电解锰厂总图布置中的节能设计浅析

谢 飞

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410011)

1 引言

中国锰矿资源较多、分布广泛，在全国21个省 (区)均有产出;总保有储量矿石7.93亿吨[1]，总量 (储量 +储量基础)居世界第6位。但中国富锰矿较少，在保有储量中仅占6.4%。从地区分布看，以广西、湖南为最丰富，约占全国总储量的50%[2]，由于电解锰的冶炼工艺控制相对简单，由碳酸锰矿生产电解金属锰的技术[3]经过多年的发展改进，现已形成较为成熟的工艺流程，在2003年以前，国内的电解锰厂均未由专业的设计单位进行正规、系统的设计。位于贵州省铜仁地区松桃县的金瑞电解锰厂是国内第一座经专业、系统设计的电解锰厂。

2 由碳酸锰生产金属电解锰的主要工艺及特点

电解锰生产的主要工艺流程为:碳酸锰矿磨粉、锰矿粉间断浸出、净化、电解槽电解、人工钝化洗涤、烘干及产品剥离和包装。该生产工艺和其它行业特别是湿法有色冶金行业相比，存在生产过程劳动强度大，劳动效率低，工作环境差，机械化、自动化程度低的缺点[3]。

图1 电解锰典型流程图

虽然电解锰的冶炼工艺属于湿法冶炼，但是仍有其特点:

(1)采用磨后的原矿直接浸出，锰矿原矿品位一般为13% ～16%，因此其渣量较大，以30kt/a电解锰厂为例其浸出渣、净化渣渣量可达到约250kt/a(含水28%)。

(2)溶液量大，以30kt/a电解锰厂为例其电解液新液量达到1500342m3/a，若全部采用泵送则设备投资大、耗能高。

表1 30kt/a电解锰厂各工段溶液量表

(3)由于溶液量大，电解槽数量较多，一般中小型电解锰厂每座电解车间设计产量为10kt/a较为合适。

3 总平面布置的特点

通常采用湿法冶炼工艺的大中型有色金属冶炼厂在总平面设计[4]时，为了方便厂内交通及各工序间的管道布置，通道宽度基本控制在30m～40m，而冶炼废渣大多外运处理。而电解锰厂的总图运输设计时应注意以下有关事项:

(1)厂址选择:由于废渣的运输容易造成环境污染加之运量较大，因此厂址选择上，在方便原矿运入的同时应着重考虑废渣的运输方式及距离，冶炼工业场地最好靠近渣场布置，便于过滤后的废渣直接排入渣场，既减少运输成本又最大程度减少运输过程中对环境的污染。

(2)总平面布置:在满足工艺流程顺畅的原则下应，根据工艺流程依次布置尽量减少管道长度，保证溶液自流顺畅，10kt/a以上的电解锰厂电解车间应成组布置、之间的间距在满足相关规范的前提下尽量缩小，以利于生产与管理。

(3)竖向布置[5]:在分析了场地地形后与工艺专业共同确定各生产阶段溶液储槽、车间中间槽的合理标高，在竖向设计中如果充分利用场地地形采用台阶式布置，使部分溶液实现自流，减少企业投资与能耗。在充分考虑工艺要求的前提下竖向设计同时还要考虑各部分的道路交通，道路纵坡既要方便交通又应控制在《厂矿道路设计规范》允许的范围内。

4 工程实例

下面以贵州金丰锰业为例说明电解锰厂总图布置中的节能设计:

贵州省铜仁市金丰锰业有限责任公司(金丰锰业)成立于2003年10月，总资产3200万元，位于贵州省铜仁市以东的灯塔工业园区，地理坐标为东经109°14'58.50″，北纬 27°43'51.80″，西距铜仁市市区约75km，东距铜仁火车东站(货站)约1.19km，铜麻县际公路距离厂址约1km，公司主要生产电解金属锰，2008年12月，金丰锰业有限责任公司被以长沙矿冶研究院为主发起设立的大型科技企业、高科技上市公司——金瑞新材料科技股份有限公司收购，成为金瑞科技的全资子公司。金瑞科技收购后，投资1580万元，对原生产线、尾矿库及环保设施进行了改造和完善。

图2 金丰锰业30kt/a电解锰厂总平面图

本工程在设计时业主单位要求尽量使溶液能够自流以节能环保、减少工厂的运行成本，还要结合贵州山区场地工程地质多为石灰岩、挖方价格较高的现场情况，尽量减少土石方工程量、挖填平衡，以避免废石外运，节约工程投资。为达上述目标设计从总平面及竖向布置、工艺车间配置两方面入手。

首先在厂址选择上，新设计的30kt/a电解锰冶炼工业场地用地位于现有的厂区南侧，范围为一北高南低南北走向山坡，高程为298m～335m，用地面积17.33hm2。北侧距金丰公司现有渣场约250m。厂址既方便原料的运入与产品的运出，同时距渣场距离较近，是建设电解锰厂较为理想的厂址。

工厂的主要生产部分由原料贮存及制粉车间、浸出化合车间、净液车间、电解车间、35kv总降压变电站、污水处理站等组成。根据合理组织生产，满足工艺流程顺畅、短捷，改善劳动条件等原则，结合场地地形及当地气象条件、生产工艺特征等因素，在总图布置中着重考虑以下几个方面:在满足生产工艺要求的前提下主要生产系统沿南北向布置，朝向北偏东，为车间通风、采光、散热和场地总体通风创造较好条件，主要厂房的布置尽量辟开高填方区减少基础处理费用，根据电解锰的生产工艺特点采用台阶式设计[6]，综合考虑工艺要求、场地平基土石方工程量、道路允许坡度等因素，在计算优化后其标高分别定为 284.0m，293.0m，297m，304.5m四个平台，场地平基土石方工程量挖方:37.94 万 m3，填方44.54 万 m3，考虑到松散系数和基础余土后场地挖填基本衡。

在284.0m平台布置原料贮存及制粉车间及雨水调节池、293.0m平台布置浸出化合车间、297.0m平台布置过滤车间、304.5m布置电解车间，这样布置既充分满足了工艺要求，又使得场地东西两侧道路纵坡控制在7.5%以内，各车间之间道路纵坡0.5% ～1.5%以满足地表排雨水要求，全厂道路坡度及坡长均满足《厂矿道路设计规范》要求，并且厂内没有出现高大挡土墙、边坡。从而既节约了场地平整费用又使得工艺流程顺畅。

在工艺流程设计上，浸出化合车间的地面标高降低6.4m为286.60m，这样就保证了阳极液自流至浸出化合车间仅此一项全年可节电23.76万kW·h，达到了节能减排目标，该厂于2012年投产至今运行效果良好。

表2 阳极液实现直流后的节能效果

5 结语

通过对贵州金丰锰业30kt/a的电解锰厂总平面及竖向布置的分析，我们可以看出通过对自然地形、外部条件及生产工艺进行全系统的分析与各专业的协调配合、优化可以找到在确保工艺流程顺畅、节能的同时又尽量减少基建费用的平衡点，避免一味追求某一方面的优化而忽略全局的不合理设计。

[1]洪世琨.我国锰矿资源开采现状与可持续发展的研究[J].中国锰业，2011，03:13－16.

[2]徐昱，王建平，吴景荣，等.我国锰资源存在的问题及可持续开发对策[J].矿业研究与开发，2013，03:111－115.

[3]覃宝桂.低品位碳酸锰规模化生产电解金属锰新工艺研究[J].大众科技，2012，01:119－120.

[4]莫斌.谈谈总图运输的设计优化[J].有色金属设计，2011，01:57－59.

[5]江军.山地建筑竖向设计要点探析[J].重庆建筑，2009，02:12－14.

[6]林宇凡，杨秋侠，耿娟.浅谈台阶式场地的总图竖向布置[J].宁夏工程技术，2009，02:158－161.