Подробное сравнение эксплуатационных затрат на современные технологии выплавки меди с применением моделей HSC-SIM

Поскольку между технологиями есть существенные различия, мы решили смоделировать каждую технологическую схему, используя инструмент технологического моделирования Metso Outotec HSC-SIM, чтобы сравнить их работу с точки зрения операционных затрат при использовании одного и того же способа моделирования для каждой из них. Конфигурации, которые мы выбрали для сравнения:

1. Технология взвешенной плавки Metso Outotec (ПВП - печь взвешенной плавки) – Технология взвешенной плавки Metso Outotec-Kennecott конвертерная (ПВК - печь взвешенного конвертирования);
2. Технология взвешенной плавки Metso Outotec (ПВП) – Технология переработки в конвертерах Peirce-Smith (PSC);
3. Технология плавки Metso Outotec Ausmelt TSL (ASF - плавильная печь Ausmelt) – Технология переработки в конвертерах Peirce-Smith (PSC);
4. Технология плавки Metso Outotec Ausmelt TSL (ASF) – Технология Metso Outotec в конвертерной печи Ausmelt TSL (ACF);
5. Технология плавки «Мицубиси» (MIT);
6. Реактор с донной продувкой кислородом (BBR) – Непрерывное конвертирование с донной продувкой (BCC);
7. Печь с боковым дутьем (SBF) – Конвертеры верхней продувки (TBC).

Методика и основные параметры

Для всех семи способов выплавки была поставлена задача производства черновой меди из чистого медного концентрата с годовой производительностью переработки 1,2 млн. т. Из-за относительно схожего качества выпускаемой черновой меди в этих процессах и отсутствия примесей для получения анодов процесс огневого рафинирования был исключен. Кроме того, схема ограничивалась до выпускного отверстия дымососа вытяжки отходящих газов плавильного цеха, это означает, что отсутствуют узлы мокрой газоочистки и подпроцессов производства серной кислоты.

Для удобства было ограничено количество компонентов концентрата и были исключены примеси. Анализ концентрата представлен в Таблице 1. Пункт «Прочие» в таблице 1 и расчетах описывает долю дополнительных элементов примесей в концентрате, не влияющих на основные компоненты. Начальная влажность концентрата была установлена на уровне 8%.

Все соответствующие узлы имели свои собственные вещественные и тепловые балансы, подготовленные с помощью HSC-SIM. В зависимости от технологии в качестве дополнительного топлива использовался природный газ, уголь или электричество. Количество дополнительной энергии в технологиях варьировалось от случая к случаю в зависимости от общего энергетического баланса и времени простоя, включая обогащение кислородом. Дополнительным топливом для печей взвешенной плавки (FSF), взвешенного конвертирования (FCF) и «Мицубиси» являлся природный газ. Энергетический уголь использовался в плавильных печах Ausmelt (ASF), конверторных печах Ausmelt (ACF,) реакторах с донной продувкой (BBR), печах с боковым дутьем (SBF). Природный газ использовался во всех технологиях для компенсации потерь тепла в режиме простоя, что составляет 50% от обычной потери тепла.

Все габариты печей были рассчитаны для получения соответствующих значений огнеупорности, часов ежегодной эксплуатационной готовности предприятия, значений потерь тепла и потребления электроэнергии для данной технологии. Огнеупорная масса в основном определялась продолжительностью пребывания в зависимости от требуемого объемного потока расплава и газа, умноженного на толщину кирпича на каждой поверхности. Годовое рабочее время приравнивалось к полным годам срока службы с продолжительными и небольшими остановами и вычетом аварийных ситуаций. Потери тепла оценивались в зависимости от площади поверхности и того, какой средой были охлаждены ─ с помощью воды или воздуха. Расчеты потребления электроэнергии основывались на ранее опубликованной работе одного из авторов.

Как правило, все результаты сверялись с реальными установками и литературой. В случаях, когда данные были достоверными, авторы оставляли информацию без изменений. Там, где ситуация была противоречивой, например, когда параметр, примененный к модели процесса, приводил к невозможному результату (как при флотации шлака  BBR), отклонение к заявленным данным вносилось с большой осторожностью.

Результаты и обсуждение

Результаты моделирования технологического процесса HSC-SIM отображены в Таблице 2, и так же сравнительные данные в переводе на доллары США представлены на Рисунке 2. В целом, результаты ясно показывают, что общие эксплуатационные затраты сильно зависят от выбора технологии плавки меди. В данном исследовании с примененными эксплуатационными параметрами и учетом стоимости оборудования наименьших затрат достигли следующие процессы: FSF-FCF, FSF-PSC, ASF-ACF и SBF-TBC. Это в основном объясняется сбалансированностью процессов, не имеющих каких-либо явных недостатков, таких как, например, чрезмерное потребление электроэнергии или низкое извлечение меди.

Естественно, данное исследование лишь кратко отображает реальную картину; потребуется еще немало работы для моделирования процессов с полной оценкой плавильного завода, включая капитальные затраты и анализ чувствительности (гибкости) технологии.

Авторы: Али Бунджаку (Ali Bunjaku), Ханну Джохто (Hannu Johto), Лаури Песонен (Lauri Pesonen)

Эта статья является сокращенным вариантом материала конференции «Copper 2019», опубликованного в августе 2019 года. Для получения более подробной информации о результатах или методологии, пожалуйста, ознакомьтесь со статьей или свяжитесь с авторами.