有色冶炼行业低压蒸汽利用方案介绍及效益对比

(国投金城冶金有限责任公司，河南 灵宝 472533)

0 前言

某公司采用国内最先进的富氧底吹造锍捕金连吹工艺，将含硫的铜精矿和金精矿配比进行富氧底吹火法冶炼，回收提纯各种有价金属，使其达到工业产品标准。该技术不仅可回收传统黄金冶炼中的金、银、铜、硫4 种元素，还可以有效回收铂、钯、镍、硒、碲、砷、铅、锌等10 多种有价元素，金、银、铜的回收率大于98.5%。在充分吸收和融合现有同类企业所用工艺的优势基础上，某公司大胆创新，多项技术实现重大突破，装置自动化程度高且节能环保，尤其在环保方面采用多项前沿技术，基本满足国家环保标准，达到了环评批复的废弃物排放标准[1]，经济效益、环保效益和社会效益显著。

随着国家环保政策的收紧和循环经济的发展，有色冶炼行业实现废水处理零排放、建设节水型企业势在必行。一是可以充分回收各种资源，二是可以彻底根除废水的环境污染，充分实现废水的循环利用，提高废水的使用效率，实现企业效益最大化。因此，针对某公司的富余低压(0.6～0.7 MPa)蒸汽的使用情况和废水处理情况进行深入研究。

通过对比利用厂区富余低压蒸汽拖动1 MW 汽轮机代替硫酸循环水泵电机和将富余低压蒸汽用于废水处理两种方案的效益，阐述利用低压蒸汽处理废水的优势。利用富余低压蒸汽处理废水，一方面可以回收低压蒸汽的潜能和水资源，另一方面可以改善渣选系统现在的用水水质，提高渣选效益，同时实现废水按环评批复标准排放的目标。

1 富余低压蒸汽利用方案

1.1 低压蒸汽的生产情况

该公司火法熔炼系统正常运行时，余热锅炉每小时可生产48 t 压力为4.6 MPa 的中压蒸汽，该部分蒸汽经余热发电后产生低压蒸汽。此外，生产辅助系统硫酸车间余热锅炉每小时生产12 t 低压蒸汽。这两部分低压蒸汽会进行混合。该公司还建设有燃气工业锅炉房，每小时可生产20 t 额定压力为1.25 MPa 的低压蒸汽，用于满足熔炼系统停车时厂区电解精炼车间、阳极泥车间等生产系统运行对低压蒸汽的需求。

1.2 低压蒸汽的使用情况

根据项目初步设计和其他同行业的蒸汽产出情况，该公司技术人员在建厂初期判断，整个厂区用于生产系统的蒸汽不足。而投产后的三连炉工艺，在蒸汽产出方面显示了巨大的优势，火法熔炼系统产生的中压蒸汽经余热发电后生产的低压蒸汽与硫酸余热锅炉生产的低压蒸汽混合后，除满足生产外，还有大量富余，富余量约为30 t/h，出现“天上飘银的现象”，造成资源浪费。

为了避免低压蒸汽放空造成的浪费，应充分利用富余的低压蒸汽，实现企业利益最大化。目前厂区可行的富余低压蒸汽利用项目包括:

1)利用厂区富余低压蒸汽拖动1 MW 汽轮机代替硫酸循环水泵电机项目。该项目可达到省电节能的目的，所用工艺经典，成熟可靠。

2)利用低压蒸汽处理浓水项目。该项目采用十六效石墨蒸发浓缩技术，因为浓水为高氯废水，需选用特种非标石墨设备。十六效石墨蒸发浓缩技术虽然属于新技术，但目前在粘胶纤维行业使用广泛，已较为成熟。

2 富余低压蒸汽不同利用方案的经济效益对比

2.1 富余低压蒸汽不计价情况下的效益对比

2.1.1 富余低压蒸汽拖动1 MW 汽轮机代替硫酸循环水泵电机项目的效益计算

如果每小时消耗低压蒸汽10 t，蒸汽凝结产水率为80%，年生产日为330 d，该方案可产生蒸汽凝结水:10 ×24 ×330 ×0.8=63 360 t/a。

如果蒸汽凝结水单价按10 元/t 计，该方案可产生效益:63 360 ×10/10 000=63.36 万元/a。

汽轮机效率按70% 计，该方案可节省电能700 kWh左右，厂区峰谷平均电价为0.66 元/kWh，因此可节约:700 ×24 ×330 ×0.66/10 000=365.90万元/a。

因此，两者合计，该方案可产生利润429.26 万元/a，该利润未减除汽轮机设备折旧、投资财务费用、运营人员工资、运营维修等费用。

2.1.2 浓水处理项目效益计算

2.1.2.1 日处理500 t 浓水产生的利润

该公司的生产废水处理目前采用“三级硫化+三级中和+膜前预处理+膜处理”工艺。污水处理车间处理各种生产废水产生的反渗透水按软水回用至生产系统；为了达到环评批复的废水排放指标，浓水基本全部回用至渣选系统，导致渣选系统设备管道腐蚀结垢严重，生产指标与同行业相比，效果较差。

根据该公司运行以来的生产情况，十六效石墨蒸发浓缩设施日处理500 t 浓水即可有效解决为了达到环评批复排放要求而必须把浓水排向渣选系统的问题。

该方案实施后可明显改善渣选系统的用水水质。一方面，500 t 浓水经十六效石墨蒸发浓缩系统处理后，产生蒸汽凝结水，这部分水可代替部分脱盐水送往余热锅炉系统使用；另一方面，浓水经十六效石墨蒸发浓缩处理产生的蒸馏水可代替部分软水回用至软水系统；此外，浓水经十六效石墨蒸发浓缩处理产生的无用固体废渣可混入中和渣，送往填埋场处中。因此，渣选系统将不再使用生产废水，改用一次水。

渣选系统使用一次水可显著改善渣选系统的用水条件，便于调整缓冷渣的风冷时间和水冷时间，有利于缓冷渣中的有用矿物晶体颗粒长大，从而便于浮选[2]；同时渣选系统使用一次水可使缓冷渣更易通过一次水进行水碎变脆，便于碎矿和磨矿，降低渣选系统的碎矿费用和磨矿费用，提高渣选效益和显著改善渣缓冷渣包红心等问题；此外，相对现在使用生产浓水，使用一次水可有效解决渣缓冷系统和渣选系统管道的腐蚀和结垢问题[3-4]。

2.1.2.1.1 金、银、铜增收产生的利润

根据该公司实验结果，熔炼渣含铜量为4.35%，含金量为4.878 g/t，含银量为68.21 g/t。相较于使用浓水，渣选系统使用一次水后，铜回收率可由93.52% 提高至95.61%，金回收率可由91.84%提高至94.41%，银回收率可由91.47%提高至93.12%。

结合投产以来的生产实际情况，年入选熔炼渣约44 万t，因此，渣选系统使用一次水后，相较于使用浓水，每年可多回收的铜、金、银分别为:4.35% ×(95.61% -93.52%) ×440 000=400.03 t；4.878 ×(94.41% -91.84%) ×440 000=55 160.42 g；68.21 ×(93.12% -91.47%) ×440 000=495 204.60 g。

从缓冷渣至各种工业产品，折价系数按0.7 计算，铜价格按5 万元/t 计，金价按400 元/g 计，银价格按5 元/g 计，多回收的铜、金、银分别可增收:400.03×5 ×07=1 400.10 万元/a；55 160.42 ×400 ×0.7/10 000=1 544.48 万元/a；495 204.6 ×5 ×0.7/10 000=173.32 万元/a。

因此，渣选系统使用一次水后，每年铜、金、银合计可增收3 117.9 万元净利润。

2.1.2.1.2 软水产生的利润

根据一效石墨蒸发浓缩产水模拟实验水质检测结果，十六石墨效蒸发浓缩系统日处理500 t 浓水产生的蒸馏水可满足厂区软水使用要求，产水率按90%计，水价按5 元/t 计，可产生利润约:500 ×330 ×5 ×0.9/10 000=74.25 万元/a。

此外，采用十六效石墨蒸发浓缩系统利用现厂区富余低压蒸汽处理浓水，每吨浓水消耗0.23 t 蒸汽，低压蒸汽产生凝结水，产水率按80%计算，凝结水价格按10 元/t 计算，可产生利润约为:0.23 ×500 ×330 ×0.8 ×10/10 000=30.36 万元/a。

因此，上述效益合计，该方案共可产生3 222.51万元/a 利润。

2.1.2.2 十六效石墨蒸发浓缩系统日处理500 t 浓水的生产费用

渣选系统使用的一次水价格按2.65 元/t 计算，则用水成本约为:2.65 ×500 ×330/10 000=43.73万元/a。

十六效石墨蒸发浓缩系统日处理的500 t 浓水含盐量为2%，每日可产生10 t 含盐固体产物。该固体产物通过控制结晶工艺条件可析出元明粉和固体卤化物，元明粉以工业产品出售，固体卤化物则混入污水处理中和渣中送往填埋场处置。元明粉以工业产品出售产生的利润大致与固体卤化物的处理产生费用相抵销。

生产规模500 t/d 的十六效石墨蒸发浓缩系统需投资1 500 万元(含土建工程+设备制造及安装、调试、培训等费用)，年财务费用为150 万元，设备折旧费用为150 万元，人工工资为40 万元/a，运营维护保养费用为30 万元/a，电费为11 × 500 ×330=181.5 万元/a(电费单价按11 元/t 计算)。因此，十六效石墨蒸发浓缩系统运行费用为:43.73 +150 +150 +40 +30 +181.5=595.23 万元/a。

综上所述，十六效蒸发浓缩系统日处理500 t 浓水的收入项合计为3 222.51 万元/a；支出项合计为595.23 万元/a。收支相减，净收入为2 627.28 万元/a。

2.2 厂区富余低压蒸汽按100 元/t 计价情况下的效益对比

1)在富余低压蒸汽按100 元/t 计价情况下，利用厂区富余低压蒸汽拖动汽轮机代替硫酸循环水泵电机项目的效益为:429.26 -10 ×24 ×100 ×330/10 000=-362.74 万元/a。

度电成本为:10 ×100/700=1.43 元/kWh。

2) 在富余低压蒸汽按100 元/t 计价情况下，利用厂区富余低压蒸汽采用石墨十六效蒸发浓缩技术处理浓水项目效益为:2 627.28 -0.23 ×500 ×330 ×100/10 000=2 247.78 万元/a。

2.3 富余低压蒸汽使用天然气生产情况下的效益对比

天然气现行价格按3.5 元/m3计算，每吨蒸汽消耗70～80 m3天然气，因此蒸汽的生产成本约为250 元/t。

1)利用厂区富余低压蒸汽拖动汽轮机代替硫酸循环水泵电机项目效益为:429.26 -10 ×24 ×250 ×330/10 000=-1 550.74 万元/a。

度电成本为:10 ×250/700=3.57 元/kWh。

2)利用富余低压蒸汽采用十六效石墨蒸发浓缩技术处理浓水(高氯废水)项目效益为:2 627.28 -0.23 ×500 ×330 ×250/10 000=1 678.53 万元/a。

3 结论

通过上述效益计算、对比，可得到如下结论:

1)利用厂区富余低压蒸汽拖动汽轮机代替硫酸循环水泵电机项目几乎不产生经济效益、环保效益。在富余低压蒸汽不计价的情况下，最多可产生429.26 万元/a 经济效益；在富余低压蒸汽按100元/t 计价和低压蒸汽使用天然气生产的情况下，产生利润分别为-362.74 万元/a、-1 550.74 万元/a，度电成本为1.43 元/kWh 和3.57 元/kWh。

2)利用厂区富余低压蒸汽采用十六效石墨蒸发浓缩技术处理高氯浓水的项目产生显著的经济效益、环保效益。在富余低压蒸汽不计价、富余低压蒸汽按100 元/t 计价和低压蒸汽使用天然气生产的情况下，通过渣选效益的提高，该方案产生的利润分别为2 627.28 万元/a、2 247.78 万元/a、1 678.53 万元/a。在环保方面，废水可按环评批复要求排放；在设备使用方面，可有效减少渣选设备和管道腐蚀的结垢问题。显而易见，采用富余低压蒸汽处理厂区浓水，无论低压蒸汽成本如何计价核算，通过渣选系统效益的提高，都可产生可观的经济效益、环保效益。