段宁(中国工程院院士) 但智钢 王志增
绿草如茵的公司硫酸厂一角
一尘不染的金属锰厂化合车间
以清洁生产、循环利用为代表，工艺技术居世界领先水平的年产60万吨电解金属锰项目一期30万吨在建项目
集团公司生活区一角
容量80万立方的二级污水处理池
“无锰不成钢”，我国电解锰产能和产量的全球占比均超过98%，是世界最大的电解锰生产国、消费国和出口国。2012年，受全球经济疲软的影响，我国电解锰工业遭受了市场减少和替代品大量上市的两面夹击，全行业经济效益锐减，24家企业宣布倒闭，产能由240万吨减少到215万吨，实际产量仅为116万吨，生产负荷只有54%。在这种形势下，作为全球最大的电解锰企业，宁夏天元锰业有限公司(“天元锰业”)逆流而上，生产负荷达到了100%。天元锰业以污染预防为环保战略，以环境保护提升企业发展水平，做到产能、产量、各项污染物控制水平均位居行业前茅。
十年探索，走出了环境与企业发展的双赢之路
作为钢铁工业的重要原料，锰的用量仅次于铁，居第二位。锰的加入可以提高钢材的硬度、强度、抗腐蚀能力，广泛应用于有色冶金、化工、电子、电池、农业等行业，尤其是在一些新材料、航空航天和军事工业中，也得到了日益广泛的应用。
从2003年企业创立至今，天元锰业的规模迅速扩大，电解锰产量从每年1500吨飙升至20万吨，资产从300多万元增至209.5亿元；职工人数从原来的100多人增加到现在的2万余人。2012年，天元锰业工业产值达到70亿元，贸易收入155.6亿元，利润20亿元，上缴税金3亿元。
然而，传统电解锰却是典型的高污染、高能耗、高成本、资源型的“三高一资”行业，在生产过程中，产生大量锰渣、含铬含锰废水、硫酸雾、粉尘等多种污染物。目前，国内每生产一吨电解锰，需要消耗电6300度，新鲜水2～4吨，矿石8～10吨，福美钠4～7公斤，硫酸2吨，液氨90～100公斤，二氧化硒0.8～2.0公斤，重铬酸钾1.5公斤；产生含高浓度铬、锰和氨氮废水约3吨，锰渣7-9吨，粉尘0.2公斤，硫酸雾0.2公斤，阳极泥120公斤。天元锰业一期吨锰消耗电6900度、新鲜水7吨、矿石7吨、福美钠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，有的指标还偏高；到二期，电耗降到5800度，新鲜水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；预计三期的电耗将进一步降到5500度，新鲜水1.1吨，矿石3.5吨。
废水是电解锰生产的主要污染物之一。在制液、电解、清洗等工段均需要消耗大量的水资源，同时产生大量的废水。天元公司自成立以来先后投资2.02亿元，配套建设了废水回收再利用装置，对生产废水实行综合治理。处理合格后经回用水管道，送往各生产系统作为生产用水，实现了废水循环利用不外排。
电解锰废气的污染主要产生在制粉工序的粉尘和浸出过程的酸雾。天元锰业投资2200万元建设了除尘和酸雾吸收设备，一期、二期的吨锰产生粉尘和硫酸雾，比国内平均水平低10%。
固体废弃物排放方面，天元锰业一期吨锰产生锰渣6吨、阳极泥100公斤，比国内平均产生量略低；二期锰渣产生量为3.5吨、阳极泥为80公斤，分别比国内同期水平低41%和20%；三期锰渣和阳极泥产生量将在二期基础上，分别进一步下降14%和20%。
发展清洁生产，搭建跨越“污染瓶颈”的桥梁
天元锰业发展清洁生产经历了三个阶段：一是抓清洁的原材料；二是抓清洁的生产技术；三是抓清洁的设计理念，清洁生产越做越好，越做越深入。
一是首先抓了原材料的清洁化，在国内率先全部采用进口高品位氧化锰矿进行生产。我国电解锰生产采用的是酸浸电解的湿法冶金工艺，主要包括制粉、制液、电解、钝化、烘干、剥离等工段。原材料品位的高低对生产过程所需电耗、硫酸、液氨、SD D和废水、废渣等污染物产生量有重要影响。目前，我国电解锰企业多用低品位锰矿进行生产，能耗物耗高、锰资源利用效率低、渣量大。同样生产一吨电解锰，采用28%的高品位锰矿，只需原矿4.5吨；用14%的低品位锰矿，则需10吨原矿。原矿消耗的减少带来一系列好处，磨矿能耗可减少55%，浸出过程硫酸、液氨和SD D消耗分别减少30%、40%、50%；锰资源利用率提高10%，锰渣量从9吨下降到3.5吨，下降61%。锰渣是电解锰行业最大、最危险的污染源，全国每年新增1000万吨锰渣，渣库垮坝死人、污染饮用水源事件时有发生，渣中镉、硒、砷等极易渗透到外环境造成污染。由于使用高品位锰矿，就目前年产20万吨规模，天元锰业每年可少排放锰渣110万吨，分别减少锰和氨氮产生量1.2万吨和6000吨。
建厂初期，天元锰业也曾采用国内低品位锰矿进行生产，随着企业规模扩大，其资源能源消耗高、污染物产生量大，尤其是锰渣堆存压力日益明显。且企业地处生态脆弱、黄河上游环境敏感地区，越发展、越发现生态环境的制约瓶颈越凸显。自2008年起，公司在国内率先全部采用进口高品位氧化锰矿进行生产，创造了全部使用氧化锰矿的历史。随着对原料的深入认识和市场控制，不断优化锰矿原料组合，现在已经可以采用进口高品位氧化锰矿石和进口高品位碳酸锰矿石混合生产，使单位产品的矿石消耗量由建厂初期的7吨降到4.5吨，远低于全国8～10吨的平均水平。2012年，全国电解锰企业使用进口富锰矿石大约80万吨，天元锰业消耗60万吨，占全行业的75%。这是“无锰之地”，造就“世界锰都”的根基。
二是注重应用全过程的清洁生产技术，重点抓了还原、浸出、电解过程中的关键清洁生产技术。氧化锰矿还原技术一直以来是制约氧化锰矿工业化应用的关键。早先只有南非金属锰公司拥有氧化锰矿还原技术，在回转窑以重油为还原剂进行生产，但还原温度较低、锰矿还原率不高。国内有企业尝试采用竖窑、回转窑、两矿法和硫还原等方法进行氧化锰矿还原，但均由于还原率低、成本高等原因，未能产业化应用。天元采用高效还原技术，解决了上述问题，将氧化锰还原率由原来的60%提高到98%，比南非金属锰公司提高了38个百分点，并大规模应用生产。
锰矿浸出率是决定锰资源利用率高低的关键，通常碳酸锰矿的浸出率只有85-90%。公司开发出二段浸出工艺，改变传统工艺始终在同一化合罐浸出，在不同酸度条件下对一次浸出渣进行二次浸出，实现锰矿浸出率达到96%。
电解过程是电解锰生产的核心工序，也是电能消耗的主要点位。一直以来，国内广泛采用松木制作电解槽生产电解锰，在强酸条件下长期使用，松木腐蚀和侵蚀严重，易发生导电，影响电解过程和增加电耗。阴阳极间距、电解槽冷却水管材质、电解槽密封方式等也对电耗有重要影响。天元锰业在国内率先开发和应用了R PP节能型电解槽、阳极液断流节电、PE冷却水管防漏电节能、组合式电解槽密封、短极距节电等一系列新技术、新设备，将单板产量从3.3公斤提高到3.8公斤，吨产品直流电耗从6900度下降到5800度。这些技术在国内新建电解锰厂和老厂技改过程得到广泛应用。
目前，电解后续工序均是人工操作，各操作过程工人直接接触或暴露在对身体有害的环境中，是电解锰厂劳动力最密集的地方。天元锰业正在建设电解过程重金属污染削减平台，在一套设备上全自动实现废水的三次减量、二次循环，达到工艺废水的全部回用。从根本上改善了电解车间工人操作现场、解决了电解锰行业高浓度氨氮废水的处理难题。
三是在三期工程建设中狠抓清洁生产深入源头的理念，创新和引领业内设计规范。在制粉过程，按照“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、制粉、制液全部在密闭的车间内进行，实现了制粉和制液过程粉尘的“减量化”。在制液过程，行业内一般的化合罐采用软塑板包裹木板，外包金属壳的设计，并非完全密封，天元锰业将化合罐的结构改为混凝土一次浇筑的设计，有效地杜绝了酸雾的逸散，保护了工人健康。电解过程，采用增设风幕去除氨雾，极大地改善电解车间工作环境。
电解锰生产是湿法冶金过程，天元锰业目前规模每天至少有3万立方含高浓度重金属的电解液需输送、中转和贮存，钝化过程还使用重铬酸钾钝化，产生含六价铬废水，这对输送流槽和车间地面防渗提出了很高的要求。目前，一般企业采取软塑板包裹流槽的做法进行流槽防渗，但软塑板容易老化，长期使用易产生渗漏，造成污染。天元锰业采用“五油三布+花岗岩”对流槽、车间地面进行高标准防渗设计，即先间隔刷五层沥青油、铺装三层玻璃布作为基础防渗层，之后在基础防渗层上铺装耐酸、耐碱的花岗岩，对流槽还要在花岗岩上铺装软塑板，从根本上杜绝了流槽可能产生的跑冒滴漏。“五油三布”+花岗岩地面的防渗系数比水泥铺装地面高出10倍以上，使用年限也大大延长，有效杜绝了地面渗漏对土壤和地下水的污染。
打造循环经济，铺就延伸“绿色发展”的大道
天元锰业依照向前延伸、共栖共生、综合利用、产品多样化的理念，打造循环经济，丰富产品结构，提高抗风险能力，使环境保护和经济发展提高到新的水平。重点发展了制硫酸，电解锰，镍铁配套余热发电，废水循环利用，锰渣无害化、制水泥和土壤改良，以及电解氧化锰及锰业深加工产品的循环经济链网。
硫酸是电解锰生产必须的主要化工原料，每生产一吨电解锰需消耗2吨左右的硫酸，自建厂至2008年，天元锰业硫酸一直外购。随着企业规模扩大，外购造成的成本压力和运输制约已越来越明显，为降低成本、提高资源利用效率，企业建立了年产40万吨的硫酸厂；为满足三期工程硫酸需求，同期扩建年产80万吨的硫酸厂，实现了工业硫酸的自给，提高了企业抗市场风险的能力。
充分利用矿热炉余热发电，补给电解锰生产所需电力。天元锰业30万吨稀土镍铁配套2条6兆瓦尾气余热发电项目目前正在紧张施工中，预计2013年9月竣工投产，每年可为电解锰生产提供约11264万度电。
采用新技术实现废水———深度处理———回用———绿化的循环利用链。投资2亿元建设了废水综合治理系统，针对不同性质的废水，采取分质处理的措施，实现了生产废水的综合利用，生产废水实现了从高峰时每年排放废水60万吨到废水循环利用不外排的转变，有效地节约了水资源，消除了水污染。
初步建立锰渣———无害化处理———水泥或肥料，硫酸渣、镍铁渣———水泥的循环利用链。采用中国环境科学研究院技术建设200万吨/年电解锰废渣无害化处理及氨氮回收利用项目，固化锰渣中的锰和重金属物质、回收锰渣中的氨，使锰渣由一般工业固废II类变为一般工业固废I类，并为锰渣进一步综合利用奠定基础。经过2000余次试验，对锰渣作水泥添加剂的可行性进行了全面分析和综合实验，成功实现利用锰渣作为混合材料制水泥。投资建设了2条日产4500吨的水泥熟料生产线及配套低温余热发电项目，2013年9月即可投入运行，每年可综合利用锰渣逾60万吨。目前，国内处理1吨锰渣，需要费用30元左右，通过锰渣的资源化，不但可以节省锰渣处理的费用，而且可以实现利用锰渣盈利，仅锰渣作为水泥混合材料一项，即可为企业每年节省锰渣处理成本1440万元，产生经济效益4800万元。
电解锰渣中含有植物生长所必需的锰、硒、氨氮、钾、钠、铁、硼等营养元素及物质。2011年，公司与宁夏大学开发利用电解锰渣生产改良盐碱地肥料或全价肥料技术。该项技术已完成温棚试验，进入农田试验阶段。试验显示，适量的电解锰渣生产全价肥和复合肥，能促进农作物的生长，小麦、水稻苗期生长旺盛。在盐碱地施混配肥后，土壤理化性状得到改善，有利于作物根系的生长，小麦、水稻的增产增收和盐碱地土壤改良。利用电解锰渣生产全价肥、复合肥的研制成功，为电解锰废渣的综合利用拓展了新的领域，同时也为建设”绿色天元，生态天元“提供了重要保证。
为提高产品的技术含量和产品附加值，天元锰业积极向锰业的下游产业拓展，优化产品结构。目前天元锰业年产12万吨电解二氧化锰、10万吨锰酸锂、1亿支(台)锂离子电池项目均已启动项目前期工作。
企业发展，环保先行。十年来，天元锰业始终把环境保护工作同产品质量、安全生产摆在同等重要的位置，提倡全员抓环保，把改善和治理环境污染作为促进企业发展，构建和谐社会的大事来抓，列入工作的重中之重。公司成立了由总经理任组长，厂长、车间主任为成员的环境治理工作领导小组，完善了管理制度，明确了职责分工。董事长与集团公司总经理每年签订环保目标责任书，总经理与各分公司总经理一直到车间、班组、员工层层签订了环境保护目标责任书，形成了环境治理责任体系，加快了公司环境治理的步伐，为天元锰业向高端产业延伸，形成多元化发展格局奠定了坚实的基础。
天元锰业———世界锰业的“东方明珠”，正向着建设环境友好、资源节约的目标奋力前行。
(中国环境科学研究院调研组)
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