有色金属冶炼与磷化工的“联姻”之路
发布时间：2021-06-24
摘 要：介绍了国内铜冶炼、硫酸行业及磷化工的概况，阐述了有色金属冶炼副产硫酸与磷化工相结合形成硫酸生产循环经济产业链的优势。将硫酸作为铜冶炼与磷化工结合的纽带，形成以铜冶炼和硫、磷化工等相配套的循环经济产业链，缓解了冶炼酸库存压力及销售压力，同时为磷化工提供了原料，降低了相关原料和产品的运输成本，充分发挥了各自资源和能源优势互补的优势，实现铜冶炼和磷化工企业的经济利益最大化。
关键词：有色冶炼 铜冶炼 硫酸 磷化工 循环经济
近年来我国有色冶炼企业硫酸库存压力普遍较大，特别是铜冶炼企业，平均1t精炼铜副产硫酸约4t，远高于同等规模铅锌冶炼等有色冶炼企业，因此铜冶炼企业硫酸库存压力更大。当前国内硫酸产能严重过剩，硫酸价格较低，这不仅严重挤压了有色冶炼企业的盈利能力，也成为有色冶炼企业是否减产的考虑因素之一。
2019年12月26日，中国铜原料谈判小组CSPT在福州召开会议，共同商议2020年铜冶炼企业减产计划，希望可以缓解国内硫酸库存压力和铜冶炼企业运营压力，这意味着硫酸销售难导致的胀库问题已经成为限制铜冶炼发展的重要因素。
自2020年初新冠肺炎疫情爆发以来，国内冶炼厂硫酸胀库问题进一步凸显。疫情中心湖北省是其自身及周边省份如河南、安徽、江西冶炼酸的消费大省，随着湖北地区对于冶炼酸消费的缺失，周边各地冶炼企业不得不扩大硫酸销售和运输半径，以寻求新的下游市场，这对于国内本就严重过剩的硫酸市场无疑是雪上加霜，部分硫酸存储能力较小的中小型冶炼企业短期内已经率先采取减产措施以应对此次疫情的冲击。
在此大背景下，未来国内新建大型铜冶炼厂在规划之初就必须解决好副产硫酸的去向问题，与磷化工紧密结合实现硫酸的自产自销不失为一个优选思路。
1 铜冶炼概况
1.1 国内铜冶炼产量
中国已经成为全球最大的精炼铜生产国和铜消费国，未来对于铜的需求量仍将维持稳定增长的趋势，2020—2021年中国预计新增精炼铜产能600~800kt/a[1]。国家统计局数据显示，2019年中国精炼铜产量为9.784Mt，同比增长约8.4%;2020年精炼铜产量为10.03Mt，同比增长约2.5%，首次突破千万吨。2015—2020年国内精炼铜产量见图1。
1.2 国内主要铜冶炼企业
目前国内铜冶炼企业数量超过100家，产能100kt/a及以上的铜冶炼企业数量已达40家左右。铜陵有色、江西铜业、云南铜业和金川集团4家企业精炼铜产能均已突破1Mt/a规模，在国内形成了一定的产业集中度。此外，紫金矿业、大冶有色和南国铜业等冶炼企业也都计划未来将铜冶炼产能提高到1Mt/a以形成规模优势。
1.3 国内铜冶炼产业布局
国内铜冶炼企业主要分布于全国20个省份。2020年山东省精炼铜产能位居全国第一，达到1.45Mt/a，但产能利用率不高。江西省和安徽省精炼铜产能分列第二和第三名，均超过1Mt/a，2020年国内主要省份精炼铜产能占比见图2。
2 硫酸概况
2.1 国内硫酸生产情况
我国硫酸行业按原料划分主要有硫磺制酸、冶炼烟气制酸和硫铁矿制酸，其中硫磺制酸仍占据主导地位，约为总产能的45%，冶炼烟气制酸产量逐年增量明显，约为总产能的37%，硫铁矿制酸产量占比最小，约为总产能的17%。根据国家统计局数据显示，2019年我国硫酸产量为89357kt，同比下降约7.7%，2020年我国硫酸产量为83326kt，同比下降约6.75%。硫酸行业整体运行比较艰难，2015—2020年国内硫酸产量见图3。
近年来国内硫酸落后产能淘汰进度逐渐加快，但由于冶炼行业的加速发展，冶炼烟气制酸产能仍在不断增加。未来5年内，中国预计有超过20Mt/a冶炼酸产能投产。但是，我国硫酸下游市场基本达到饱和，需求量已进入平稳期。新建硫酸产能的逐步释放，将加大我国硫酸行业的产能过剩压力，硫酸的销售将变得更加困难[2-3]。2019年12月底，全国w(H2SO4)98%硫酸均价为150元/t，同比下降56.5%，部分地区甚至出现负价，企业为了缓解硫酸库存压力，不得不贴钱出货。可以预见，未来我国硫酸企业面临的市场形势将会更加严峻。
2.2 国内主要硫酸生产企业
我国大型硫酸生产企业主要有两类：第一类是配套下游耗酸装置的企业，以磷肥和钛白粉企业为主，绝大部分是硫磺制酸;另一类是未配套下游耗酸装置的企业，以冶炼企业为主。第一类企业由于硫酸装置本就是为下游装置而设，只要下游产品市场不出现问题，硫酸销售自然也就能保持稳定。第二类企业由于价格和运输等限制，市场竞争相当激烈。尤其是2020年初爆发新冠肺炎疫情以后，很多企业直接停产，离需求地较远的企业如甘肃、河南等地，受到的冲击更大。在全球经济受疫情影响处于低迷状态时，硫酸作为基础的化学工业品由于需求下降承压巨大，对于本来就产能过剩的冶炼酸企业来说无疑是雪上加霜，短期内唯有对铜冶炼减产以应对艰难的局面。
2.3 国内硫酸产业布局
我国硫酸产业主要分布于云南、贵州、四川和湖北4个产磷大省，仅西南和华东地区就集中了我国超过56%的硫酸产量，2020年国内各地区硫酸产量分布见图4。
国内冶炼酸分布相对较为分散[4]。近年来，沿海地区冶炼企业不断增加，如中铝东南铜业有限公司400kt/a铜冶炼项目便是沿海布局的重大战略性项目，这说明冶炼酸有往沿海地区转移并增加出口的趋势，以减轻国内硫酸产能过剩的压力。
3 磷化工概况
我国磷化工企业主要集中在磷矿资源丰富的云南、湖北、贵州和四川4省，其中贵州磷化集团有限责任公司(2019年由瓮福集团和开磷集团整合重组)和云南云天化集团有限公司稳居我国湿法磷酸产量前2名。
2个子行业，自2016年“化肥零增长”要求的提出，给化肥需求设置了“天花板”，我国磷肥产能开始呈下降趋势[5]。《产业结构调整指导目录(2019年本)》中明确指出磷铵生产装置为限制类，进一步限制了我国磷肥行业的发展，单独新建磷铵装置将非常困难，因此未来我国磷化工发展方向应主要围绕精细磷酸盐展开。
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精细磷酸盐需要使用工业磷酸作为原料生产，而目前工业磷酸生产工艺又分热法和湿法。热法磷酸以黄磷为原料制取，湿法净化磷酸以磷矿石和无机酸(大部分是硫酸)为原料先制得湿法磷酸，再经过一系列净化精制过程制取。由于热法磷酸耗能高、污染重，湿法净化磷酸具有更明显的成本优势，所以国外主要以湿法净化磷酸为主，且占比逐年增大。2005年全球湿法净化磷酸产量已经占到工业磷酸总产量的80%，2009年美国工业磷酸中湿法净化磷酸占比已达到100%[6]。我国湿法净化磷酸技术起步较晚，2007年以前产能几乎为零，发展至今也仅占工业磷酸总产能的30%左右，远低于国外水平，这说明我国湿法净化磷酸还有较大的发展空间。
4 铜冶炼与磷化工优势结合
湿法磷酸作为磷化工的前端产品，其生产工艺过程需要消耗大量的硫酸。现阶段我国大部分磷化工企业都是配套硫磺制酸装置以供给硫酸原料。通常来说，100kt/a湿法净化磷酸装置需要配套建设约300kt/a湿法磷酸和相应规模磷肥装置，而300kt/a湿法磷酸装置又需要配套建设800kt/a左右的硫磺制酸装置，硫酸消耗量十分巨大。
近年来，国内新建了许多大规模的铜冶炼厂，而1t精炼铜可副产约4t硫酸。如广西南国铜业一期300kt/a阴极铜冶炼项目副产硫酸1.2Mt/a，赤峰云铜400kt/a阴极铜项目副产硫酸1.7Mt/a，中铝东南铜400kt/a铜冶炼副产硫酸1.5Mt/a。铜冶炼的快速扩张给本就严重过剩的硫酸市场带来了巨大冲击，如不解决好冶炼酸的去向问题，势必会制约铜冶炼的发展。
因此，可以在铜冶炼和磷化工发展重合或相近的地区，如云南、湖北、江西、安徽和广西等地，将硫酸作为铜冶炼与磷化工结合的纽带，既能为铜冶炼企业消耗副产冶炼酸库存，缓解销售压力，又能为磷化工提供原料保障。此外，磷化工所需要的蒸汽资源也可以考虑由铜冶炼及制酸装置余热蒸汽供给，充分发挥各自的资源优势。
5 铜冶炼配套磷化工案例
5.1 紫金铜业-瓮福紫金模式
瓮福紫金项目是紫金铜业有限公司300kt/a铜冶炼的配套磷化工项目，以瓮福(集团)有限责任公司的磷精矿资源为原料生产300kt/a湿法磷酸。直接利用管道输送紫金铜业有限公司的副产硫酸约800kt/a，不仅极大缓解了硫酸的销售压力，也降低了硫酸的运输成本。同时，瓮福紫金化工股份有限公司还产出100kt/a湿法净化磷酸和400kt/a磷酸二铵等下游产品，形成了以铜冶炼和硫、磷化工等相配套的循环经济产业链，实现了铜冶炼和磷化工企业的经济利益最大化。
5.2 广西南国铜业-贵州川恒化工模式
贵州川恒化工股份有限公司与广西南国铜业有限责任公司合资成立广西鹏越生态科技有限公司，依托广西南国铜业有限责任公司铜冶炼项目的副产硫酸及蒸汽热能资源，为广西鹏越生态科技有限公司的湿法磷酸、净化磷酸、饲料级磷酸二氢钙等磷化工产业发展提供原料和能源保障。双方建立战略合作关系，此举不仅有利于贵州川恒化工股份有限公司防范硫酸、硫磺价格上涨风险，保障原料供应，也有利于广西南国铜业有限责任公司硫酸的销售畅通，为以后百万吨级铜冶炼项目建设做好铺垫。双方充分发挥了各自的技术、产业和资源优势，实现互利共赢。
6 结语
硫酸作为最基础的化学工业品，在国民经济中发挥着重要作用，但是其严重过剩的市场局面又会制约有色冶炼行业的发展。在未来的有色冶炼规划之初，如能充分协调好有色金属矿和磷矿资源以及终端产品的消费市场，就近配套建设相应规模的磷化工项目，不仅能较好地缓解硫酸的销售压力，降低相关原料和产品的运输成本，还能利用其低压蒸汽资源为磷化工提供能源支持，充分发挥各自资源和能源的优势互补。——论文作者：张 宇，周桂月，蔡 旺
