中國(guó)電解金屬錳工業(yè)研究進(jìn)展

譚柱中，張麗云

(1. 全國(guó)電解錳廠長(zhǎng)(經(jīng)理)聯(lián)誼會(huì)，湖南 長(zhǎng)沙 410006； 2. 中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530029)

0 前 言

中國(guó)電解金屬錳(以下簡(jiǎn)稱：電解錳)工業(yè)誕生已經(jīng)63年了，63年來(lái)中國(guó)電解錳人始終堅(jiān)持在做一件事，就是如何用國(guó)產(chǎn)貧碳酸錳礦生產(chǎn)出質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的電解錳。

幾十年來(lái)，尤其是近20年來(lái)，我國(guó)的科研院所、學(xué)校，尤其是與電解錳工業(yè)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備廠家與我們一起堅(jiān)持不斷“創(chuàng)新”理念，開(kāi)展了大量的科學(xué)試驗(yàn)研究，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次的挫折，終于使中國(guó)電解錳工業(yè)做大做強(qiáng)。

1 中國(guó)電解錳工業(yè)目前生產(chǎn)技術(shù)情況

目前，中國(guó)電解錳工業(yè)先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：直流電耗5 600 kW·h/t；綜合電耗6 200 kW·h/t；金屬回收率≥85%，渣中含錳≤1.5%；勞動(dòng)生產(chǎn)率90人/萬(wàn)t。

我們并不滿足目前取得的成績(jī)，要繼續(xù)開(kāi)展科技創(chuàng)新研究。近兩年來(lái)，圍繞廢渣無(wú)害化、資源化治理，節(jié)能降耗，生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、智能化等方面又成功研究出一批新材料、新設(shè)備和新工藝。有的已經(jīng)投入工業(yè)生產(chǎn)，有的還在工廠繼續(xù)深入開(kāi)展工業(yè)試驗(yàn)，中國(guó)電解錳工業(yè)還在繼續(xù)前進(jìn)[1]。

2 研究及成果

2.1 廢渣無(wú)害化及資源化治理

我國(guó)南方電解錳企業(yè)幾乎全部采用貧碳酸錳礦石(含Mn 13%～16%)生產(chǎn)電解錳，礦石含錳品位低，渣量大，一般在8～10 t/t，渣含濕量25%以上，溶液中含錳25～36 g/L，(NH4)2SO490～110 g/L，不加治理將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，當(dāng)前，均采用在專門的尾礦庫(kù)內(nèi)集中堆放。

要治理好電解錳廢渣決非易事，量大且有害物含量高，我國(guó)早在十幾年前就已開(kāi)始對(duì)渣的治理開(kāi)展了研究，由于多種原因，收效甚微。近幾年來(lái)，圍繞廢渣如何治理，又深入開(kāi)展了試驗(yàn)，歸結(jié)起來(lái)，可以分為火法與濕法這兩條技術(shù)路線。

火法技術(shù)，是基于在高溫下(1 200～1 300℃)硫酸鹽和氨鹽均可分解而回收硫與氨，固體渣則可作為熟料添加到水泥中，添加比例可達(dá)到12%～14%。此法特點(diǎn)，可以一次性將渣處理完，硫和氨可以得到回收，缺點(diǎn)是投資大，高溫下回轉(zhuǎn)窯正常運(yùn)轉(zhuǎn)難度大。該路線沒(méi)有大型水泥廠做支撐不易推廣，對(duì)中小型電解錳企業(yè)也不適應(yīng)[2]。

濕法技術(shù)，是基于渣中的錳和氨鹽是水溶性化合物，易于用水洗滌除去。根據(jù)企業(yè)的不同情況，洗滌液可以不同程度返回系統(tǒng)利用，一般在60%左右。如何使用洗滌液獲得最佳效果，即用水少，時(shí)間短，MnSO4和(NH4)2SO4除去率高，關(guān)鍵是選用何種方式和設(shè)備，最佳選擇是在壓濾機(jī)上洗，而不是采用多次卸料、制漿再壓濾的方法[2]。

2.1.1 單室空氣穿流壓濾機(jī)(廂式)

某公司經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，研究成功適合于錳渣洗滌的新型壓濾機(jī)——單室空氣穿流壓濾機(jī)(廂式)，在幾個(gè)工廠的試驗(yàn)均取得良好的洗滌效果。當(dāng)洗水量為渣重的0.36倍時(shí)，采用3次循環(huán)洗滌，可溶性錳的洗滌率達(dá)到71.37%，這部分洗滌液經(jīng)用簡(jiǎn)單辦法除去部分鎂離子后可以全部返回至系統(tǒng)內(nèi)。加大水量再洗渣，可以使渣合乎生產(chǎn)水泥添加料的要求。這部分洗水要送往廢水處理系統(tǒng)。如果工廠附近沒(méi)有足夠大的水泥廠吸納全部渣，渣要加堿徹底清除可溶性錳和氨氮，渣才可以達(dá)到無(wú)害化要求標(biāo)準(zhǔn)集中堆放。

2.1.2 渣的無(wú)害化治理工藝

某公司為實(shí)現(xiàn)渣的無(wú)害化治理做了一項(xiàng)很有益的研究，他們?cè)诓桓淖儸F(xiàn)有設(shè)備的前提下，加入某種藥劑，只用渣重20%的水可以回收渣液中60% MnSO4和60% (NH4)2SO4，若加大水洗量至渣重100%時(shí)，可以將渣液中MnSO4降低至3 g/L，(NH4)2SO4降至10 g/L。如果將以上兩種工藝結(jié)合在一起，相信會(huì)獲得更滿意的結(jié)果。

渣的資源化則要根據(jù)各地不同情況，做水泥添加劑、磚、填料和肥料等?？偟脑瓌t是以當(dāng)?shù)厍闆r就地加以解決，不能長(zhǎng)途運(yùn)輸至外地解決。

2.2 節(jié)能和降耗研究成果

2.2.1 新型攪拌機(jī)

某公司近兩年推出的稀土永磁電機(jī)車直接驅(qū)動(dòng)攪拌系統(tǒng)，取消了傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式中的減速機(jī)，由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)攪拌器，避免了減速機(jī)械密封伴磨損造成的漏油污染和齒輪傳動(dòng)引起的噪聲污染，經(jīng)過(guò)幾個(gè)工工廠近兩年的生產(chǎn)實(shí)踐，該套裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)能，比傳統(tǒng)裝置節(jié)能30%以上；②降低了維修費(fèi)用；③安全、而且便于編程，易于實(shí)現(xiàn)智能化管理。

2.2.2 新型陰極板和陽(yáng)極板

某公司多年來(lái)潛心研究陰極板的改進(jìn)，終于研制成功了在機(jī)械剝離過(guò)程中不變形的陰極板，經(jīng)過(guò)3個(gè)工廠的生產(chǎn)考核，其中1個(gè)工廠已使用近3年，至今保持平整，沒(méi)有產(chǎn)生裂紋和變形。除此之外，由于導(dǎo)電銅排與不銹鋼版的聯(lián)接采用了鑲嵌沖壓技術(shù)，兩者接觸十分緊密，導(dǎo)電性能好，降低了槽壓0.15 V，節(jié)電150 kW·h/t ，銅排與不銹鋼板的焊接采用特殊焊接工藝，長(zhǎng)時(shí)間也不易開(kāi)裂。

某公司研制的新型陽(yáng)極板也正在進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，鑲嵌鋁棒的新型陽(yáng)極板可節(jié)能達(dá)到10 kW·h/t。

2.2.3 二氧化錳還原新工藝

我國(guó)有豐富的貧氧化錳礦，含錳20%～23%，比現(xiàn)在電解錳企業(yè)采用的碳酸錳礦含錳高6%～10%，由于四價(jià)錳還原成二價(jià)錳的工藝長(zhǎng)期沒(méi)有突破，多種工藝都投資大，成本高，經(jīng)濟(jì)上不合理而無(wú)法得到推廣。

研究一種投資省、成本低的還原新工藝一直是我們非常關(guān)心的課題，某研究院大膽探索，在小型試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn)的成功基礎(chǔ)上推出了氧化錳礦粉懸浮還原焙燒新工藝，采用多級(jí)懸浮予熱技術(shù)使氧化錳礦粉在進(jìn)入主反應(yīng)器前達(dá)到反應(yīng)溫度，利用主反應(yīng)器(懸浮焙燒爐)內(nèi)與還原劑快速反應(yīng)機(jī)理在不到1 min時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)四價(jià)錳還原成二價(jià)錳的反應(yīng)過(guò)程，設(shè)備產(chǎn)能高，根據(jù)水泥工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，一座爐子年處理量可以達(dá)到數(shù)十萬(wàn)噸礦粉，能耗也非常低。每還原1 t不同品位的氧化錳礦耗煤70～80 kg，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資省，一座年處理10萬(wàn)t氧化錳還原爐固定資產(chǎn)投資僅需600萬(wàn)元，比已知的還原設(shè)備投資成本低，每噸礦還原成本僅100～120元，并可提供全套技術(shù)服務(wù)，包括試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、調(diào)試等全流程、全方位的技術(shù)服務(wù)[3]。

2.3 智能化方面的研究

實(shí)現(xiàn)電解錳生產(chǎn)過(guò)程智能化管理是中國(guó)電解錳工業(yè)的目標(biāo)。為此，我們已經(jīng)努力了近十年，離這一目標(biāo)已越來(lái)越近。

2.3.1 電解極板進(jìn)出槽自動(dòng)化管理設(shè)備

某公司多年來(lái)為中國(guó)電解錳工業(yè)提供新型節(jié)能電解槽、隔膜框等設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，在4年前開(kāi)始涉足研究電解過(guò)程極板進(jìn)槽與出槽的自動(dòng)化管理，在試驗(yàn)車間內(nèi)進(jìn)行了幾種方案長(zhǎng)達(dá)3年的比較，終于在去年找到了一個(gè)合理方案，該方案特點(diǎn)如下：①勞動(dòng)生產(chǎn)率大幅提高，產(chǎn)能15 000 t的車間只需要3～4人操作即可完成全部工作，節(jié)省人力10人以上；②操作簡(jiǎn)單實(shí)用，定位精準(zhǔn)度高，有利于生產(chǎn)編程管理從而實(shí)現(xiàn)操作管理智能化；③設(shè)備適應(yīng)性廣，對(duì)不同企業(yè)只需對(duì)器具調(diào)整其余都能做到相互通用，不需改動(dòng)；④設(shè)備維護(hù)容易；⑤投資比已知幾種方案都要節(jié)省。

前文提到的某公司研制的新型陰極板為實(shí)現(xiàn)極板自動(dòng)化進(jìn)出槽創(chuàng)造了必不可少的條件，因?yàn)殡娊忮i的電解槽同名極距均在(60±2)m/m，極板如在剝離過(guò)程中變形、彎曲，很難實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作[3]。

3 結(jié) 語(yǔ)

中國(guó)電解錳工業(yè)已經(jīng)達(dá)到生產(chǎn)能力226萬(wàn)t，年產(chǎn)量140～150萬(wàn)t，占全球市場(chǎng)97% 以上，品種齊全，可以滿足全球不同客戶的要求。為了不斷擴(kuò)大電解錳的市場(chǎng)，只有堅(jiān)持科技創(chuàng)新，不斷提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低各項(xiàng)消耗，搞好環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)。不斷降低生產(chǎn)成本，惟有如此，中國(guó)電解錳工業(yè)才能不斷拓寬市場(chǎng)，才能有更加美好的明天。