天元錳業建水泥廠為錳渣處置利用找出路
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從銀川河東機場出發約140公里，就是寧夏天元錳業（集團）有限公司。這是世界上最大的電解錳生產基地，目前年產電解錳50萬噸，很快會達到80萬噸。在新近出爐的寧夏100強企業中，天元錳業高居榜首，年營業收入超過470億元，高出排名第二位的國網寧夏電力公司94億元。
“提到冶煉行業，很多人會想到污染。天元錳業之所以能夠壯大，就是因為把環保放在第一位。”寧夏天元錳業有限公司總經理焦雙說，對于電解錳來說，錳渣是最大的隱患。天元錳業的渣場一眼望不到頭，近300萬噸錳渣被整齊地堆放。渣場經過了防滲處理，四周建有防風墻。不遠處的一片荒山丘陵之中，一個占地96萬平方米、庫容達2300萬立方米的新渣場已經在建設中，僅平整土地一項就花費了6000萬元。記者到達現場時，平整工作已近尾聲，后續還要建設防滲和防風抑塵設施，還需投資1億元左右。
根據相關規定，錳渣屬于二類固廢，采用堆存處理要建設防滲設施。但無論采取什么防滲措施，時間長了都容易出現問題。焦雙告訴記者，為了消除這一隱患，他們聯合多家科研單位進行研究，最終選定了生產水泥。
錳渣能生產水泥？
分多次加入，要進行前端處理，加上其他廢渣，可為水泥生產提供50%左右的原料
在很多人看來，天元錳業能有今天的發展不可思議，因為中寧沒有錳礦，更遠離錳的消費市場。天元錳業用11年時間，從1500噸的產能發展到如今的50萬噸規模，80萬噸的目標指日可待。
沒有了“錳三角”的天然優勢，天元錳業選擇了品位更高的進口礦石，從而有效減少了固體廢物產生量。由于品位低，利用國產錳礦生產1噸電解錳，要產生10噸~12噸固體廢物，而天元錳業利用進口礦石，生產1噸電解錳的固廢產生量僅3噸左右。盡管如此，經過日積月累，天元錳業的渣場仍堆存了300萬噸錳渣。而且隨著產能擴張，錳渣的增長速度還會加快。
焦雙說，圍繞錳渣的利用問題，天元錳業進行了深入研究，“做磚、生產肥料等方案都試過了，最后選擇了生產水泥”。
宋正平遞給記者的名片上注明的職務是“天元錳業硫酸二廠工藝總工程師”，但他說，他其實一直都是搞水泥的。“錳渣中的三氧化二鋁、二氧化硅等都是水泥中的主要成分，因此，我們與天津水泥設計院、合肥水泥設計院等聯合進行研發，最終確定了生產工藝，正在申請相關專利。”
但是，利用錳渣生產水泥此前沒有先例，如何加入才不會對水泥質量產生影響？宋正平向記者進行了詳細介紹：生料階段，在水泥生產中可直接加入3%~4%未經處理的錳渣與其他原料一起煅燒。熟料階段，錳渣中三氧化硫的含量在25%左右，加入堿性改性劑進行混合改性處理后，改性錳渣可作為水泥緩凝劑使用，添加量為水泥熟料重量的7%~8%。將原錳渣進行脫硫、脫氨處理，并經高溫煅燒后，可有效去除錳渣中的結晶水。
經過這樣處理后的錳渣可直接添加到水泥熟料中，添加量為水泥熟料重量的10%左右。因為經過了高溫煅燒處理，兩噸原錳渣能產生1噸脫硫、脫氨后的錳渣。也就是說，在熟料中添加10%的處理錳渣，相當于處置了20%的原錳渣。“如果在熟料階段加入10%經過處理的錳渣，在生料階段4%的錳渣可以不用添加。”宋正平說。
“錳渣經過高溫煅燒后，會產生一定的活性，其各種化學成分與水泥相似。因此，可加入10%左右的煅燒后錳渣，作為活性混合材，與水泥熟料一起進入粉磨站生產水泥。”宋正平告訴記者，這樣一來，水泥生產中添加的錳渣占比可達40%左右。同時，天元錳業還有鎳鐵廠、硫酸廠等，產生的包括粉煤灰在內的多種廢渣都可用于水泥生產。綜合算來，天元錳業可以用廢渣代替50%左右的水泥生產原料。
錳渣能否作為混合材？
不在現行標準名錄中，但符合替代混合材標準要求
但是，目前實施的《通用硅酸鹽水泥》（GB175—2007）列舉的活性混合材中，并不包括錳渣。宋正平說，作為替代混合材，錳渣符合《水泥窯協同處置固體廢物環境保護技術規范》（HJ662—2013）中對于替代混合材的廢物特性要求，不會對水泥質量產生不利影響，也不是危險廢物或有機廢物。這一技術規范還規定了水泥窯協同處置的固體廢物中重金屬最大允許投加量限值，其中錳為3350mg/kg-cem，錳渣符合要求。
記者看到了2013年8月國家建筑材料工業水泥能效環保評價檢驗測試中心出具的《改性電解錳渣性能測試報告》，其中結論顯示，改性電解錳渣樣品的放射性、浸出毒性、腐蝕性均符合相關標準要求，改性電解金屬錳渣不屬于工業危險廢物，屬于一般工業固體廢物，其可替代天然石膏
及部分混合材用作水泥生產，配料所得水泥的化學和物理性能指標符合國家標準要求。
“雖然錳渣未被列入目前水泥標準的混合材名錄，但經過處理后，完全能夠滿足技術要求，不會對水泥質量產生危害。我們正在向有關部門申報，希望能將錳渣加入混合材名錄。”宋正平說。此外，利用錳渣生產水泥的兩項工藝正在申請專利，已經進入公示階段，分別是錳渣改性后作為水泥緩凝劑和錳渣脫硫制硫酸。
國家水泥質量監督檢驗中心今年3月出具的檢驗報告顯示，天元錳業所屬天元建材送檢樣品的個性品質指標符合GB175—2007中42.5R普通硅酸鹽水泥標準。
寧夏回族自治區建筑材料產品質量監督檢驗站今年2月出具的檢驗報告顯示，送檢樣品符合GB/T21372—2008中技術要求的規定，內照射指數、外照射指數均符合GB6566—2010中的建筑主體材料指標規定，產品產銷與使用不受限制。
記者得知，天元錳業的水泥項目還有另外一個銷售渠道——出口。2012年7月9日，寧夏天元錳業集團公司與全球知名跨國礦產資源企業——英國聯合礦業強強聯手，簽訂了長達20年的礦石購銷協議。根據協議，聯合礦業每年向天元錳業出口120萬噸到1000萬噸高品位碳酸錳礦石，并對天元錳業日產2×4500噸水泥全部包銷。對此，焦雙解釋說，雖然水泥存在運輸半徑問題，但因為天元錳業有很多礦石運輸車輛、船只，可以將水泥與礦石運輸有效結合，實現物流對流，從而降低運輸成本。而且，開采礦石的非洲地區正好缺少水泥，可以填補當地市場空白。
為什么自己建水泥廠？
需要進行前端處理才能用于水泥生產，前端處理設備投資近8億元
與天元建材公司相距不遠，就有寧夏中寧賽馬水泥有限公司和瀛海水泥公司兩家企業，在不遠的中衛市還有勝金水泥。焦雙告訴記者，在天元的周邊，有近200萬噸水泥產能。天元錳業為何沒有選擇與現有水泥企業合作呢？
焦雙說，與周邊水泥企業合作，是他們最早的想法，也進行過協商，當地政府也進行了協調。但是，利用錳渣生產水泥不是直接加進去就行，需要進行無害化處理，要增加工藝設備。“人家本來干得好好的，為什么要做這樣的改變？”
最終，合作協議沒能達成，天元錳業決定自己投資建一個水泥廠，也就是天元建材有限公司。
據悉，對錳渣進行前端處理的設備包括錳渣脫硫、脫氨、高溫煅燒等，總投資近8億元。記者在現場看到，前端處理設備的建設安裝正在進行中。由于前端處理設備不到位，天元建材現在的水泥生產中只能在生料階段添加約4%的錳渣。
在天元建材的料場，堆存著約可供水泥生產使用一周的錳渣，更多錳渣還存放在原來的渣場。相關負責人告訴記者，水泥廠料場堆放的是二次浸出渣，可直接作為生料加入水泥生產中。渣場堆放的是一次浸出渣，如果要用于水泥生產，還需要進行二次浸出，將渣中所含錳進一步提取。“現在，我們采取的措施是，水泥廠需要多少，就二次浸出多少。前端處理設備投運后，二次浸出量也會增加。”
采訪中，焦雙向記者強調，天元錳業投資建設水泥項目不是為了賺錢，因為相比電解錳的利潤，水泥只能算得上蠅頭小利。
“我們之所以建設水泥項目，不是為了經濟效益，而是為了長遠考慮，排除環境隱患。不然，每年近300萬噸錳渣怎么辦？而且，天元錳業的產能還在擴大。”焦雙說，現在的4500噸/日生產線是與現在的電解錳產能配套的，待另外一條年產30萬噸的電解錳生產線建成后，另一條4500噸/日的水泥生產線也將配套建設，“提前建成水泥生產線沒有意義，要與電解錳生產線配套”。
在焦雙看來，周邊水泥企業對天元建材的異議，更多是受價格和成本壓力的影響。他告訴記者，水泥生產中，70%的成本花在原料上，很多水泥廠連粉煤灰都需要購買。但是，天元錳業產生的錳渣、鎳鐵渣、硫酸渣等廢物可以滿足水泥生產中50%的原料需求，也就相當于節省了30%~40%的原料成本。“現在水泥價格約230元/噸，我們與其他企業相比，相當于每噸水泥生產成本低近60元左右。”
采訪中，焦雙一直強調，天元錳業的所有投資項目都是圍繞電解錳產業進行的，都要為錳服務，水泥也不例外。至于存在的一些非議，焦雙笑言，“走自己的路讓別人說去吧”。
專家觀點
錳渣制水泥難點有幾個？
如何高效脫硫是難點
“用錳渣制水泥，主要的好處就是能夠大量消納電解錳渣。”天津水泥設計研究院工程師朱金波和四川大學教授蔣文舉在接受記者采訪時，表達了同樣的觀點。有不少人研究過電解錳渣的資源化利用途徑，以往提出的方案主要包括制磚、作肥料、鋪路材料、水泥緩凝劑等，但受產品質量或技術的種種限制，這些技術方案中電解錳渣的添加量均較少，不足以大量消納電解錳渣。但是，電解錳渣需要經過高溫煅燒脫硫才能大量用于水泥生產，也會因此增加生產成本。
據朱金波介紹，電解錳渣的主要成分是石膏，含有大量SO3，用作水泥原料時會引起燒成系統結皮堵塞并影響水泥質量。水泥產品標準中要求SO3含量須低于3.5%，硫含量過高會影響水泥性能，因此無論是將錳渣作為水泥原料還是水泥混合材，都需要先對錳渣進行高溫煅燒，令石膏分解而脫除其中的硫。
“錳渣制水泥的難點在于錳渣的高效脫硫。因石膏的分解溫度較高，而錳渣的成分復雜，共熔溫度低，導致單純的高溫煅燒脫硫會出現窯內結圈，難以維持連續穩定生產。因此，需要采取降低石膏分解溫度的措施，并控制好煅燒溫度和煅燒時間。”朱金波說。
寧夏天元錳業有限公司于2011年開始研究將電解錳渣用于制水泥，做了一系列實驗室研究，并形成了將錳渣高溫煅燒脫硫后再用于生產水泥的方案。為驗證這一方案的工業化可行性，2013年12月寧夏天元錳業有限公司委托天津水泥工業設計研究院有限公司進行了錳渣煅燒脫硫半工業試驗，此后天津水泥工業設計研究院有限公司又進行了一系列關于錳渣制水泥的研究工作。
朱金波說：“根據我們的研究，錳渣制水泥在技術指標上完全符合水泥的標準，但還受到現行標準對混合材使用的制約。下一步要深入研究，推進現行標準的修改，接納錳渣作為活性混合材；但眼前更具可操作性的是將脫硫錳渣用作生產水泥的原料。”
蔣文舉告訴記者，對錳渣進行高溫煅燒產生的煙氣中，二氧化硫濃度高達7%~8%，而燃煤電廠煙氣中二氧化硫濃度最高也就只有1%。他說，可以將高溫煅燒煙氣中的硫資源進行回收利用，用來生產硫酸，然后回用到電解錳生產工藝中。
但記者聯系到蔣文舉的時候，他正在天元錳業進行一項全新的試驗：將含有高濃度二氧化硫的煙氣直接與錳礦進行反應生成硫酸錳。
常規的電解錳生產，是將二氧化錳礦焙燒還原成一氧化錳，再與硫酸反應生產硫酸錳，然后進行電解。如果這一新工藝能夠試驗成功，則可省去錳礦還原焙燒、二氧化硫制硫酸的工藝，直接將二氧化硫煙氣與錳礦反應，工藝更簡單。
“我們正在用現有的錳礦進行試驗，要找出哪種錳礦更合適。”蔣文舉說。
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