天元锰业绿色发展轨迹剖析

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中国环境科学研究院段宁丹智王刚志正

中国是世界上最大的电解锰生产国、消费国和出口国，占世界电解锰生产能力和产量的98%以上。2012年，受全球经济疲软影响，中国电解锰行业遭遇市场萎缩，大量替代品上市。全行业经济效益大幅下滑，24家企业宣告破产，产能从240万吨降至215万吨，实际产量仅为116万吨，生产负荷仅为54%。在这种形势下，作为世界上最大的电解锰企业，宁夏天元锰业有限公司(“天元锰业”)向上游发展，生产负荷达到100%。天元锰业以污染防治为环保战略，以环保提升发展水平，使产能、产量和污染物控制水平居行业首位。

中国工程院院士段宁

经过十年的探索，我们已经走上了环境与企业发展双赢的道路

“没有锰可以炼钢”，锰的加入可以提高钢的硬度、强度和耐腐蚀性。除钢铁工业外，锰还广泛应用于有色冶金、化工、电子、电池、农业等行业，特别是一些新材料、航空航天和军事工业。

自2003年企业成立以来，天元锰业的规模迅速扩大。电解锰年产量由1500吨提高到20万吨，资产由300多万元增加到209.5亿元；员工人数从100多人增加到现在的20，000多人。2012年，天元锰业产值达到70亿元，贸易收入155.6亿元，利润20亿元，纳税3亿元。

然而，传统电解锰是一个典型的 “两高一资”产业，具有高能耗、高污染和高资源化的特点。在生产过程中，产生了锰渣、含铬锰废水、硫酸雾、粉尘等多种污染物。目前，我国生产的每吨电解锰需要6300度电、2~4吨淡水、8~10吨矿石、4~7公斤福美双钠、2吨硫酸、90~100公斤液氨、0.8~2.0公斤二氧化硒和1.5公斤重铬酸钾。产生约3吨含高浓度铬、锰和氨氮的废水、7~9吨锰渣、0.2公斤粉尘、0.2公斤硫酸雾和120公斤阳极泥。天元锰业一期每吨锰耗电6900度，淡水7吨，矿石7吨，福尔摩沙2公斤，硫酸2吨，液氨100公斤，二氧化硒2公斤，重铬酸钾1.6公斤，总体与国内平均水平相当，部分指标仍偏高；到第二阶段，耗电量已降至5800度，淡水2.2吨，矿石4.5吨，硫酸1.3吨，液氨80公斤，二氧化硒1.1公斤，重铬酸钾0.6公斤；据估计，第三阶段的电力消耗将进一步减少到5500度，淡水和矿石将减少到1.1吨和3.5吨。

废水是电解锰生产中的主要污染物之一。制液、电解、清洗等环节消耗大量水资源，产生大量废水。天元公司自成立以来，已投资2.02亿元支持建设废水回收再利用装置，对生产废水进行综合处理。处理合格后，作为生产用水送至各生产系统，废水可循环使用，不排放。

电解锰废气的污染主要来自制粉过程中的粉尘和浸出过程中的酸雾。天元锰业投资2200万元建设除尘和酸雾吸收设备。一期和二期吨锰产生的粉尘和硫酸雾比国内平均水平低10%。

从固体废物排放量来看，天元锰业一期每吨锰产生6吨锰渣和100公斤阳极泥，略低于国内平均水平；二期锰渣产量3.5吨，阳极泥80公斤，分别比同期国内水平低50%和33%；在第二阶段的基础上，第三阶段的锰渣和阳极泥产量将分别进一步降低14%和20%。

环境保护的实现离不开严格的环境管理。天元锰业已层层签署总经理致各工厂、各车间、各班组的环保目标责任书，全体员工监督环保工作。

第二，发展清洁生产，从根本上减少污染物产生量

天元锰业发展清洁生产经历了三个阶段:一是注重清洁原料；二是掌握清洁生产技术；第三，注重清洁度的设计理念，使清洁生产更好、更深入。

首先，清洁原材料，从源头上消除污染。锰渣是电解锰行业最大、最危险的污染源。中国每年新增锰渣1000万吨。矿渣水库坍塌和人员死亡的情况经常发生，污染了饮用水源。炉渣中的镉、硒和砷容易渗入外部环境，造成污染。我国电解锰生产采用酸浸电解湿法冶金工艺，主要包括粉碎、配液、电解、钝化、干燥和汽提。原料的等级对生产过程中的电耗、硫酸、液氨、 sdd、废水、废渣等污染物有重要影响。目前，我国电解锰企业大多采用低品位锰矿生产，能耗和物耗高，锰资源利用效率低，炉渣量大。同样生产1吨电解锰，使用28%的高品位锰矿，只有4.5吨原矿；含14%低品位锰矿，需要10吨原矿。原矿消耗的降低带来了一系列效益，如磨矿能耗可降低55%，浸出过程中硫酸、液氨和福尔摩沙的消耗可分别降低至少35%、20%和50%；锰资源利用率提高了10%左右，锰渣量从9吨下降到3.5吨，降幅达61%。

在建设初期，天元锰业也使用国产低品位锰矿进行生产。随着企业规模的扩大，其资源和能源消耗高，污染物量大，特别是锰渣储存的压力日益明显。此外，这些企业位于黄河上游生态脆弱和环境敏感的地区。他们越发展，就越发现生态环境的瓶颈。自2008年以来，该公司已率先在中国生产所有进口高品位氧化锰矿，创造了使用所有氧化锰矿的历史。随着对原材料和市场控制的深入了解，锰矿原料的组合不断优化。现在可以采用进口高品位氧化锰矿和进口高品位碳酸锰矿混合生产，单位产品矿石消耗从建厂初期的7吨降低到4.5吨，远低于全国平均水平8-10吨。2012年，全国电解锰企业使用进口富锰矿约80万吨，天元锰业消耗60万吨，占全行业的75%。它在无锰的土地上奠定了“世界锰都”的基础。

二是注重关键技术和清洁生产关键技术，消除生产过程中的污染。氧化锰矿的还原技术一直是制约氧化锰矿工业应用的关键。此前，只有南非金属锰公司拥有氧化锰还原技术，利用重油作为还原剂在回转窑中生产，但还原温度低，锰矿还原率不高。国内一些企业尝试用立窑、回转窑和两矿法还原氧化锰矿，但由于还原率低、成本高，都没有实现工业化。天元采用高效还原技术，解决了上述问题，氧化锰还原率从60%提高到98%，比南非金属锰公司高38个百分点。

锰矿的浸出率是决定锰资源利用率的关键。碳酸锰矿石的浸出率一般只有85%~90%。天元开发了两段浸出工艺，改变了传统的始终在同一个复合槽中浸出的工艺，在不同酸度条件下对一次浸出渣进行了两次浸出，锰矿浸出率达到96%。

电解过程是电解锰生产的核心过程，也是电耗的主要环节。长期以来，中国广泛使用松木电解槽生产电解锰。在强酸条件下长期使用后，松木腐蚀严重，易导电，影响电解过程，增加电耗。阳极与阴极之间的距离、电解槽冷却水管的材质以及电解槽的密封方式对电耗也有重要影响。天元锰业在国内率先开发应用了rpp节能电解槽、阳极液切断节电、pe冷却水管防漏节能、组合电解槽密封、短极距节电等一系列新技术和新设备。，将单板产量从3.3千克提高到3.8千克，并将每吨产品的DC功耗从6900度降低到5800度。这些技术已在我国新建电解锰厂和旧厂的技术改造过程中得到广泛应用。

电解后续工序是电解锰厂劳动强度最大的地方，每个操作过程都是手工操作，工人直接接触或暴露在有害环境中。天元锰业正在搭建电解过程重金属污染减排平台，在一套设备上实现废水和重金属三次全自动减排，不仅使进入废水的高浓度锰、重金属和氨氮电解液量减少50%，而且从根本上改善了电解车间工人的作业环境。

第三，注重设计和施工的理念，在污染产生之前就将其消除。在新建的 三期工程中，制粉工艺遵循“物料不落地”的设计原则。矿石进厂后，直接进入密闭的均化车间，均化、粉碎和配液都在密闭的车间进行，实现了粉碎和配液过程中粉尘的“减少”。在配液过程中，工业上通用的复合罐是用软塑料板包裹木板，金属外壳的设计不是完全密封的。天元锰业将复合罐的结构改为一次浇注混凝土的设计，有效地防止了酸雾的逸出，保护了工人的健康。在电解过程中增加空气幕去除氨雾，大大改善了电解车间的工作环境。

目前，天元锰业每天至少有3万立方米含高浓度重金属的电解液需要运输、转运和储存。重铬酸钾也用于钝化，导致废水中含有六价铬，这就对输送流槽和车间地面的防渗提出了很高的要求。目前一般企业采用软塑料板包裹流槽的方法来防渗，但是软塑料板容易老化，长期使用容易造成渗漏和污染。天元锰业采用“五油三布+花岗岩”对流槽和车间地板进行高标准的防渗设计，即每隔五层涂刷沥青油，铺三层玻璃布作为基础防渗层，然后在基础防渗层上铺设耐酸耐碱花岗岩，在对流槽内的花岗岩上铺设软塑料板，从根本上消除了因斜槽而可能产生的渗漏。“五油三布+花岗岩”地面的防渗系数比水泥路面高出10倍以上，使用寿命大大延长，有效防止了地面渗漏对土壤和地下水的污染。

第三，建设循环经济，变废为宝

天元锰业按照正向延伸、共生、综合利用、产品多元化的理念，建设循环经济，丰富产品结构，提高抗风险能力，将环境保护和经济发展提高到一个新的水平。以电解锰生产为重点，发展了硫酸浸出锰矿、镍铁配套余热发电和供电解决方案、废水深度处理和回用、无害化、水泥生产和土壤改良吸收锰渣的循环经济链网。

硫酸是电解锰生产所需的主要化学原料。每生产一吨电解锰需要大约两吨硫酸。从工厂成立到2008年，天元锰业硫酸已被收购。随着企业规模的扩大，外包带来的成本压力和运输约束越来越明显。为了降低成本，提高资源利用效率，企业建立了年产40万吨硫酸装置；为满足三期工程对硫酸的需求，同期扩建了年产80万吨硫酸装置，实现了工业硫酸的自给自足，提高了企业抵御市场风险的能力。

充分利用矿热炉余热发电，为电解锰生产提供所需电力。天元锰业两个年产30万吨稀土镍铁的6 MW尾气余热发电项目目前正在紧张建设中，预计2013年9月竣工投产，每年可为电解锰生产提供约1.1264亿千瓦时的电力。

采用新技术实现废水的深度处理、回用或绿化。投资2亿元建设综合废水处理系统，采用不同的质量处理措施，实现生产废水的综合利用。生产废水实现了从高峰年排放60万吨废水到废水不排放回用的转变，有效节约了水资源，消除了水污染。

锰渣无害化处理及水泥或肥料制备的初步实现。中国环境科学研究院技术中心建设的200万吨/年电解锰废渣无害化处理及氨氮回收项目，固化了锰渣中的锰及重金属物质，回收了锰渣中的氨，使锰渣由一般工业固体废弃物二类变为一般工业固体废弃物一类，为锰渣的进一步综合利用奠定了基础。天元锰业经过2000多次试验，对锰渣作为水泥添加剂的可行性进行了全面分析和综合试验，并成功地将锰渣作为混合材用于制造水泥。已投资建设两条日产4500吨水泥熟料生产线及配套低温余热发电项目，可于2013年9月投产，锰渣综合利用每年超过60万吨。目前，我国处理1吨锰渣的成本约为30元。回收锰渣不仅可以节约锰渣处理成本，还可以实现利润。仅用锰渣作为水泥外加剂，每年就可为企业节约锰渣处理成本1440万元，产生经济效益4800万元。

电解锰渣含有植物生长所需的营养元素和物质，如锰、硒、氨氮、钾、钠、铁和硼。2011年，公司和宁夏大学开发利用电解锰渣生产改良盐碱地肥料或全肥技术。该技术已完成温室试验并进入田间试验阶段。实验表明，适量电解锰渣能促进作物生长，小麦和水稻在苗期生长旺盛。盐碱地施用混合肥后，土壤的理化性质得到改善，有利于作物根系的生长、小麦和水稻的增产增收和盐碱地土壤的改良。电解锰渣生产全肥和复合肥的成功发展，为电解锰渣的综合利用拓展了新的领域，也为“绿色天元、生态天元”的建设提供了重要保障。(备注:段宁，中国工程院院士)(来源:中国环境报)