銅陵有色集團(tuán)公司硫鐵資源綜合利用再探討

盛葉彬

（銅陵有色金屬集團(tuán)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(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“集團(tuán)公司”）冬瓜山銅礦建成投產(chǎn)，隨后集團(tuán)公司決定對(duì)以冬瓜山銅礦副產(chǎn)的硫精砂為主的硫鐵資源進(jìn)行綜合利用，自行建設(shè)年處理量800 kt硫鐵礦的制酸裝置，并利用硫鐵礦焙燒產(chǎn)生的大量熱能發(fā)電，硫鐵礦燒渣用于生產(chǎn)氧化鐵球團(tuán)，產(chǎn)量可達(dá)1 200 kt/a，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(xiàng)目于2005年開始建設(shè)，2007年7月相繼投入試生產(chǎn)。投產(chǎn)以來(lái)，硫酸及球團(tuán)項(xiàng)目為集團(tuán)公司帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，隨后利用硫鐵礦焙燒副產(chǎn)蒸汽作為熱源生產(chǎn)碳酸二甲酯等產(chǎn)品的項(xiàng)目也投入建設(shè)與運(yùn)行。

十幾年來(lái)，豐富的硫鐵資源綜合利用為集團(tuán)公司帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益，但由于國(guó)家對(duì)安全和環(huán)保的要求日益嚴(yán)格、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和市場(chǎng)要求不斷變化等原因，集團(tuán)公司硫鐵資源綜合利用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展增加了諸多制約因素。筆者對(duì)集團(tuán)公司硫鐵資源綜合利用面臨的主要問(wèn)題及原因進(jìn)行了剖析，并對(duì)如何優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、進(jìn)一步綜合利用硫鐵資源進(jìn)行了思考和探討。

1 硫鐵資源綜合利用面臨的問(wèn)題

1.1 面臨的主要問(wèn)題

多年一成不變的資源利用模式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，不但難以很好地適應(yīng)市場(chǎng)需要，嚴(yán)重時(shí)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(wèn)題有：

1）全國(guó)冶煉煙氣制酸產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)及硫酸市場(chǎng)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(chǎng)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(yán)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(guān)于全面打造水清岸綠產(chǎn)業(yè)優(yōu)美麗長(zhǎng)江（安徽）經(jīng)濟(jì)帶的實(shí)施意見(jiàn)》的實(shí)施，對(duì)冶化企業(yè)的改造和新建項(xiàng)目的發(fā)展提出了更高要求。

3）硫鐵礦燒渣直接用于生產(chǎn)球團(tuán)，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(shí)現(xiàn)對(duì)硫鐵資源循環(huán)綜合利用至“吃干榨盡”的目標(biāo)。

1.2 原因分析

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)硫酸的市場(chǎng)需求趨于飽和，尤其是安徽銅陵地區(qū)硫酸產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)，是導(dǎo)致集團(tuán)公司硫酸銷售難度增大的原因之一。我國(guó)的絕大部分硫酸用于生產(chǎn)化肥，隨著化肥特別是磷復(fù)肥市場(chǎng)的飽和，2016年我國(guó)硫酸總消費(fèi)水平已經(jīng)平穩(wěn)，至2018年我國(guó)硫酸產(chǎn)能過(guò)剩已達(dá)30%，而此后我國(guó)硫酸生產(chǎn)特別是冶煉煙氣制酸產(chǎn)能，仍處于逐年增加之勢(shì)。據(jù)中國(guó)硫酸工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2018—2023年，我國(guó)將新建硫酸產(chǎn)能29 680 kt/a，其中冶煉煙氣制酸新增產(chǎn)能為21 900 kt/a[1]。大量硫酸產(chǎn)能的增加，對(duì)本已飽和的硫酸市場(chǎng)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是雪上加霜。

集團(tuán)公司一直將硫鐵資源主要用于生產(chǎn)硫酸和球團(tuán)，基本無(wú)相應(yīng)的延伸產(chǎn)品。而硫酸和球團(tuán)是化工及冶金行業(yè)的基礎(chǔ)原料，近年來(lái)由于硫酸市場(chǎng)的飽和及鋼鐵行業(yè)對(duì)原料需求的靈活性，大大降低了對(duì)硫酸和球團(tuán)的依賴，無(wú)形中減少了這兩種產(chǎn)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(chǎn)的硫精砂成分較復(fù)雜，物理和化學(xué)性質(zhì)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(lái)一直處于偏低狀態(tài)，且波動(dòng)幅度較大。近年來(lái)，硫鐵礦燒渣含鐵品位高時(shí)w(Fe)可達(dá)60%，偏低時(shí)不足54%。硫鐵礦燒渣含鐵品位偏低，致使直接利用燒渣生產(chǎn)球團(tuán)的配比率大大降低，嚴(yán)重時(shí)配比率不足20%，剩余的燒渣只能作其他處理，因而未能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(zhuǎn)變二氧化硫的利用方式

將硫鐵礦焙燒產(chǎn)生的二氧化硫用于生產(chǎn)硫酸轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯由a(chǎn)其他化工產(chǎn)品，減少硫酸生產(chǎn)量，降低硫酸銷售風(fēng)險(xiǎn)。集團(tuán)公司采用國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的硫資源利用方式，將硫資源全部用于生產(chǎn)硫酸外售，隨著硫酸市場(chǎng)的飽和，硫酸產(chǎn)品出現(xiàn)滯銷，集團(tuán)公司的經(jīng)濟(jì)效益有時(shí)甚至出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。因此，硫資源傳統(tǒng)的利用方式越來(lái)越受到制約，集團(tuán)公司發(fā)展硫酸替代產(chǎn)品勢(shì)在必行。

將二氧化硫轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩崽娲a(chǎn)品有很多途徑或方法，筆者結(jié)合集團(tuán)公司的生產(chǎn)實(shí)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(chǎn)生的二氧化硫，不經(jīng)轉(zhuǎn)化而直接用于生產(chǎn)無(wú)水亞硫酸鈉和焦亞硫酸鈉。該制酸裝置經(jīng)改造后，不再生產(chǎn)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(chǎn)無(wú)水亞硫酸鈉，實(shí)現(xiàn)硫資源綜合回收，具有明顯的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。此外，二氧化硫煙氣不經(jīng)轉(zhuǎn)化直接生產(chǎn)無(wú)水亞硫酸鈉等產(chǎn)品，不僅從源頭大大減少了廢水排放量和廢催化劑的產(chǎn)生量，也可進(jìn)一步降低污水處理后外排水的硬度，為實(shí)現(xiàn)污水的回收利用提供支撐。

2）利用二氧化硫氣體生產(chǎn)液體二氧化硫，以減少硫酸產(chǎn)量。將銅冠冶化生產(chǎn)球團(tuán)的尾氣不再制取硫酸，而是采用有機(jī)胺脫硫技術(shù)，經(jīng)有機(jī)胺吸附和解吸制取二氧化硫氣體生產(chǎn)液體二氧化硫。該二氧化硫氣體具有純度高的特點(diǎn)，是制取液體二氧化硫的理想原料，僅需對(duì)其進(jìn)行預(yù)洗滌、干燥、壓縮、冷凝即可制取液體二氧化硫。相對(duì)于同行業(yè)其他生產(chǎn)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(tuán)公司硫鐵礦焙燒副產(chǎn)燒渣用于生產(chǎn)球團(tuán)，鑒于燒渣品位偏低且波動(dòng)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(xiàn)。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(zhì)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(chǎn)球團(tuán)。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(guò)61.5%。但該措施會(huì)降低選礦回收率，對(duì)礦山綜合效益產(chǎn)生一定的影響，需要多方面綜合考慮。

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

2.3 增加硫酸及球團(tuán)生產(chǎn)的附加值

近年來(lái)，隨著國(guó)家“化肥使用量零增長(zhǎng)”、磷復(fù)肥出口限制及環(huán)保政策趨緊的影響，國(guó)內(nèi)化肥用酸量增長(zhǎng)緩慢，而工業(yè)用酸處于一個(gè)較快增長(zhǎng)期，其中鈦白粉、飼料級(jí)磷酸鈣、己內(nèi)酰胺、粘膠纖維等生產(chǎn)約占工業(yè)用酸量的77%。己內(nèi)酰胺由于下游市場(chǎng)PA6纖維和PA6工程塑料需求的強(qiáng)力支撐，近兩年其產(chǎn)能快速擴(kuò)張，預(yù)計(jì)配套的硫酸產(chǎn)能將達(dá)到7 500 kt/a[2]。

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

目前集團(tuán)公司生產(chǎn)的球團(tuán)大多是用于鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的普通原料，產(chǎn)品附加值難以提升，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)所產(chǎn)生的效益主要體現(xiàn)在燒渣的配用上。要提高球團(tuán)生產(chǎn)的附加值，除了提高硫鐵礦燒渣含鐵品位和球團(tuán)生產(chǎn)摻燒燒渣的比例外，還要根據(jù)市場(chǎng)需要大力開發(fā)特種球團(tuán)的生產(chǎn)。雖然近些年集團(tuán)公司已在此方面做了不少努力，但還需進(jìn)一步結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，繼續(xù)拓展特種球團(tuán)如低銅、低鈦球團(tuán)的生產(chǎn)與銷售工作。

3 項(xiàng)目開發(fā)實(shí)施的可行性分析

3.1 技術(shù)可行性分析

利用二氧化硫生產(chǎn)無(wú)水亞硫酸鈉和焦亞硫酸鈉的工藝技術(shù)成熟可靠，而且在生產(chǎn)環(huán)保與安全方面具有積極的促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)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(xiǎn)固體廢物釩催化劑、廢水廢渣的產(chǎn)生量，有利于環(huán)境保護(hù)；②w(H2SO4)98%的硫酸為危險(xiǎn)化學(xué)品，具有強(qiáng)腐蝕性和氧化性，而無(wú)水亞硫酸鈉及焦亞硫酸鈉為腐蝕性及氧化性相對(duì)較弱的固體，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存及運(yùn)輸過(guò)程中存在的安全隱患相對(duì)要少得多。

3.2 市場(chǎng)需求分析

無(wú)水亞硫酸鈉和焦亞硫酸鈉屬于基礎(chǔ)化工原料，應(yīng)用廣泛。無(wú)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(zhì)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(jī)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(yùn)輸和儲(chǔ)存，一般將二氧化硫以液體形式供應(yīng)給用戶。近年來(lái)，隨著市場(chǎng)對(duì)二氧化硫需求量的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)液體二氧化硫的產(chǎn)量和消費(fèi)量都穩(wěn)步增長(zhǎng)，雖說(shuō)市場(chǎng)也將處于飽和狀態(tài)，但同生產(chǎn)發(fā)煙硫酸、精制硫酸類似，集團(tuán)公司利用球團(tuán)尾氣生產(chǎn)液體二氧化硫的產(chǎn)量只有30 kt/a，由于不是大規(guī)模生產(chǎn)，不會(huì)對(duì)市場(chǎng)形成較大壓力。

3.3 存在的主要問(wèn)題或難點(diǎn)

區(qū)域位置制約了硫酸延伸產(chǎn)品的開發(fā)與銷售。作為硫酸使用大戶的化肥生產(chǎn)企業(yè)及己內(nèi)酰胺和粘膠纖維的生產(chǎn)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(duì)于集團(tuán)公司來(lái)說(shuō)，無(wú)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(wèn)題，在某種程度上增加了硫酸及延伸產(chǎn)品的銷售難度。如發(fā)煙硫酸，其用量大戶是己內(nèi)酰胺及粘膠纖維的生產(chǎn)，目前在我國(guó)較大規(guī)模的己內(nèi)酰胺生產(chǎn)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(fēng)險(xiǎn)。

此外，國(guó)家日趨嚴(yán)格的環(huán)保政策也制約了新改建項(xiàng)目的建設(shè)。2018年底安徽省發(fā)布的《關(guān)于全面打造水清岸綠產(chǎn)業(yè)優(yōu)美麗長(zhǎng)江（安徽）經(jīng)濟(jì)帶的實(shí)施意見(jiàn)》規(guī)定，嚴(yán)禁1 km范圍內(nèi)新建化工、冶金項(xiàng)目，嚴(yán)控5 km范圍內(nèi)新建重化工、重污染項(xiàng)目，嚴(yán)管15 km范圍內(nèi)新建項(xiàng)目，這就要求集團(tuán)公司需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上通過(guò)改造進(jìn)行升級(jí)與優(yōu)化，以滿足政策的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

由于國(guó)家對(duì)安全環(huán)保的要求日益嚴(yán)格，以及硫鐵資源利用工藝技術(shù)及產(chǎn)品市場(chǎng)要求不斷變化等原因，集團(tuán)公司硫鐵資源綜合利用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展已逐漸顯露出一些問(wèn)題，因此優(yōu)化調(diào)整集團(tuán)公司硫鐵資源的綜合利用是非常必要的。結(jié)合市場(chǎng)需要，通過(guò)優(yōu)化資源，合理發(fā)展延伸產(chǎn)品，可進(jìn)一步促進(jìn)集團(tuán)公司硫鐵資源綜合利用可持續(xù)性發(fā)展，并盡可能實(shí)現(xiàn)其效益最大化。