2×400kt/a硫铁矿制酸装置国产化可行性分析

摘要：介绍我国大型硫铁矿制酸装置国产化的现状，针对冬瓜山铜矿副产硫精砂中磁硫铁矿含量高、粒度细的特点，对2×400 kt/a硫铁矿制酸装置的工艺流程、“三废”处理、系统配置的选择及沸腾炉、废热锅炉、电除尘器、干燥塔、吸收塔、转化器、、转化器等关键设备的国产化进行分析，指出可能存在的问题；并对我国大型硫铁矿制酸国产化提出建议。

关键词：硫精砂；硫酸生产；大型化；国产化；可行性

中图分类号：TQ111. 14  文献标识码：B  文章编号：1002－1507(2006)02－0018－04

铜陵有色金属（集团）公司所属的铜都铜业股份有限公司冬瓜山铜矿石铜都铜业股份有限公司的主要后劲矿山，项目概算总投资19.96亿元，已于2004年10月投入试生产，达产后可产铜精矿约35kt/a，副产硫精砂约1000kt/a，铁精矿150kt/a以上，副产硫精砂含有48.29%的磁硫铁矿。鉴于副产硫精砂中ω（Fe）高达54.63%，焙烧后烧渣中ω（Fe）可达62%以上，可利用该烧渣制氧化铁球团作为钢铁工业高炉炼铁的炉料，这样不但解决了废渣堆存给环境造成的污染，而且大大提高了产品的附加值，铜都铜业股份有限公司决定分2期建设800kt/a硫酸项目，每期装置规模均为400kt/a。

鉴于目前国内外硫铁矿制酸装置最大规模只有400kt/a，又考虑到冬瓜山铜矿硫精砂磁硫铁矿含量高、粒度细的特点，对制酸装置的工艺选择及国产化问题进行分析。

一、硫铁矿制酸装置大型化现状

随着结构材料的改进、制酸技术的不断进步、单体设备生产强度的提高，以及装置投资和生产成本最优化的要求，硫酸装置不断向单系列大型化方向发展。目前，世界上硫磺制酸单系列最大规模为澳大利亚Anaconda公司的4400t/d装置，冶炼烟气制酸单系列最大规模为美国犹他州Kennecott的3800t/d装置，硫铁矿制酸单系列最大规模为我国贵州宏福实业公司的1200t/d装置。我国硫铁矿制酸经理多年的发展，已逐步形成较大的总体规模，自20世纪80年代以来，采用引进技术相继建成投产一片大型装置，我国主要大型硫铁矿制装置见表1。

表1  我国主要大型硫铁矿制装置

二、工艺技术及系统配置选择

（一）工艺技术选择

1、工艺流程

2×400kt/a硫酸装置均拟采用成熟的“沸腾焙烧、酸洗净化、两转两吸”工艺流程。硫铁矿沸腾焙烧产生的高温二氧化硫烟气经废热锅炉回收其中高温热能产生过热蒸汽后，再进旋风除尘器、电除尘器至净化工序除去烟气中的灰尘、有害杂质并降温，净化采用动力波洗涤器加填料塔及两级电除雾器配置；烟气随后进入干燥、转化工序，转化采用ⅢⅠ－ⅣⅡ换热流程。动力波洗涤器的设置主要是考虑强化净化工序对尘的洗涤效果。整套装置的产生操作均采用DCS系统，可根据需要对工艺参数，生产设备、电器仪表运转情况及开停车等一系列过程进行自动监测、控制调节、报警连锁等。

2、“三废”处理

硫精砂经焙烧后的烧渣ω（Fe）可达62%以上，可直接用来制氧化铁球团作为高炉炼铁的原料，因此生产中基本无废渣排放。采用两转两吸工艺及进口催化剂，确保转化率大于99.8%，尾气中的SO₂达标排放。净化工序排出的酸性废水经石灰石中和生成石膏后，再与各处的场面水混合，经石灰乳中和、膜过滤处理，清夜达标排放，中和渣经压滤机脱水后送堆场填埋。

（二）系统配置选择

与其它原料制酸装置相比，硫铁矿制酸装置规模增大的制约主要在于沸腾炉，要解决硫铁矿质酸装置大型化的问题，首先要解决焙烧工序与制酸工序的配套问题。我国已投产的大型硫铁矿制酸装置规模小于300kt/a的设计采用1套焙烧系统1套制酸系统（俗称“一头一尾”，下同），规模达到400kt/a的设计采用1套焙烧系统配1套制酸系统或2套焙烧系统配1套制酸系统（俗称“两头一尾”）。2中系统配置在国内均有生产实例，每一种设计方案均有优缺点，要视具体情况而定。综合考虑各种因素，2×400kt/a硫酸装置均拟用“一头一尾”的系统配置。

三、国产化的可行性及可能存在的问题

（一）工艺技术的可行性

10多年来，我国相继建设了一批大型硫铁矿制酸装置，主要工艺技术设计情况见表1。在我国已投产的大型硫铁矿制酸装置中，关键技术及大部分设备基本依赖进口，国内只是在国外公司提供基础设计后再进行详细设计。通过对引进技术的消化吸收，大大缩小与国外硫酸设计技术之间的差距，使得大型硫酸装置国产化设计逐渐变为现实。如铜陵磷铵厂200kt/a硫铁矿制酸装置、金隆公司375kt/a冶炼烟气制酸装置、山东红日公司400kt/a硫磺制酸装置等都全部或大部分采用国产化设计，工艺技术经济指标良好。同时，江西永平400kt/a硫铁矿制酸装置、云南600～800kt/a硫磺制酸装置的国产化设计也在进行当中，大型硫铁矿制酸装置国产化是可行的。

（二）主要设备大型化设计可行性

硫酸装置大型化的技术难点在于某些设备大型化会带来结构设计和流体均匀分布的困难，如超过一定限度会使建设投资和材料用量随之增加，将影响到装置的规模效益。对于硫铁矿制酸装置，可能影响设备大型化的环节主要体现在以下关键设备。

1、沸腾炉

世界上硫磺及冶炼烟气制酸最大规模均已大大超过硫铁矿制酸，其主要原因之一就是硫铁矿制酸沸腾炉的大型化设计存在焙烧面积太大，相应带来了庞大体积结构的设计及气体分布能否均匀等一系列复杂的问题。在已设计投产的沸腾炉中，国外焙烧面积最大的为西班牙Almagrera S.a 910t/d制酸装置中123m²的沸腾炉；国内最大为西北铅锌冶炼厂及株洲冶炼厂的109m²的锌精矿沸腾炉，硫铁矿制酸沸腾炉面积目前最大为贵州宏福实业公司的60m²沸腾炉（容积约2500m³）。我国已投产的这些沸腾炉都是在引进的基础上，有国内设计部门完成详细设计的。通过对大型沸腾炉设计和生产实践的积累，为大型装置国产化设计提供了技术保证。

2、废热锅炉

目前，硫铁矿制酸废热锅炉有自然循环、混合循环、强制循环3种形式。鉴于单系列制酸装置大型化及硫铁矿制酸废热锅炉的设计、运行特点，锅炉的汽水循环以强制循环为主。这其中又有以下3种炉型可以选择，即带前置扩散沉降室的W型烟气流程型、带冷却烟道式W型及直通式水平烟气流横向冲刷型。在国外，德国鲁奇公司和芬兰奥斯龙公司较多采用直通式水平烟气流横向冲刷型废热锅炉，我国20世纪80年代末期引进该技术，目前已有自行设计和制造的能力。贵重宏福实业公司400kt/a硫铁矿制酸装置也使用了这种锅炉，效果很好。

3、电除尘器

同废热锅炉一样，通过对引进技术的消化吸收，我国已成功设计并制作出200kt/a硫铁矿制酸装置用的电除尘器，大型硫铁矿制酸装置的电除尘器完全可以国产化。

4、其它设备

其它设备主要包括干燥塔、吸收塔和转化器3大类设备。目前国产化400kt/a以上的硫磺及冶炼烟气制酸装置设计基本处于成熟阶段，如东华工程科技股份公司设计的云南三环kt/a硫磺制酸装置，南昌有色冶金设计研究院设计的贵溪、金隆等公司的冶炼烟气制酸装置，这些装置干吸塔转及转化器的设计指标（包括材质的选择）均已接近或超过国外先进水平，说明我国具备大型化装置的设计能力。而且我国已投产的大型制酸装置，绝大部分设备都是在国内制作安装的，使用效果良好。

（三）可能存在的问题

综上所述，我国已基本能独立完成大型硫铁矿制酸装置的设计和建设。但对于冬瓜山工矿硫精砂的特殊性，制酸装置采用“一头一尾”的国产化设计仍存在一定的难度和风险，主要表现在以下两方面。

1、磁硫铁矿含量过高。冬瓜山铜矿硫精砂中磁硫铁矿含量（质量分数）达到49.29%，磁硫铁矿含量过高将影响脱硫效果，从而影响烧渣烧结球团的进一步综合利用。该硫精砂中硫的物相分析见表2。

表2  冬瓜山铜矿硫精砂中流的物相分析结果

2、硫精砂粒度细。粒度小于0.045mm粒级的达到78.16%（具体情况见表3）。由于粒度较细，设计选用的焙烧强度及气速均不可能太大，从而大大增加沸腾炉床层面积。据试验预测，400kt/a装置沸腾床面积需达到138m²，而目前我国400kt/a硫铁矿制酸装置沸腾炉面积最大也只有60 m²，国产化设计存在一定风险。

表3

四、对我国大型硫铁矿制酸国产化的建议

硫铁矿制酸装置正向大型哈ufangxiang发展，必须解决好国产化与高运转率、大型化与技术可靠性之间关系。我国大型硫铁矿制酸装置国产化是必要的、也是可行的，要结合实际设计出先进可靠的大型制酸装置，在节约投资、降低成本的同时，发挥出规模和综合利用效率。

（一）装置规模的确定要建立在技术可靠性的基础上。硫铁矿制酸装置大型化的制约点在于焙烧系统的沸腾炉、废热锅炉及电除尘器上，特别是沸腾炉。因此，要积极消化国外先进的设计和设备加工技术，结合国内200～250kt/a装置沸腾炉成熟的设计技术，早日完成单系列400kt/a以上硫铁矿制酸装置国产化。对于400～500kt/a硫铁矿制酸装置，可设计为2套焙烧系统加1套制酸系统的配置方式，这样投资相对较少，可靠性相对较高。当然，选择1套焙烧系统配1套制酸装置也是可行的，但要承担因此带来的技术引进及投资费用，以及大面积沸腾炉设计的风险性。

（二）高起点国产化设计，国产化雨部分引进相结合。鉴于硫铁矿制酸装置大型化存在的难点及国外拥有的先进技术，因此要将国产化与引进技术相结合，引进技术需具有先进性，且在10～20年内不至于落后而淘汰。

（三）加大对难点技术研究的粒度与国外技术的消化吸收。近些年来，虽说我国引进了不少国外技术，但关键技术由于国外公司的保密而始终难以掌握，国内又缺乏针对性的研究。因此，加大对难点技术攻关力度的同时，还要积极消化吸收引进的国外技术。

Feasibility analysis of localization of 2×400kt/a sulphuric

（Tongling Non－ferrous metal Co.,Ltd.,Tongling,Anhui,244000,China）

Abstract：The present situation of localization of large－scale sulphuric acid plants based on pyrite is introduced.According to the features of high concentration magnetic pyrite and fine particle size of Dongguashan byproduct pyrite,process arrangement,“three wastes”disposal and localization of key equipment such as fluidized bed roaster,waste heat boiler,electrostatic precipitator,drying and absorption towers and converter are analyzed.Possible problems are pointed and some recommendations about localization of large－scale sulphuric acid plants based on pyrite are made.

Key words：pyrite；sulphuric acid production；large－scale plants；localization；feasibility