謝 飛

(長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410011)

1 引言

中國錳礦資源較多、分布廣泛，在全國21個省 (區(qū))均有產出;總保有儲量礦石7.93億噸[1]，總量 (儲量 +儲量基礎)居世界第6位。但中國富錳礦較少，在保有儲量中僅占6.4%。從地區(qū)分布看，以廣西、湖南為最豐富，約占全國總儲量的50%[2]，由于電解錳的冶煉工藝控制相對簡單，由碳酸錳礦生產電解金屬錳的技術[3]經(jīng)過多年的發(fā)展改進，現(xiàn)已形成較為成熟的工藝流程，在2003年以前，國內的電解錳廠均未由專業(yè)的設計單位進行正規(guī)、系統(tǒng)的設計。位于貴州省銅仁地區(qū)松桃縣的金瑞電解錳廠是國內第一座經(jīng)專業(yè)、系統(tǒng)設計的電解錳廠。

2 由碳酸錳生產金屬電解錳的主要工藝及特點

電解錳生產的主要工藝流程為:碳酸錳礦磨粉、錳礦粉間斷浸出、凈化、電解槽電解、人工鈍化洗滌、烘干及產品剝離和包裝。該生產工藝和其它行業(yè)特別是濕法有色冶金行業(yè)相比，存在生產過程勞動強度大，勞動效率低，工作環(huán)境差，機械化、自動化程度低的缺點[3]。

圖1 電解錳典型流程圖

雖然電解錳的冶煉工藝屬于濕法冶煉，但是仍有其特點:

(1)采用磨后的原礦直接浸出，錳礦原礦品位一般為13% ～16%，因此其渣量較大，以30kt/a電解錳廠為例其浸出渣、凈化渣渣量可達到約250kt/a(含水28%)。

(2)溶液量大，以30kt/a電解錳廠為例其電解液新液量達到1500342m3/a，若全部采用泵送則設備投資大、耗能高。

表1 30kt/a電解錳廠各工段溶液量表

(3)由于溶液量大，電解槽數(shù)量較多，一般中小型電解錳廠每座電解車間設計產量為10kt/a較為合適。

3 總平面布置的特點

通常采用濕法冶煉工藝的大中型有色金屬冶煉廠在總平面設計[4]時，為了方便廠內交通及各工序間的管道布置，通道寬度基本控制在30m～40m，而冶煉廢渣大多外運處理。而電解錳廠的總圖運輸設計時應注意以下有關事項:

(1)廠址選擇:由于廢渣的運輸容易造成環(huán)境污染加之運量較大，因此廠址選擇上，在方便原礦運入的同時應著重考慮廢渣的運輸方式及距離，冶煉工業(yè)場地最好靠近渣場布置，便于過濾后的廢渣直接排入渣場，既減少運輸成本又最大程度減少運輸過程中對環(huán)境的污染。

(2)總平面布置:在滿足工藝流程順暢的原則下應，根據(jù)工藝流程依次布置盡量減少管道長度，保證溶液自流順暢，10kt/a以上的電解錳廠電解車間應成組布置、之間的間距在滿足相關規(guī)范的前提下盡量縮小，以利于生產與管理。

(3)豎向布置[5]:在分析了場地地形后與工藝專業(yè)共同確定各生產階段溶液儲槽、車間中間槽的合理標高，在豎向設計中如果充分利用場地地形采用臺階式布置，使部分溶液實現(xiàn)自流，減少企業(yè)投資與能耗。在充分考慮工藝要求的前提下豎向設計同時還要考慮各部分的道路交通，道路縱坡既要方便交通又應控制在《廠礦道路設計規(guī)范》允許的范圍內。

4 工程實例

下面以貴州金豐錳業(yè)為例說明電解錳廠總圖布置中的節(jié)能設計:

貴州省銅仁市金豐錳業(yè)有限責任公司(金豐錳業(yè))成立于2003年10月，總資產3200萬元，位于貴州省銅仁市以東的燈塔工業(yè)園區(qū)，地理坐標為東經(jīng)109°14'58.50″，北緯 27°43'51.80″，西距銅仁市市區(qū)約75km，東距銅仁火車東站(貨站)約1.19km，銅麻縣際公路距離廠址約1km，公司主要生產電解金屬錳，2008年12月，金豐錳業(yè)有限責任公司被以長沙礦冶研究院為主發(fā)起設立的大型科技企業(yè)、高科技上市公司——金瑞新材料科技股份有限公司收購，成為金瑞科技的全資子公司。金瑞科技收購后，投資1580萬元，對原生產線、尾礦庫及環(huán)保設施進行了改造和完善。

圖2 金豐錳業(yè)30kt/a電解錳廠總平面圖

本工程在設計時業(yè)主單位要求盡量使溶液能夠自流以節(jié)能環(huán)保、減少工廠的運行成本，還要結合貴州山區(qū)場地工程地質多為石灰?guī)r、挖方價格較高的現(xiàn)場情況，盡量減少土石方工程量、挖填平衡，以避免廢石外運，節(jié)約工程投資。為達上述目標設計從總平面及豎向布置、工藝車間配置兩方面入手。

首先在廠址選擇上，新設計的30kt/a電解錳冶煉工業(yè)場地用地位于現(xiàn)有的廠區(qū)南側，范圍為一北高南低南北走向山坡，高程為298m～335m，用地面積17.33hm2。北側距金豐公司現(xiàn)有渣場約250m。廠址既方便原料的運入與產品的運出，同時距渣場距離較近，是建設電解錳廠較為理想的廠址。

工廠的主要生產部分由原料貯存及制粉車間、浸出化合車間、凈液車間、電解車間、35kv總降壓變電站、污水處理站等組成。根據(jù)合理組織生產，滿足工藝流程順暢、短捷，改善勞動條件等原則，結合場地地形及當?shù)貧庀髼l件、生產工藝特征等因素，在總圖布置中著重考慮以下幾個方面:在滿足生產工藝要求的前提下主要生產系統(tǒng)沿南北向布置，朝向北偏東，為車間通風、采光、散熱和場地總體通風創(chuàng)造較好條件，主要廠房的布置盡量辟開高填方區(qū)減少基礎處理費用，根據(jù)電解錳的生產工藝特點采用臺階式設計[6]，綜合考慮工藝要求、場地平基土石方工程量、道路允許坡度等因素，在計算優(yōu)化后其標高分別定為 284.0m，293.0m，297m，304.5m四個平臺，場地平基土石方工程量挖方:37.94 萬 m3，填方44.54 萬 m3，考慮到松散系數(shù)和基礎余土后場地挖填基本衡。

在284.0m平臺布置原料貯存及制粉車間及雨水調節(jié)池、293.0m平臺布置浸出化合車間、297.0m平臺布置過濾車間、304.5m布置電解車間，這樣布置既充分滿足了工藝要求，又使得場地東西兩側道路縱坡控制在7.5%以內，各車間之間道路縱坡0.5% ～1.5%以滿足地表排雨水要求，全廠道路坡度及坡長均滿足《廠礦道路設計規(guī)范》要求，并且廠內沒有出現(xiàn)高大擋土墻、邊坡。從而既節(jié)約了場地平整費用又使得工藝流程順暢。

在工藝流程設計上，浸出化合車間的地面標高降低6.4m為286.60m，這樣就保證了陽極液自流至浸出化合車間僅此一項全年可節(jié)電23.76萬kW·h，達到了節(jié)能減排目標，該廠于2012年投產至今運行效果良好。

表2 陽極液實現(xiàn)直流后的節(jié)能效果

5 結語

通過對貴州金豐錳業(yè)30kt/a的電解錳廠總平面及豎向布置的分析，我們可以看出通過對自然地形、外部條件及生產工藝進行全系統(tǒng)的分析與各專業(yè)的協(xié)調配合、優(yōu)化可以找到在確保工藝流程順暢、節(jié)能的同時又盡量減少基建費用的平衡點，避免一味追求某一方面的優(yōu)化而忽略全局的不合理設計。

[1]洪世琨.我國錳礦資源開采現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展的研究[J].中國錳業(yè)，2011，03:13－16.

[2]徐昱，王建平，吳景榮，等.我國錳資源存在的問題及可持續(xù)開發(fā)對策[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2013，03:111－115.

[3]覃寶桂.低品位碳酸錳規(guī)?；a電解金屬錳新工藝研究[J].大眾科技，2012，01:119－120.

[4]莫斌.談談總圖運輸?shù)脑O計優(yōu)化[J].有色金屬設計，2011，01:57－59.

[5]江軍.山地建筑豎向設計要點探析[J].重慶建筑，2009，02:12－14.

[6]林宇凡，楊秋俠，耿娟.淺談臺階式場地的總圖豎向布置[J].寧夏工程技術，2009，02:158－161.