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我國電解錳產(chǎn)能和產(chǎn)量的全球占比均超過98％，是世界最大的電解錳生產(chǎn)國、消費(fèi)國和出口國。2012年，受全球經(jīng)濟(jì)疲軟的影響，我國電解錳工業(yè)遭受了市場減少和替代品大量上市的兩面夾擊，全行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益銳減，24家企業(yè)宣布倒閉，產(chǎn)能由240萬噸減少到215萬噸，實(shí)際產(chǎn)量僅為116萬噸，生產(chǎn)負(fù)荷只有54％。在這種形勢下，作為全球最大的電解錳企業(yè)，寧夏天元錳業(yè)有限公司(“天元錳業(yè)”)逆流而上，生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到了100％。天元錳業(yè)以污染預(yù)防為環(huán)保戰(zhàn)略，以環(huán)境保護(hù)提升企業(yè)發(fā)展水平，做到產(chǎn)能、產(chǎn)量、各項污染物控制水平均位居行業(yè)首位。
一、十年探索，走出了環(huán)境與企業(yè)發(fā)展的雙贏之路
“無錳不成鋼”，錳的加入可以提高鋼材的硬度、強(qiáng)度、抗腐蝕能力。除鋼鐵工業(yè)外，錳還廣泛應(yīng)用于有色冶金、化工、電子、電池、農(nóng)業(yè)等行業(yè)，尤其是在一些新材料、航空航天和軍事工業(yè)中，錳的應(yīng)用日益廣泛。
從2003年企業(yè)創(chuàng)立至今，天元錳業(yè)的規(guī)模迅速擴(kuò)大，電解錳產(chǎn)量從每年1500噸飆升至20萬噸，資產(chǎn)從300多萬元增至209.5億元；職工人數(shù)從原來的100多人增加到現(xiàn)在的兩萬余人。2012年，天元錳業(yè)工業(yè)產(chǎn)值達(dá)到70億元，貿(mào)易收入155.6億元，利潤20億元，上繳稅金3億元。
然而，傳統(tǒng)電解錳卻是典型的高能耗、高污染、資源性的“兩高一資”行業(yè)。在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量錳渣、含鉻含錳重金屬廢水、硫酸霧、粉塵等多種污染物。目前，國內(nèi)每生產(chǎn)1噸電解錳，需要消耗電6300度，新鮮水2~4噸，礦石8~10噸，福美鈉4~7公斤，硫酸兩噸，液氨90~100公斤，二氧化硒0.8~2.0公斤，重鉻酸鉀1.5公斤；產(chǎn)生含高濃度鉻、錳和氨氮廢水約3噸、錳渣7~9噸，粉塵0.2公斤，硫酸霧0.2公斤，陽極泥120公斤。天元錳業(yè)一期噸錳消耗電6900度、新鮮水7噸、礦石7噸、福美鈉兩公斤、硫酸兩噸、液氨100公斤、二氧化硒兩公斤、重鉻酸鉀1.6公斤，總體與國內(nèi)平均水平相當(dāng)，有的指標(biāo)還偏高；到二期，電耗降到5800度，新鮮水2.2噸，礦石4.5噸，硫酸1.3噸，液氨80公斤，二氧化硒1.1公斤，重鉻酸鉀0.6公斤；預(yù)計三期的電耗將進(jìn)一步降到5500度，新鮮水和礦石降到1.1噸和3.5噸。
廢水是電解錳生產(chǎn)的主要污染物之一。在制液、電解、清洗等工段均需要消耗大量的水資源，同時產(chǎn)生大量的廢水。天元公司自成立以來先后投資2.02億元，配套建設(shè)了廢水回收再利用裝置，對生產(chǎn)廢水實(shí)行綜合治理。處理合格后經(jīng)回用管道，送往各生產(chǎn)系統(tǒng)作為生產(chǎn)用水，實(shí)現(xiàn)了廢水循環(huán)利用不外排。
電解錳廢氣的污染主要產(chǎn)生在制粉工序的粉塵和浸出過程的酸霧。天元錳業(yè)投資2200萬元建設(shè)了除塵和酸霧吸收設(shè)備，一期、二期的噸錳產(chǎn)生粉塵和硫酸霧，均比國內(nèi)平均水平低10％。
固體廢棄物排放方面，天元錳業(yè)一期噸錳產(chǎn)生錳渣6噸、陽極泥100公斤，比國內(nèi)平均產(chǎn)生量略低；二期錳渣產(chǎn)生量為3.5噸、陽極泥為80公斤，分別比國內(nèi)同期水平低50％和33％；三期錳渣和陽極泥產(chǎn)生量將在二期基礎(chǔ)上，分別進(jìn)一步下降14％和20％。
環(huán)保成績的取得離不開嚴(yán)格的環(huán)境管理，天元錳業(yè)從總經(jīng)理到各廠，各車間、班組層層簽訂環(huán)保目標(biāo)責(zé)任書，全員監(jiān)督環(huán)保工作。
二、發(fā)展清潔生產(chǎn)，從根本上削減污染物產(chǎn)生量
天元錳業(yè)發(fā)展清潔生產(chǎn)經(jīng)歷了3個階段:一是抓清潔的原材料；二是抓清潔的生產(chǎn)技術(shù)；三是抓清潔的設(shè)計理念，清潔生產(chǎn)越做越好，越做越深入。
一是抓原材料的清潔化，把污染消滅在源頭。錳渣是電解錳行業(yè)最大、最危險的污染源，全國每年新增1000萬噸錳渣，渣庫垮壩死人、污染飲用水水源事件時有發(fā)生，渣中鎘、硒、砷等極易滲透到外環(huán)境造成污染。我國電解錳生產(chǎn)采用的是酸浸電解的濕法冶金工藝，主要包括制粉、制液、電解、鈍化、烘干、剝離等工段。原材料品位的高低對生產(chǎn)過程所需電耗、硫酸、液氨、SDD和廢水、廢渣等污染物產(chǎn)生量有重要影響。目前，我國電解錳企業(yè)多用低品位錳礦進(jìn)行生產(chǎn)，能耗物耗高、錳資源利用效率低、渣量大。同樣生產(chǎn)1噸電解錳，采用28％的高品位錳礦，只需原礦4.5噸；用14％的低品位錳礦，則需10噸原礦。原礦消耗的減少帶來一系列好處，磨礦能耗可減少55％，浸出過程硫酸、液氨和福美鈉消耗至少分別減少35％、20％、50％；錳資源利用率提高10％左右，錳渣量從9噸下降到3.5噸，下降61％。
建廠初期，天元錳業(yè)也曾采用國內(nèi)低品位錳礦進(jìn)行生產(chǎn)，隨著企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，其資源能源消耗高、污染物產(chǎn)生量大，尤其是錳渣堆存壓力日益明顯。且企業(yè)地處生態(tài)脆弱、黃河上游環(huán)境敏感地區(qū)，越發(fā)展越發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的制約瓶頸凸顯。自2008年起，公司在國內(nèi)率先全部采用進(jìn)口高品位氧化錳礦進(jìn)行生產(chǎn)，創(chuàng)造了全部使用氧化錳礦的歷史。隨著對原料的深入認(rèn)識和市場控制，不斷優(yōu)化錳礦原料組合，現(xiàn)在已經(jīng)可以采用進(jìn)口高品位氧化錳礦石和進(jìn)口高品位碳酸錳礦石混合生產(chǎn)，使單位產(chǎn)品的礦石消耗量由建廠初期的7噸降到4.5噸，遠(yuǎn)低于全國8~10噸的平均水平。2012年，全國電解錳企業(yè)使用進(jìn)口富錳礦石大約80萬噸，天元錳業(yè)消耗60萬噸，占全行業(yè)的75％。在無錳之地奠定了“世界錳都”的根基。
二是抓重點(diǎn)工藝關(guān)鍵清潔生產(chǎn)技術(shù)，把污染消滅在生產(chǎn)過程。氧化錳礦還原技術(shù)一直以來是制約氧化錳礦工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。早先只有南非金屬錳公司擁有氧化錳礦還原技術(shù)，在回轉(zhuǎn)窯以重油為還原劑進(jìn)行生產(chǎn)，但還原溫度較低、錳礦還原率不高。國內(nèi)有企業(yè)嘗試采用豎窯、回轉(zhuǎn)窯、兩礦法等方法進(jìn)行氧化錳礦還原，但均由于還原率低、成本高等原因，未能產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。天元采用高效還原技術(shù)，解決了上述問題，將氧化錳還原率由原來的60％提高到98％，比南非金屬錳公司提高了38個百分點(diǎn)，并大規(guī)模應(yīng)用生產(chǎn)。
錳礦浸出率是決定錳資源利用率高低的關(guān)鍵，通常碳酸錳礦的浸出率只有85％~90％。天元開發(fā)出二段浸出工藝，改變傳統(tǒng)工藝始終在同一化合罐浸出，在不同酸度條件下對一次浸出渣進(jìn)行二次浸出，錳礦浸出率達(dá)到96％。
電解過程是電解錳生產(chǎn)的核心工序，也是電能消耗的主要點(diǎn)位。一直以來，國內(nèi)廣泛采用松木制作電解槽生產(chǎn)電解錳，在強(qiáng)酸條件下長期使用，松木腐蝕和侵蝕嚴(yán)重，易發(fā)生導(dǎo)電，影響電解過程和增加電耗。陰陽極間距、電解槽冷卻水管材質(zhì)、電解槽密封方式等也對電耗有重要影響。天元錳業(yè)在國內(nèi)率先開發(fā)和應(yīng)用了RPP節(jié)能型電解槽、陽極液斷流節(jié)電、PE冷卻水管防漏電節(jié)能、組合式電解槽密封、短極距節(jié)電等一系列新技術(shù)、新設(shè)備，將單板產(chǎn)量從3.3公斤提高到3.8公斤，噸產(chǎn)品直流電耗從6900度下降到5800度。這些技術(shù)在國內(nèi)新建電解錳廠和老廠技改過程得到廣泛應(yīng)用。
電解后續(xù)工序是電解錳廠勞動力最密集的地方，各操作過程均是人工操作，工人直接接觸或暴露在對身體有害的環(huán)境中。天元錳業(yè)正在建設(shè)電解過程重金屬污染削減平臺，在一套設(shè)備上全自動實(shí)現(xiàn)廢水和重金屬的3次減量，不僅使含高濃度錳、重金屬和氨氮的電解液進(jìn)入廢水的量減少50％，還從根本上改善了電解車間工人操作環(huán)境。
三是抓設(shè)計和建設(shè)理念，把污染消滅在產(chǎn)生之前。在新建的3期工程中，制粉過程按照“料不落地”的設(shè)計原則，礦石進(jìn)廠后直接進(jìn)入密閉的均化車間，均化、制粉、制液全部在密閉的車間內(nèi)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了制粉和制液過程粉塵的“減量化”。在制液過程，行業(yè)內(nèi)一般的化合罐采用軟塑板包裹木板，外包金屬殼的設(shè)計未完全密封。天元錳業(yè)將化合罐的結(jié)構(gòu)改為混凝土一次澆筑的設(shè)計，有效地杜絕了酸霧的逸散，保護(hù)了工人健康。電解過程增設(shè)風(fēng)幕去除氨霧，極大地改善了電解車間工作環(huán)境。
天元錳業(yè)目前規(guī)模每天至少有3萬立方米含高濃度重金屬的電解液需輸送、中轉(zhuǎn)和貯存，鈍化過程還使用重鉻酸鉀鈍化，產(chǎn)生含六價鉻廢水，這對輸送流槽和車間地面防滲提出了很高的要求。目前，一般企業(yè)采取軟塑板包裹流槽的做法進(jìn)行流槽防滲，但軟塑板容易老化，長期使用易產(chǎn)生滲漏，造成污染。天元錳業(yè)在三期工程采用“五油三布＋花崗巖”對流槽、車間地面進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)防滲設(shè)計，即先間隔刷5層瀝青油、鋪裝3層玻璃布作為基礎(chǔ)防滲層，之后在基礎(chǔ)防滲層上鋪裝耐酸、耐堿的花崗巖，對流槽還要在花崗巖上鋪裝軟塑板，從根本上杜絕了流槽可能產(chǎn)生的跑冒滴漏。“五油三布＋花崗巖”地面的防滲系數(shù)比水泥鋪裝地面高出10倍以上，使用年限也大大延長，有效杜絕了地面滲漏對土壤和地下水的污染。
三、打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)，化廢棄物為資源
天元錳業(yè)依照向前延伸、共棲共生、綜合利用、產(chǎn)品多樣化的理念，打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)，豐富產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高抗風(fēng)險能力，使環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提高到新的水平。圍繞電解錳生產(chǎn)，重點(diǎn)發(fā)展了制硫酸浸出錳礦，鎳鐵配套余熱發(fā)電供電解，廢水深度處理回用，無害化、制水泥和土壤改良消納錳渣的循環(huán)經(jīng)濟(jì)鏈網(wǎng)。
硫酸是電解錳生產(chǎn)必須的主要化工原料，每生產(chǎn)1噸電解錳需消耗兩噸左右的硫酸，自建廠至2008年，天元錳業(yè)硫酸一直外購。隨著企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，外購造成的成本壓力和運(yùn)輸制約已越來越明顯，為降低成本、提高資源利用效率，企業(yè)建立了年產(chǎn)40萬噸的硫酸廠；為滿足三期工程硫酸需求，同期擴(kuò)建年產(chǎn)80萬噸的硫酸廠，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)硫酸的自給，提高了企業(yè)抗市場風(fēng)險的能力。
充分利用礦熱爐余熱發(fā)電，補(bǔ)給電解錳生產(chǎn)所需電力。天元錳業(yè)30萬噸稀土鎳鐵配套兩條6兆瓦尾氣余熱發(fā)電項目目前正在緊張施工中，預(yù)計2013年9月竣工投產(chǎn)，每年可為電解錳生產(chǎn)提供約11264萬度電。
采用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了廢水的深度處理、回用或綠化。投資兩億元建設(shè)了廢水綜合治理系統(tǒng)，針對不同性質(zhì)的廢水，采取分質(zhì)處理的措施，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)廢水的綜合利用，生產(chǎn)廢水實(shí)現(xiàn)了從高峰時每年排放廢水60萬噸到廢水循環(huán)利用不外排的轉(zhuǎn)變，有效地節(jié)約了水資源，消除了水污染。
初步實(shí)現(xiàn)錳渣的無害化處理、制水泥或肥料。采用中國環(huán)境科學(xué)研究院技術(shù)建設(shè)200萬噸/年電解錳廢渣無害化處理及氨氮回收利用項目，固化錳渣中的錳和重金屬物質(zhì)、回收錳渣中的氨，使錳渣由一般工業(yè)固廢II類變?yōu)橐话愎I(yè)固廢I類，并為錳渣進(jìn)一步綜合利用奠定基礎(chǔ)。天元錳業(yè)經(jīng)過2000余次試驗，對錳渣作水泥添加劑的可行性進(jìn)行了全面分析和綜合實(shí)驗，成功實(shí)現(xiàn)利用錳渣作為混合材料制水泥。投資建設(shè)了兩條日產(chǎn)4500噸的水泥熟料生產(chǎn)線及配套低溫余熱發(fā)電項目，2013年9月即可投入運(yùn)行，每年可綜合利用錳渣逾60萬噸。目前，國內(nèi)處理1噸錳渣，需要費(fèi)用30元左右，通過錳渣的資源化，不但可以節(jié)省錳渣處理的費(fèi)用，而且可以實(shí)現(xiàn)利用錳渣盈利，僅錳渣作為水泥混合材料一項，即可為企業(yè)每年節(jié)省錳渣處理成本1440萬元，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益4800萬元。
電解錳渣中含有植物生長所必須的錳、硒、氨氮、鉀、鈉、鐵、硼等營養(yǎng)元素及物質(zhì)。2011年，公司與寧夏大學(xué)開發(fā)利用電解錳渣生產(chǎn)改良鹽堿地肥料或全價肥料技術(shù)。這項技術(shù)已完成溫棚試驗，進(jìn)入農(nóng)田試驗階段。試驗顯示，適量的電解錳渣生產(chǎn)全價肥和復(fù)合肥，能促進(jìn)農(nóng)作物的生長，小麥、水稻苗期生長旺盛。在鹽堿地施混配肥后，土壤理化性狀得到改善，有利于作物根系的生長，小麥、水稻的增產(chǎn)增收和鹽堿地土壤改良。利用電解錳渣生產(chǎn)全價肥、復(fù)合肥的研制成功，為電解錳廢渣的綜合利用拓展了新的領(lǐng)域，同時也為建設(shè)“綠色天元，生態(tài)天元”提供了重要保證。
(關(guān)鍵字：錳 錳礦 電解錳)
