100 kt/a及以上的銅冶煉企業(yè)數(shù)量已達(dá)40家左右。銅陵有色、江西銅業(yè)、云南銅業(yè)和金川集團(tuán)4家企業(yè)精煉銅產(chǎn)能均已突破1 Mt/a規(guī)模，在國(guó)內(nèi)形成了一定的產(chǎn)業(yè)集中度。此外，紫金礦業(yè)、大冶有色和南國(guó)銅業(yè)等冶煉企業(yè)也都計(jì)劃未來(lái)將銅冶煉產(chǎn)能提高到1 Mt/a以形成規(guī)模優(yōu)勢(shì)。

1.3 國(guó)內(nèi)銅冶煉產(chǎn)業(yè)布局

國(guó)內(nèi)銅冶煉企業(yè)主要分布于全國(guó)20個(gè)省份。2020年山東省精煉銅產(chǎn)能位居全國(guó)第一，達(dá)到1.45 Mt/a，但產(chǎn)能利用率不高。江西省和安徽省精煉銅產(chǎn)能分列第二和第三名，均超過(guò)1 Mt/a，2020年國(guó)內(nèi)主要省份精煉銅產(chǎn)能占比見(jiàn)圖2。

2 硫酸概況

2.1 國(guó)內(nèi)硫酸生產(chǎn)情況

我國(guó)硫酸行業(yè)按原料劃分主要有硫磺制酸、冶煉煙氣制酸和硫鐵礦制酸，其中硫磺制酸仍占據(jù)主導(dǎo)地位，約為總產(chǎn)能的45%，冶煉煙氣制酸產(chǎn)量逐年增量明顯，約為總產(chǎn)能的37%，硫鐵礦制酸產(chǎn)量占比最小，約為總產(chǎn)能的17%。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年我國(guó)硫酸產(chǎn)量為89 357 kt，同比下降約7.7%，2020年我國(guó)硫酸產(chǎn)量為83 326 kt，同比下降約6.75%。硫酸行業(yè)整體運(yùn)行比較艱難，2015—2020年國(guó)內(nèi)硫酸產(chǎn)量見(jiàn)圖3。

圖2 2020年國(guó)內(nèi)主要省份精煉銅產(chǎn)能占比

圖3 2015—2020年國(guó)內(nèi)硫酸產(chǎn)量

近年來(lái)國(guó)內(nèi)硫酸落后產(chǎn)能淘汰進(jìn)度逐漸加快，但由于冶煉行業(yè)的加速發(fā)展，冶煉煙氣制酸產(chǎn)能仍在不斷增加。未來(lái)5年內(nèi)，中國(guó)預(yù)計(jì)有超過(guò)20 Mt/a冶煉酸產(chǎn)能投產(chǎn)。但是，我國(guó)硫酸下游市場(chǎng)基本達(dá)到飽和，需求量已進(jìn)入平穩(wěn)期。新建硫酸產(chǎn)能的逐步釋放，將加大我國(guó)硫酸行業(yè)的產(chǎn)能過(guò)剩壓力，硫酸的銷售將變得更加困難[2-3]。2019年12月底，全國(guó)w(H2SO4)98%硫酸均價(jià)為150元/t，同比下降56.5%，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)負(fù)價(jià)，企業(yè)為了緩解硫酸庫(kù)存壓力，不得不貼錢出貨?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)我國(guó)硫酸企業(yè)面臨的市場(chǎng)形勢(shì)將會(huì)更加嚴(yán)峻。

2.2 國(guó)內(nèi)主要硫酸生產(chǎn)企業(yè)

我國(guó)大型硫酸生產(chǎn)企業(yè)主要有兩類：第一類是配套下游耗酸裝置的企業(yè)，以磷肥和鈦白粉企業(yè)為主，絕大部分是硫磺制酸；另一類是未配套下游耗酸裝置的企業(yè)，以冶煉企業(yè)為主。第一類企業(yè)由于硫酸裝置本就是為下游裝置而設(shè)，只要下游產(chǎn)品市場(chǎng)不出現(xiàn)問(wèn)題，硫酸銷售自然也就能保持穩(wěn)定。第二類企業(yè)由于價(jià)格和運(yùn)輸?shù)认拗?，市?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈。尤其是2020年初爆發(fā)新冠肺炎疫情以后，很多企業(yè)直接停產(chǎn)，離需求地較遠(yuǎn)的企業(yè)如甘肅、河南等地，受到的沖擊更大。在全球經(jīng)濟(jì)受疫情影響處于低迷狀態(tài)時(shí)，硫酸作為基礎(chǔ)的化學(xué)工業(yè)品由于需求下降承壓巨大，對(duì)于本來(lái)就產(chǎn)能過(guò)剩的冶煉酸企業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是雪上加霜，短期內(nèi)唯有對(duì)銅冶煉減產(chǎn)以應(yīng)對(duì)艱難的局面。

2.3 國(guó)內(nèi)硫酸產(chǎn)業(yè)布局

我國(guó)硫酸產(chǎn)業(yè)主要分布于云南、貴州、四川和湖北4個(gè)產(chǎn)磷大省，僅西南和華東地區(qū)就集中了我國(guó)超過(guò)56%的硫酸產(chǎn)量，2020年國(guó)內(nèi)各地區(qū)硫酸產(chǎn)量分布見(jiàn)圖4。

圖4 2020年國(guó)內(nèi)各地區(qū)硫酸產(chǎn)量分布

國(guó)內(nèi)冶煉酸分布相對(duì)較為分散[4]。近年來(lái)，沿海地區(qū)冶煉企業(yè)不斷增加，如中鋁東南銅業(yè)有限公司400 kt/a銅冶煉項(xiàng)目便是沿海布局的重大戰(zhàn)略性項(xiàng)目，這說(shuō)明冶煉酸有往沿海地區(qū)轉(zhuǎn)移并增加出口的趨勢(shì)，以減輕國(guó)內(nèi)硫酸產(chǎn)能過(guò)剩的壓力。

3 磷化工概況

我國(guó)磷化工企業(yè)主要集中在磷礦資源豐富的云南、湖北、貴州和四川4省，其中貴州磷化集團(tuán)有限責(zé)任公司（2019年由甕福集團(tuán)和開(kāi)磷集團(tuán)整合重組）和云南云天化集團(tuán)有限公司穩(wěn)居我國(guó)濕法磷酸產(chǎn)量前2名。

磷化工行業(yè)主要包括磷肥和磷酸鹽2個(gè)子行業(yè)，自2016年“化肥零增長(zhǎng)”要求的提出，給化肥需求設(shè)置了“天花板”，我國(guó)磷肥產(chǎn)能開(kāi)始呈下降趨勢(shì)[5]?！懂a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本）》中明確指出磷銨生產(chǎn)裝置為限制類，進(jìn)一步限制了我國(guó)磷肥行業(yè)的發(fā)展，單獨(dú)新建磷銨裝置將非常困難，因此未來(lái)我國(guó)磷化工發(fā)展方向應(yīng)主要圍繞精細(xì)磷酸鹽展開(kāi)。

精細(xì)磷酸鹽需要使用工業(yè)磷酸作為原料生產(chǎn)，而目前工業(yè)磷酸生產(chǎn)工藝又分熱法和濕法。熱法磷酸以黃磷為原料制取，濕法凈化磷酸以磷礦石和無(wú)機(jī)酸（大部分是硫酸）為原料先制得濕法磷酸，再經(jīng)過(guò)一系列凈化精制過(guò)程制取。由于熱法磷酸耗能高、污染重，濕法凈化磷酸具有更明顯的成本優(yōu)勢(shì)，所以國(guó)外主要以濕法凈化磷酸為主，且占比逐年增大。2005年全球濕法凈化磷酸產(chǎn)量已經(jīng)占到工業(yè)磷酸總產(chǎn)量的80%，2009年美國(guó)工業(yè)磷酸中濕法凈化磷酸占比已達(dá)到100%[6]。我國(guó)濕法凈化磷酸技術(shù)起步較晚，2007年以前產(chǎn)能幾乎為零，發(fā)展至今也僅占工業(yè)磷酸總產(chǎn)能的30%左右，遠(yuǎn)低于國(guó)外水平，這說(shuō)明我國(guó)濕法凈化磷酸還有較大的發(fā)展空間。

4 銅冶煉與磷化工優(yōu)勢(shì)結(jié)合

濕法磷酸作為磷化工的前端產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝過(guò)程需要消耗大量的硫酸?，F(xiàn)階段我國(guó)大部分磷化工企業(yè)都是配套硫磺制酸裝置以供給硫酸原料。通常來(lái)說(shuō)，100 kt/a濕法凈化磷酸裝置需要配套建設(shè)約300 kt/a濕法磷酸和相應(yīng)規(guī)模磷肥裝置，而300 kt/a濕法磷酸裝置又需要配套建設(shè)800 kt/a左右的硫磺制酸裝置，硫酸消耗量十分巨大。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)新建了許多大規(guī)模的銅冶煉廠，而1 t精煉銅可副產(chǎn)約4 t硫酸。如廣西南國(guó)銅業(yè)一期300 kt/a陰極銅冶煉項(xiàng)目副產(chǎn)硫酸1.2 Mt/a，赤峰云銅400 kt/a陰極銅項(xiàng)目副產(chǎn)硫酸1.7 Mt/a，中鋁東南銅400 kt/a銅冶煉副產(chǎn)硫酸1.5 Mt/a。銅冶煉的快速擴(kuò)張給本就嚴(yán)重過(guò)剩的硫酸市場(chǎng)帶來(lái)了巨大沖擊，如不解決好冶煉酸的去向問(wèn)題，勢(shì)必會(huì)制約銅冶煉的發(fā)展。

因此，可以在銅冶煉和磷化工發(fā)展重合或相近的地區(qū)，如云南、湖北、江西、安徽和廣西等地，將硫酸作為銅冶煉與磷化工結(jié)合的紐帶，既能為銅冶煉企業(yè)消耗副產(chǎn)冶煉酸庫(kù)存，緩解銷售壓力，又能為磷化工提供原料保障。此外，磷化工所需要的蒸汽資源也可以考慮由銅冶煉及制酸裝置余熱蒸汽供給，充分發(fā)揮各自的資源優(yōu)勢(shì)。

5 銅冶煉配套磷化工案例

5.1 紫金銅業(yè)-甕福紫金模式

甕福紫金項(xiàng)目是紫金銅業(yè)有限公司300 kt/a銅冶煉的配套磷化工項(xiàng)目，以甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司的磷精礦資源為原料生產(chǎn)300 kt/a濕法磷酸。直接利用管道輸送紫金銅業(yè)有限公司的副產(chǎn)硫酸約800 kt/a，不僅極大緩解了硫酸的銷售壓力，也降低了硫酸的運(yùn)輸成本。同時(shí)，甕福紫金化工股份有限公司還產(chǎn)出100 kt/a濕法凈化磷酸和400 kt/a磷酸二銨等下游產(chǎn)品，形成了以銅冶煉和硫、磷化工等相配套的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)了銅冶煉和磷化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益最大化。

5.2 廣西南國(guó)銅業(yè)-貴州川恒化工模式

貴州川恒化工股份有限公司與廣西南國(guó)銅業(yè)有限責(zé)任公司合資成立廣西鵬越生態(tài)科技有限公司，依托廣西南國(guó)銅業(yè)有限責(zé)任公司銅冶煉項(xiàng)目的副產(chǎn)硫酸及蒸汽熱能資源，為廣西鵬越生態(tài)科技有限公司的濕法磷酸、凈化磷酸、飼料級(jí)磷酸二氫鈣等磷化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供原料和能源保障。雙方建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，此舉不僅有利于貴州川恒化工股份有限公司防范硫酸、硫磺價(jià)格上漲風(fēng)險(xiǎn)，保障原料供應(yīng)，也有利于廣西南國(guó)銅業(yè)有限責(zé)任公司硫酸的銷售暢通，為以后百萬(wàn)噸級(jí)銅冶煉項(xiàng)目建設(shè)做好鋪墊。雙方充分發(fā)揮了各自的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和資源優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)互利共贏。

6 結(jié)語(yǔ)

硫酸作為最基礎(chǔ)的化學(xué)工業(yè)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用，但是其嚴(yán)重過(guò)剩的市場(chǎng)局面又會(huì)制約有色冶煉行業(yè)的發(fā)展。在未來(lái)的有色冶煉規(guī)劃之初，如能充分協(xié)調(diào)好有色金屬礦和磷礦資源以及終端產(chǎn)品的消費(fèi)市場(chǎng)，就近配套建設(shè)相應(yīng)規(guī)模的磷化工項(xiàng)目，不僅能較好地緩解硫酸的銷售壓力，降低相關(guān)原料和產(chǎn)品的運(yùn)輸成本，還能利用其低壓蒸汽資源為磷化工提供能源支持，充分發(fā)揮各自資源和能源的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。