電解錳廠總圖布置中的節(jié)能設(shè)計(jì)淺析

謝 飛

(長沙有色冶金設(shè)計(jì)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(gè)省 (區(qū))均有產(chǎn)出;總保有儲量礦石7.93億噸[1]，總量 (儲量 +儲量基礎(chǔ))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(chǎn)電解金屬錳的技術(shù)[3]經(jīng)過多年的發(fā)展改進(jìn)，現(xiàn)已形成較為成熟的工藝流程，在2003年以前，國內(nèi)的電解錳廠均未由專業(yè)的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行正規(guī)、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。位于貴州省銅仁地區(qū)松桃縣的金瑞電解錳廠是國內(nèi)第一座經(jīng)專業(yè)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電解錳廠。

2 由碳酸錳生產(chǎn)金屬電解錳的主要工藝及特點(diǎn)

電解錳生產(chǎn)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(chǎn)品剝離和包裝。該生產(chǎn)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(chǎn)過程勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)效率低，工作環(huán)境差，機(jī)械化、自動(dòng)化程度低的缺點(diǎn)[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(diǎn):

(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(dá)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(dá)到1500342m3/a，若全部采用泵送則設(shè)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(shè)計(jì)產(chǎn)量為10kt/a較為合適。

3 總平面布置的特點(diǎn)

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(shè)計(jì)[4]時(shí)，為了方便廠內(nèi)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(yùn)處理。而電解錳廠的總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下有關(guān)事項(xiàng):

(1)廠址選擇:由于廢渣的運(yùn)輸容易造成環(huán)境污染加之運(yùn)量較大，因此廠址選擇上，在方便原礦運(yùn)入的同時(shí)應(yīng)著重考慮廢渣的運(yùn)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(yùn)輸成本又最大程度減少運(yùn)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(yīng)，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(yīng)成組布置、之間的間距在滿足相關(guān)規(guī)范的前提下盡量縮小，以利于生產(chǎn)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(chǎn)階段溶液儲槽、車間中間槽的合理標(biāo)高，在豎向設(shè)計(jì)中如果充分利用場地地形采用臺階式布置，使部分溶液實(shí)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(shè)計(jì)同時(shí)還要考慮各部分的道路交通，道路縱坡既要方便交通又應(yīng)控制在《廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范》允許的范圍內(nèi)。

4 工程實(shí)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(shè)計(jì):

貴州省銅仁市金豐錳業(yè)有限責(zé)任公司(金豐錳業(yè))成立于2003年10月，總資產(chǎn)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(biāo)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(chǎn)電解金屬錳，2008年12月，金豐錳業(yè)有限責(zé)任公司被以長沙礦冶研究院為主發(fā)起設(shè)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(chǎn)線、尾礦庫及環(huán)保設(shè)施進(jìn)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(shè)計(jì)時(shí)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(yùn)行成本，還要結(jié)合貴州山區(qū)場地工程地質(zhì)多為石灰?guī)r、挖方價(jià)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(yùn)，節(jié)約工程投資。為達(dá)上述目標(biāo)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(cè)，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(cè)距金豐公司現(xiàn)有渣場約250m。廠址既方便原料的運(yùn)入與產(chǎn)品的運(yùn)出，同時(shí)距渣場距離較近，是建設(shè)電解錳廠較為理想的廠址。

工廠的主要生產(chǎn)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(chǎn)，滿足工藝流程順暢、短捷，改善勞動(dòng)條件等原則，結(jié)合場地地形及當(dāng)?shù)貧庀髼l件、生產(chǎn)工藝特征等因素，在總圖布置中著重考慮以下幾個(gè)方面:在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下主要生產(chǎn)系統(tǒng)沿南北向布置，朝向北偏東，為車間通風(fēng)、采光、散熱和場地總體通風(fēng)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(chǔ)處理費(fèi)用，根據(jù)電解錳的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)采用臺階式設(shè)計(jì)[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(jì)算優(yōu)化后其標(biāo)高分別定為 284.0m，293.0m，297m，304.5m四個(gè)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(chǔ)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(diào)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(cè)道路縱坡控制在7.5%以內(nèi)，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(shè)計(jì)規(guī)范》要求，并且廠內(nèi)沒有出現(xiàn)高大擋土墻、邊坡。從而既節(jié)約了場地平整費(fèi)用又使得工藝流程順暢。

在工藝流程設(shè)計(jì)上，浸出化合車間的地面標(biāo)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(xiàng)全年可節(jié)電23.76萬kW·h，達(dá)到了節(jié)能減排目標(biāo)，該廠于2012年投產(chǎn)至今運(yùn)行效果良好。

表2 陽極液實(shí)現(xiàn)直流后的節(jié)能效果

5 結(jié)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(chǎn)工藝進(jìn)行全系統(tǒng)的分析與各專業(yè)的協(xié)調(diào)配合、優(yōu)化可以找到在確保工藝流程順暢、節(jié)能的同時(shí)又盡量減少基建費(fèi)用的平衡點(diǎn)，避免一味追求某一方面的優(yōu)化而忽略全局的不合理設(shè)計(jì)。

[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(chǎn)電解金屬錳新工藝研究[J].大眾科技，2012，01:119－120.

[4]莫斌.談?wù)効倛D運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計(jì)優(yōu)化[J].有色金屬設(shè)計(jì)，2011，01:57－59.

[5]江軍.山地建筑豎向設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(shù)，2009，02:158－161.