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世界铜冶炼发展史,铜价走强

2019-09-20 16:33

原标题:世界铜冶炼发展史:读懂铜冶炼工艺,看这一篇就够了

(温馨提示:文末有下载方式)

导言:作为五金之一,人类应用铜有着悠久的历史。目前世界上生产电解铜的冶炼方法主分为两大类:火法冶炼和湿法冶炼。目前精炼铜产量的80%以上是用火法冶炼生产的,湿法冶炼生产的精炼铜占20%左右。那么目前铜的冶炼技术有哪些新进展呢?本文就带大家盘点一下。

一、全球铜矿储量丰富且集中,主要被寡头垄断

铜在地壳中的含量约为0.01%,在个别铜矿床中,铜的含量可以达到3%~5%。自然界中的铜多以化合物即铜矿物存在。2014 年美国地质调查局对全球铜矿床进行评估,发现已探明铜资源中含铜量约为21 亿吨,待勘探的资源预计含铜35 亿吨。根据美国资源调查局2015 年数据显示,全球铜储量共约为7.03 亿吨。其中包括:智利2.09 亿吨,澳大利亚0.93 亿吨,秘鲁0.68 亿吨,墨西哥0.38 亿吨,美国0.35 亿吨,中国0.3 亿吨,俄罗斯0.3 亿吨等。从区域分布来看,世界铜资源主要分布在北美、拉丁美洲和中非三个地区。从国家分布来看,主要集中在智利、澳大利亚、秘鲁、墨西哥和美国等;其中智利是世界上铜资源最丰富的国家,其铜金属储量约占世界总储量的29.73%。

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矿产资源储量分类

在《固体矿产地质勘探规范总则》中,根据各勘查阶段获得的矿产资源储量开发的经济意义、可行性研究程度与地质可靠程度,将其分为资源量、基础储量和储量三个大类,细分为16 个类型,并分别给以不同的编号代码。

储量是经过详查或勘探,达到控制或探明的程度,在进行了预可行性或可行性研究,扣除了设计和采矿损失,能实际采出的矿产资源数量,经济上表现为在生产期内,每年的平均内部收益率高于行业基准内部收益率。

基础储量是经过详查或勘探,达到控制的和探明的程度,在进行了预可行性或可行性研究后,经济意义属于经济的或边际经济的那部分矿产资源。

资源量是指经过勘查后,除去基础储量后的那部分资源数量。可行性评价只作了概略研究,或评价结果是不经济的,或是根据区域地质背景和预查收集的有限资料,用综合手段预测的资源数量。

我国铜矿对外依存度高达82%

2018 年,全球铜矿产量2060 万吨,三大铜矿生产国分别是智利(583 万吨,占比28%)、秘鲁和中国,美国排名第四位,产量118 万吨,紧随其后的是刚果、赞比亚、澳大利亚、哈萨克斯坦、印尼、俄罗斯、墨西哥、加拿大、波兰。

我国的铜矿石属于低储量、高消费,严重依赖进口,近二十年,国内铜矿石的产量与进口量之间的差距不断拉大,到2018 年,国内铜矿产量149 万吨,进口高达657 万吨,对外依存度从1999 年的45%飙升到82%。

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世界铜矿被寡头垄断

目前,世界级超级铜矿(铜金属资源及储量在2000 万吨以上)仅有26 座,约占全球总项目的1.53%,但储量却占世界总储量的39.35%。

全球26 座超级铜矿山中,智利拥有9 座,是拥有超级铜矿最多的国家,全球最大的四座铜矿均位于智利,全球最大的铜矿为智利的Andina Division 铜矿,储量达到1.189 亿吨,目前属于智利国家铜业公司所有。从国家来看,澳大利亚的必和必拓、力拓等公司参与了8 个超级铜矿的投资,其次是智利,参与了7 座超级铜矿的投资,日本也直接参与了6 座超级铜矿的投资。

中国有两座矿山入围了全球超级铜矿名单,分别是紫金矿业的卡莫阿 铜矿和中铝的西藏多龙矿区。虽与智利、澳大利亚和日本等国相比还有差距,但中国两座矿山均是近年才获取,且潜力巨大。

世界铜矿主要被寡头垄断,我国矿端话语权偏弱。必和必拓、力拓、自由港、智利国家铜业等少数公司控制着全球大部分铜资源,因而市场定价权也多被这些行业寡头掌握。目前世界前20 产能的铜矿山中只有排名第7 位的Las Bambas 铜矿和排名18 位的Toromocho 铜矿属于中国公司。为争夺更多的话语权,中资企业海外找矿积极性高。

罢工是影响铜矿供给的主要因素

据不完全统计从2006 年历史上100 多次罢工的回顾当中可以把罢工分成三类:劳资协议到期重新谈判协议没谈拢,此类型居多;意外事件,例如矿难、医疗条件、工作环境等因素或事件;降薪裁员,例如政策原因导致Grasberg 矿非主动性裁员,Escondida 自主性裁员等。

当矿企亏损逐渐收窄或者由负转正时,罢工大规模发生的可能性最大,带来影响也最大。主要原因是在利润收缩周期当中,矿企倾向于降本增效(主要途径: 裁员降薪,降低分红奖金等),减少投资以减少逆周期中的可能亏损,度过艰难时期;当顺周期来临时,利润表大幅修复,工资、奖金、分红等水平依然维持在前几年逆周期当中的较低水平,工作环境依然维持较差水平,一般也恰逢劳动协议面临重新签订时期,此时劳资双方矛盾相对比较尖锐,罢工开启。

同时,罢工具有一定的传染性,规模大的铜矿一旦出现罢工或劳动纠纷,其他铜矿大概率会采取类似行动,这在历史上出现多次,引发了全球铜供应量的锐减。

根据持续时间比较长、规模比较大的罢工事件对市场的影响,可以得到三个结论:

趋势化行情当中,罢工基本上不会影响趋势性的变化。例如2014 年趋势性下跌的行情当中需求不足是主要矛盾,供给其次,罢工不改变其趋势性变化,影响短期节奏性走势。上行趋势当中,罢工是行情助燃的加速器,如2009 年Spence 罢工42 天,行情加速上涨。

震荡行情当中,或者短期来看,买预期卖事实这一规律依然奏效。罢工当日附近基本上是行情近一两个月的高点,罢工前表现趋势性上涨,然后筑顶,罢工开始后表现颓势下跌。例如2006年Escondida罢工,2007年El Teniente 罢工,2008 年Salvador、Andina 罢工,2010 年Collahuasi 罢工,2017 年Grasberg、Escondida 罢工等等,行情走势大同小异。

不同年份驱动行情的主要矛盾不同,当主要矛盾落在供给端特别是矿时,罢工发挥效应要大于需求端驱动的年份,主要是因为市场的预期在罢工的效应下加强,例如2017 年;反之影响甚微,例如2006,2007 年。

2017 年国外铜矿罢工事件频发,在产矿山产量受到扰动,包括世界最大铜矿Escondida 在内的各大铜矿爆发罢工事件,其中Escondida 铜矿罢工44 天为智利历史上持续时间最久的罢工。致使全球铜矿约40 万吨产出受损,全球铜精矿产量2025.48 万吨,增速由2016 年的5.04%下降到-0.73%。

目前铜矿合同工人占所有工人的比例正在逐年上升,因此合同工人的罢工对铜矿生产造成的影响也会随之上升。此外,根据历史经验,铜价处于上升周期时,铜矿罢工活动往往加剧。所以,2018 年,智利迎来了有史以来最频繁的工资谈判年,有32 份到期合同,矿场进行了32家工会谈判,涉及智利约四分之三的铜产量,约占全球产量的五分之一。目前,均已谈妥。

预计未来几年罢工预期因素将被市场加强,成为不可忽略的因素。首先,工会在没有争取到自己期望的合法权益之前不会轻易罢休。其次,全球大型铜企面临着成本的上涨(能源成本上涨、矿石品位下降、工人工资增加),妥协的难度也较大。在双方妥协的难度都较大的前提下,只有通过激烈的非和平博弈来找到平衡点,也就是罢工。但预计罢工时长不会太长,主要是因为长时间的罢工会大幅拉低全年产量,并且随着铜价的上升,铜企的利润表已经修复,降本增效不再是主要矛盾,增产扩产稳定生产才是追求的目标。

在2020 年之前投产的大型铜矿项目只有Cobre Panama 铜矿,该矿在2018 年会进入试车阶段,真正投产放量会在2019 年,达产时间在2020 年前后。根据现有的数据统计,预计2018 年铜矿供给增加53 万吨金属量,2019 年增加20 万吨,2020 年增加14 万吨。

综上,全球铜储量丰富,但主要集中于智利、澳大利亚和秘鲁,目前全球铜矿产量在2000 万吨左右,主要被智利国家铜业公司、必和必拓、力拓等寡头所控制。我国铜储量低但消费高,严重依赖进口,对外依存度高达82%,迫使我国企业境外找矿积极性高,其中紫金矿业在刚果探勘到的卡莫阿铜矿潜力巨大。另外,罢工是影响铜矿供给的主要因素,在一定程度上影响铜价的走势,预计未来几年罢工预期因素将被市场加强,成为不可忽略的因素。

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二、精炼铜以火法工艺为主,我国需求趋稳

从铜矿中开采出来的铜矿石,经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或铜矿砂,铜精矿需要经过冶炼提成,才能成为精铜及铜制品。工业上使用的铜有精铜(含铜99.0%~99.7%)和电解铜(含铜99.9%~99.95%)两种,精炼铜用于制造其他合金、铜管、铜板、轴等,电解铜用于电器工业上,用于制造特种合金、金属丝及电线。

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铜冶金技术的发展经历了漫长的过程,分为火法和湿法两种,但至今铜的冶炼仍以火法治炼为主,其产量约占世界铜产量的85%。

火法冶炼:最主流的炼铜工艺

火法炼铜主要是处理硫化矿,得到的铜叫阴极铜或者电解铜。其优点是原料适应性强,能耗低,效率高,金属回收率高。火法炼铜可分两类:一是传统工艺: 如鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼。二是现代强化工艺:如闪速炉熔炼、熔池熔炼。由于20 世纪中叶以来全球性的能源和环境问题突出,能源日趋紧张,环境保护法规日益严格,劳动成本逐步上涨,促使铜冶炼技术从20 世纪80 年代起获得飞速发展,迫使传统的方法不得不被新的强化方法来代替,传统冶炼方法逐渐被淘汰。随之兴起的是以闪速熔炼和熔池熔炼为代表的强化冶炼先进技术,其中最重要的突破是氧气或富氧的广泛应用。经过几十年的努力,闪速熔炼与熔池熔炼已基本取代传统火法冶炼工艺。

1、工艺流程

火法工艺过程主要包括四个主要步骤:造锍熔炼、铜锍吹炼、粗铜火法精炼和阳极铜电解精炼。

  • 造硫熔炼:主要是使用铜精矿造冰铜熔炼,目的是使铜精矿部分铁氧化,造渣除去,产出含铜较高的冰铜。
  • 冰铜吹炼:将冰铜进一步氧化、造渣脱除冰铜中的铁和硫,生产粗铜。
  • 火法精炼:将粗铜通过氧化造渣进一步脱除杂质元素,生产阳极铜。
  • 电解精炼:通过引入直流电,阳极铜溶解,在阴极析出纯铜,杂质进入阳极泥或电解液,从而实现铜和杂质的分离,产出阴极铜。

2、工艺分类

闪速熔炼

闪速熔炼(flash smelting)包括国际镍公司因科闪速炉、奥托昆普(Outokumpu)闪速炉和旋涡顶吹熔炼3 种。闪速熔炼是充分利用细磨物料巨大的活性表面,强化冶炼反应过程的熔炼方法。将精矿经过深度干燥后,与熔剂经干燥一起用富氧空气喷入反应塔内,精矿粒子在空间悬浮1-3s 时间,与高温氧化性气流迅速发生硫化矿物的氧化反应,并放出大量的热,完成熔炼反应即造锍的过程。反应的产物落入闪速炉的沉淀池中进行沉降,使铜锍和渣得到进一步的分离。这种方法主要用于铜、镍等硫化矿的造锍熔炼。

闪速熔炼在20 世纪50 年代末开始生产,已在四十多家企业推广应用,因为不断改进在节能环保方面有着显著成绩。该工艺技术具有生产能力大、能耗低、污染少等优点,单套系统最大矿铜产能可达40 万t/a 以上,适用于规模20 万t/a 以上的工厂。但是要求原料进行深度干燥到含水<0.3%,精矿粒度<1mm,原料中杂质铅加锌不宜高于6%。工艺的缺点是设备复杂、烟尘率较高,渣含铜比较高,需要进行贫化处理。

闪速熔炼中最具竟争力、发展最快并且工业应用较多的当属奥托昆普闪速熔炼。采用该法生产的铜量约占世界铜产量的三分之一以上。闪速熔炼具有技术成熟可靠,自动化程度高,生产强度大,作业成本低,环境保护好等优势,被称之为标准的清洁炼铜工艺。

奥托昆普闪速炉:该技术是当前世界上最先进的铜冶炼技术,具有节能、环保、高效的特点。而通过计算机在线优化控制系统进行“双闪”铜冶炼技术,更是在世界铜冶炼范围处于领先地位。由于环境要求越来越严厉,而老冶炼厂的P- S 转炉正在过时淘汰,不能满足环境要求;从热平衡问题和造渣问题角度看,采用P-S 转炉,熔炼的冰铜品位很难超过65%,而闪速吹炼由于可以使用高浓度富氧吹炼,热平衡可以保证,因而闪速熔炼的冰铜品位可以达到甚至超过70%,使熔炼的效率很高,符合铜闪速熔炼“四高”——高投料、高品位、高氧浓、高热负的技术的发展趋势。

熔池熔炼

熔池熔炼包括特尼恩特炼铜法、三菱法、奥斯麦特法、瓦纽柯夫炼铜法、艾萨熔炼法、诺兰达法、顶吹旋转转炉法、白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法等。熔池熔炼是在细小的硫化精矿加入熔体的同时,向熔体鼓入空气或工业氧气,在剧烈搅拌的熔池内进行强化熔炼。由于鼓风向溶池中压入了气泡,当气泡通过熔池上升时,造成“熔体柱”运动,这样便给熔体输入了很大的功能。它的炉型有卧、立式、回转式或固定式,鼓风方式有侧吹、顶吹、底吹三种。

熔池熔炼是20 世纪70 年代开始在工业上应用。由于熔池熔炼过程中的传热与传质效果好,可大大强化冶金过程,达到了提高设备生产率和降低冶炼过程能耗的目的。而且对炉料的要求不高,各种类型的精矿,干的、湿的、大粒的、粉状的都适用,炉子容积小,热损失小,节能环保都比较好,特别是烟尘率明显低于闪速熔炼。

奥斯麦特工艺:奥斯麦特顶吹浸没喷枪工艺已经在有色金属和贵金属以及高温处理各种废料的商业生产中得到广泛应用。2003 年底,包括奥斯麦特在南澳大利亚新建的示范工厂在内,全世界有16 家冶炼厂应用奥斯麦特工艺进行商业生产,其中包括中国铜陵的金昌冶炼厂、印度的铜厂和韩国锌公司的再生铜厂家铜厂。奥斯麦特法工厂可以是单台或多台炉子配置,通常不需复杂的物料和烟气处理系统。由于该工艺简单、灵活和能效高,使用奥斯麦特工艺的设备成本比较低。奥斯麦特工艺注重减少外围设备的规模和复杂性,因此在奥斯麦特炉系统内或周围进行低成本改造使客户可以减少尾气处理规模,特别是硫的固定和酸厂、燃料和气体输送系统。原料简单并且给料不需要干燥和磨矿。

再生铜冶炼工艺

再生铜冶炼也是火法冶炼的一种,铜本身是可再生资源,再生铜是炼铜的重要原料,根据国际铜业研究组织数据,在主要发达国家,再生铜产量的比重非常高,其中美国约占60%,日本约占45%,德国约占80%。

再生铜处理工艺取决于原料,约2/3 的高品位铜废料不需要熔炼处理而直接用于铜产品生产,1/3 的废杂铜需要熔炼处理。目前国内外回收利用废杂铜的方法很多,主要可分为两大类:第一类是将高质量的废杂铜直接冶炼成紫精铜或铜合金后供用户使用,称作直接利用;第二类是将废杂铜冶炼成阳极板后经电解精炼成电解铜后供用户使用,称为间接利用。其中,第二类方法根据原料分为高品位和低品位,从冶炼工艺上分为一段、二段和三段法冶炼。

  • 一段法:铜品位>98%的紫杂铜、黄杂铜、电解残极等直接加入精炼炉内精炼成阳极,再电解生产阴极铜。
  • 二段法:废杂铜在熔炼炉内先熔化,吹炼成粗铜,再经过精炼炉—电解精炼,产出阴极铜。
  • 三段法:废杂铜及含铜废料经鼓风炉(或ISA 炉、TBRC 炉、卡尔多炉等)熔炼—转炉吹炼—阳极精炼—电解,产出阴极铜。原料品位可以低至含铜1%。

三段法原料综合利用率高,产出的烟尘成分简单、容易处理,粗铜品位较高,精炼炉操作比较容易,设备生产率也比较高等优点,但又有过程复杂、设备多、投资大且燃料消耗多等缺点。因而,再生铜的冶炼一般采用两段法与三段法相结合的工艺流程,此法有利于降低能耗并提高有价金属的综合回收利用。

湿法冶炼:辅助处理低品位矿和复杂矿

湿法冶炼占铜生产量的10%~20%,是用溶剂浸出铜矿石或铜精矿使铜进入溶液,然后从经过净化处理后的含铜溶液中回收铜的方法。主要用于处理低品位铜矿石、氧化铜矿和一些复杂的铜矿石,生产出的精铜为电积铜。湿法炼铜设备更简单,在矿山附近就近生产,生产成本低,不生产硫酸,无SO2 污染。但杂质含量较高,且炼铜周期长、效率低、产能规模小;贵金属回收困难,回收率不确定;处理黄铜矿精矿的湿法工艺还没有工业应用,存在技术障碍。虽然目前湿法炼铜在铜生产中所占比重不大,但从今后资源发展趋势看,随着矿石逐渐贫化,氧化矿、低品位难选矿石和多金属复杂铜矿的利用日益增多,湿法炼铜将成为处理这些原料的有效途径。

湿法冶炼工艺过程主要包括四个步骤:浸出、萃取、反萃取、金属制备。氧化矿可以直接进行浸出,低品位氧化矿采用堆浸,富矿采用曹浸。硫化矿在一般情况下需要先焙烧后再浸出,也可在高压下直接浸出。浸出过程常用的溶剂有硫酸、硫酸高铁溶液等。

我国是最大的精炼铜生产国和消费国

2018 年全球精炼铜产量2350.66 万吨,同比增长1.23%,其中中国产量896 万吨,占比38%,智利246 万吨,占比10.5%,日本159 万吨,占比6.8%,美国109 万吨,占比4.7%。而1995 年上述四国的产量占比分别为9%、13%、10%、19%,中国增长了四倍之多,智利、日本、美国均有所减少,其中美国减少到之前的四分之一。

2018 年全球精炼铜消费量2381.8 万吨,同比增长1.53%,其中中国消费量1274 万吨,占比53.5%,美国173 万吨,占比7.3%,德国119 万吨,占比5%,日本104 万吨,占比4.4%。1995 年上述四国的消费量占比分别为9%、21%、9%、12%。

对比铜矿和精炼铜的产量和消费量,我们可以大致得出铜的供给和消费分布。铜的主要生产国是智利、秘鲁、中国、美国、刚果等;铜的主要消费国是中国、美国、日本、德国、韩国;铜的主要出口国是智利、加拿大、秘鲁、墨西哥;铜的主要进口国是中国、美国、日本、法国、英国。

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以美国为主的发达国家,在进入后工业社会阶段,对铜的需求逐步缩小,再生铜的循环使用加剧了这一趋势,使其对铜矿的需求更少。我国目前正处于工业时代向后工业时代的转型,对铜的需求逐步趋向稳定,近四年来都保持了一位数的增速。

综上,由于地壳中铜大多以硫化铜的形式存在,决定了火法炼铜成为主要的冶炼工艺,其中闪速熔炼工艺凭借节能、环保、高效和寿命长的特点成为目前最先进的冶炼技术,被广泛使用于国内外大型冶炼厂。目前全球精炼铜的产量和消费量均在2300 万吨以上,我国的数据是900 万吨和1300 万吨,分别占比38%和54%。随着我国从工业时代向后工业时代的转型,铜的需求也将趋向稳定。

铜是史前金属,早在原始社会就被人类发现和应用。由于铜的出现,石器时代随之消亡,人类逐渐迈入青铜器时代。

三、下游应用市场成熟稳定,供需缺口支撑铜价走强

铜是与人类关系非常密切的有色金属,不仅在自然界资源丰富且具有较优良的导电性、导热性、延展性、耐腐蚀性、耐磨性等优良性质,被广泛地应用于电力、电子、能源及石化、机械及冶金、交通、轻工、新兴产业及等领域。但国内外精炼铜的消费结构有所不同。国外精铜消费主要集中在建筑行业,占总消费量的48%,其次为电子电力占比21%、交通运输10%、工程机械10%,其他11%。中国的铜消费主要集中在电力行业,占比45%,其次为家电16%、建筑12%、交通运输7.5%、电子8%、其他12%。中国作为全球最大的铜消费国,下游需求是否得到提振是影响全球铜需求的关键因素,我们将对五个主要应用领域进行预测。

电力行业:用量最大,占比40%以上

电力行业是国内铜消费的第一大领域,铜产品广泛应用于电线电缆、电机、输变电设备、电器附件。2017 年我国电网基本建设投资完成额为5339 亿元,同比下降2.15%,为2010 年来首次下降,主要是因为2016 年国家配电网建设改造行动计划及新一轮农村电网改造升级等政策引导,电网投资基数大。2018 年电网基建投资完成额5373 亿元,同比上升0.6%,随着国家电力建设的逐渐成熟,电力投资增速难以保持过去的高增速,预计未来3-5 年将基本企稳。

过去两年国家电网投资侧重于主网,尤其是特高压部分。目前共建成蒙西-天津南、榆横-潍坊等共“八交十直”特高压输电工程。未来在继续开工推进淮中南昌等6 项特高压工程的同时,投资重点已逐步转向电网智能化及配电网建设,更加偏向于配、用电侧,热别是城市配电网。另外,随着新型城镇化、农业现代化步伐加快,新能源、分布式电源、电动汽车、储能装置快速发展,终端用电负荷呈现增长快、变化大、多样化的新趋势。

电源方面,投资弱于电网的现象仍将延续。不过随着新能源汽车普及度不断提高,我国将逐步建成全球最大的智慧车联网平台,充电桩的建设将拉动铜需求。充电桩耗铜量依据直流/交流属性不同而有所分化,其中单台交流电充电桩 用铜8 公斤,单台直流电充电桩耗铜60 公斤。根据发改委《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020 年)》,到2020 年全国计划建成480 万个充电桩。根据预测,到2020 年充电桩用铜量将达到11.5 万吨,虽然用量较小,但增长较为显著。

根据电网每投资1 亿元能带动800—1000 吨的铜消费,以及电源每投资1 亿元能带动200 吨的铜消费,来对电力行业的铜需求进行预测,我们认为2019- 2020 年电力行业累计耗铜量为562 万吨、577 万吨,同比增速4.4%、2.7%,叠加充电桩带来的铜需求,则2019-2020 年电力行业总的耗铜量为569 万吨、588 万吨,同比增速5.5%、3.3%。

家电行业:农村空调保有量仍有较大上升空间

家电行业中,铜主要运用于空调、冰箱、微波炉等家电的导电导热元器件,其中空调耗铜约占家电行业总耗铜的67%。

长期来看,空调等家电需求将持续攀升。一方面,随着收入水平提高,消费升级从城市延伸到农村,对比城镇家庭平均每百户空调拥有量,农村每百户空调拥有量不到50%,城镇农村市场空调的需求空间还远没达到饱和;另一方面,城市地区家电从新增需求转为替换需求,产品需求量仍然较大。

短期来看,受2017 年全国连续高温天气和前两年三四线城市房地产去库存拉动,2017 年空调产量14350 万台,同比上升28.68%;2018 年伴随政府限购政策频繁出炉,房地产市场由热转冷,产量14985.2 万台,增速理性回落至4.4%。预计未来两年空调增速保持5%的增速。冰箱受房地产影响,增速也有所放缓,预计保持2.5%的增速。

根据行业经验,每台空调用铜约8 公斤,冰箱3 公斤,测算得到2019-2020 年家电行业对铜的需求量为192 万吨、201 万吨,同比增速均保持4.9%。

建筑行业:基本保持稳定

建筑行业中,电线、电缆、铜水管、燃气管等均是涉及铜消费的主要产品,其中主要是供电设备消耗铜材比较多。根据行业经验,房屋建造中电线单方造价为每平米20-50 元,电缆单方造价为每平米15-80 元,造价的主要影响因素是电气的设计思路差异和铜材的市场价格波动。按照电线电缆单方造价的均值叠加之后,计算得每平米造价为82.5 元,取近年来铜价的均值5 万元/吨,可大概估算出建筑行业单位面积的耗铜量为1.65kg/平米。预计未来两年房屋竣工面积增速放缓,2019-2020 年铜需求量为156 万吨、158 万吨。

交通运输行业:新能源汽车贡献增量

根据ICA 及安泰科等机构的数据显示,平均一台混动汽车耗铜60kg,一台纯电动汽车耗铜80kg,相较于传统汽车耗铜28kg 有较大幅度的增长;而对于混动巴士及电动巴士,单车耗铜量可高达90kg 和300kg。自十二五期间,得益于政府对新能源汽车的大力扶持,2018 年产量达到130 万辆,同比增长40.12%;截止至2019 年3 月,新能源汽车产量25.2 万吨,增速48.2%。

新能源汽车的发展对铜的消费增量有进一步的提振作用。根据工业部、发改委及科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划》,至2020 年,中国的汽车生产规模将达到3000 万辆,其中新能源汽车达到200 万辆以上。这意味着2019- 2020 年新能源汽车的产量增速至少保持在30%以上,传统汽车基本饱和,产量增速在1%的水平。到2020 年,交通运输行业对铜的需求量达到93.5 万吨,同比上升5.4%,其中新能源汽车贡献16.9 万吨。

电子行业:集成电路产能保持高增长

集成电路、电工仪器仪表、微电子计算机中的许多元器件都用到铜材料。近年来我国不断推出相关政策并提供资金推动集成电路产业的发展,《国家集成电路产业发展推进纲要》明确指出,到2020 年我国半导体产业年增长率不低于20%。预计未来两年,集成电路产能能保持15-20%的高水平增长,电工仪器仪表方面基本保持稳定增长,微电子计算机相对低迷,用三个行业的平均增速预测未来电子行业的铜需求增速。2019-2020 年,电子产品对铜的需求量分别为106 万吨、114 万吨,同比增速5.7%、8.1%。

终端消费结构变化不大,供需缺口扩大支撑铜价

根据上文的测算,我们可以大致估计出2019-2020 年中国铜消费量为1311 万吨、1354 万吨,同比上升2.9%、3.3%。铜作为应用较成熟的金属,下游领域占比也不会发生太大变化,各行业基本保持稳定,除建筑行业外,电力、家电、交通运输和电子行业占比均有小幅上升。

我们认为,中国仍然是影响全球铜需求最重要的国家。尽管欧美国家未来两年经济复苏趋势良好,对铜需求有一定拉动,但由于其总量相对较小,对需求增长的贡献相对有限。新兴市场基础设施建设等固定资产投资增速空间较大,是拉动铜需求的另一重要市场。“一带一路”沿线国家铁路、电网等基建项目的推进,俄罗斯、巴西等国贸易的增长均对今后几年拉动铜需求提供有利条件。预计2019-2020 年全球铜需求增速保持2.2%和2.5%,分别为2343 万吨、2495 万吨。供给方面,受全球铜矿市场供应增速的回落,制约了铜精矿增量的扩张,预计将保持1.5%的增速,产量为2386 万吨、2422 万吨。精炼铜的供需缺口呈现扩大的倾向,这是支撑铜价中长期强势运行的关键因素。

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1865年欧洲发明了铜电解精炼,对铜冶炼技术进步意义重大。

四、其他铜价影响的因素探讨

上文提到供应端,包括罢工、冶炼工艺等对铜的供应量和生产成本造成的影响,以及需求端,包括电力、家电、建筑、交通运输、电子等行业对铜消费量的影响。除此之外,进出口政策、汇率等也会在一定程度上影响铜价的走势。

进出口政策:环保政策趋严,废铜进口受限

近年来,国家对固体废料进口监管日趋严格。早在2017 年,国务院办公厅就印发《禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》并奠定了未来三年间(2017-2020 年)的废铜政策主要发展线路和目标,回顾近两年的进口废铜政策变化,就是该实施方案目标逐步实现的过程。

2017-2019 年间重大废铜政策梳理:

  • 1.2017 年7 月,《禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》:要逐步有序减少固体废物进口种类和数,2019年年底前,逐步停止进口固体废物。
  • 2.2017 年8 月,发布《进口废物管理目录》的公告:将主要含铜的矿渣、矿灰及残渣列为禁止进口类固废,将以回收铜为主的废电机等(包括废电机、电线、电缆、五金电器)列为限制类进口固废,将铜废碎料列为非限制进口类固废;
  • 3.2018 年2 月,全国环境保护工作会:强调限制类固体废物全年进口量同比下降11.8%;
  • 4.2018 年4 月,关于调整《进口废物管理目录》的公告:将以回收铜为主的废电机等包括废电机、电线、电缆、五金电器从《限制进口类可用作原料的固体废物目录》调入《禁止进口固体废物目录》,自2018 年12 月31 日起执行。
  • 5.2018 年8 月,商务部对美国进口废铜征收25%的关税;
  • 6.2018 年12 月,关于调整《进口废物管理目录》的公告:将铜废碎料从《非限制进口类类可用作原料的固体废物目录》调入《限制进口类可用作原料的固体废物目录》,自2019 年7 月1 日起执行。

2017 年,我国进口废铜实物量355.8 万吨,折算含铜量后为149.4 万吨;其中,工业发达的国家和地区是进口集中的来源地。中国进口废杂铜来源地排在前五的国家和地区占总进口量的63.6%。

受禁令影响,2018 年进口废铜241.3 万吨,同比下降32.2%,影响规模114.5 万吨,供应减少也在一定程度上支撑了国内铜价的升高。

汇率

国际市场上铜的贸易一般用美元标价和结算,因此美元的涨跌通常会引起铜价的反向变动。以1973 年3 月的美元价格作为基数,伦铜三个月期货收盘价与美元指数呈现明显的反向关系。美元升值往往伴随着铜价的下跌,美元贬值铜价上升。表明美元汇率升值,美元资产回流以及对新兴国家资金的抽吸作用,市场面临流动性紧缩,铜价走低。

综上可以看出,决定铜价走势的根本因素在于铜的供求关系,进出口政策、汇率等因素不能改变铜市的基本格局,只是在涨跌幅度及节奏上施加影响。

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五、铜价监测指标

库存

决定铜价走势的根本因素在于铜的供求关系,库存是体现供求关系的重要指标。

2018 年上半年,因为贸易战和中国货币政策去杠杆,市场对周期的预期进入悲观,对长期经济增长从大需求周期扩张一下子切换到长周期衰退。另外,因为春节前后国内贸易商为避免铜价如2017 年下半年持续上涨,相对购置了较多库存,使得短期内贸易商补库需求较弱,交易所库存持续攀升、LME 现货贴水,对价格形成压力。2018 年下半年,库存回落,LME 现货升水,对铜价形成支撑。2019 年1 月份,库存显现了近四年来的最低点,LME现货强势升水,期铜价格从1 月份的5800 美元/吨,上涨到4 月份的6500 美元/吨,上涨幅度12%。

TC/RC

TC/RC(Treatment and refining charges for Processing concentrates) 是指精铜矿转化为精铜的总费用。TC 就是处理费(Treatment charges)或粗炼费,而RC 就是精炼费(Refining charges)。

TC/RC 是矿产商或贸易商向冶炼厂商或贸易商支付的、将铜精矿加工成精炼铜的费用。目前通行的做法是,铜精矿加工完毕后,矿产商或贸易商与冶炼厂商事先谈好TC/RC 费用,然后从基于LME 基准价确定的售价中扣除TC/RC 费用,就是铜精矿的销售价格。所以,最后还原的仍是买方向卖方支付铜精矿的价格。

TC/RC 高企表明冶炼厂商的收益高,必将极大刺激冶炼厂商的生产积极性,但决定TC/RC 水平高低的重要因素是铜矿砂的供求关系。一般而言,当铜矿砂供应短缺时,矿山在对冶炼厂商的谈判中占据主动,其支付的TC/RC 就会下降;反之,当铜矿砂供应充裕时,TC/RC 就会上涨。换言之,TC/RC 与铜精矿的供应量具有正向关系。正因为如此,一般可以将TC/RC 的变化称之为铜精矿供需的晴雨表。

TC 的单位是美元/吨,RC 的单位是美分/磅,它们在数值上的比例总是10:1 的关系。1 美分/磅=22.046 美元/吨,在算总的冶炼加工费时,需要对单位进行换算再进行求和。假设铜精矿含铜量是30%,冶炼回收率96.5%,则国内铜冶炼费的计算公式为:国内铜冶炼费=【TC/(22.046*0.3*0.965)+RC】*22.046*人民币对美元汇率。以目前的TC/RC 为80 美元/8 美分,人民币对美元汇率6.77 来计算,那么,国内冶炼费=453美元*6.77=3067 元。由于冶炼工艺的改进,我国吨铜冶炼成本由90 年代的5000 元以上降低到目前的2000-2500 元,目前的冶炼企业仍然有利可图。

相较于2015 年的TC/RC,目前的TC 处于一个比较低的位置,也侧面反映了铜精矿供应偏紧的局面。

综上,库存是体现精炼铜供求关系的重要指标,而TC/RC 是反应铜矿供需的晴雨表,这两个指标关系到从铜矿到冶炼、从冶炼到加工环节的整个铜产业链的状态,是监测铜价走势的有力指标。

提及中国铜冶炼历史,不得不提到湿法铜,湿法铜源于我国,古称“胆水浸铜法”。在唐、宋主要集中在江西铅山、德兴和广东岭水,年产量最高近2000吨。铜陵地区的古矿规模更大,年代跨度又长,从商周到唐宋一直是采铜、冶铜的中心。近代炼我国铜工业处于落后地位,直到1949年前,全国只剩沈阳冶炼厂、上海冶炼厂、昆明冶炼厂和重庆冶炼厂4家工厂维持少量生产,产量不足3000吨。1949年以后,新中国整个工业水平迅速提高,新建了铜陵、白银、大冶和云南等大型炼铜厂。

六、产业链各环节企业利润结构分析

矿产商利润

矿产商利润=铜精矿价格-开采成本=-开采成本

矿产商的利润构成就等于铜精矿价格减去铜矿的开采成本。而铜精矿主要采用铜价扣除冶炼加工费方式定价,冶炼加工费就是TC 和RC。

国内铜精矿价格主要采用铜价乘以计价系数乘以精矿品位(目前20%的铜精矿到厂系数在84%-85%左右,25%的铜精矿到厂作价系数在86%-87%左右),再扣除因品位差异、杂质超标导致的费用后计算,也可看做铜价减去冶炼加工费。所以不难得出,影响矿产商的利润的主要有三个因素,分别是铜价,冶炼加工费和开采成本,这里的铜价一般取用LME 期铜价格作为基准价。

矿产商的采矿成本短时间内比较固定,所以我们简单的可以将矿产商定义为上游风险闭口,下游风险敞口的企业,其面临的风险是铜价下跌的风险。如果铜价下跌,矿产商的利润将会被压缩,开采新矿的积极性将会得到抑制,铜精矿的供给就会趋紧,从而利多铜价,导致矿产商的利润又得到了扩大,采矿积极性又得到了提振,慢慢地形成一个动态平衡的过程。

冶炼厂商利润

冶炼厂利润=销售铜价+副产品利润-铜精矿价格-冶炼加工成本=(销售铜价-采购铜价)+(冶炼加工费-冶炼加工成本)+副产品利润

铜冶炼厂的利润主要由两部分构成,一部分是冶炼加工费与冶炼成本的差值,这部分是冶炼厂的核心利润,另一部分是铜精矿冶炼过程当中所形成的副产品的利润,这部分副产品包括金、银、硫酸等。冶炼厂的利润还受销售铜价与采购铜价的价差影响。铜冶炼企业作为风险双向敞口的铜企业,所面临风险为相对价差的变动风险。

具体来说,购销价差变动风险主要来自于定价方式、定价时间和定价市场的不匹配。例如,如果国内冶炼商从国外采购铜精矿回国冶炼成精炼铜在国内市场卖,那么可能存在的情况是在国内的销售铜价采用的基准价为上期所的铜期货价格,而铜精矿价格采用的基准价是LME 铜期货的价格,属于定价市场的不匹配导致了购销价差风险的产生。

贸易商利润

贸易商利润=价差收入+息差收入=(销售铜价-采购铜价)+息差收入

贸易商的利润也由两部分构成,一部分是价差收入,即上文提到的购销价差收入,是由于上游与下游定价方式的不匹配而形成的收入。目前贸易商在买卖精炼铜的时候一般都会采用点价的方式。

点价交易是指当现货购销双方在确定现货买卖价格的时候,并不是确定一个明确的价格,而是确定一个定价公式,“现货买卖价格= 期货价格+ 升贴水”。通常在签订买卖合同的时候,先确定升贴水,然后买方可以在随后的一段时间内,根据期货价格的变化来选择价格,比如签订合同一个月后的某天,买方认为当前的期货价格不可能再跌,就可以通知卖方,用这个时候的期货价格来计算现货买卖价格。

息差收入是以较低的利率借贷,投资于回报率较高的资产。几年前的“融资铜”便是贸易商利用中美之间的息差进行套利获得收入。在2013 年至2014 年,国内开始出现钱荒,由于信贷紧张导致国内借贷利率高企。受此影响,许多贸易商加大了国外融资铜的进口,以利用国外较低利率成本的资金。融资铜具体操作为中国国内企业通过授信银行开立远期信用证给境外贸易商,得到仓单后进行转卖得到一笔流动资金,然后用这笔流动资金去投资国内收益率比较高的产品。由于信用证一般需要一段时间才归还,所以贸易商相当于获得了一笔较低利率的资金。融资铜的大幅进口导致同时期保税区库存大幅增加。

加工企业利润

加工企业利润=加工费-加工成本=(铜材价格-精炼铜价格)-加工成本

目前铜产业链相对比较成熟,铜加工企业都是事先确定一个加工费,铜材的价格就等于铜期货基准价或者现货基准价加上一定的加工费,此时加工费就反映了铜加工企业的利润,加工费越高铜需求越大,越有利于铜价。但是对于铜杆企业,由于下游为国家电网,铜加工企业议价能力比较低,铜杆价格与精铜价格不一定有相等的正向变动关系,此时,加工企业也面临着精炼铜价格上涨的风险,所以也可以通过买入套期保值操作锁定成本。

终端消费企业利润

终端消费企业利润=成品价格-成本

终端消费企业的利润构成比较简单,是由成品价格减去成本得到的。终端消费企业利润越高,越有利于精炼铜的消费,对铜价越有利。以空调生产企业为例,成品价格即为空调的价格,而空调的成本就包含铜管的价格。当铜价上涨时,铜管价格也会随着上涨,但是空调的价格波动可能不会太大,下图可以看出相对于铜价的波动,空调价格波动较小。

从2013 年初至2015 年底,铜价从51850 元/吨下跌到29750 元/吨,下跌幅度43%,而空调价格仅从3570 元/台下降到3400 元/台附近,下跌幅度5%。2016 年和2017 年,铜价一路从29750 元/吨飙升到52300 元/吨,上涨幅度76%,空调价格也仅上升了4%。可以看出,终端消费企业下游价格相对比较确定,但是上游成本会随着铜价而经常发生变化,对上游是有较大的风险敞口的。企业同样可以通过在期货市场上买入套期保值来确保成本。

目前世界上生产电解铜的冶炼方法主分为两大类:火法冶炼和湿法冶炼。目前精炼铜产量的80%以上是用火法冶炼生产的,湿法冶炼生产的精炼铜占20%左右。

七、铜价涨跌对各环节企业的影响

通过对各个环节上生产销售企业的利润结构分析,我们可以看出,矿产商和终端消费企业在整个产业链的头尾,作为单向敞口企业对于铜价的涨跌最为敏感。铜价上涨利好矿产商,而铜价下跌利好终端消费企业。中间环节的冶炼厂商和加工企业,利润主要来自于冶炼和加工费用,冶炼厂商可以通过TC/RC 与矿产商进行博弈,加工企业可将原材料成本转嫁到下游企业,利润相对稳定。贸易商不负责生产加工,只是精炼铜的搬运工和炒作者,利润较不稳定,主要取决于对市场的判断是否正确。

当铜价处于上升通道的时候,反应市场上供不应求,对矿产商是利好事件,而冶炼厂商则必须通过降低粗炼费和精炼费来争取到更多的矿源,保证正常的生产,这无疑损害了冶炼厂商的利润。对于贸易商而言,铜价上涨时可以将前期低价买入的铜进行售卖,也属于利好。铜材加工企业的加工费基本稳定,下游需求向好对铜材需求增多,企业的利润也会随之增加。终端消费企业正好相反,最终产品价格的涨跌幅度不及铜价的涨跌幅,铜价上升将会削弱企业的利润,除非大型企业有能力保证足够的铜库存或者在期货市场上买入套期保值。当铜价处于下跌阶段的时候,情况则与之相反。

……

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(报告来源:红塔证券;分析师:杨洁)

一、火法冶炼

火法炼铜是当今生产铜的主要方法,占铜产量的80%左右,主要是处理硫化矿。火法炼铜的优点是原料适应性强,能耗低,效率高,金属回收率高。火法炼铜可分两类:一是传统工艺:如鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼。二是现代强化工艺:如闪速炉熔炼、熔池熔炼。

由于20世纪中叶以来全球性的能源和环境问题突出,能源日趋紧张,环境保护法规日益严格,劳动成本逐步上涨,促使铜冶炼技术从20世纪80年代起获得飞速发展,迫使传统的方法不得不被新的强化方法来代替,传统冶炼方法逐渐被淘汰。随之兴起的是以闪速熔炼和熔池熔炼为代表的强化冶炼先进技术,其中最重要的突破是氧气或富氧的广泛应用。经过几十年的努力,闪速熔炼与熔池熔炼已基本取代传统火法冶炼工艺。

1、火法冶炼工艺流程

火法工艺过程主要包括四个主要步骤:造锍熔炼、铜锍(冰铜)吹炼、粗铜火法精炼和阳极铜电解精炼。

造硫熔炼(铜精矿—冰铜):主要是使用铜精矿造冰铜熔炼,目的是使铜精矿部分铁氧化,造渣除去,产出含铜较高的冰铜。

冰铜吹炼(冰铜—粗铜):将冰铜进一步氧化、造渣脱除冰铜中的铁和硫,生产粗铜。

火法精炼(粗铜—阳极铜):将粗铜通过氧化造渣进一步脱除杂质元素,生产阳极铜。

电解精炼(阳极铜—阴极铜):通过引入直流电,阳极铜溶解,在阴极析出纯铜,杂质进入阳极泥或电解液,从而实现铜和杂质的分离,产出阴极铜。

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火法炼铜一般流程图

2、火法冶炼工艺分类

(1)闪速熔炼

闪速熔炼(flash smelting)包括国际镍公司因科(Inco)闪速炉、奥托昆普(Outokumpu)闪速炉和旋涡顶吹熔炼(ConTop)3种。闪速熔炼是充分利用细磨物料巨大的活性表面,强化冶炼反应过程的熔炼方法。将精矿经过深度干燥后,与熔剂经干燥一起用富氧空气喷入反应塔内,精矿粒子在空间悬浮1-3s时间,与高温氧化性气流迅速发生硫化矿物的氧化反应,并放出大量的热,完成熔炼反应即造锍的过程。反应的产物落入闪速炉的沉淀池中进行沉降,使铜锍和渣得到进一步的分离。这种方法主要用于铜、镍等硫化矿的造锍熔炼。

闪速熔炼在20世纪50年代末开始生产,已在四十多家企业推广应用,因为不断改进在节能环保方面有着显著成绩。该工艺技术具有生产能力大、能耗低、污染少等优点,单套系统最大矿铜产能可达40万t/a以上,适用于规模20万t/a以上的工厂。但是要求原料进行深度干燥到含水<0.3%,精矿粒度<1mm,原料中杂质铅加锌不宜高于6%。工艺的缺点是设备复杂、烟尘率较高,渣含铜比较高,需要进行贫化处理。

闪速熔炼中最具竟争力、发展最快并且工业应用较多的当属奥托昆普闪速熔炼。采用该法生产的铜量约占世界铜产量的三分之一以上。闪速熔炼具有技术成熟可靠,自动化程度高,生产强度大,作业成本低,环境保护好等优势,被称之为标准的清洁炼铜工艺。

奥托昆普闪速炉:该技术是当前世界上最先进的铜冶炼技术,具有节能、环保、高效的特点。而通过计算机在线优化控制系统进行“双闪”铜冶炼技术,更是在世界铜冶炼范围处于领先地位。由于环境要求越来越严厉,而老冶炼厂的P-S转炉正在过时淘汰,不能满足环境要求;从热平衡问题和造渣问题角度看,采用P-S转炉,熔炼的冰铜品位很难超过65%,而闪速吹炼由于可以使用高浓度富氧吹炼,热平衡可以保证,因而闪速熔炼的冰铜品位可以达到甚至超过70%,使熔炼的效率很高,符合铜闪速熔炼“四高”——高投料、高品位、高氧浓、高热负的技术的发展趋势。

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闪速熔炼工艺流程图

(2)熔池熔炼

熔池熔炼包括特尼恩特炼铜法、三菱法、奥斯麦特法、瓦纽柯夫炼铜法、艾萨熔炼法、诺兰达法、顶吹旋转转炉法(TBRC)、白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法等。熔池熔炼是在细小的硫化精矿加入熔体的同时,向熔体鼓入空气或工业氧气,在剧烈搅拌的熔池内进行强化熔炼。由于鼓风向溶池中压人了气泡,当气泡通过熔池上升时,造成“熔体柱”运动,这样便给熔体输入了很大的功能。它的炉型有卧、立式、回转式或固定式,鼓风方式有侧吹、顶吹、底吹三种。

熔池熔炼是20世纪70年代开始在工业上应用。由于熔池熔炼过程中的传热与传质效果好,可大大强化冶金过程,达到了提高设备生产率和降低冶炼过程能耗的目的。而且对炉料的要求不高,各种类型的精矿,干的、湿的、大粒的、粉状的都适用,炉子容积小,热损失小,节能环保都比较好,特别是烟尘率明显低于闪速熔炼。

奥斯麦特工艺:奥斯麦特顶吹浸没喷qiang工艺已经在有色金属和贵金属以及高温处理各种废料的商业生产中得到广泛应用。2003 年底,包括奥斯麦特在南澳大利亚新建的示范工厂在内,全世界有16 家冶炼厂应用奥斯麦特工艺进行商业生产,其中包括中国铜陵的金昌冶炼厂、印度的铜厂和韩国锌公司的再生铜厂家铜厂。奥斯麦特法工厂可以是单台或多台炉子配置,通常不需复杂的物料和烟气处理系统。由于该工艺简单、灵活和能效高,使用奥斯麦特工艺的设备成本比较低。奥斯麦特工艺注重减少外围设备的规模和复杂性,因此在奥斯麦特炉系统内或周围进行低成本改造使客户可以减少尾气处理规模,特别是硫的固定和酸厂、燃料和气体输送系统。原料简单并且给料不需要干燥和磨矿。

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2011年世界铜冶炼产能主要冶炼厂

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主要炼铜工艺对比

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国内主要铜企粗炼能力(截止2013年)

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国外部分铜企冶炼工艺情况

需要注意的是再生铜冶炼也是火法冶炼的一种,铜本身是可再生资源,再生铜是炼铜的重要原料,根据国际铜业研究组织(ICSG)数据,在主要发达国家,再生铜产量的比重非常高,其中美国约占60%,日本约占45%,德国约占80%。

二、再生铜冶炼工艺

再生铜处理工艺取决于原料,约2/3的高品位铜废料不需要熔炼处理而直接用于铜产品生产,1/3的废杂铜需要熔炼处理。目前国内外回收利用废杂铜的方法很多,主要可分为两大类:第一类是将高质量的废杂铜直接冶炼成紫精铜或铜合金后供用户使用,称作直接利用;第二类是将废杂铜冶炼成阳极板后经电解精炼成电解铜后供用户使用,称为间接利用。其中,第二类方法根据原料分为高品位和低品位,从冶炼工艺上分为一段、二段和三段法冶炼。

一段法:铜品位>98%的紫杂铜、黄杂铜、电解残极等直接加入精炼炉内精炼成阳极,再电解生产阴极铜。

二段法:废杂铜在熔炼炉内先熔化,吹炼成粗铜,再经过精炼炉—电解精炼,产出阴极铜。

三段法:废杂铜及含铜废料经鼓风炉(或ISA炉、TBRC炉、卡尔多炉等)熔炼—转炉吹炼—阳极精炼—电解,产出阴极铜。原料品位可以低至含铜1%。

三段法原料综合利用率高,产出的烟尘成分简单、容易处理,粗铜品位较高,精炼炉操作比较容易,设备生产率也比较高等优点,但又有过程复杂、设备多、投资大且燃料消耗多等缺点。因而,再生铜的冶炼一般采用两段法与三段法相结合的工艺流程,此法有利于降低能耗并提高有价金属的综合回收利用。

三、主要冶炼工艺介绍

1、北德精炼凯撒冶炼厂凯撒回收再生系统(KRS)

北德精炼凯撒冶炼厂是目前世界上最大最先进的再生铜精炼厂。凯撒冶炼厂用1台ISA炉取代3台鼓风炉和1台PS转炉,处理含铜1%~80%的残渣和杂铜;ISA炉间断地进行熔炼和吹炼,含铜残渣和杂铜,先在ISA炉中进行还原熔炼,产出黑铜和硅酸盐炉渣,黑铜继续吹炼,产出含铜95%的粗铜。

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2、奥地利MontanwerkeBrixlegg冶炼厂鼓风炉-转炉-反射炉工艺

Montanwerke Brixlegg冶炼厂是奥地利唯一的铜冶炼厂,原料为废杂铜,含铜在15%~99%。生产工艺由鼓风炉、PS转炉、固定式阳极炉及电解组成,是典型的三段法。

该工艺的特点是:不同品位的残渣和紫杂铜用不同的工艺流程生产不同的产品。含铜15%~70%的残渣原料先进鼓风炉,用焦炭还原生产出黑铜,再进转炉生产出粗铜;含铜75%以上的黑铜和铜合金直接进转炉,生产出含铜96%以上的粗铜进阳极炉精炼;含铜品位较高的杂铜、粗铜则直接进阳极炉精炼;而含铜品位更高的光亮铜则无需冶炼处理,直接加入感应电炉生产铜材,对原料的适应性很强。

3、比利时me_x_tallo-Chimique 冶炼厂氧气顶吹旋转转炉(TBRC)冶炼工艺

me_x_tallo-Chimique 冶炼厂的TBRC炉对原料的适应性强,处理的原料非常杂,品种很多。主要原料为含铜25%~30%的工业残渣、各种铜合金(黄铜、青铜等)、废旧电机、海绵铜、电缆、各种品位的杂铜等等,尤以处理含铜、铅、锡的低品位工业残渣、铜合金、难处理的杂铜为主。

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4、卡尔多炉处理低品位废杂铜

卡尔多炉处理低品位废铜是一种先进的熔炼技术,主要体现在金属回收率高和环境效益好等方面,可以处理含铜15%-99%的废杂铜,适应性强,物料不用预处理,可以直接入炉,可以控制氧化和还原气氛。处理低品位废杂铜分加料、熔炼、放渣、吹炼、出铜5个步骤,在一台炉内分阶段完成,粗铜品位可达到96%。其反应过程通常用废杂铜原料中的铁作为还原剂,添加石英石熔剂。卡尔多炉处理废杂铜工艺是国外二段法处理废杂铜的一种先进工艺,国内大型冶炼厂,如江西铜业也引进该方法处理废杂铜。

5、NGL炉精炼废杂铜工艺

针对现有废杂铜处理技术的不足,中国瑞林工程技术有限公司研发了“NGL”炉废杂铜火法精炼工艺。

NGL炉是结合倾动炉和回转式阳极炉的优点而开发的,侧面有大的加料门和渣门,另一侧有氧化还原口和透气砖,炉体可在一定角度内转动。“NGL炉精炼废杂铜成套工艺及装备”首次在废杂铜精炼工艺中采用了氮气搅动技术,有效强化了精炼过程的传质传热,提高了生产效率。该工艺采用氧气卷吸燃烧的方式供热,大大提高了热效率,缩短了生产周期,使排出的烟气量减少了65%以上。

NGL炉精炼废杂铜成套工艺及装备于2010年开始,分别在山东金升集团东部铜业有限公司和广西有色集团再生金属有限公司进行了大规模的工业化应用,其4套250吨的NGL炉系统均于2012年投产。

湿法冶炼(SX-EW法)

湿法冶炼占铜生产量的10%~20%,是用溶剂浸出铜矿石或铜精矿使铜进入溶液,然后从经过净化处理后的含铜溶液中回收铜的方法。主要用于处理低品位铜矿石、氧化铜矿和一些复杂的铜矿石。

湿法炼铜设备更简单,在矿山附近就近生产,生产成本低,不生产硫酸,无SO2污染。但杂质含量较高,且炼铜周期长、效率低、产能规模小;贵金属回收困难,回收率不确定;处理黄铜矿精矿的湿法工艺还没有工业应用,存在技术障碍。

虽然目前湿法炼铜在铜生产中所占比重不大,但从今后资源发展趋势看,随着矿石逐渐贫化,氧化矿、低品位难选矿石和多金属复杂铜矿的利用日益增多,湿法炼铜将成为处理这些原料的有效途径。

1、湿法冶炼工艺流程

湿法冶炼工艺过程主要包括四个步骤:浸出、萃取、反萃取、金属制备(电积或置换)。氧化矿可以直接进行浸出,低品位氧化矿采用堆浸,富矿采用曹浸。硫化矿在一般情况下需要先焙烧后再浸出,也可在高压下直接浸出。浸出过程常用的溶剂有硫酸、an、硫酸高铁溶液等。

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湿法冶炼一般流程图

2、火法冶炼工艺与湿法冶炼工艺比较

火法冶炼与湿法冶炼工艺对比

铜冶炼方法展望

世界铜冶炼发展趋势铜冶炼的发展趋势归纳起来有以下几点:

(1)由于铜矿的性质,为了回收其中的银和硫,火法炼铜仍占主要地位,但湿法炼铜比例会有所提高。

(2)铜厂将是无污染工作,二氧化硫废气排放浓度将在300ppm以下,硫的实收率达到95%~99%。无废水废渣排放。

(3)火法炼铜将基本上是自热熔炼。

(4)铜锍连续吹炼将会更广泛的应用。

(5)低品位矿将会用湿法冶金进行利用。湿法冶炼中浸出和萃取效率将会进一步提高。

(6)计算机在线控制将是主要的生产控制手段。

(7)工厂的规模将会更大型化,每一工序将会是单台炉子生产,操作工作将会更加减少。

随着环保政策的严厉和生产成本的增加,从世界范围看,成本高、技术落后小型冶炼厂将陆续关闭,大中型冶炼厂将进一步扩大生产规模,降低成本。而通过技术升级改造,进一步提高原料利用率,最大限度在冶炼过程中回收废渣、废水、废气中有价元素将是降成本最重要的手段。返回搜狐,查看更多

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