新技術裝備集成對鋅冶煉的影響

孔俊杰

摘 要：介紹了高壓釜、閃蒸槽、調節(jié)槽的結構形式及其工作原理，以及自動剝鋅系統(tǒng)設備構成及其工作原理，與傳統(tǒng)煉鋅工藝設備比較所帶來的優(yōu)勢和影響。

關鍵詞：鋅冶煉 鋅氧壓浸出 高壓釜 閃蒸槽 大極板 自動剝鋅

中圖分類號：X756 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0004-02

目前，國內大多采用傳統(tǒng)的焙燒制酸-浸出凈化-電積熔鑄工藝生產(chǎn)電鋅，其裝備水平不易實現(xiàn)自動化，多靠人工進行現(xiàn)場操作，尤其是焙燒制酸車間、鋅電解車間操作環(huán)境差，勞動強度高，對人體的危害大，企業(yè)的人工成本較高。由于制酸尾氣的排放對大氣造成嚴重的污染，企業(yè)的環(huán)保壓力大，間接制約了企業(yè)的發(fā)展。氧壓浸出及自動剝鋅技術的發(fā)展及其配套裝備的應用可有效解決這些問題，為鋅冶煉行業(yè)帶來了更好的發(fā)展前景。

1 氧壓浸出設備集成

1.1 高壓釜

1.1.1 高壓釜的結構介紹

10萬噸鋅生產(chǎn)能力的冶煉系統(tǒng)多采用φ4200×28800的壓力釜3臺，有效容積為266 m3，2用1備。高壓釜主要由殼體，耐酸磚內襯，耐酸磚隔墻、立式攪拌裝置以及管口法蘭組件組成。

高壓釜內部由耐酸隔墻分割為7個隔室，每個隔室都安裝有攪拌器，高壓釜頂部的一端有2個加料口；另一端有2個排料口及排氣口，高壓釜的側面開有7個工藝管口組件用于廢液、驟冷液、添加劑的加入，底部開有7個氧氣加入管口。

由于高壓釜在高溫（約150℃），強酸性環(huán)境下工作，介質為高濃度礦漿且溶液中含有大量的Cl-，和F-，且存在氣相腐蝕，因此，對高壓釜的耐高溫、耐腐蝕、耐磨蝕要求高，這就對高壓釜的搪鉛工藝、襯磚工藝提出了較高要求，以保證高壓釜的使用壽命，延長檢修時間，一般做法為：在34厚的碳鋼殼體上搪6 mm厚鉛層，再在搪鉛層上襯2層耐酸磚，磚與搪鉛層之間，磚與磚之間做隔膜層。

高壓釜的每個隔室有一套攪拌裝置對釜內介質進行攪拌，使鋅精礦顆粒、稀硫酸和氧氣充分混合、反應。每套攪拌裝置設置兩層槳葉，考慮釜內介質的高溫、強酸性腐蝕劑氣相腐蝕，攪拌器釜內部分均采用鈦合金材料。為保證攪拌口的密封性以及密封裝置的使用壽命，設置有全自動控制集中供給的密封水和冷卻水系統(tǒng)。

1.1.2 高壓釜的工作原理

一定濃度和細度的硫化鋅礦漿以及廢電解液泵入壓力釜，維持釜內一定溫度及氧分壓，并加入添加劑及維持溫度的蒸汽及冷凝液，經(jīng)過一段時間后硫化鋅礦漿中的硫被氧化成單質硫，進入固相，鋅則以硫酸鋅進入溶液。

1.2 閃蒸槽

1.2.1 閃蒸槽的結構介紹

高壓釜排出的礦漿通過閃蒸槽進行降溫降壓，同時將高壓釜加熱時帶入的冷凝水排出，防止系統(tǒng)體積的膨脹，通常一臺壓力釜對于一臺閃蒸槽。

閃蒸槽規(guī)格為φ3300×4800，有效容積18 m3，立式安裝，閃蒸槽的側面配有兩個閃蒸罐，主要起緩沖作用，壓力釜排出的礦漿通過閃蒸罐排入閃蒸槽內。

國外鋅冶煉廠閃蒸槽一般采用904L材料制作，但904L耐Cl-酸腐蝕性能相對較弱，運行壽命較短，因此，國內已采用鋼襯磚替代，設計多采用“碳鋼+搪鉛+防腐內襯”的結構形式，取得了良好的效果，其做法與高壓釜相似。

1.2.2 閃蒸槽的工作原理

經(jīng)由壓力釜浸出的礦漿被壓入閃蒸槽，在攪拌作用下進行降溫降壓，但要控制好閃蒸的溫度及壓力，防止熔融硫單質結塊，在這個過程中，大量的閃蒸蒸汽將通過洗滌塔排出，將帶走大量的水分，以消除壓力釜中蒸汽加熱產(chǎn)生的冷凝水帶來的體積膨脹。

1.3 調節(jié)槽

1.3.1 調節(jié)槽的結構介紹

調節(jié)槽的規(guī)格為φ12500×5400，有效容積231 m3，立式安裝，國外多采用904L材料制作，但其設備造價太高，焊接工藝要求較高不適合現(xiàn)場拼接，在滿足工藝要求的前提下，為降低造價，方便現(xiàn)場安裝施工，國內設計多將調節(jié)槽改為“碳鋼+襯玻璃鋼+襯耐酸耐溫磚”。調節(jié)槽內部砌筑有折液擋墻，配有三層槳葉的攪拌器。

1.3.2 閃蒸槽的工作原理

經(jīng)閃蒸后的礦漿進入調節(jié)槽，在攪拌器的作用下將礦漿的壓力降為常壓，溫度降至91℃，使熔融的單質硫冷凝成固態(tài)后通過泵泵入后續(xù)的濃密機進行固液分離。

2 鋅電解設備集成

2.1 大極板、大電解槽

2.1.1 大極板及大電解槽介紹

國內電鋅生產(chǎn)大多主要采用1.13～ 1.6 m2的小極板，目前3.2 m2大極板在國內已有應用。

陰極板由鋁板、導電橫梁、絕緣條及吊耳組成。型號規(guī)格為1760×1000×7，鋁板一般采用A00鋁（Al≥99.5%）。銅鋁導電橫梁采用爆炸焊接工藝制作，導電橫梁與鋁板采用高密度焊接工藝焊接。在極板上部電解槽液面線附近設置了剝鋅口，為了防止電解槽液面波動使剝鋅端面出現(xiàn)坡口而不利于剝鋅操作，在剝鋅口位置設計了絕緣帶。

陽極板為壓延鉛銀合金陽極，主要由鉛銀合金板、導電橫梁、絕緣條及吊耳組成，型號規(guī)格為1760×1000×7，銀的含量一般為0.7%～1%。

與大極板工藝相配套的電解槽是特大型電解槽，槽內尺寸為11050×1330×2260 mm，有效容積為30 m3，國內傳統(tǒng)的小極板電解槽的尺寸一般為3600×820×1480 mm。

目前國內大電解槽制作形式主要有兩種。

一種是混凝土內襯軟PVC，每個電解槽由兩塊倒置的“T”型混凝土構件組合在一起，這樣既有利于混凝土構件在制作工程中容易脫模，又有利于通過槽中縫隙進行漏液檢查。為了便于槽內清理，電解槽的底部澆鑄成“V”型。為了防止漏液對混凝土電解槽造成腐蝕，在混凝土電解槽表面敷上玻璃鋼進行防腐，一般厚度為3 mm。這種電解槽耐腐蝕能力較差，維護成本較高，由于經(jīng)常進行維修影響生產(chǎn)效率，使用壽命也較短。

另外一種是整體澆鑄樹脂混凝土電解槽，該類電解槽由乙烯基樹脂和高純度石英砂整體澆鑄成型，有更好的耐腐性能，使用壽命更長，環(huán)保效益及電流利用效率更好，由于其制造精度高，能更好的適應于定位精度要求較高的自動剝鋅系統(tǒng)。

2.2 自動剝鋅系統(tǒng)

2.2.1 自動剝鋅系統(tǒng)設備介紹

我公司采用盧生堡保爾沃特公司的自動剝鋅系統(tǒng)設備，主要由剝鋅機2套、陰極洗刷機1套、多功能天車2套、鋅片接收碼垛及運轉機組1套、陽極拍平機1套組成。其性能參數(shù)如表1。

2.2.2 自動剝鋅系統(tǒng)工作原理

整個系統(tǒng)通過PLC來進行自動控制，一臺多功天吊車對應一列電解槽，如一列電解槽處于剝鋅階段，則該列電解槽對應的多功能吊車（1#）負責將陰極在電解槽與剝鋅機之間的吊運。另一多功能吊車（2#）只負責將剝離后的陰極板運送到刷洗機上，刷洗后的陰極板由1#吊車重新吊入電解槽。

多功能吊車每次起吊電解槽一半的陰極板（57片），放于運輸小車上，運送小車通過鏈條將陰極板送入剝鋅機，在剝鋅機內通過鑿子及剝刀的運動將鋅片剝離，剝離后的陰極鋅片通過接收碼垛機組進行碼垛，后被送入熔鑄車間完成一個剝鋅過程。

3 裝備化集成帶來的影響

傳統(tǒng)的濕法鋅冶煉將鋅精礦先進行焙燒，然后通過攪拌反應槽進行浸出，一是焙燒煙氣需要進行制酸后排放，排放尾氣往往對環(huán)境造成很大的污染；二是攪拌反應槽不易實現(xiàn)自動化，操作環(huán)境差。而高壓釜系列裝備的應用取消了焙燒制酸，精礦中的硫以硫磺的形式回收，沒有二氧化硫的產(chǎn)生，徹底消除了制酸尾氣對大氣的污染。另外還可解決因硫酸滯銷給正常生產(chǎn)帶來的影響。同時，高壓釜可以實現(xiàn)封閉自動化操作，自動化程度較高，現(xiàn)場操作環(huán)境整潔干凈。

傳統(tǒng)鋅電解車間采用小電解槽小極板人工剝鋅的方式進行生產(chǎn)，由于電解車間操作條件惡劣，人工剝鋅勞動強度大，人工成本較高，且小電解槽在同等生產(chǎn)能力下占地面積大，投資高，檢修率高，電流效率相對較低。而大極板、大電解槽以及自動剝鋅系統(tǒng)設備的應用則可有效的解決這一系列問題，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：（1）電解車間占地面積更小、電解槽的使用壽命更長，可有效的節(jié)約投資；（2）自動化程度高，整個極板的出裝槽，陰極鋅片的剝離，陰陽極板的清洗拍平都可以實現(xiàn)全自動順序操作，可有效降低勞動強度，提高工作效率，降低人工成本。

4 結語

綜上所述，高壓釜及自動剝鋅裝備的應用，可明顯提升濕法煉鋅技術裝備水平，為實現(xiàn)鋅冶煉行業(yè)的清潔生產(chǎn)做出貢獻?？梢灶A見，在當今社會人工成本越來越高，環(huán)保要求越來越嚴，企業(yè)越來越追求節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟效益的前景下，鋅冶煉行業(yè)的裝備化水平、自動化程度將不斷提高，高壓釜及其配套設備以及自動剝鋅設備在國內將有很好的應用前景。

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