大型锰业基地锰资源高效利用关键技术与产业示范可行性报告Word格式文档下载.docx
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1.1意义
我国是全球最大的电解锰生产国、消费国和出口国。
2010年我国电解锰行业产能为220万吨,产量达到138万吨,分别占全世界产能和产量的98%和96%。
湖南是我国重要锰资源与加工生产基地之一,产能约占全国的30-35%,居全国第一。
按照当前每生产1t电解锰要产生5~6t的废渣估算,湖南长期的锰资源生产企业已产生4000多万吨锰渣,其中湘西花垣地区堆存了2000多万吨。
大量锰渣的堆存已造成极其严重的环境污染、生态破坏和健康风险,极大地制约了锰业的可持续发展。
此外,锰渣中残留了30%以上的电解液,其中可溶性锰约占废渣干质量的2%~2.5%,每年通过锰渣损失的锰资源达30多万吨。
针对电解锰生产企业高效利用锰资源,国内多家科研单位和企业先后开展了从提高锰的浸出与电解效率到提高过滤效率,减少滤渣水分等系列研究,但锰渣中仍然含锰3.5-4.5%,含水分28%左右,锰渣资源综合利用率低于10%。
因此,突破电解锰生产锰资源回收利用关键技术,进一步提高锰资源综合回收率,不仅能够延长企业锰资源的开采利用年限,增加企业综合经济效益,提升企业在业内的核心竞争力,而且将大大减少锰渣中重金属、硫酸盐和铵盐等的污染,对于污染减排及改善周边生态环境具有重大意义。
1.2必要性
1.2.1实施民心工程的需要
湖南省锰矿资源开发利用产生的环境问题突出的反映在“锰三角”的花垣地区。
“锰三角”是指湘黔渝三省市交界的湖南省湘西土家族苗族自治州花垣县、贵州省铜仁地区松桃苗族自治县和重庆市秀山土家族苗族自治县。
“锰三角”地区是我国最大、最密集的电解锰生产基地,锰矿保有储量在1.5亿吨以上。
然而,由于规划不合理、片面追求经济增长、企业环境保护意识差以及监管不力等原因,这一地区的环境污染十分严重。
一是无序采矿,各种废石、矿石堆积成山的现象十分严重,以致山地植被遭到严重破坏,极易发生泥石流、山体滑坡等地质灾害;
二是排放“三废”严重超标,对河流、空气、土壤造成了破坏性污染。
据检测,电解锰生产产生的固体废弃物中硫酸盐、氨氮、锰的浓度分别达到63.324,2.987,34.762mg/kg,砷、汞、硒的浓度分别达到38.9,32.3,30.8mg/kg。
外排工业废水中的氨氮、锰、汞、砷的最大超标倍数分别达到6.26、1.58、6.8、1.03;
铬、锰最高分别超标180倍和30倍。
企业的生产活动对当地的地表水、地下水、河流底泥、土壤造成了严重污染,人民群众怨声不断,老百姓戏称当地锰业有“三黑”,即经济增长是黑色GDP,老百姓吃的是黑米,老板赚的是黑心钱。
“锰三角”地区的污染引起中央领导和国家有关部门的高度重视,胡锦涛总书记就‘锰三角’环境污染问题先后四次作出重要批示,要求“环保总局要深入调查研究,提出治理方案,协调三省、市联合行动,共同治理”、“要明确责任,加强监督,务见成效”;
曾培炎、李克强副总理也曾作出了重要批示。
总书记和国务院领导同志作出了如此多的重要批示,这在我国的环保历史上是没有过的,充分体现了以胡锦涛同志为总书记的党中央对群众切身利益的牵挂,对边远地区经济发展的关心,对环境保护工作的重视;
也体现了党中央、国务院对贯彻落实以人为本、全面协调可持续的科学发展观的决心,体现了对“锰三角”地区人民健康生活、和谐发展的亲切关怀。
1.2.2循环经济建设的要求
矿冶固体废弃物问题已引起国家高度重视。
政府相继出台了一系列政策要求解决尾矿问题。
如《中国21世纪议程》已把“尾矿、冶金废渣的处置、管理及资源化示范工程”列入优先领域的优先项目计划,工信部颁布的《2009-2015年金属尾矿综合利用专项规划》指出要解决尾矿、冶金废渣存在的问题,促进资源综合利用。
《中华人民共和国循环经济促进法》明确规定,企业要对生产过程中产生的尾矿、冶金废渣等工业废物进行综合利用。
这标志着国家将提高资源综合利用水平提高到了相当重要的位置。
湖南省也颁布了相应的政策来解决尾矿、冶金废渣问题,如《湖南省环境保护产业发展规划(2009-2015)》指出,湖南省环保产业发展的主要任务是大力发展资源综合利用产业。
1.2.3节能减排和产业可持续发展的要求
电解锰工业也属于资源、能源消耗高,环境污染重的工业行业。
湖南长期的锰资源加工生产已产生4000多万吨锰渣,其中湘西花垣地区堆存了2000多万吨。
尽管近几年来技术水平有所提高,环境保护工作有所加强,但电解锰生产企业在生产过程中对环境造成的污染依然严重。
同时,由于我国电解锰行业使用的原料大多是低品位的菱锰矿(主要成分MnCO3),杂质多,生产1t金属锰约产生5-6t的矿渣。
废渣中残留了30%以上的电解液,其中可溶性锰约占废渣干质量的2.0%~2.5%,每年损失到渣中的锰资源达30多万吨。
针对电解锰生产工业锰资源的高效利用,国内多家科研单位和企业先后开展了提高锰的浸出与电解效率、提高过滤效率、减少滤渣水分等一系列研究,但锰渣中含锰仍然有3.5-4.5%,水分28%左右,锰渣资源综合利用的水平仍然低于10%。
如何解决电解锰生产的高效清洁利用难题,突破电解锰生产锰资源回收利用关键技术,进一步提高锰资源综合回收率,不仅能够延长企业锰资源的开采利用年限,增加企业综合经济效益,提升企业在业内的核心竞争力,而且将大大减少锰渣中重金属污染、硫酸盐与铵盐的污染,对于污染减排及改善周边生态环境意义重大。
项目以我省重要锰基地-花垣地区电解锰企业锰资源高效利用关键技术突破与产业示范为目标,产生的新工艺对湖南乃至全国电解锰企业的锰资源高效利用也会起到重要的示范作用。
1.2.4“两型”社会建设的要求
湖南省是我国“有色金属之乡”,但是经过长期大规模开采,湖南省现有矿山资源保障程度不断降低,后备资源严重不足。
而且由于长期粗放发展,我省有色采选冶行业技术装备水平落后,资源综合利用程度低,不仅导致大量有价金属资源白白浪费,而且已经造成我省重金属污染事件近年来频发。
如何有效快速地解决当前严峻的金属资源利用及环境污染现实,已经成为我省两型社会建设迫在眉睫的重大任务之一。
2007年12月14日,国家正式批复湖南省长株潭城市群为全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区。
因此,节能减排、节约资源、建设友好型环境是湖南开展新兴工业化道路是试验区建设成败的关键。
1.3国内外研究现状和发展趋势
1.3.1概况
锰及锰合金是钢铁工业、铝合金工业、磁性材料工业、化学工业等不可缺少的重要原料之一。
随着科学技术的不断发展和生产力水平的不断提高,电解金属锰由于它的高纯度、低杂质特点,现已成功而广泛地运用于钢铁冶炼、有色冶金、电子技术、化学工业、环境保护、食品卫生、电焊条业、航天工业等各个领域。
电解锰生产包括粉碎、酸解压滤、电解钝化、剥离干燥等工艺过程。
粉尘、有毒废气产生于粉碎、干燥、酸解、电解过程;
废水主要有废电解液、废钝化液、酸解压滤废水以及电解钝化过程的极板清洗水;
主要固体废弃物为酸解产生的尾矿及电解过程产生的阳极泥。
目前每生产1t电解金属锰要消耗7-8t碳酸锰矿粉(含Mn18%-20%),1.70-1.95t硫酸,5800-6600kW•h直流电,80kg以上的液氨,以及其它药剂,部分企业还超过上述指标。
研究表明,锰渣中含锰的量约3.5%~4.5%,其中可溶性锰约占废渣干质量的2.0%~2.5%,由此造成了较高的锰渣中的锰损失,导致锰资源回收率仅70%~80%,每年损失锰资源高达30多万吨。
与此同时,由于矿产资源料中锰的品位逐步下降,已由90年代的22%~26%下降到目前的13%~16%,有的甚至更低,进一步加据了电解锰产业的能耗与产能之间的矛盾,导致锰资源的利用率将更低,每生产1t电解金属锰要产生5t~6t左右的废渣和300t左右的废水。
据此估计,2010年中国电解锰产量138万t,全国电解锰行业产生的固体废弃物和废水分别达到700~840万t和41400万t。
如此大量的废渣若不经安全处置和综合利用就随意堆存,将带来一系列的问题:
一是废渣含有Mn、Fe、Ca、Mg、Si、Pb、Cu、Zn、Ba、S、Se等元素,有些经化合工序后已变为可溶的离子状态,经过雨水的浸溶后有可能渗透至周围的农田和水源,影响作物的生长和村民的健康,二是大量锰渣的堆存占用了有限的土地资源,与人和动物争夺有限的空间;
三是电解锰厂往往由于库容的原因,生产一段时间后又要寻找新的库址,一方面增加了企业的成本,另一方面在渣的运用过程中将增加成本,还有可能造成二次污染;
四是渣库的堤坝经常年的风化和侵蚀,有可能坍塌,造成严重的溃坝事故,危及百姓的生命财产安全。
如我省湘西州泸溪县武溪镇绿源公司电解锰公共尾矿库“8.29”漫坝事故造成3人死亡;
湘西土家族苗族自治州花垣县兴银锰业公司“5.14”尾矿库溃坝导致3人死亡、4人轻伤。
因此,锰资源的高效利用是电解锰企业和社会的一个难题,只有发展高效清洁生产利用技术,减少电解锰生产中的污染物排放,或对锰渣中的有价物质加以合理综合回收开发利用,不仅会产生良好的环境效益和社会效益,同时还将给企业带来良好的经济效益。
本项目针对湖南重要锰基地-花垣地区电解锰企业锰资源的高效利用关键技术研发与产业示范。
突破降低过滤渣锰含量与含水率难度大的技术瓶颈;
研发与集成高分子胶凝破稳剂,高压多点深度淋洗、电解残液的二次循环强化锰渣浸出、残余锰渣的安全高效利用等关键技术、实现电解锰生产过程中锰资源综合利用率提高12%以上、锰渣含锰降低到1.2%以下,含水率降低到20%以下,重金属减排30%以上,硫酸铵盐减排30%以上的总体目标。
并依托东方矿业有限责任公司建设年产1500吨电解锰示范工程,实现锰资源高效清洁利用的产业化。
1.3.2国内外研究现状和存在的问题
(1)电解锰废渣的基本性能
电解锰废渣为黑色细小的泥糊状粉体物质,颗粒细小,粒径小于30μm的颗粒占83.33%,且近50%的颗粒粒径集中在15~30μm之间;
保水性好,平均含水量在31.97%;
湿渣紧堆密度为2029kg/m3,干粉紧堆密度为976kg/m3。
刘胜利对具有代表性的电解锰废渣进行的成分分析结果表明,其主要由SiO2,CaO和Mn等组成,有价金属元素含量均小于0.01%(质量分数,下同),无回收价值,但w(锰)在8%以上,可考虑单独回收。
电解锰废渣中的金属矿物主要有菱锰矿、软锰矿、褐铁矿和黄铁矿等,脉石主要由石英、炭质、黏土和石膏等多种脉石矿物组成。
李坦平等对电解锰废渣105℃的烘干料进行了分析,其主要化学成分为SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO和SO3,其中w(SO3)为21.23%,由此推算w(CaSO4·
2H2O)为45.64%,可认定电解锰废渣是一种含CaSO4·
2H2O较高的工业废料。
(2)电解锰废渣中的污染物
电解锰废渣呈酸性,其浸出液的pH为5.9~6.6;
w(硫酸盐),w(氨氮)和w(锰)最高分别为63324,2987,34762mg/kg;
w(砷),w(汞)和w(硒)也较高,最大值分别为3819,3213,3018mg/kg。
喻旗等进行了电解锰废渣的浸出试验研究,监测指标为总锰、总铅、总镉、总锌、总铜、总砷和总汞含量,结果表明,废渣浸出液中主要污染物均低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3—1996)中的浸出毒性鉴别值,电解锰废渣属一般工业固体废物(Ⅱ类)。
而胡南等在对电解锰废渣的浸出毒性及无害化处理的研究中发现,浸出液中ρ(镉)高出《污水综合排放标准》(GB8978—199
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