电解金属锰的生产现状及在安钢生产中的应用

□ 王立志 徐国珍 杨 杰 刘 磊

锰广泛存在于自然界中，土壤中含锰0.25%，是储量仅次于铁元素的黑色金属。电解金属锰（以下简称为电解锰）中的锰含量大于99.5%，呈银白色或灰色，质地硬而脆，在潮湿的环境中容易氧化，广泛应用于钢铁冶炼、化工工业、电子技术、航天工业、有色冶金等领域。据统计，目前中国电解锰年产能226万吨，年产量140万～150万吨，占世界总产量的97%，是世界上最大的电解锰生产国、消费国和出口国[1]。

一、中国电解锰的生产现状

1.电解锰的生产工艺

目前，国内电解锰生产企业主要使用国产的低品位碳酸锰矿（含锰13%～16%）生产电解锰，工艺流程如下：原生矿—破碎—制粉—选粉—浆化混合—浸出化合—氧化除铁—中和—多次压滤—合格电解液—24小时电解—产品。

2.电解锰的成本构成

按照中国目前电解锰工业的技术经济指标，生产1t电解锰需要消耗国内低品碳酸锰矿7～11 t （金属回收率约90%）、电5 500～7 000kWh、二氧化硒1～1.5kg、硫酸约2 t，电解锰大致的生产成本构成见表1。可以看出，矿石和电力成本占电解锰生产总成本的60%以上，拥有自有矿山且电力成本低廉的电解锰企业将在市场竞争中占绝对优势。

表1 电解锰的生产成本构成

3.电解锰的主产区分布

据统计，2018年度中国电解锰生产企业49家，产能226万吨，年产量140万吨，占世界总产量的97%，见表2。2018年国外电钢锰产量4.36万吨（其中Comilog 1万吨，MMC 3万吨，Tsingshan Indonesia 0.36万吨）。2018年、2019年国内没有新增产能项目[2]。

表2 2018年中国各省份电解金属锰企业生产情况

中国电解锰五大生产企业情况见表3。这5家企业的产能达126万吨，占全国产能的56%；产量达90.53万吨，占全国产量的65%。

表3 中国电解锰五大生产企业情况

二、电解锰在安钢生产中的应用

1.安钢的生产简况及含锰物料的使用情况

安钢始建于1958年，现已成为年产钢能力大于1 000万吨的特大型钢铁联合企业，是河南省最大精品板材和优质建材生产基地。安钢主要的炼钢设备有100 t电炉1座、100 t转炉1座、150 t转炉3座，主要产品有高强钢、商用汽车用钢、管线钢、冷轧基料等，产品定位中高端。锰是钢中主要元素之一，适量的锰含量可有效提高钢材的强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材的热加工性能。目前，安钢生产过程中使用的含锰合金只有锰硅合金、高碳锰铁、低碳锰铁3种，2017—2019年锰系合金的使用量见图1。

图1 2017—2019年安钢锰系合金使用量

2.电解锰应用于安钢生产的可行性分析

安钢冶炼低碳钢时主要使用低碳锰铁进行合金化，近年来随着安钢产品定位中高端战略的实施，低碳钢的生产比例不断扩大，低碳锰铁的使用量也逐年增加，目前月使用量稳居1 000 t以上，但低碳锰铁价格高昂导致低碳钢的生产成本居高不下，为进一步降低生产成本，寻找一种价格低廉的合金替代低碳锰铁应用于生产显得迫在眉睫。电解锰以其有效元素锰含量高、杂质元素含量低的优点成为替代低碳锰铁的首选合金，电解锰和低碳锰铁的成分详见表4。由表4可以看出，电解锰中的杂质元素只有硫元素可能高于低碳锰铁，会造成钢液增硫，但目前低碳钢的工艺流程中均有LF精炼工序，该工序可对钢液进行深脱硫，不会造成钢液硫元素超标。

表4 电解锰和低碳锰铁的化学成分 单位/%

价格方面，由于电解锰采用更便宜的国内锰矿作为主要原料，比采用进口锰矿作为主要原料的低碳锰铁便宜得多。2020年1—6月份电解锰和低碳锰铁的价格对比见图2（由于2种合金中锰含量不同，图中的价格为品位单价，单位为“元/t”）。由图2可以看出，2020年以来电解锰的价格低于低碳锰铁，炼钢过程使用电解锰成本会更低。

图2 2020年1—6月电解锰和低碳锰铁价格对比

由于电解锰生产过程中使用了液氨，含氮较高（≤0.1%），炼钢过程中使用电解锰是否会造成钢液增氮有待试验考证。

3.电解锰在安钢生产中的应用试验

考虑到电解锰呈片状，比重较小不容易进入钢液，在炼钢过程中的加入时间和加入地点受限。转炉出钢过程中钢包内没有渣子、没有除尘风机抽风，所以考虑在转炉出钢过程中加入电解锰，这种方式对安全、环保也没有影响。

（1）为验证电解锰片是否增氮，选取试验钢种为汽车钢AG700L系列，合金加入方式为“1t硅锰合金+电解锰”；对比实验炉次为“1t硅锰合金+低碳锰铁”。由试验数据可以看出（见表5），炼钢过程中加入电解锰不会造成钢液增氮。

表5 生产中加入电解锰和加入低碳锰铁钢液增氮数据对比

（2）电解锰片吸收率：按实验炉次加料模式进行计算，平均出钢量160 t，平均加入硅锰968kg，平均加入电解锰片1 112kg，合金加入后平均锰含量1.19%，平均残锰0.12%。其中，硅锰的锰含量66%、吸收率97%，电解锰的锰含量99.8%。

（1.19%-0.12%-968×66%×97%÷160 000）×160 000÷1 112÷0.998=98.47%

试验结论：出钢过程中加入电解锰未造成钢液增氮，未出现增磷、增硫现象；电解锰的吸收率高达98.47%；本次试验用电解锰采购价格为不含税10 177元/t，低碳锰铁采购价格为不含税9 911元/ t （按锰含量78%折合计价），与使用低碳锰铁相比，每使用1 t电解锰可节约成本2 504元；电解锰可以替代低碳锰铁应用于炼钢生产。

三、结论

（1）电解锰替代低碳锰铁应用于安钢生产是可行的，后期可考虑逐步增加电解锰的用量，实现电解锰和低碳锰铁同时应用于生产，一旦市场出现变化，优先选用价格低廉的合金品种以降低生产成本。

（2）按照2020年上半年的市场，低碳锰铁FeMn84C0.4的平均价格为9 954元/ t （按锰含量78%折合计价），电解锰DJMnP的平均价格为10 786元/ t，每使用1 t电解锰可节约成本1 937.25元，若后期能实现用电解锰替代八成低碳锰铁，则每年可节约生产成本1 600多万元。

（3）由于电解锰含碳量极低，应用于生产后不会造成钢液增碳，因此可以使用价格更低廉的合金品种替代现有的合金品种，比如使用低碳锰铁FeMn84C0.7或中碳锰铁FeMn78C2.0替代剩余的低碳锰铁FeMn84C0.4，使用高碳铬铁或中碳铬铁替代现在的低碳铬铁，等等，以进一步降低生产成本。○