王 沖， 羅勁松， 沐亞玲， 李 堅(jiān)

(1.云南銅業(yè)股份有限公司, 云南 昆明 650102； 2.昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院, 云南 昆明 650093)

?

重金屬

云銅傳統(tǒng)電解與ISA電解完全成本對(duì)比分析

王 沖1,2， 羅勁松1， 沐亞玲1， 李 堅(jiān)2

(1.云南銅業(yè)股份有限公司, 云南 昆明 650102； 2.昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院, 云南 昆明 650093)

以2013年度云南銅業(yè)股份有限公司傳統(tǒng)銅電解和ISA銅電解工藝的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了兩種銅電解生產(chǎn)工藝在相同銅產(chǎn)量下的固定成本、變動(dòng)成本、財(cái)務(wù)費(fèi)用、主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)折算的成本和完全成本。結(jié)果表明，因兩個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的基本建設(shè)投資差異引起的固定費(fèi)用差異最大，由財(cái)務(wù)費(fèi)用和主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)差異引起的成本差異次之，變動(dòng)成本則相差最小，ISA電解的完全成本比傳統(tǒng)電解的高3.50元/tCu。

銅電解； 完全成本； 傳統(tǒng)電解； ISA電解

全球銅產(chǎn)量的80%左右產(chǎn)自硫化銅礦，而硫化銅礦經(jīng)火法冶煉產(chǎn)出的陽(yáng)極銅中銅含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))通常只有99.0%～99.5%[1]，須經(jīng)過電解精煉獲得高純陰極銅。銅電解精煉的歷史悠久，20世紀(jì)70年代以來，在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了周期反向電流電解、不銹鋼陰極電解和薄型陽(yáng)極電解等工藝。與傳統(tǒng)銅電解工藝采用純銅始極片作為生產(chǎn)電解槽的陰極所不同，永久陰極銅電解工藝采用不銹鋼板作為永久性陰極，省去了銅始極片的電解生產(chǎn)和加工制作；此外，由于不銹鋼陰極板硬度高、板面平整、垂懸度好，對(duì)于提高電流密度強(qiáng)化銅電解生產(chǎn)和提升陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量，作用非常顯著。因此，從其問世伊始，就引起了銅冶金行業(yè)的極大關(guān)注，技術(shù)不斷完善，并在全球獲得推廣。目前，全球主要有4種不銹鋼陰極銅電解生產(chǎn)工藝，即ISA工藝、Kidd工藝、EPCM工藝和OT工藝[2]。截止2008年底，全球采用ISA電解(電積)工藝技術(shù)的工廠有50多家[3]，目前又增至60多家，產(chǎn)能超過500萬(wàn)t，占世界銅產(chǎn)量的35%以上[2]。

云南銅業(yè)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱云銅)是國(guó)家第一個(gè)五年計(jì)劃中156項(xiàng)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，于1958年建成投產(chǎn)，此后歷經(jīng)幾次改造和擴(kuò)建，擁有8跨采用傳統(tǒng)電解工藝生產(chǎn)高純陰極銅的電解車間。2010年，云銅新建成投產(chǎn)第9～10跨電解車間，采用ISA電解工藝，年產(chǎn)18萬(wàn)t高純陰極銅。自此，云銅電解分廠內(nèi)，傳統(tǒng)電解和ISA電解兩種銅電解生產(chǎn)工藝并存。為了更好地了解實(shí)際生產(chǎn)條件下兩種電解工藝的差異，本文對(duì)陰極銅產(chǎn)能均為18萬(wàn)t/a的第6～8跨(采用傳統(tǒng)電解工藝)和第9～10跨(采用ISA電解工藝)在2013年度的完全成本進(jìn)行全面分析，探討兩種銅電解生產(chǎn)工藝在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面存在的差異，為本公司和同行提供借鑒。

1 固定成本對(duì)比分析

1.1 人工成本對(duì)比

云銅銅電解分廠主要包括傳統(tǒng)電解生產(chǎn)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱傳統(tǒng)電解)、ISA電解生產(chǎn)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱ISA電解)、電解液凈化系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱凈液系統(tǒng))、維修部門和管理人員等5個(gè)部分。表1為云銅銅電解分廠的人員分布情況。由于傳統(tǒng)電解和ISA電解的產(chǎn)能接近，表1將凈液系統(tǒng)、維修部門、管理人員平均分配到傳統(tǒng)電解和ISA電解。

表1 2013年云銅銅電解分廠的人員構(gòu)成

傳統(tǒng)電解的人員包含正式工和外協(xié)工，正式工按年工資11.00萬(wàn)元/(年·人)計(jì)算人工成本，外協(xié)工按18.04元/tCu計(jì)算人工成本。2013年傳統(tǒng)電解的總產(chǎn)量按18萬(wàn)t計(jì)算，則傳統(tǒng)電解的人工總成本計(jì)算如下：

傳統(tǒng)電解的總?cè)斯こ杀?傳統(tǒng)電解的員工人數(shù)×

11.00+ (傳統(tǒng)電解的銅產(chǎn)量×18.04 )=

120×11.00+ (180 000×18.04) =1 644.70萬(wàn)元

傳統(tǒng)電解的噸銅人工成本=16 447 000/180 000=

91.40元/tCu

ISA電解的人員只有正式工，人工成本全部按照年工資11.00萬(wàn)元/(年·人)計(jì)算，2013年ISA電解的總產(chǎn)量按照18萬(wàn)t計(jì)算，則ISA電解人工總成本計(jì)算如下：

ISA電解的總?cè)斯こ杀?ISA電解的員工人數(shù)×

11.00=137×11=1 507.00萬(wàn)元

ISA電解的噸銅人工成本=15 070 000 /180 000=

83.70元/tCu

1.2 折舊費(fèi)用對(duì)比

云銅銅電解分廠所有折舊費(fèi)均按照直線法進(jìn)行計(jì)算，取殘值為5%，使用年限為35 a。第6～8跨(傳統(tǒng)電解)的基本建設(shè)投資為4.00億元，于2004年建成投產(chǎn)；第9～10跨(ISA電解)的基本建設(shè)投資為6.98億元，于2010年投產(chǎn)。為了更好地比較傳統(tǒng)電解和ISA電解在同一時(shí)期內(nèi)的折舊費(fèi)用，本文假設(shè)傳統(tǒng)電解于2010年與ISA電解一起投產(chǎn)，考慮資金的時(shí)間價(jià)值(資金隨著時(shí)間的推移而產(chǎn)生的增值)，將2004年傳統(tǒng)電解的基本建設(shè)投資按照復(fù)利法折算到2010年[4]，則有：

F=P(1+i)n=4×(1+3.6%)6=4.945 6億元

式中：F為本利；P為本金；i為一個(gè)計(jì)息周期內(nèi)的利率；n為計(jì)息期數(shù)，2004年銀行整存整取的5年以上存期年利率為3.6%。

因此，2013年云銅傳統(tǒng)電解和ISA電解的總折舊費(fèi)用分別為1 342.00萬(wàn)元和1894.00萬(wàn)元，折算到噸銅為：

傳統(tǒng)電解的噸銅折舊費(fèi)用=13 420 000/180 000=

74.60元/tCu

ISA電解的噸銅折舊費(fèi)用=18 940 000/180 000=

105.20元/tCu

1.3 固定成本對(duì)比

將上述計(jì)算所得的人工成本和折舊費(fèi)用加和得到固定成本，列于表2。通過表2可得云銅傳統(tǒng)電解和ISA電解的固定成本(含人工成本和折舊費(fèi)用)總和分別為166.00元/tCu和188.90元/tCu。

表2 云銅傳統(tǒng)電解和ISA電解的固定成本對(duì)比 元/tCu

從表2可以看出，與ISA電解相比，傳統(tǒng)電解的人工成本高出7.70元/tCu；而ISA電解的折舊費(fèi)用卻比傳統(tǒng)電解高出30.60元/tCu，這是造成ISA電解與傳統(tǒng)電解的固定成本差距較大的主要原因，這主要是ISA電解的基本建設(shè)投資費(fèi)用高于傳統(tǒng)電解，因此ISA電解的噸銅固定成本比傳統(tǒng)電解高出22.90元/tCu。

2 變動(dòng)成本對(duì)比分析

云銅銅電解生產(chǎn)的變動(dòng)成本如圖1所示，可以看出，云銅銅電解生產(chǎn)中，99%的變動(dòng)成本集中在動(dòng)力費(fèi)用和材料費(fèi)用部分，這是由銅電解生產(chǎn)本身的特點(diǎn)所決定的。因此，后續(xù)僅就動(dòng)力費(fèi)用和材料費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比分析。

圖1 云銅銅電解生產(chǎn)的變動(dòng)費(fèi)用組成

2.1 動(dòng)力費(fèi)用對(duì)比

云銅銅電解生產(chǎn)的動(dòng)力費(fèi)用如圖2所示。云銅銅電解生產(chǎn)中，99%的動(dòng)力費(fèi)用集中于電和蒸汽，因此，后續(xù)對(duì)動(dòng)力費(fèi)用的對(duì)比分析僅為電和蒸汽部分。

圖2 云銅銅電解生產(chǎn)的動(dòng)力費(fèi)用組成

從云銅2013年的生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)結(jié)果[5]可知，傳統(tǒng)電解和ISA電解的交流電單耗分別為254.95 kW·h/tCu和308.92 kW·h/tCu，蒸汽單耗分別為1.19 GJ/tCu和0.62 GJ/tCu。2013年交流電單價(jià)為0.61元/(kW·h)，蒸汽單價(jià)為30.00元/GJ。

此外，2013年云銅傳統(tǒng)電解和ISA電解的平均電流密度分別為263.5 A/m2和281.7 A/m2。通常電流密度在220～300 A/m2范圍內(nèi)每增加1 A/m2，槽電壓大約增加1 mV[1]。電能的單位消耗按下式計(jì)算[1]：

W=(Ece×1 000)/(η×a)

(2)

式中：W為交流電能的單位消耗，kW·h/tCu；Ece為電解槽的槽電壓，V；η為電流效率，%；a為金屬的電化當(dāng)量，對(duì)于二價(jià)銅為1.186。

2013年云銅ISA電解的平均電流效率為98.6%。由于電流密度的差異，ISA電解比傳統(tǒng)電解多消耗的電能為：

W=(281.7-263.5)/(98.6%×1.186)=

15.57 kW·h/tCu

若將ISA電解的電流密度降低至與傳統(tǒng)電解相同時(shí)，ISA電解的交流電單耗為293.35 kW·h/tCu，其交流電耗成本為178.90元/tCu。通過以上計(jì)算獲得兩種銅電解工藝的動(dòng)力費(fèi)用對(duì)比，如表3所示。

表3 云銅傳統(tǒng)電解和ISA電解的動(dòng)力費(fèi)用對(duì)比 元/tCu

從表3可見，2013年云銅傳統(tǒng)電解的交流電耗成本比ISA電解低23.40元/tCu，但蒸汽消耗成本卻比ISA電解高17.10元/tCu，致使傳統(tǒng)電解的動(dòng)力費(fèi)比ISA電解低6.30元/tCu。

2.2 材料費(fèi)用對(duì)比

2013年度云銅銅電解分廠傳統(tǒng)電解和ISA電解的陰極銅實(shí)際產(chǎn)量分別為167 669 t和153 069 t，而從2013年度各類材料使用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果[2]可知，傳統(tǒng)電解和ISA電解生產(chǎn)的材料總費(fèi)用分別為438萬(wàn)元和445萬(wàn)元，折算到噸銅為：

傳統(tǒng)電解的噸銅材料單耗=4 380 000/167 669=

26.10元/tCu

ISA電解的噸銅材料單耗=4450 000/153 069=

29.10元/tCu

可見，2013年度云銅銅電解分廠傳統(tǒng)電解和ISA電解的各類材料消耗分別為26.10元/tCu和29.10元/tCu，兩者相差3.00元/tCu。

2.3 變動(dòng)成本對(duì)比

變動(dòng)成本主要是指銅電解生產(chǎn)所需的動(dòng)力費(fèi)用和材料費(fèi)用(不包括銅陽(yáng)極)之和。傳統(tǒng)電解和ISA電解的變動(dòng)成本對(duì)比列于表4。

表4 云銅傳統(tǒng)電解和ISA電解的變動(dòng)成本對(duì)比 元/tCu

從表4可以看出，云銅ISA電解的變動(dòng)成本比傳統(tǒng)電解高9.30元/tCu，其中，材料費(fèi)用的差距較小，拉開差距的主要因素是動(dòng)力費(fèi)用(即電和蒸汽部分)。ISA電解的電耗較高，其一是由于ISA電解生產(chǎn)附帶大功率機(jī)組較多，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)耗電量大；其次是ISA電解所使用的不銹鋼陰極的電阻較純銅始極片大，致使電解的槽電壓較高，因此電耗增加。不過，也正是由于ISA電解所使用的不銹鋼陰極板電阻稍大，其在電解過程中因發(fā)熱量增加而補(bǔ)充了一部分電解液所需熱量，從而使ISA電解生產(chǎn)所需蒸汽消耗量比傳統(tǒng)電解的蒸汽量減少。

3 財(cái)務(wù)費(fèi)用對(duì)比分析

財(cái)務(wù)費(fèi)用主要是指銅電解生產(chǎn)過程中，陰極和陽(yáng)極等原材料在生產(chǎn)流程中滯留所引起的費(fèi)用(如利息支出)。云銅傳統(tǒng)電解與ISA電解均按照年產(chǎn)18萬(wàn)t陰極銅計(jì)算，傳統(tǒng)電解和ISA電解流程中銅的滯留量分別為11 471 t和10 644 t，各自占總量的52%和48%。根據(jù)云銅的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)電解和ISA電解產(chǎn)生的總財(cái)務(wù)費(fèi)用為6 423.00萬(wàn)元，按生產(chǎn)中銅的占用比例計(jì)算，則2013年度傳統(tǒng)電解和ISA電解的財(cái)務(wù)費(fèi)用分別為3 340.00萬(wàn)元和3 083.00萬(wàn)元，因此傳統(tǒng)電解和ISA電解的的噸銅財(cái)務(wù)費(fèi)用分別為185.60元/tCu和171.30元/tCu，前者比后者高14.30元/tCu。

4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)折算到完全成本的對(duì)比分析

云銅傳統(tǒng)電解與ISA電解的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表5，由于交流電和蒸汽指標(biāo)已在動(dòng)力費(fèi)用中進(jìn)行了討論，此處不再列出。

表5 云銅傳統(tǒng)電解與ISA電解的主要

從表5可以看出，2013年度云銅ISA電解所產(chǎn)陰極銅的銀含量略高于傳統(tǒng)電解所產(chǎn)陰極銅，而殘極率卻低于傳統(tǒng)電解。金屬電解的電流密度是影響陰極沉積物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要因素之一。通常，較低的電流密度容易形成細(xì)粒粘附狀陰極沉積物，而較高的電流密度易產(chǎn)生粗粒不粘附的多孔沉積物；在實(shí)際的銅電解生產(chǎn)中，提高電流密度首先會(huì)增加陰、陽(yáng)極的極化電位，使得電極電位比銅正的金屬雜質(zhì)(如銀)更易析出；其次提高電流密度需要相應(yīng)地改變銅電解生產(chǎn)的工藝條件(如增加電解液的循環(huán)速度和添加劑的加入量等)，這往往會(huì)使陰極表面的粗糙程度也隨之增加，電解液中懸浮的含銀微粒更易在陰極板面上粘附。由于云銅ISA電解的平均電流密度高于傳統(tǒng)電解，因此ISA電解所產(chǎn)陰極銅的銀含量也普遍高于傳統(tǒng)電解所產(chǎn)的陰極銅。此外，由于ISA電解所使用的不銹鋼陰極板整體平直，在電解過程中極板的電力線分布均衡；ISA電解所使用的陽(yáng)極板在入槽前經(jīng)過陽(yáng)極機(jī)組進(jìn)行稱重挑揀，因此入槽陽(yáng)極板的塊重(每塊陽(yáng)極板的重量)比較均勻，因此在相近的電解工藝條件下，陽(yáng)極的溶解更加均勻，整個(gè)電解過程更易控制，使ISA電解的殘極重量更小，殘極率更低，而且殘極率波動(dòng)不大。將表5中的陰極銅含銀按照2013年銀含稅銷售價(jià)格5.02元/g折算到成本，銅殘極的回爐費(fèi)按照1 151.00元/t銅殘極(包括回爐費(fèi)、金屬損失費(fèi)、財(cái)務(wù)費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi))折算到成本進(jìn)行對(duì)比，見表6所示。

表6 云銅傳統(tǒng)電解與ISA電解的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)

從表6可以看出，云銅傳統(tǒng)電解與ISA電解生產(chǎn)中，由陰極銅銀含量差異所引起的成本差額為7.00元/tCu，由殘極率的差異引起的成本差額為21.40元/tCu。

5 完全成本對(duì)比分析

通過以上分析，將各項(xiàng)費(fèi)用匯總于表7中，可更直觀地對(duì)比兩種銅電解生產(chǎn)工藝的成本差異。

從表7的數(shù)據(jù)可知：

(1) 由于傳統(tǒng)電解的基本建設(shè)投資比ISA電解低約30%(以ISA電解為基)，因此傳統(tǒng)電解與ISA電解的折舊費(fèi)用相差較大，后者高出30.60元/tCu；而人工成本差異較小，前者高出7.70元/tCu。傳統(tǒng)電解與ISA電解的固定費(fèi)用分別為166.00元/tCu和188.90元/tCu，后者比前者高22.90元/tCu。

(2) ISA電解系統(tǒng)的機(jī)械化程度較高，附帶大功率機(jī)組較多，而且使用電阻較大的不銹鋼陰極，因此ISA電解的槽電壓較高，電解的電耗增加；另一方面，ISA電解由于不銹鋼陰極的發(fā)熱而補(bǔ)充了電解液所需的一部分熱量，使得ISA電解系統(tǒng)的蒸汽消耗量減少。傳統(tǒng)電解與ISA電解的變動(dòng)成本分別為217.30元/tCu和226.60元/tCu，后者比前者高9.30元/tCu。

(3) 傳統(tǒng)電解平均電流密度低，陰陽(yáng)極周期長(zhǎng)，槽存較多，使傳統(tǒng)電解財(cái)務(wù)費(fèi)用高出ISA電解14.30元/tCu。

(4) 傳統(tǒng)電解的殘極率較高，使得殘極送火法精煉系統(tǒng)的重熔加工費(fèi)用增加，而ISA電解所產(chǎn)陰極銅的銀含量又比傳統(tǒng)電解的陰極銅高。傳統(tǒng)電解與ISA電解由技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)折算的成本分別為231.50元/tCu和217.30元/tCu，前者比后者高14.40元/tCu。

表7 云銅傳統(tǒng)電解和ISA電解的完全成本對(duì)比 元/tCu

(5) 在設(shè)計(jì)產(chǎn)能基本接近(按年產(chǎn)18萬(wàn)t陰極銅計(jì))，人工成本等均以2013年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的條件下，云銅傳統(tǒng)電解和ISA電解的完全成本分別為800.40元/tCu和803.90元/tCu，后者比前者高3.50元/tCu，兩者相差約0.4%。

6 結(jié)論

對(duì)2013年云銅銅電解分廠的各項(xiàng)生產(chǎn)成本進(jìn)行分析比較，ISA電解系統(tǒng)的基本建設(shè)投資費(fèi)用較高、變動(dòng)成本略高，但財(cái)務(wù)費(fèi)用和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)折算的成本較低，傳統(tǒng)電解和ISA電解的完全成本分別為800.40元/tCu和803.90元/tCu，后者比前者高3.50元/tCu，兩者相差約0.4%，完全成本相差很小。然而ISA電解的機(jī)械化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，操作人員少，更有利于生產(chǎn)組織及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，且人工成本低、流程占用少(電流密度高，金屬積壓少)、殘極率等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更優(yōu)于傳統(tǒng)電解，因此，隨著人工成本逐漸增加，今后銅電解的發(fā)展趨勢(shì)將更趨向于ISA電解。

[1] 朱祖澤，賀家齊. 現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2003.

[2] 毛允正. 國(guó)內(nèi)外銅電解工藝技術(shù)與裝備綜述[J]. 資源再生，2012，(6): 50-53.

[3] 熊友泉. 國(guó)內(nèi)首條引進(jìn)ISA電解裝備的完善[J]. 有色設(shè)備，2009，(3) : 27-31.

[4] 陳雯. 冶金技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)[M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社，1999.

[5] 云南銅業(yè)股份有限公司冶煉加工總廠相關(guān)財(cái)務(wù)和生產(chǎn)報(bào)表[Z]. 2013，12.

Contrastive analysis of full cost of traditional copper electrolysis and ISA copper electrolysis coexisting in Yunnan copper co.,Ltd

WANG Chong, LUO Jin-song, MU Ya-ling, LI Jian

The fixed costs, variable costs, finance charges, costs converted from the main economic and technical index, and full costs coming from this two copper electrolysis system had been contrasted and analyzed, using the production data at 2013. The results indicate that the difference of the fixed costs caused by the capital construction investment of this two copper electrolysis systems is the largest, and the cost differences caused by the finance charges, costs converted from the main economic and technical index take the second place, and the cost difference from variable costs is the least. The full cost of ISA copper electrolysis is higher than traditional copper electrolysis of 3.5 yuan/tCu.

copper electrolysis； full cost； traditional copper electrolysis； ISA copper electrolysis

王 沖(1972—)，男，貴州遵義人，碩士，高級(jí)工程師，碩士生導(dǎo)師，云南銅業(yè)股份有限公司副總經(jīng)理。

2014-- 07-- 24

TF811； TF803.27

B

1672-- 6103(2015)02-- 0006-- 05