西南某铜冶炼厂技改扩建工艺方案对比研究

熊家强，刘 旸

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌330038）

随着近年来铜冶炼技术的高速发展， 能够实现大型化、连续化、清洁化的冶炼技术得到了大规模应用。 富氧侧吹+多喷枪顶吹连续炼铜工艺(以下简称“侧+顶”工艺)与闪速熔炼+闪速吹炼工艺(以下简称双闪工艺)，因其具有规模化效应及环保优势，已成为铜冶炼发展的主流方向， 是近十年最具先进性和代表性的铜冶炼工艺典范。

“侧+顶”工艺是我国自主开发的连续炼铜技术。侧吹熔炼过程中， 高浓度的富氧空气通过炉体侧部的风口吹入炉渣层进行强氧化反应。 熔炼产生出高品位的冰铜通过溜槽流入顶吹吹炼炉。 顶吹吹炼技术采用多喷枪将富氧空气送入炉内熔体中发生吹炼反应，吹炼形成的粗铜沉入炉体下部通过虹吸口连续放出，再通过溜槽流入阳极铜中进一步精炼。 该工艺熔炼强度高，单位生产能力大，单炉最大年产能已达到300 kt 粗铜[1-2]。 且该熔炼技术原料适应性强，不需要进行原料预处理。熔炼、吹炼和精炼工艺均通过溜槽连接，避免了含硫烟气无组织排放及吊车倒运的安全问题。目前，该工艺已成功应用于中国瑞林工程技术股份有限公司(以下简称“中国瑞林”)设计的南国冶炼厂、赤峰云铜冶炼厂、刚果（金）卢阿拉巴冶炼厂等新建冶炼厂，总产能已接近1 000 kt/a 阴极铜。

双闪工艺最早应用于美国肯尼科特冶炼厂，已投产近30 年，引入国内也已应用10 余年。该工艺的技术原理属于悬浮熔炼， 铜精矿或铜锍从炉顶喷嘴通过反应塔落入沉淀池， 在反应塔下落的空中完成杂质的氧化反应。 该工艺的主要优势在于冶炼强度大、无SO2低空污染问题、SO2烟气浓度高、炉体寿命长、作业率高等[3-6]。该工艺在中国瑞林设计的铜陵金冠冶炼厂、中铝东南铜业冶炼厂、祥光冶炼厂等多处得到应用，且总产能已超过1 500 kt/a 阴极铜。

本文通过西南某铜冶炼厂技改扩建工艺方案对比研究， 分析以上两个工艺在此冶炼厂技改扩建的竞争力， 以期为类似铜冶炼项目冶炼工艺的选择提供参考。需要强调的是，本文中的相关数据仅立足于该厂的技改扩建，不同地区、不同工厂可能会存在数据差异。

1 西南某厂技改扩建规模及工艺方案

西南某厂投产于2012 年，采用奥斯麦特顶吹熔炼炉+奥斯麦特顶吹吹炼炉工艺， 现有生产规模为100 kt/a 阴极铜，企业效益持续不佳。目前，该公司正在开展125 kt/a 挖潜改造项目， 但按目前生产状况难以根本扭转困境。 铜冶炼工业是具有典型周期性规律的行业，本轮TC/RC(铜精矿加工费)高峰已过，TC/RC 开始下行，该冶炼厂将面临更大的经营压力。

据了解，该公司经营效益不佳的主要原因如下：1)生产100 kt/a 阴极铜属于行业准入条件的最低限规模，缺乏规模效应；2)该冶炼厂地处内陆地区，铜精矿大部分又来自于国外进口，运输成本高；3)该冶炼厂的投资成本约为同类项目的2.5 倍， 且银行贷款利息高；4)生产工艺未能达到预期的工艺指标，未能实现连续炼铜，能耗较高；5)工艺溢散的烟气较大，环集系统投资大，环保处理费用高。

为了解决这些问题，一方面要加大产能，扩大规模，以规模效应弥补运费造成的成本劣势，从而提高盈利能力；另一方面要选择更加环保、高效、投资低的工艺方案，提高工艺的竞争力。中国瑞林从产能角度进行了研究，发现该厂原料来源可保证年产300 kt阴极铜规模，超过此规模原料可能会不足。 而在相同的工艺下，200 kt/a 阴极铜规模比300 kt/a 阴极铜规模吨铜投资高7%，吨铜加工成本高13%，吨铜利润低近20%，故从规模效应上看，此冶炼厂扩产至300 kt/a 阴极铜规模较为合适。在结合国内外铜冶炼技术最新发展状况与趋势以及有关铜冶炼企业运行情况，中国瑞林提出采用“侧+顶”工艺与双闪工艺两种工艺方案进行比较。在同样的原料情况下，从工艺指标、投资指标及技术经济指标等方面进行对比，分析研究两种工艺方案在300 kt/a 阴极铜规模下的技术竞争力。为了尽可能保证对比的客观性，两种工艺选用的主工艺流程为侧吹熔炼 (或闪速熔炼)→顶吹吹炼 (或闪速吹炼)→回转式阳极炉→电解精炼→阳极泥处理→渣浮选;主要产品为阴极铜、硫酸、电金、电银。

2 工艺指标对比分析

年产300 kt 阴极铜规模时，“侧+顶”工艺和双闪工艺的工艺指标、能耗指标对比分别见图1、图2。

图1 主要工艺指标对比

由图1 可知，两工艺硫酸、电金、电银产量比例基本一致，说明两工艺的脱硫制酸率、金银回收率等指标均较为接近。“侧+顶”工艺熔炼炉渣铁硅比可达2.0，而双闪工艺的一般为1.4。 这是由于闪速熔炼炉熔池为相对静态熔池， 渣铁硅比过高容易导致渣黏度高，难以排放。而“侧+顶”炉熔池搅动剧烈，在渣黏度稍高的情况下仍可正常排放， 但是需严格控制泡沫渣的产生。因此，双闪工艺熔炼阶段除铁需要配入更多的熔剂(石英石)，吹炼工段也需配入更多的熔剂(石英石和石灰石)造渣。 为便于更直观地对比，弃渣量、石英砂用量、石英石用量这3 个指标均折算为吨阴极铜消耗量，由图中数值可见，“侧+顶”工艺这几个指标较双闪工艺更优。

图2 工艺能耗指标对比

由图2 可知，“侧+顶”工艺和双闪工艺两种工艺的吨阳极铜、吨阴极铜能耗指标均优于国家先进值，节能效果明显。 其中，双闪工艺因其热强度大，能耗指标较前者更低。

3 投资指标对比分析

“侧+顶”工艺和双闪工艺不仅主工艺流程有所区别， 配套的公辅设施也因工艺的不同要求而有所不同。 年产300 kt 阴极铜规模下，建厂投资工程费用对比见图3。

图3 年产300 kt 阴极铜规模下建厂投资工程费用对比

由图3 可知，备料系统、硫酸及公辅系统双闪工艺的吨铜投资略微低于“侧+顶”工艺，电解系统和阳极泥处理系统两者的吨铜投资基本一致。然而，总工程费用，双闪工艺吨铜投资要高出“侧+顶”工艺近5%。 这是由于熔炼、 吹炼及火法精炼系统中，“侧+顶”工艺的吨铜投资额明显低于双闪工艺。双闪工艺的铜精矿原料制备需要仓式配料、蒸汽干燥、气流输送、失重计量等工序；冰铜制备需要冰铜粒化、冰铜堆存、冰铜磨等工序。相比之下，“侧+顶”工艺的侧吹熔炼炉对入炉物料水分要求不高， 铜精矿只需简单的抓斗上料及配料即可入炉； 侧吹熔炼炉产出冰铜通过溜槽直接进入顶吹吹炼炉而不需要复杂的冰铜预处理流程。 因此，“侧+顶”工艺较双闪工艺流程更短，工艺更简单，更有利于降低前期资金投入风险。

4 技术经济指标对比分析

“侧+顶”工艺和双闪工艺技术经济指标、内部收益率(税前)对比，见图 4、图 5。

图4 主要技术经济指标对比

图5 项目投资财务内部收益率(税前)

如图 4、图 5 所知:1)“侧+顶”工艺阴极铜单位加工成本较双闪工艺节约近10%。如前所述，前者比后者处理工序少，故具有一定的成本优势。而各工序的加工成本，也符合是如此，前者由于工序短、渣量小等特点，熔炼、渣选工序吨铜成本更低。2)“侧+顶”工艺吨铜利润总额较双闪工艺高(约20%)。 这是由于前者具备前述的投资和加工成本优势， 故吨铜利润较后者更高。3)两方案均具有较好的盈利能力，“侧+顶”工艺实现项目投资财务内部收益率(税前)较双闪工艺高(约18%)，因此前者盈利能力更强。

综上所述，两种工艺的工艺指标各有优势，从投资经济指标看，“侧+顶”工艺的优势更明显，故在年产300 kt 阴极铜规模下，该厂拟选“侧+顶”工艺方案。

5 结语

在西南某铜冶炼厂技改扩建工艺方案对比研究中，在产能论证环节，得出了年产300 kt 阴极铜规模较符合技改要求的结论。在工艺方案的选择上，从工艺指标、投资指标、技术经济指标这三个方面系统对比了“侧+顶”工艺与双闪工艺，分析表明，两种工艺均具有处理能力大、生产连续、无SO2低空污染等特点，工艺能耗指标均明显优于国家先进值。 但“侧+顶”工艺由于其流程短、工艺简单、原料适应性强等特点，在年产300 kt 阴极铜规模下，在投资成本、加工成本、 吨铜利润及盈利能力方面均较双闪工艺更具竞争力。 因此，本次西南某铜冶炼厂技改扩建，推荐采用年产300 kt 阴极铜的“侧+顶”工艺，可显著提高工厂的竞争力。