“無錳不成鋼”，我國電解錳產能和產量的全球占比均超過98%，是世界最大的電解錳生產國、消費國和出口國。2012年，受全球經濟疲軟的影響，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)經濟效益銳減，24家企業(yè)宣布倒閉，產能由240萬噸減少到215萬噸，實際產量僅為116萬噸，生產負荷只有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，生產負荷達到了100%。天元錳業(yè)以污染預防為環(huán)保戰(zhàn)略，以環(huán)境保護提升企業(yè)發(fā)展水平，做到產能、產量、各項污染物控制水平均位居行業(yè)前茅。
十年探索，走出了環(huán)境與企業(yè)發(fā)展的雙贏之路
作為鋼鐵工業(yè)的重要原料，錳的用量僅次于鐵，居第二位。錳的加入可以提高鋼材的硬度、強度、抗腐蝕能力，廣泛應用于有色冶金、化工、電子、電池、農業(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，也得到了日益廣泛的應用。
從2003年企業(yè)創(chuàng)立至今，天元錳業(yè)的規(guī)模迅速擴大，電解錳產量從每年1500噸飆升至20萬噸，資產從300多萬元增至209.5億元；職工人數從原來的100多人增加到現(xiàn)在的2萬余人。2012年，天元錳業(yè)工業(yè)產值達到70億元，貿易收入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污染、高能耗、高成本、資源型的“三高一資”行業(yè)，在生產過程中，產生大量錳渣、含鉻含錳廢水、硫酸霧、粉塵等多種污染物。目前，國內每生產一噸電解錳，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2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2公斤、硫酸2噸、液氨100公斤、二氧化硒2公斤、重鉻酸鉀1.6公斤，總體與國內平均水平相當，有的指標還偏高；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；預計三期的電耗將進一步降到5500度，新鮮水1.1噸，礦石3.5噸。
廢水是電解錳生產的主要污染物之一。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，配套建設了廢水回收再利用裝置，對生產廢水實行綜合治理。處理合格后經回用水管道，送往各生產系統(tǒng)作為生產用水，實現(xiàn)了廢水循環(huán)利用不外排。
電解錳廢氣的污染主要產生在制粉工序的粉塵和浸出過程的酸霧。天元錳業(yè)投資2200萬元建設了除塵和酸霧吸收設備，一期、二期的噸錳產生粉塵和硫酸霧，比國內平均水平低10%。
固體廢棄物排放方面，天元錳業(yè)一期噸錳產生錳渣6噸、陽極泥100公斤，比國內平均產生量略低；二期錳渣產生量為3.5噸、陽極泥為80公斤，分別比國內同期水平低41%和20%；三期錳渣和陽極泥產生量將在二期基礎上，分別進一步下降14%和20%。
展清潔生產，搭建跨越“污染瓶頸”的橋梁
天元錳業(yè)發(fā)展清潔生產經歷了三個階段：一是抓清潔的原材料；二是抓清潔的生產技術；三是抓清潔的設計理念，清潔生產越做越好，越做越深入。
一是首先抓了原材料的清潔化，在國內率先全部采用進口高品位氧化錳礦進行生產。我國電解錳生產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過程所需電耗、硫酸、液氨、SDD和廢水、廢渣等污染物產生量有重要影響。目前，我國電解錳企業(yè)多用低品位錳礦進行生產，能耗物耗高、錳資源利用效率低、渣量大。同樣生產一噸電解錳，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SDD消耗分別減少30%、40%、50%；錳資源利用率提高10%，錳渣量從9噸下降到3.5噸，下降61%。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。由于使用高品位錳礦，就目前年產20萬噸規(guī)模，天元錳業(yè)每年可少排放錳渣110萬噸，分別減少錳和氨氮產生量1.2萬噸和6000噸。
建廠初期，天元錳業(yè)也曾采用國內低品位錳礦進行生產，隨著企業(yè)規(guī)模擴大，其資源能源消耗高、污染物產生量大，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)境的制約瓶頸越凸顯。自2008年起，公司在國內率先全部采用進口高品位氧化錳礦進行生產，創(chuàng)造了全部使用氧化錳礦的歷史。隨著對原料的深入認識和市場控制，不斷優(yōu)化錳礦原料組合，現(xiàn)在已經可以采用進口高品位氧化錳礦石和進口高品位碳酸錳礦石混合生產，使單位產品的礦石消耗量由建廠初期的7噸降到4.5噸，遠低于全國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%。這是“無錳之地”，造就“世界錳都”的根基。
二是注重應用全過程的清潔生產技術，重點抓了還原、浸出、電解過程中的關鍵清潔生產技術。氧化錳礦還原技術一直以來是制約氧化錳礦工業(yè)化應用的關鍵。早先只有南非金屬錳公司擁有氧化錳礦還原技術，在回轉窯以重油為還原劑進行生產，但還原溫度較低、錳礦還原率不高。國內有企業(yè)嘗試采用豎窯、回轉窯、兩礦法和硫還原等方法進行氧化錳礦還原，但均由于還原率低、成本高等原因，未能產業(yè)化應用。天元采用高效還原技術，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，并大規(guī)模應用生產。
錳礦浸出率是決定錳資源利用率高低的關鍵，通常碳酸錳礦的浸出率只有85-90%。公司開發(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行二次浸出，實現(xiàn)錳礦浸出率達到96%。
電解過程是電解錳生產的核心工序，也是電能消耗的主要點位。一直以來，國內廣泛采用松木制作電解槽生產電解錳，在強酸條件下長期使用，松木腐蝕和侵蝕嚴重，易發(fā)生導電，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、電解槽密封方式等也對電耗有重要影響。天元錳業(yè)在國內率先開發(fā)和應用了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、新設備，將單板產量從3.3公斤提高到3.8公斤，噸產品直流電耗從6900度下降到5800度。這些技術在國內新建電解錳廠和老廠技改過程得到廣泛應用。
目前，電解后續(xù)工序均是人工操作，各操作過程工人直接接觸或暴露在對身體有害的環(huán)境中，是電解錳廠勞動力最密集的地方。天元錳業(yè)正在建設電解過程重金屬污染削減平臺，在一套設備上全自動實現(xiàn)廢水的三次減量、二次循環(huán)，達到工藝廢水的全部回用。從根本上改善了電解車間工人操作現(xiàn)場、解決了電解錳行業(yè)高濃度氨氮廢水的處理難題。
三是在三期工程建設中狠抓清潔生產深入源頭的理念，創(chuàng)新和引領業(yè)內設計規(guī)范。在制粉過程，按照“料不落地”的設計原則，礦石進廠后直接進入密閉的均化車間，均化、制粉、制液全部在密閉的車間內進行，實現(xiàn)了制粉和制液過程粉塵的“減量化”。在制液過程，行業(yè)內一般的化合罐采用軟塑板包裹木板，外包金屬殼的設計，并非完全密封，天元錳業(yè)將化合罐的結構改為混凝土一次澆筑的設計，有效地杜絕了酸霧的逸散，保護了工人健康。電解過程，采用增設風幕去除氨霧，極大地改善電解車間工作環(huán)境。
電解錳生產是濕法冶金過程，天元錳業(yè)目前規(guī)模每天至少有3萬立方含高濃度重金屬的電解液需輸送、中轉和貯存，鈍化過程還使用重鉻酸鉀鈍化，產生含六價鉻廢水，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行流槽防滲，但軟塑板容易老化，長期使用易產生滲漏，造成污染。天元錳業(yè)采用“五油三布+花崗巖”對流槽、車間地面進行高標準防滲設計，即先間隔刷五層瀝青油、鋪裝三層玻璃布作為基礎防滲層，之后在基礎防滲層上鋪裝耐酸、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生的跑冒滴漏。“五油三布”+花崗巖地面的防滲系數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。
打造循環(huán)經濟，鋪就延伸“綠色發(fā)展”的大道
天元錳業(yè)依照向前延伸、共棲共生、綜合利用、產品多樣化的理念，打造循環(huán)經濟，豐富產品結構，提高抗風險能力，使環(huán)境保護和經濟發(fā)展提高到新的水平。重點發(fā)展了制硫酸，電解錳，鎳鐵配套余熱發(fā)電，廢水循環(huán)利用，錳渣無害化、制水泥和土壤改良，以及電解氧化錳及錳業(yè)深加工產品的循環(huán)經濟鏈網。
硫酸是電解錳生產必須的主要化工原料，每生產一噸電解錳需消耗2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)模擴大，外購造成的成本壓力和運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40萬噸的硫酸廠；為滿足三期工程硫酸需求，同期擴建年產80萬噸的硫酸廠，實現(xiàn)了工業(yè)硫酸的自給，提高了企業(yè)抗市場風險的能力。
充分利用礦熱爐余熱發(fā)電，補給電解錳生產所需電力。天元錳業(yè)30萬噸稀土鎳鐵配套2條6兆瓦尾氣余熱發(fā)電項目目前正在緊張施工中，預計2013年9月竣工投產，每年可為電解錳生產提供約11264萬度電。
采用新技術實現(xiàn)廢水——深度處理——回用——綠化的循環(huán)利用鏈。投資2億元建設了廢水綜合治理系統(tǒng)，針對不同性質的廢水，采取分質處理的措施，實現(xiàn)了生產廢水的綜合利用，生產廢水實現(xiàn)了從高峰時每年排放廢水60萬噸到廢水循環(huán)利用不外排的轉變，有效地節(jié)約了水資源，消除了水污染。
初步建立錳渣——無害化處理——水泥或肥料，硫酸渣、鎳鐵渣——水泥的循環(huán)利用鏈。采用中國環(huán)境科學研究院技術建設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、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，并為錳渣進一步綜合利用奠定基礎。經過2000余次試驗，對錳渣作水泥添加劑的可行性進行了全面分析和綜合實驗，成功實現(xiàn)利用錳渣作為混合材料制水泥。投資建設了2條日產4500噸的水泥熟料生產線及配套低溫余熱發(fā)電項目，2013年9月即可投入運行，每年可綜合利用錳渣逾60萬噸。目前，國內處理1噸錳渣，需要費用30元左右，通過錳渣的資源化，不但可以節(jié)省錳渣處理的費用，而且可以實現(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，產生經濟效益4800萬元。
電解錳渣中含有植物生長所必需的錳、硒、氨氮、鉀、鈉、鐵、硼等營養(yǎng)元素及物質。2011年，公司與寧夏大學開發(fā)利用電解錳渣生產改良鹽堿地肥料或全價肥料技術。該項技術已完成溫棚試驗，進入農田試驗階段。試驗顯示，適量的電解錳渣生產全價肥和復合肥，能促進農作物的生長，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、水稻的增產增收和鹽堿地土壤改良。利用電解錳渣生產全價肥、復合肥的研制成功，為電解錳廢渣的綜合利用拓展了新的領域，同時也為建設”綠色天元，生態(tài)天元“提供了重要保證。
為提高產品的技術含量和產品附加值，天元錳業(yè)積極向錳業(yè)的下游產業(yè)拓展，優(yōu)化產品結構。目前天元錳業(yè)年產12萬噸電解二氧化錳、10萬噸錳酸鋰、1億支(臺)鋰離子電池項目均已啟動項目前期工作。
企業(yè)發(fā)展，環(huán)保先行。十年來，天元錳業(yè)始終把環(huán)境保護工作同產品質量、安全生產擺在同等重要的位置，提倡全員抓環(huán)保，把改善和治理環(huán)境污染作為促進企業(yè)發(fā)展，構建和諧社會的大事來抓，列入工作的重中之重。公司成立了由總經理任組長，廠長、車間主任為成員的環(huán)境治理工作領導小組，完善了管理制度，明確了職責分工。董事長與集團公司總經理每年簽訂環(huán)保目標責任書，總經理與各分公司總經理一直到車間、班組、員工層層簽訂了環(huán)境保護目標責任書，形成了環(huán)境治理責任體系，加快了公司環(huán)境治理的步伐，為天元錳業(yè)向高端產業(yè)延伸，形成多元化發(fā)展格局奠定了堅實的基礎。
天元錳業(yè)——世界錳業(yè)的“東方明珠”，正向著建設環(huán)境友好、資源節(jié)約的目標奮力前行。
(中國環(huán)境科學研究院調研組)
