大型锰业基地锰资源高效利用关键技术与产业示范建设投资可行性分析研究报告.doc

湖南省产业技术创新战略联盟
重大技术创新项目可行性研究报告

专项名称：大型锰业基地锰资源高效利用关键技术与产业示范
联盟名称：湖南省矿冶固体废弃物资源化产业技术创新战略联盟

二〇一一年十二月

目 录
一、项目立项的目的意义及必要性 1
1.1 意义 1
1.2 必要性 1
1.2.1实施民心工程的需要 2
1.2.2 循环经济建设的要求 3
1.2.3 节能减排和产业可持续发展的要求 3
1.2.4 “两型”社会建设的要求 4
1. 3 国内外研究现状和发展趋势 5
1.3.1概况 5
1.3.2国内外研究现状和存在的问题 7
二、项目创新的总体目标、主要内容及任务分解 13
2.1项目的总体目标 13
2.2 项目主要研究内容 14
2.2.1高分子胶凝破稳剂的研制与应用 14
2.2.2 新型压滤设备与高压深度淋洗新技术的复配应用 15
2.2.3 电解残液的二次循环工艺强化锰渣资源的浸出技术 15
2.3 关键技术 16
2.4技术创新点 17
2.5具体目标和考核指标 17
2.5.1技术指标 18
2.5.2产业化指标 18
2.5.3 技术创新及专利 18
三、现有工作基础、条件和优势 20
3.1前期工作基础 20
3.2 项目承担单位和研发队伍情况 22
3.2.1项目承担单位情况 22
3.2.2研究人员简介 29
四、项目组织实施方案及工作进度安排 30
4.1项目实施的组织形式与管理运行机制 30
4.2 年度研究内容 32
五、项目经费预算及使用管理 33
5.1经费来源 34
5.2 经费年度分配 34
5.3 子课题经费分配 34
六、经济、社会效益分析 35
6.1 经济效益 35
6.2 社会效益 36
6.3风险分析 36
七、联盟成员内部签定的项目合作协议 37
八、有关附件 40

36

一、项目立项的目的意义及必要性
1.1 意义
我国是全球最大的电解锰生产国、消费国和出口国。2010年我国电解锰行业产能为220万吨，产量达到138万吨，分别占全世界产能和产量的98%和96%。湖南是我国重要锰资源与加工生产基地之一，产能约占全国的30-35%，居全国第一。按照当前每生产1t电解锰要产生5～6t的废渣估算，湖南长期的锰资源生产企业已产生4000多万吨锰渣，其中湘西花垣地区堆存了2000多万吨。大量锰渣的堆存已造成极其严重的环境污染、生态破坏和健康风险，极大地制约了锰业的可持续发展。此外，锰渣中残留了30%以上的电解液，其中可溶性锰约占废渣干质量的2%～2.5%，每年通过锰渣损失的锰资源达30多万吨。针对电解锰生产企业高效利用锰资源，国内多家科研单位和企业先后开展了从提高锰的浸出与电解效率到提高过滤效率，减少滤渣水分等系列研究，但锰渣中仍然含锰3.5-4.5%，含水分28%左右，锰渣资源综合利用率低于10%。因此，突破电解锰生产锰资源回收利用关键技术，进一步提高锰资源综合回收率，不仅能够延长企业锰资源的开采利用年限，增加企业综合经济效益，提升企业在业内的核心竞争力，而且将大大减少锰渣中重金属、硫酸盐和铵盐等的污染，对于污染减排及改善周边生态环境具有重大意义。
1.2 必要性
1.2.1实施民心工程的需要
湖南省锰矿资源开发利用产生的环境问题突出的反映在“锰三角”的花垣地区。“锰三角”是指湘黔渝三省市交界的湖南省湘西土家族苗族自治州花垣县、贵州省铜仁地区松桃苗族自治县和重庆市秀山土家族苗族自治县。“锰三角”地区是我国最大、最密集的电解锰生产基地，锰矿保有储量在1.5亿吨以上。然而，由于规划不合理、片面追求经济增长、企业环境保护意识差以及监管不力等原因，这一地区的环境污染十分严重。一是无序采矿，各种废石、矿石堆积成山的现象十分严重，以致山地植被遭到严重破坏，极易发生泥石流、山体滑坡等地质灾害；二是排放“三废”严重超标，对河流、空气、土壤造成了破坏性污染。据检测，电解锰生产产生的固体废弃物中硫酸盐、氨氮、锰的浓度分别达到63.324，2.987，34.762mg/kg，砷、汞、硒的浓度分别达到38.9，32.3，30.8mg/kg。外排工业废水中的氨氮、锰、汞、砷的最大超标倍数分别达到6.26、1.58、6.8、1.03；铬、锰最高分别超标180倍和30倍。企业的生产活动对当地的地表水、地下水、河流底泥、土壤造成了严重污染,人民群众怨声不断，老百姓戏称当地锰业有“三黑”，即经济增长是黑色GDP，老百姓吃的是黑米，老板赚的是黑心钱。“锰三角”地区的污染引起中央领导和国家有关部门的高度重视，胡锦涛总书记就‘锰三角’环境污染问题先后四次作出重要批示，要求“环保总局要深入调查研究，提出治理方案，协调三省、市联合行动，共同治理”、“要明确责任，加强监督，务见成效”；曾培炎、李克强副总理也曾作出了重要批示。总书记和国务院领导同志作出了如此多的重要批示，这在我国的环保历史上是没有过的，充分体现了以胡锦涛同志为总书记的党中央对群众切身利益的牵挂，对边远地区经济发展的关心，对环境保护工作的重视；也体现了党中央、国务院对贯彻落实以人为本、全面协调可持续的科学发展观的决心，体现了对“锰三角”地区人民健康生活、和谐发展的亲切关怀。
1.2.2 循环经济建设的要求
矿冶固体废弃物问题已引起国家高度重视。政府相继出台了一系列政策要求解决尾矿问题。如《中国21世纪议程》已把“尾矿、冶金废渣的处置、管理及资源化示范工程”列入优先领域的优先项目计划，工信部颁布的《2009-2015年金属尾矿综合利用专项规划》指出要解决尾矿、冶金废渣存在的问题，促进资源综合利用。《中华人民共和国循环经济促进法》明确规定，企业要对生产过程中产生的尾矿、冶金废渣等工业废物进行综合利用。这标志着国家将提高资源综合利用水平提高到了相当重要的位置。湖南省也颁布了相应的政策来解决尾矿、冶金废渣问题，如《湖南省环境保护产业发展规划（2009-2015）》指出，湖南省环保产业发展的主要任务是大力发展资源综合利用产业。
1.2.3 节能减排和产业可持续发展的要求
电解锰工业也属于资源、能源消耗高，环境污染重的工业行业。湖南长期的锰资源加工生产已产生4000多万吨锰渣，其中湘西花垣地区堆存了2000多万吨。大量锰渣的堆存已造成极其严重的环境污染、生态破坏和健康风险，极大地制约了锰业的可持续发展。尽管近几年来技术水平有所提高，环境保护工作有所加强，但电解锰生产企业在生产过程中对环境造成的污染依然严重。
同时，由于我国电解锰行业使用的原料大多是低品位的菱锰矿（主要成分MnCO3），杂质多，生产1t金属锰约产生5-6t的矿渣。废渣中残留了30%以上的电解液，其中可溶性锰约占废渣干质量的2.0%～2.5%，每年损失到渣中的锰资源达30多万吨。针对电解锰生产工业锰资源的高效利用，国内多家科研单位和企业先后开展了提高锰的浸出与电解效率、提高过滤效率、减少滤渣水分等一系列研究，但锰渣中含锰仍然有3.5-4.5%，水分28%左右，锰渣资源综合利用的水平仍然低于10%。如何解决电解锰生产的高效清洁利用难题，突破电解锰生产锰资源回收利用关键技术，进一步提高锰资源综合回收率，不仅能够延长企业锰资源的开采利用年限，增加企业综合经济效益，提升企业在业内的核心竞争力，而且将大大减少锰渣中重金属污染、硫酸盐与铵盐的污染，对于污染减排及改善周边生态环境意义重大。
项目以我省重要锰基地-花垣地区电解锰企业锰资源高效利用关键技术突破与产业示范为目标，产生的新工艺对湖南乃至全国电解锰企业的锰资源高效利用也会起到重要的示范作用。
1.2.4 “两型”社会建设的要求
湖南省是我国“有色金属之乡”，但是经过长期大规模开采，湖南省现有矿山资源保障程度不断降低，后备资源严重不足。而且由于长期粗放发展，我省有色采选冶行业技术装备水平落后，资源综合利用程度低，不仅导致大量有价金属资源白白浪费，而且已经造成我省重金属污染事件近年来频发。如何有效快速地解决当前严峻的金属资源利用及环境污染现实，已经成为我省两型社会建设迫在眉睫的重大任务之一。2007年12月14日，国家正式批复湖南省长株潭城市群为全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区。因此，节能减排、节约资源、建设友好型环境是湖南开展新兴工业化道路是试验区建设成败的关键。
1. 3 国内外研究现状和发展趋势
1.3.1概况
锰及锰合金是钢铁工业、铝合金工业、磁性材料工业、化学工业等不可缺少的重要原料之一。随着科学技术的不断发展和生产力水平的不断提高，电解金属锰由于它的高纯度、低杂质特点，现已成功而广泛地运用于钢铁冶炼、有色冶金、电子技术、化学工业、环境保护、食品卫生、电焊条业、航天工业等各个领域。电解锰生产包括粉碎、酸解压滤、电解钝化、剥离干燥等工艺过程。粉尘、有毒废气产生于粉碎、干燥、酸解、电解过程；废水主要有废电解液、废钝化液、酸解压滤废水以及电解钝化过程的极板清洗水；主要固体废弃物为酸解产生的尾矿及电解过程产生的阳极泥。目前每生产1t电解金属锰要消耗7-8t碳酸锰矿粉(含Mn18%-20%)，1.70-1.95t硫酸，5800-6600kW•h直流电，80kg以上的液氨，以及其它药剂，部分企业还超过上述指标。
研究表明，锰渣中含锰的量约3.5%～4.5%，其中可溶性锰约占废渣干质量的2.0%～2.5%，由此造成了较高的锰渣中的锰损失，导致锰资源回收率仅70%～80%，每年损失锰资源高达30多万吨。与此同时，由于矿产资源料中锰的品位逐步下降，已由90年代的22%～26%下降到目前的13%～16%，有的甚至更低，进一步加据了电解锰产业的能耗与产能之间的矛盾，导致锰资源的利用率将更低，每生产1t电解金属锰要产生5t～6t左右的废渣和300t左右的废水。据此估计，2010年中国电解锰产量138万t，全国电解锰行业产生的固体废弃物和废水分别达到700～840万t和41400万t。湖南长期的锰资源加工生产已产生4000多万吨锰渣，其中湘西花垣地区堆存了2000多万吨。
如此大量的废渣若不经安全处置和综合利用就随意堆存，将带来一系列的问题：一是废渣含有Mn、Fe、Ca、Mg、Si、Pb、Cu、Zn、Ba、S、Se等元素，有些经化合工序后已变为可溶的离子状态，经过雨水的浸溶后有可能渗透至周围的农田和水源，影响作物的生长和村民的健康，二是大量锰渣的堆存占用了有限的土地资源，与人和动物争夺有限的空间；三是电解锰厂往往由于库容的原因，生产一段时间后又要寻找新的库址，一方面增加了企业的成本，另一方面在渣的运用过程中将增加成本，还有可能造成二次污染；四是渣库的堤坝经常年的风化和侵蚀，有可能坍塌，造成严重的溃坝事故，危及百姓的生命财产安全。如我省湘西州泸溪县武溪镇绿源公司电解锰公共尾矿库“8.29”漫坝事故造成3人死亡；湘西土家族苗族自治州花垣县兴银锰业公司“5.14”尾矿库溃坝导致3人死亡、4人轻伤。
因此，锰资源的高效利用是电解锰企业和社会的一个难题，只有发展高效清洁生产利用技术，减少电解锰生产中的污染物排放，或对锰渣中的有价物质加以合理综合回收开发利用，不仅会产生良好的环境效益和社会效益，同时还将给企业带来良好的经济效益。
本项目针对湖南重要锰基地-花垣地区电解锰企业锰资源的高效利用关键技术研发与产业示范。突破降低过滤渣锰含量与含水率难度大的技术瓶颈；研发与集成高分子胶凝破稳剂，高压多点深度淋洗、电解残液的二次循环强化锰渣浸出、残余锰渣的安全高效利用等关键技术、实现电解锰生产过程中锰资源综合利用率提高12%以上、锰渣含锰降低到1.2%以下，含水率降低到20%以下，重金属减排30%以上，硫酸铵盐减排30%以上的总体目标。并依托东方矿业有限责任公司建设年产1500吨电解锰示范工程，实现锰资源高效清洁利用的产业化。
1.3.2国内外研究现状和存在的问题
（1）电解锰废渣的基本性能
电解锰废渣为黑色细小的泥糊状粉体物质，颗粒细小，粒径小于30μm的颗粒占83.33%，且近50%的颗粒粒径集中在15～30μm之间；保水性好，平均含水量在31.97%；湿渣紧堆密度为2029kg/m3，干粉紧堆密度为976kg/m3。刘胜利对具有代表性的电解锰废渣进行的成分分析结果表明，其主要由SiO2，CaO和Mn等组成，有价金属元素含量均小于0.01%(质量分数，下同)，无回收价值，但w(锰)在8%以上，可考虑单独回收。电解锰废渣中的金属矿物主要有菱锰矿、软锰矿、褐铁矿和黄铁矿等，脉石主要由石英、炭质、黏土和石膏等多种脉石矿物组成。李坦平等对电解锰废渣105℃的烘干料进行了分析，其主要化学成分为SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO和SO3，其中w(SO3)为21.23%，由此推算w(CaSO4·2H2O)为45.64%，可认定电解锰废渣是一种含CaSO4·2H2O较高的工业废料。
（2）电解锰废渣中的污染物
电解锰废渣呈酸性，其浸出液的pH为5.9～6.6；w(硫酸盐)，w(氨氮)和w(锰)最高分别为63324，2987，34762mg/kg；w(砷)，w(汞)和w(硒)也较高，最大值分别为3819，3213，3018mg/kg。喻旗等进行了电解锰废渣的浸出试验研究，监测指标为总锰、总铅、总镉、总锌、总铜、总砷和总汞含量，结果表明，废渣浸出液中主要污染物均低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3—1996)中的浸出毒性鉴别值，电解锰废渣属一般工业固体废物(Ⅱ类)。而胡南等在对电解锰废渣的浸出毒性及无害化处理的研究中发现，浸出液中ρ(镉)高出《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级标准4.1倍，高出《有色金属工业固体废物浸出毒性实验方法标准》(GB5086—85)的规定值(0.3mg/L)，而镉属于第1类污染物，认为该类废渣在处置前必须进行无害化处理。
（3）电解锰废渣的处理处置
在电解锰行业环境问题中，电解锰废渣污染尤为突出，在美国和日本等发达国家，这类废渣都在与消石灰混合被固化处理后，掩埋在处理场。其后美国和日本等国从节约能源和保护环境的角度出发，靠市场和行政手段关停了电解锰相关企业。世界电解锰第二大生产国南非采用尾库处置，但成本极高。目前我国电解锰企业大都将废渣输送到堆场，筑坝湿法堆存，但这些渣库的现状令人但扰：①渣库建设未进行工程地质勘探；②未聘请具有相关资质的专业设计院所按尾渣坝建设要求设计；③绝大部分渣库建设未考虑防渗和侧渗等问题。这些废渣在很长时间内通过地表径流及地下渗沥作用继续污染地表山塘、水库及地下水。如何安全处置和综合利用这些废渣成为一个亟待解决的问题。
（3）综合利用
电解锰废渣已成为电解锰企业、社会的一个难题，如能对其加以合理开发利用，不仅会产生良好的环境效益和社会效益，同时还将给企业带来良好的经济效益。为此，部分学者在电解锰废渣的综合利用方面作了探索性研究。
①电解锰废渣作全价肥：电解锰废渣中含有有机质、锰、硒、氨氮、钾、钠、铁和硼等营养元素或物质，都是植物生长所必须的为其用作全价肥提供了可能。兰家泉等研究表明，施用适量的电解锰废渣混配肥能促进农作物的营养生长，与对照组相比，小麦、水稻和油菜在苗期生长旺盛，植株鲜质量分别增加了41.19%～156.19%，7.2%和22.2%。田定科等对烤烟大田施用不同用量的电解锰废渣混配肥的肥效试验证明，混配肥能促进烤烟的生长，提高烟叶品质，对烤烟具有较好的肥效应。王槐安在电解锰废渣中加入5%～10%的生磷矿粉，经搅和熟化后，即可制得富含各种农作物所需营养成分的全价肥。但是电解锰废渣混配肥中硫化物对禾苗的负面影响鲜见报道，因此用其制成全价肥技术需要进一步研究和评价。
②电解锰废渣作水泥缓凝剂：电解锰废渣中含有无水硫酸钙，其溶解度高于二水石膏，但溶解速度略低于二水石膏。冯云等开展了利用电解锰废渣替代(或部分替代)天然石膏作水泥缓凝剂的研究，结果表明，用电解锰废渣作水泥缓凝剂在理论与试验中均是可行的，其中部分替代石膏的水泥性能优于全部替代。国外也有专利研究了用电解锰废渣制造水泥的方法，但考虑到运输费用和环保方面的问题，电解锰企业很难作出自建水泥工厂的决策。
③电解锰废渣作墙体材料：自从很多地区禁止使用黏土砖以来，电解锰废渣能否成为新型制砖材料受到众多关注，由于电解锰废渣中主要含SiO2，CaO，Fe2O3和Al2O3等，因此较适合做制砖原料。在制作黏土砖时添加3%～10%的电解锰废渣，烧制的红砖不仅外形美观，而且强度可提高1个等级，该技术已在湖南省娄底市得到了应用。但由于锰渣干燥敏感系数较高（为1.15-1.2），属于干燥适应性条件较差的原料，坯体在干燥过程中容易产生开裂、干缩率较大等现象。除此以外，锰渣中的SiO2、Fe2O3及Al2O3含量偏低，达不到制备砖原料的最低要求，坯体在烧制过程中容易发生形变。
④电解锰废渣作铺路材料：徐风广研究了用含锰废渣(苯胺法生产对苯二酚过程中产生的工业废渣)代替天然黏土作为公路路基回填土，将含锰废渣和消石灰按一定配比进行混合。结果表明，含锰废渣完全能够代替一般黏土作为路基回填土，其抗冻、抗水性能较好，膨胀率低。但电解锰废渣中可溶性物质没有得到有效固化。因此，电解锰废渣在路基材料方面应用有待进一步探讨。
⑤电解锰废渣中回收锰：目前电解锰厂每生产1t电解锰要产生5～6t的锰渣，废渣中残留了30%以上的电解液，由锰渣带走的可溶性锰约占锰渣干重的2.0%一2.5%，造成锰资源浪费并产生环境污染。解决电解锰渣中可溶性锰流失问题需要尽可能提高锰回收率。许多学者从锰矿石人手，提出了对低品位锰矿石进行富集的办法，包括磁选法、电浸法、热液浸取法等；也有学者从锰渣着手，提出了热熔、超声、酸浸等方法。卿富安把电解锰废渣与清水在打浆机中混合成浆后，将过滤后的滤液进行蒸发浓缩，当ρ(锰)浓缩到约36g/L时，停止加热，冷却结晶分离出硫酸铵等晶体，液体进入电解程序。
综上所述，电解锰废渣堆积量大，对环境造成极大污染。近年来，国内外学者对电解锰废渣的综合利用进行了一些研究，如用电解锰废渣作筑路填料或建材原料，具有消耗量大和成本低等优点，可大大减少了废渣污染问题，但这方面还鲜见成功应用的报道。迄今为止，虽然一些研究项目的应用前景看好，但工业化利用方面却进展缓慢，还没有真正意义上的工业化利用实例。考虑到电解锰废渣日益增多和污染严重的现实，以及当前我国电解锰和电解二氧化锰的生产工艺，大部分用碳酸锰矿粉作原料，用软锰矿粉氧化除铁，浸出渣中锰的含量一般在5.0%以上，因此，回收利用电解锰渣不仅能有效地降低电解锰废渣对土壤或地下水的污染，而且还能回收金属锰等资源，具有重要的现实意义。目前这方面的技术不仅要解决工程应用阶段存在的问题，而且要尽量降低技术成本。

二、项目创新的总体目标、主要内容及任务分解
2.1项目的总体目标
本项目将在现有酸化反应-三级压滤-电解金属锰的技术基础上，针对湖南重要锰基地-花垣地区电解锰企业锰资源的高效清洁利用关键技术进行技术研发与产业示范，对锰渣综合利用进行全面的详细研究，突破降低过滤渣中锰的含量与含水率难度大的技术瓶颈。研发与集成高分子凝胶破稳剂，高压多点深度淋洗、电解残液的二次循环强化锰渣浸出、残余富锰的分级差别分选新工艺等关键技术、实现电解锰生产锰资源综合利用率提高12%以上、锰渣含锰降低到1.2%以下，含水率降低到20%以下，重金属减排10%以上，硫酸铵盐减排30%以上的总体目标。并依托项目实施的承担单位——东方矿业有限责任公司建设年产1500吨电解金属锰的产业示范工程，为该公司年产6万吨电解金属锰的工业生产线提供技术示范，实现锰资源高效清洁利用的产业化，带动电解锰行业的技术革新，促进电解锰行业锰资源利用的技术全面提升。
2.2 项目主要研究内容
本项目共分为三个子课题进行全面的技术攻关：分别是高分子胶凝破稳剂的研制与产业应用；新型压滤设备与高压深度淋洗新技术的复配应用；电解残液的二次酸浸与分级差选工艺强化锰渣资源的浸出新技术。
表1 项目任务分解表
项目名称
序号
任务名称
大型锰业基地锰资源高效利用关键技术与产业示范

课题一
高分子胶凝破稳剂的研制与产业应用
课题二
高压深度淋洗新技术与新型压滤设备的联合应用技术
课题三
电解残液的二次酸浸与分级差选工艺强化锰渣资源的浸出新技术
具体内容分述如下：
（1）子课题一：高分子胶凝破稳剂的研制与产业应用技术
1）研究锰渣中可溶性锰与亲水性矿物的吸附与离析特性，设计高分子胶凝破稳剂。
紧扣锰矿中脉石矿物多为粘土类矿物、亲水性强、粒度细、脱水难的特点；常用颗粒团聚助剂多为破稳剂与高分子絮凝剂，基于电性复合理论及分子设计理论，优选特征官能团与高吸附化合物，设计高效助剂分子，研发合成高分子胶凝破稳剂。
2）研究锰渣中典型可溶性物质的电位与渗析条件，筛选出高分子胶凝破稳剂
根据电位与渗析理论，研究锰渣中可溶性锰和其他有害可溶性物质如SO42-、NH4+离子的渗析沉积Eh和pH值条件，掌握可溶性锰和其他亲水性矿物质的离析差异与分离特征。筛选出对微细与亲水矿物具有强吸附性能的高分子胶凝破稳剂，强化亲水矿物与可溶性锰溶液的解吸，达到产业示范工程锰渣水分的脱除。
3）研究产业过程胶凝破稳剂的连锁与协同集成技术
通过电解锰产业过程的添加应用，考察酸化反应浆体胶态溶液的颗粒悬浮动态连锁平衡效应，协同考察后续压滤与淋洗过程复合效果，实现高分子胶凝破稳剂与压滤-淋洗过程的协同效果优化与复合控制。
（2）子课题二：高压深度淋洗新技术与新型压滤设备的联合应用技术
1）应用新型压滤设备实现浆体高效固液分离
针对锰渣中细粒亲水矿物含量大、吸湿水量高的特点，研究采用新型压滤设备，与高分子胶凝破稳剂优化结合，强化可溶性锰的析出与分离。
2）开发与实现高压淋洗多点喷淋的深度清洗新技术
由于在压滤后的锰渣中含有与原浆同浓度的可溶性可回收锰，新型过滤装备拟配合高压淋洗新技术，分阶段、多点喷雾淋洗，形成破稳助滤-新型压滤-淋洗深度脱水新技术，进一步降低锰渣中的水分。
3）高压多点淋洗与压滤控制多目标协同关键技术集成
开发出基于多节点、分阶段的淋洗组合压滤控制的连续装置复配新型压滤设备，协同高分子胶凝破稳剂浓度、添加方式与总体水量等多个目标协同控制，实时在线优化压滤脱水控制的工艺参数与条件。
（3）子课题三：电解残液的二次酸浸与分级差选工艺强化锰渣资源的浸出新技术
1）开发电解残液的二次循环酸浸强化锰资源回收技术
目前压滤后的锰渣中含有28%左右的水份，其中50%-65%左右的锰为不可溶性锰，不能靠压滤与淋洗直接回收。利用电解残液中的残余硫酸进行二次循环酸浸，并添加少量新型助溶剂强化酸浸，实现将不可溶性锰转化为可溶性锰加以回收，提高锰资源的总回收率。
2）开发垂直对流擦洗技术强化锰资源的浸出
根据锰渣中残余不可溶性锰多呈包裹体的赋存特性，研究开发出垂直对流反应桶。通过流体颗粒剪切理论，提高颗粒中包裹体的碰撞与剪切几率，强化残余锰渣的酸化浸出，降低锰渣中的含量。
3）残余富锰的分级差别分选新工艺开发
研究锰渣的矿物特性、赋存状态与粒级组成，特别是包裹体的富锰赋存特性。针对不同粒级中残余锰的赋存差别，通过研究旋流分级分离、剥磨富锰的包裹体-选择性差别分选新工艺，富集锰渣中的不可溶性锰矿物，最大限度地回收残余锰渣的中锰资源。
通过三个子课题开发的新工艺与新技术的联合实施与集成优化，配合生产辅助设施与装备，实施高效破稳助滤与压滤过程中关键工艺参数检测和指标预测，协同工艺过程的先进控制方法与优化控制技术，实现压滤过程的压力、深度淋洗和水分含量的有效控制。开发基于先进控制的连续备料、压滤、淋洗、残液循环的自动化生产系统，建成年产1500吨电解金属锰的产业示范工程，为该公司年产6万吨电解金属锰的工业生产线提供技术示范，实现电解锰行业技术的全面辐射，实施电解发锰行业关键技术的产业化联动革新。
2.3 关键技术
本项目针对锰资源高效清洁利用产业化研究，将实现锰资源利用的新工艺、新装备、新高分子胶凝破稳剂、新助溶剂的产业化应用，有利于大幅节约锰资源、实现锰渣的减排，提高锰资源的综合利用率。通过本项目的研究与产业化实施，将突破以下关键共性技术的突破：
（1）基于电性复合理论及分子设计理论，设计与筛选新型高分子胶凝破稳剂，实现亲水性粘土类矿物的高分子胶凝破稳剂脱水的筛选共性技术；
（2）通过新型压滤设备的产业化应用与高压多点淋洗新技术的复配应用，实现压滤装备深度淋洗和水分含量的有效控制。
（3）通过电解残液的二次循环酸浸与助溶剂的强化作用，结合垂直擦洗反应桶的应用，以及分级差别分选富集锰新工艺，形成不可溶性锰渣深度浸出处理新技术；
（4）集成锰资源高效清洁利用的产业应用系列技术建设1500吨电解金属锰的产业化示范工程。
2.4技术创新点
（1）针对锰矿中粘土类矿物亲水性强的特性，开发并应用新型高分子胶凝破稳剂，既可改变粘土类矿物的吸湿特性，又避免电解锰作业过程中引入异类杂质。
（2）在采用新型压滤装备的基础上，开发高压、多点、分段淋洗新技术，形成胶凝破稳-淋洗深度脱水新技术，大幅降低锰渣的水分。
（3）电解残液的二次循环酸浸与垂直对流擦洗强化新技术，及分级差别分选富集锰新工艺，锰实现包裹状不可溶性锰的反应与溶出，提高锰资源的利用率。
2.5具体目标和考核指标
本项目实施后，对我国锰矿资源高效清洁利用及锰渣综合回收利用多学科的交叉协调发展起到示范作用，为提高我国电解锰生产企业锰资源综合利用率和污染减排提供了一条经济合理的途径，具体考核指标如下：
2.5.1技术指标
电解锰生产锰资源综合利用率提高12%以上、锰渣含锰降低到1.2%以下，含水率降低到20%以下，重金属减排30%以上，硫酸盐与氨氮减排30%以上。
2.5.2产业化指标
建成1500吨/年锰资源高效利用的电解锰清洁示范生产线。
2.5.3 技术创新及专利
发表高水平的学术论文10篇以上，其中SCI、EI收录4篇以上。申请国家发明专利2项，构筑自主知识产权体系。
培养硕士10名、博士3名，培养和锻炼一批高素质的技术和管理人才，为本项目的成功实施和产业化发展创造有利条件及奠定良好的基础。
2.6 技术路线
拟在原有酸化浸出-三段压滤-电解锰的技术基础上，创新研发酸化浸出-胶凝破稳-压滤与深度淋洗-电解锰与电解残液二次强化酸浸新技术。重点通过控制高分子胶凝破稳剂与助溶剂的添加、新型压滤装备与高压多点深度淋洗、电解残液二次循环强化酸浸与分级差别分选、智能控制水分多目标协同等新技术，形成亲水性粘土矿物与高分子胶凝破稳剂深度匹配、强化压滤与高压多点深度淋洗、电解残液二次循环强化酸浸等技术体系，创建锰资源高效清洁利用产业化新工艺，为电解锰业提供高效处理锰资源的成套产业技术。本课题研究的技术路线图如图1。
细粒
粗粒
重金属脱除
硫酸化浸出
锰精矿
MnO2
一段锰渣
新型过滤机
深度浓缩系统
（一段过滤）

含锰溶液
二段过滤

二段锰渣
浓含锰溶液
三段过滤

三段锰渣
高浓含锰溶液

电解
高分子胶凝破稳剂
电解残液
垂直擦洗反应桶
表面处理
压滤
开发①返回制电解锰
②高纯碳酸锰
③电解二氧化锰
④无硒四氧化三锰

高压多点
分段淋洗

协同控制

改性复合
筛选
高分子絮凝剂

一段过滤

助溶激发剂
旋流分级
低贫锰渣
选择性细磨
含锰溶液
节能轻质建材开发等
图1 大型锰业基地锰资源高效利用关键技术与产业示范技术路线图
三、现有工作基础、条件和优势
3.1前期工作基础
湖南省矿冶固体废弃物资源化产业技术创新战略联盟由湖南有色金属研究院、中南大学、株洲冶炼集团股份有限公司等32家省内外知名企业、高等院校和科研机构组成，强强联合，充分实现产学研的高度融合。联盟成员单位对矿冶固体废弃物的综合利用，包括冶炼渣综合利用、尾矿有价金属和非金属矿物的利用、冶炼渣制作高附加值产品等方面都进行过长期的研究。同时，联盟成立以后，联盟成员之间加强了科研成果的转化效率和高新技术的引进、消化、吸收工作，研发了一批高起点、高效益、高市场容量的铅锌、锑、锰冶炼渣资源化新技术，这为本项目工作的开展提供了良好的技术基础。联盟现拥有国家级重点实验室、省部级重点实验室、国家及省级工程技术研究中心共计28家，拥有很好的技术开发平台支撑，保证了相关课题研究的基本条件。
3.2 项目承担单位和研发队伍情况
3.2.1项目承担单位情况
1）湖南有色金属研究院
湖南有色金属研究院主要从事有色金属采矿、选矿、冶金、环境保护与资源综合利用、新型合金、材料及有色金属相关精细化学品的技术研究、工程设计和产品开发，集科、工、贸于一体的综合型研发机构。全院现有职工700余人，由50余名教授及高级工程师和近200名工程师、技师构成的专业配套齐全、年龄结构合理的科研与开发队伍，分布在六大研究开发中心及五个中试厂，已成为充满活力、卓有成效的有色金属工业技术创新中心之一。
50年来共完成各类科研项目2706项，取得科研成果441项，其中国家级、省部级以上发明奖、科技进步奖102项、专利29项。有色金属工业环境保护及资源综合利用等领域拥有独特优势，尤其在固体废弃物资源综合利用、有色金属工业重金属废水重复利用、复杂难选矿石选矿、选-冶联合工艺研究、新材料、非金属材料研究等技术领域拥有雄厚的实力，在国内有色、化工、冶金等行业有一定的知名度和影响力，部分技术或产品填补了国内空白。
矿山冶金渣和矿山固体废弃物资源化技术开发研究是该院的强项，该院的资源综合利用研究所具有以教授级高工、国家有色金属学科带头人为主的，集矿物工程、化工、冶金、磁学、金属材料等多种专业人员组成的科研队伍，具备承担大小科研项目的能力。先后进行过铜矿、铅锌矿、金锑矿、钨铋铁硫多金属矿、金矿、铁矿的选矿、选矿尾砂及冶金渣的综合利用研究。在矿山固体废弃物的综合利用方面，突破传统的利用模式和行业局限性，以提高矿产资源利用率和利用价值为目的，结合选矿、冶金、化工、轻工、磁学等多学科知识，开展创新研究，除有价金属的二次回收外，开拓了有价非金属矿物的回收及其高附加值产品的深加工和应用技术研究领域，创建了研究—成果产业化—产业链延伸（产品深加工和应用）的模式，并取得显著成绩。
2）东方矿业有限责任公司
东方矿业有限责任公司是国家调整产业结构、支持企业转型重组的大背景下，由花垣县8家电解锰企业出资组建。公司成立于2010年7月9日，注册资本1.7亿元，是目前国内锰行业最大的企业之一。目前公司正在全力推进年产15万吨电解锰自动化生产线项目。该项目由中国环境科学研究院和中国锰业技术委员会提供技术支撑，采用全球领先的清洁生产工艺，实现了电解金属锰生产零污染、零排放。公司占地面积1000亩，其中厂区用地581.22亩，项目总投资12.59亿元，项目达产后，年产值将达到30亿元，每年可上缴税费2.6亿元。公司以科学发展观为指引，以打造全球行业标杆企业为目标，走科技含量高、经济效益好、环境污染少、资源优势得到充分发挥的新型工业化道路，力争用5年时间将企业发展成全国最大的锰系列产品精深加工技术产业基地，并将企业推上资本市场，成为引领电解锰行业发展的典范。
东方矿业有限责任公司有一支博士为首的研发团队，有省内第一家电解锰企业技术中心。具有先进的检测设备，2000年在全国电解金属锰行业当中首家获取通向国际市场的ISO9002质量体系认证证书。产品多年畅销日本、韩国、西欧等国家和地区。东锰牌电解锰1999年度和2004年度获湖南省“名牌”产品称号。公司自主研发的无硒高纯电解锰和电子级高纯四氧化三锰项目于2003年列入国家“863”计划，其无硒高纯电解锰产品于2004年7月工资被国家科技部、商务部、环保总局和质监总局联合认定为“国家重点新产品”；电子级无硒高纯四氧化三锰被列入《国家“十五”重大科技成就》之一。
2005年12月被国家环保总局确定为四家电解锰清洁生产试点单位之一。湖南省涉锰行业唯一一家在2006年被“三湘环保世纪行”组委会评为环保先进单位。
3）中南大学
中南大学是教育部直属、国家首批“211工程”和“985工程”重点建设的高水平大学之一。学校具有很强的基础研究、应用研究和科技开发能力，拥有25个国家重点学科，6个一级学科国家重点学科，拥有2个国家重点实验室、2个国家工程研究中心和2个国家工程实验室，建有国家级大学科技园。教授及相应正高级专业技术职称人员1158人、副教授及其他副高职称人员2314人、博士生导师574人，享受政府特殊津贴的专家501人。在读博士、硕士生12000多人。自2000年以来，获得国家科技三大奖38项，居全国高校第2位，其中一等奖6项，总数居全国第一位。
中南大学在重金属污染综合防治技术的相关研究领域拥有“中南大学有色金属资源领域国家重点学科群”、“国家“985”一级创新平台（有色金属资源及材料）”、“国家“985”二级创新平台（精细制备与原子经济过程）”等。拥有“难冶有色金属资源高效利用国家工程实验室”、“国家环境保护有色金属工业污染控制工程技术中心”、“湖南省重金属污染综合治理工程技术研究中心”、“有色金属资源化学教育部重点实验室”、“水污染控制技术湖南省重点实验室”、“细菌冶金教育部重点实验室”、“湖南省矿冶生物工程技术研究中心”等创新科技平台。建设了装备配套齐全的冶金环境工程专业系列实验室，包括资源综合利用、固体废物处理与资源化等的实验系统等。拥有水、气、渣污染治理工艺实验设备，装备有扫描电子显微镜、同步热分析仪、等离子发射光谱仪、德图烟气分析仪、纳米粒度及ZETA电位分析仪、MK2电子能谱仪、D-500X射线衍射仪、WFX-120原子吸收分光光度计、IRA-107红外线CO2/CO分析仪、IRA-106红外线SO2分析仪、离子色谱DX-120（美国戴安）、液相色谱仪（日本岛津INP-R2A）、气相色谱仪、GCD智能色质联用仪(美国HP公司GCDl800B)、原子吸收仪(AAS9542C)、HAKKE-ME1700高温数字粘度计、3708电化学测量系统、U2100紫外分光光度计、AS-10微机砷测定仪等大型先进检测设备。科研实力雄厚，实验条件优越，为开展本项目研究奠定了坚实基础。
4）湖南农业大学
湖南农业大学成立于1951年，1994年2月，经原国家教育委员会批准更名为湖南农业大学。经过60年的建设，学校已由一所单科性的教学型农学院发展成为以农科为特色，农、工、文、理、经、管、法、医、教多学科综合发展的教学研究型大学。学校现有21个学院。设有65个本科专业、2个专科专业；15个一级学科硕士点，86个二级学科硕士点；6个一级学科博士点，45个二级学科博士点，7个博士后科研流动站。有国家、省部级重点学科14个。1个国家级工程技术研究中心，1个国家级重点实验室培育基地，6个国家品种改良分中心、技术研发专业分中心和科技成果转化中心，1个中国烟草中南农业试验站，2个教育部重点实验室，1个农业部重点开放实验室，1个教育部工程研究中心，11个省级重点实验室（研究中心），9个省(厅)级研究基地（所），1个全国职业教育师资培训重点建设基地，1个农业部现代农业技术培训基地。
“十五”以来，获得国家级科技成果奖9项，省部级奖128项；承担国家973、863项目，国家自然科学基金重大研究计划，国家科技支撑计划，农业科技跨越计划，948项目，湖南省重大科技专项等国家、省部级课题1000余项。公开发表科研论文14000余篇，其中SCI、EI、ISTP收录论文560多篇，出版学术专著230多部。
湖南农业大学资源环境学院环境科学与工程学科，为省级“十一五”重点建设专业和湖南省优势特色专业，已有30余年的环境科学与工程、环境污染治理研究经验。先后主持和参与了国