銅陵有色集團公司硫鐵資源綜合利用再探討

盛葉彬

（銅陵有色金屬集團股份有限公司銅冠冶化分公司，安徽銅陵244001）

2003年底，銅陵有色金屬集團股份有限公司（以下簡稱“集團公司”）冬瓜山銅礦建成投產，隨后集團公司決定對以冬瓜山銅礦副產的硫精砂為主的硫鐵資源進行綜合利用，自行建設年處理量800 kt硫鐵礦的制酸裝置，并利用硫鐵礦焙燒產生的大量熱能發(fā)電，硫鐵礦燒渣用于生產氧化鐵球團，產量可達1 200 kt/a，實現對硫鐵資源循環(huán)綜合利用、最終“吃干榨盡”的目的。硫鐵資源綜合利用項目于2005年開始建設，2007年7月相繼投入試生產。投產以來，硫酸及球團項目為集團公司帶來了明顯的經濟效益，隨后利用硫鐵礦焙燒副產蒸汽作為熱源生產碳酸二甲酯等產品的項目也投入建設與運行。

十幾年來，豐富的硫鐵資源綜合利用為集團公司帶來了一定的經濟效益，但由于國家對安全和環(huán)保的要求日益嚴格、產業(yè)結構的不斷調整和市場要求不斷變化等原因，集團公司硫鐵資源綜合利用及產業(yè)發(fā)展增加了諸多制約因素。筆者對集團公司硫鐵資源綜合利用面臨的主要問題及原因進行了剖析，并對如何優(yōu)化調整產業(yè)結構、進一步綜合利用硫鐵資源進行了思考和探討。

1 硫鐵資源綜合利用面臨的問題

1.1 面臨的主要問題

多年一成不變的資源利用模式和產業(yè)結構，不但難以很好地適應市場需要，嚴重時甚至直接影響到冶化企業(yè)的生存與今后的發(fā)展。硫鐵資源綜合利用面臨的主要問題有：

1）全國冶煉煙氣制酸產量的不斷增長及硫酸市場的飽和，大大壓減了硫鐵資源綜合利用的效益空間。此外，硫酸市場需求的不均衡也增加了硫酸外銷的難度和硫酸銷售鏈的脆弱性。

2）冶金及化工行業(yè)日益嚴格的安全及環(huán)保要求，一定程度上限制和壓縮了硫鐵資源綜合利用的空間和效益，特別是2018年底安徽省《關于全面打造水清岸綠產業(yè)優(yōu)美麗長江（安徽）經濟帶的實施意見》的實施，對冶化企業(yè)的改造和新建項目的發(fā)展提出了更高要求。

3）硫鐵礦燒渣直接用于生產球團，由于其含鐵品位偏低，作為原料配比較低，只能少量使用，未能最大限度地得到利用，未實現對硫鐵資源循環(huán)綜合利用至“吃干榨盡”的目標。

1.2 原因分析

近年來，國內硫酸的市場需求趨于飽和，尤其是安徽銅陵地區(qū)硫酸產量逐年增長，是導致集團公司硫酸銷售難度增大的原因之一。我國的絕大部分硫酸用于生產化肥，隨著化肥特別是磷復肥市場的飽和，2016年我國硫酸總消費水平已經平穩(wěn)，至2018年我國硫酸產能過剩已達30%，而此后我國硫酸生產特別是冶煉煙氣制酸產能，仍處于逐年增加之勢。據中國硫酸工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2018—2023年，我國將新建硫酸產能29 680 kt/a，其中冶煉煙氣制酸新增產能為21 900 kt/a[1]。大量硫酸產能的增加，對本已飽和的硫酸市場來說無疑是雪上加霜。

集團公司一直將硫鐵資源主要用于生產硫酸和球團，基本無相應的延伸產品。而硫酸和球團是化工及冶金行業(yè)的基礎原料，近年來由于硫酸市場的飽和及鋼鐵行業(yè)對原料需求的靈活性，大大降低了對硫酸和球團的依賴，無形中減少了這兩種產品的附加值，限制或壓縮了硫鐵資源綜合利用的盈利空間。

此外，由于冬瓜山銅礦副產的硫精砂成分較復雜，物理和化學性質較為特殊，例如粒度很小、磁硫鐵礦含量高、硫鐵礦燒渣中三氧化二鐵居多，致使硫鐵礦燒渣含鐵品位多年來一直處于偏低狀態(tài)，且波動幅度較大。近年來，硫鐵礦燒渣含鐵品位高時w(Fe)可達60%，偏低時不足54%。硫鐵礦燒渣含鐵品位偏低，致使直接利用燒渣生產球團的配比率大大降低，嚴重時配比率不足20%，剩余的燒渣只能作其他處理，因而未能實現對硫鐵資源循環(huán)綜合利用的目的。

2 硫鐵資源綜合利用建議

2.1 轉變二氧化硫的利用方式

將硫鐵礦焙燒產生的二氧化硫用于生產硫酸轉變?yōu)橹苯由a其他化工產品，減少硫酸生產量，降低硫酸銷售風險。集團公司采用國內外傳統(tǒng)的硫資源利用方式，將硫資源全部用于生產硫酸外售，隨著硫酸市場的飽和，硫酸產品出現滯銷，集團公司的經濟效益有時甚至出現負增長。因此，硫資源傳統(tǒng)的利用方式越來越受到制約，集團公司發(fā)展硫酸替代產品勢在必行。

將二氧化硫轉變?yōu)榱蛩崽娲a品有很多途徑或方法，筆者結合集團公司的生產實際，提出如下建議：

1）將銅冠冶化其中一套400 kt/a制酸裝置焙燒產生的二氧化硫，不經轉化而直接用于生產無水亞硫酸鈉和焦亞硫酸鈉。該制酸裝置經改造后，不再生產濃硫酸，不僅可以緩解硫酸銷售的壓力，還可將銅冠冶化及金冠銅業(yè)鈉堿法脫硫的廢水回收利用生產無水亞硫酸鈉，實現硫資源綜合回收，具有明顯的環(huán)保效益和經濟效益。此外，二氧化硫煙氣不經轉化直接生產無水亞硫酸鈉等產品，不僅從源頭大大減少了廢水排放量和廢催化劑的產生量，也可進一步降低污水處理后外排水的硬度，為實現污水的回收利用提供支撐。

2）利用二氧化硫氣體生產液體二氧化硫，以減少硫酸產量。將銅冠冶化生產球團的尾氣不再制取硫酸，而是采用有機胺脫硫技術，經有機胺吸附和解吸制取二氧化硫氣體生產液體二氧化硫。該二氧化硫氣體具有純度高的特點，是制取液體二氧化硫的理想原料，僅需對其進行預洗滌、干燥、壓縮、冷凝即可制取液體二氧化硫。相對于同行業(yè)其他生產液體二氧化硫的工藝，此法減少了“制取高濃度二氧化硫氣體”的步驟，具有一定的優(yōu)越性。

2.2 提高硫鐵礦燒渣利用率

集團公司硫鐵礦焙燒副產燒渣用于生產球團，鑒于燒渣品位偏低且波動較大，難以全部利用，每年均外銷部分鐵含量較低的燒渣，因而硫鐵資源的綜合利用效率未能充分體現。為提高硫鐵資源的利用率，筆者提出如下建議：

1）從原料硫鐵礦提質方面考慮，提高硫精砂的硫鐵品位可提高燒渣的含鐵品位，使燒渣盡可能多地用于生產球團。若焙燒入爐原料硫精砂的w(S)由約30%提高至34.5%，w(Fe)由約48.5%提高至52.5%，焙燒后燒渣的w(Fe)可超過61.5%。但該措施會降低選礦回收率，對礦山綜合效益產生一定的影響，需要多方面綜合考慮。

2）根據冬瓜山銅礦實際，在焙燒熱量基本滿足的前提下，多使用低硫高鐵精礦進行焙燒，必要時可摻補少許硫黃以維持焙燒熱量的需要。

2.3 增加硫酸及球團生產的附加值

近年來，隨著國家“化肥使用量零增長”、磷復肥出口限制及環(huán)保政策趨緊的影響，國內化肥用酸量增長緩慢，而工業(yè)用酸處于一個較快增長期，其中鈦白粉、飼料級磷酸鈣、己內酰胺、粘膠纖維等生產約占工業(yè)用酸量的77%。己內酰胺由于下游市場PA6纖維和PA6工程塑料需求的強力支撐，近兩年其產能快速擴張，預計配套的硫酸產能將達到7 500 kt/a[2]。

己內酰胺生產需要發(fā)煙硫酸，集團公司生產的硫酸主要是w(H2SO4)98%工業(yè)硫酸，產品附加值不高，因此筆者建議集團公司適量增加發(fā)煙硫酸產品的生產。此外，電子級、食品級等精制硫酸也可適當開發(fā)或加大生產規(guī)模。多渠道開發(fā)和生產，有利于拓寬銷售市場。

目前集團公司生產的球團大多是用于鋼鐵企業(yè)生產的普通原料，產品附加值難以提升，生產經營所產生的效益主要體現在燒渣的配用上。要提高球團生產的附加值，除了提高硫鐵礦燒渣含鐵品位和球團生產摻燒燒渣的比例外，還要根據市場需要大力開發(fā)特種球團的生產。雖然近些年集團公司已在此方面做了不少努力，但還需進一步結合生產實際情況，繼續(xù)拓展特種球團如低銅、低鈦球團的生產與銷售工作。

3 項目開發(fā)實施的可行性分析

3.1 技術可行性分析

利用二氧化硫生產無水亞硫酸鈉和焦亞硫酸鈉的工藝技術成熟可靠，而且在生產環(huán)保與安全方面具有積極的促進作用，主要表現在：①可減少煙氣中二氧化硫、硫酸霧等污染物的排放，減少危險固體廢物釩催化劑、廢水廢渣的產生量，有利于環(huán)境保護；②w(H2SO4)98%的硫酸為危險化學品，具有強腐蝕性和氧化性，而無水亞硫酸鈉及焦亞硫酸鈉為腐蝕性及氧化性相對較弱的固體，在生產、儲存及運輸過程中存在的安全隱患相對要少得多。

3.2 市場需求分析

無水亞硫酸鈉和焦亞硫酸鈉屬于基礎化工原料，應用廣泛。無水亞硫酸鈉主要用作污水處理劑、印染工業(yè)的除氧劑和漂白液、化工行業(yè)中的氧化劑和磺化劑，以及造紙行業(yè)木質纖維素脫除劑等。焦亞硫酸鈉主要用于食品加工、橡膠、制革等工業(yè)，使用量大。

二氧化硫主要用作人造纖維、染料、合成洗滌劑等有機合成工業(yè)的原料，還可以用作冷凍劑、防腐劑等。為了便于運輸和儲存，一般將二氧化硫以液體形式供應給用戶。近年來，隨著市場對二氧化硫需求量的不斷增長，我國液體二氧化硫的產量和消費量都穩(wěn)步增長，雖說市場也將處于飽和狀態(tài)，但同生產發(fā)煙硫酸、精制硫酸類似，集團公司利用球團尾氣生產液體二氧化硫的產量只有30 kt/a，由于不是大規(guī)模生產，不會對市場形成較大壓力。

3.3 存在的主要問題或難點

區(qū)域位置制約了硫酸延伸產品的開發(fā)與銷售。作為硫酸使用大戶的化肥生產企業(yè)及己內酰胺和粘膠纖維的生產企業(yè)主要分布在湖北、福建、江蘇、浙江、山東及云南等省份，對于集團公司來說，無論是工業(yè)硫酸，還是發(fā)煙硫酸或精制硫酸，都存在銷售半徑大的問題，在某種程度上增加了硫酸及延伸產品的銷售難度。如發(fā)煙硫酸，其用量大戶是己內酰胺及粘膠纖維的生產，目前在我國較大規(guī)模的己內酰胺生產企業(yè)主要分布在福建、江蘇、浙江及山東等省份，大量發(fā)煙硫酸外銷增加了銷售環(huán)節(jié)中的成本及安全風險。

此外，國家日趨嚴格的環(huán)保政策也制約了新改建項目的建設。2018年底安徽省發(fā)布的《關于全面打造水清岸綠產業(yè)優(yōu)美麗長江（安徽）經濟帶的實施意見》規(guī)定，嚴禁1 km范圍內新建化工、冶金項目，嚴控5 km范圍內新建重化工、重污染項目，嚴管15 km范圍內新建項目，這就要求集團公司需要在現有基礎上通過改造進行升級與優(yōu)化，以滿足政策的要求。

4 結語

由于國家對安全環(huán)保的要求日益嚴格，以及硫鐵資源利用工藝技術及產品市場要求不斷變化等原因，集團公司硫鐵資源綜合利用及產業(yè)發(fā)展已逐漸顯露出一些問題，因此優(yōu)化調整集團公司硫鐵資源的綜合利用是非常必要的。結合市場需要，通過優(yōu)化資源，合理發(fā)展延伸產品，可進一步促進集團公司硫鐵資源綜合利用可持續(xù)性發(fā)展，并盡可能實現其效益最大化。