鋅鹽產(chǎn)業(yè)技術現(xiàn)狀、工藝裝備提升與發(fā)展

彭振育 , 彭麗媛 , 彭 誠

(洛陽中彭化工環(huán)保技術有限公司 , 河南 洛陽 471000)

目前,我國鋅鹽產(chǎn)業(yè)的工藝裝備、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)已成為影響我國鋅鹽產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。提升鋅鹽產(chǎn)業(yè)的技術與工藝裝備水平已到了刻不容緩的地步,若要快速提升鋅鹽產(chǎn)業(yè)的相關技術及工藝裝備水平,還需要做好扎實的基礎工作。單憑簡單的應用各類高端設備遠遠不夠,鋅鹽產(chǎn)業(yè)的有關新技術、新工藝、新材料、新裝備、新品種的研發(fā)與應用是當前急需的課題,技術與工藝裝備齊頭并進,才能推動鋅鹽產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展。革新傳統(tǒng)落后的工藝裝備,創(chuàng)造現(xiàn)代先進的工藝裝備,提升工藝裝備的技術進步,助推鋅鹽產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 我國鋅鹽產(chǎn)業(yè)工藝裝備技術現(xiàn)狀分析

工藝裝備技術是過程設備的體現(xiàn),與產(chǎn)業(yè)的技術發(fā)展和生產(chǎn)力密切相關。鋅鹽產(chǎn)業(yè)中的過程設備主要包括反應容器、過濾分離、蒸濃結晶、干燥焙燒、工業(yè)爐窯等,均是最重要的設備。

1.1 反應容器技術

反應容器是一種實現(xiàn)化合反應過程的設備,目前常用的反應器類型主要有釜式反應器,器內(nèi)常設有機械攪拌等裝置,對于高徑比較大的,設置多層攪拌槳葉。根據(jù)物料不同,采用加熱結構方式有夾套式、盤管式、浸沒式。生產(chǎn)間歇式居多,將物料按照一定配比加入反應器內(nèi),待反應達到一定要求后卸出物料。間歇反應器設備簡單,同一種設備可設計多品種生產(chǎn),不存在物料的返混現(xiàn)象。缺點是生產(chǎn)效率低,需要間歇裝卸料,工藝指標控制不易穩(wěn)定,操作環(huán)境差,勞動成本大,缺乏連續(xù)化自動生產(chǎn)能力。

1.2 過濾分離設備技術

過濾分離設備是常用的一種固液分離設備,可分為真空、壓力、離心三大類,真空類有轉筒、圓盤、帶式、池式等,壓力類有壓濾、壓榨、旋轉式、動態(tài)式等,離心類有三足式、吊袋式、刮刀式、螺旋式、碟片式、管式等。過濾分離是生產(chǎn)中不可分割的環(huán)節(jié),從化合、凈化、精制、結晶工序均需要過濾分離裝備。大多企業(yè)的生產(chǎn)過濾已經(jīng)從傳統(tǒng)使用的真空濾池、板框壓濾等過濾更新到箱式過濾、隔膜過濾,進一步提高了過濾效率。結晶分離有的還停留在傳統(tǒng)的三足離心,有的更新到吊袋式、刮刀式、旋濾式離心。過濾分離技術已經(jīng)逐步走向機械化、精細化的科技領域。

1.3 蒸濃結晶設備技術

蒸濃結晶在鋅鹽產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中是相輔相成的搭檔設備。目前常用的蒸濃設備有釜式蒸發(fā)器、流態(tài)蒸濃器、多效蒸發(fā)器、升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器、強制循環(huán)蒸發(fā)器、MVR蒸發(fā)器等。鋅鹽產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)使用的釜式蒸發(fā)器存在效率低、多效蒸發(fā)器結垢嚴重等問題,易造成堵塞,維修麻煩、壽命短,不利于鋅鹽的蒸濃結晶,升膜和降膜蒸發(fā)器能耗高,易出現(xiàn)接縫開裂損壞、不易維修、清理麻煩。強制循環(huán)蒸發(fā)器和MVR蒸發(fā)器工藝設備復雜、造價高,選材及配備不當會前功盡棄;流態(tài)蒸濃器不會結垢堵塞、效率高、控制簡便,是近年來新興的適用于鋅鹽產(chǎn)業(yè)的蒸濃設備。

現(xiàn)階段結晶設備主要有槽式結晶器、罐式結晶器、流態(tài)結晶器、臥旋結晶器、TDB結晶器等。結晶器由于受物料性狀的影響,使用槽式、罐式、臥旋結晶器居多,普遍存在結料堵塞等現(xiàn)象,流態(tài)結晶器的應用解決了這一技術難題。對于特別結晶物體氯化鋅,有同質(zhì)多晶現(xiàn)象。目前大部分企業(yè)使用傳統(tǒng)的石墨坡板爐窯,容易滲漏、造成鋅損失、維修繁雜、操作環(huán)境差等,少部分嘗試石墨降膜干燥蒸發(fā),出現(xiàn)接縫容易開裂、結垢堵塞、效率低等缺陷。

1.4 干燥焙燒設備技術

干燥焙燒是鋅鹽產(chǎn)業(yè)中最后環(huán)節(jié)的關鍵設備,傳統(tǒng)的干燥技術有托盤式、烘箱式、隧道式、管式、轉筒式干燥。轉筒式又分為常規(guī)式、葉片穿流式、氣管式和層疊式,轉筒式的缺點主要有占地面積大、熱容量系數(shù)小、利用效率低。傳統(tǒng)的熱效率僅為50%左右,改進后一般在70%左右,干燥系統(tǒng)不能達最佳狀態(tài)?，F(xiàn)在干燥技術逐漸轉變到帶式、氣流式、槳葉耙式、流化床、噴霧式、閃蒸式、流態(tài)化、高頻微波等。所謂帶式是以傳動帶輸送固體與熱逆流的汽化干燥。氣流式是稀相輸送下的汽化干燥。槳葉耙式利用軸槳葉傳動輸送下的汽化干燥。流化床又分為振動式、旋蒸式、沸騰式,根據(jù)物料濕度不同選擇流化狀態(tài)下的汽化干燥。噴霧式是熱源分配器旋轉氣流與固相交換的汽化干燥。閃蒸式又分為斜拌式、磨拌式和層拌式,根據(jù)物料性狀和處理量進行設定,是切向空氣與混拌固相交換的汽化干燥。流態(tài)化是熱氣流同固相分散性導向交換的汽化干燥。高頻微波是用微波輻射引導固相自吸微波發(fā)熱交換的汽化干燥。

除了不同的干燥類型,焙燒工藝裝備技術的應用也在突飛猛進的革新,從傳統(tǒng)的反射爐、隧道爐到回轉爐(窯)、鏈板窯、沸騰爐、流態(tài)霧化爐、懸浮爐等?；剞D爐(窯)采用電源熱或氣源熱與轉爐內(nèi)填充30%左右固相產(chǎn)生的焙解過程。鏈板窯采用電源熱或氣源熱在鏈板往復轉動表面分布固相的焙解過程。沸騰爐采用氣源熱通過上升氣流與固相懸浮狀態(tài)產(chǎn)生的焙解過程。懸浮爐是采用氣源熱通過上升氣流與固相懸浮狀態(tài)產(chǎn)生的分層焙解過程。流態(tài)霧化爐是近幾年研制的采用氣源熱通過導向流的分散及流體層的霧化狀態(tài)產(chǎn)生的焙解過程,是集干燥、焙燒、包裝一體自動化、熱源二效再生利用的多元化工藝裝備,最早應用的是湖南雙峰鋅品廠、焦作華宇化工的活性納米氧化鋅及碳酸鋅的干燥焙燒一體化。

1.5 工業(yè)爐窯設備技術

工業(yè)爐窯主要有直接法氧化鋅的維氏爐、碳化鋅氧爐;次氧化鋅的回轉窯、煙化爐、鼓風爐、轉底爐、旋速爐、懸浮爐;間接法氧化鋅的花瓶爐、立式坩堝爐、臥式坩堝爐;火法煉鋅的平罐爐、豎罐爐、ISP鼓風爐、電爐、鋅焙砂爐窯等。維氏爐是利用含鋅物料配制碳進行冶煉氧化、冷卻收粉得到90%～99.5%的氧化鋅。20世紀80年代規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)有湖南水口山二廠、河南洛陽欒川化工廠等。碳化鋅氧爐是近幾年對碳化室、氧化室、分離室、收粉室進行改造革新的氧化鋅生產(chǎn)系統(tǒng),促進了生產(chǎn)穩(wěn)定性、效率高、環(huán)境好?；剞D窯是利用中低度含鋅固廢料與焦煤配制進行物料移動冶煉再生次氧化鋅,大部分以鋼廠灰和水渣等為原料,得到含鋅35%～50%的產(chǎn)品。煙化爐是處理含鉛鋅鍺錫金屬復雜原料的方法之一,液態(tài)提渣揮發(fā)有價金屬,在鉛鋅行業(yè)得到推廣應用。鼓風爐是經(jīng)燒焦處理鉛鋅混合物料,進行還原熔煉得到粗鉛、粗鋅或氧化鋅。轉底爐是我國在近幾年為了解決鋼廠灰問題,在馬鋼、沙鋼、萊鋼進行了試用,是以垂直軸為中心的盤式轉底爐處理鋼鐵廠含鋅的集塵灰固廢物,進行熔煉得到有價金屬。旋速爐是利用導向渦旋進行對中低含鋅固廢熔煉的一種爐型。懸浮爐是利用平衡風壓讓含鋅物料懸浮分解熔煉的一種爐型,國內(nèi)也進行了多次消化研制,取得了一定的進展,但還需要積累經(jīng)驗進行穩(wěn)定性方面的突破。

間接法氧化鋅最早應用的是上海京華化工廠、柳州鋅品廠。間接法氧化鋅形成規(guī)?；嫩釄鍫t是花瓶坩堝爐、立式坩堝爐、臥式坩堝爐,是將金屬鋅融化、流入高溫坩堝中進行蒸發(fā)氧化得到氧化鋅,目前是生產(chǎn)間接法氧化鋅的主力裝備。

火法煉鋅爐窯的馬槽爐、八卦爐及平罐爐煉鋅在20世紀90年代曾經(jīng)達到鼎盛時期,現(xiàn)已退出歷史舞臺。豎罐爐煉鋅應用最早的是葫蘆島鋅廠,ISP鼓風爐應用最早的是株洲冶煉廠,電爐煉鋅應用最早的是洛陽欒川有色金屬公司。火法煉鋅是利用碳進行鋅沸點還原蒸餾、冷凝得到粗鋅錠產(chǎn)品,才能進一步精餾得到精鋅。

鋅焙砂爐窯主要有靜態(tài)爐、沸騰爐、流態(tài)爐和回轉窯,是利用熱能脫除含鋅物料中的易揮發(fā)物得到鋅焙砂,用于氧化鋅、硫酸鋅、鋅錠等產(chǎn)品的原料。

2 鋅鹽產(chǎn)業(yè)工藝裝備技術提升

2.1 反應容器工藝裝備技術提升

反應容器是在鋅鹽產(chǎn)業(yè)中密切關系到化合反應效率的關鍵,目前旋葉板化合反應器是反應容器中有效的設備之一。反應器不但要結合物料性狀選擇適宜的,還要結合產(chǎn)能開展連續(xù)化合反應的技術創(chuàng)新提升,使化合反應達到系統(tǒng)化、連續(xù)化、標準化的工藝過程。從配制加料、液固投放、工藝控制、液固輸送、檢測跟蹤等進行一體化作業(yè),不但提高化合效率,大幅度地降低生產(chǎn)成本,穩(wěn)定工藝控制的平衡,提高企業(yè)的管理水平。

2.2 過濾分離工藝裝備技術提升

過濾分離設備是除去溶液中固體顆粒物、懸浮物等雜質(zhì),降低溶液的濁度,達到溶液澄清的目的,得到適宜的固體結晶物。我國的過濾壓緊機構從手動、機械到液壓,過濾方式從明流、暗流到明流單雙向洗滌、暗流單雙向洗滌,類型上從板式、箱式、立式、帶式,取得了不斷的科技進步。傳統(tǒng)的過濾分離不能適應現(xiàn)代鋅鹽產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要,要結合物料的性狀進行選擇和自動化的創(chuàng)新提升,特點是結構簡單,適合黏細物料,自動卸料、洗滌、烘干、濾餅含濕量低、密封性好、成本低。目前隔膜過濾、真空過濾能適宜局部功能,實現(xiàn)整體功能還需要進一步的提升,采取多元化綜合過濾系統(tǒng),提高過濾效率,降低能耗。對于分離結晶體的設備,小型化產(chǎn)能使用吊袋式,中大型產(chǎn)能使用刮刀式或旋濾式。旋濾式適用于中大結晶顆粒的分離。

2.3 蒸濃結晶工藝裝備的提升

蒸濃是使溶液中溶劑蒸發(fā),溶液濃度提高的過程,結晶是飽和狀態(tài)下晶核的成長析出過程。鋅鹽的蒸濃結晶不同于其他鹽類,要想獲得不易結塊、顆粒均勻、質(zhì)量穩(wěn)定的結晶體,除工藝條件控制外,提升工藝裝備的整體設計極其關鍵。不但要高效蒸濃,而且要促進晶核的均布成長,減輕結料,避免堵塞現(xiàn)象。流態(tài)蒸濃器與流態(tài)結晶器的一體化工藝裝備的開發(fā)應用,為鋅鹽的蒸濃結晶奠定了良好的基礎。

2.4 干燥焙燒工藝裝備的提升

干燥是利用熱能使?jié)裎锪现械臐穹制@得固體產(chǎn)品的操作過程。干燥過程分為兩種:一種是表面汽化過程,另一種是內(nèi)部擴散控制過程。干燥焙燒在國內(nèi)沒有完整的規(guī)?；\行體系,技術含量偏低,大多依靠傳統(tǒng)的反射爐、回轉爐、流化床的模式,在工藝裝備過程中的生產(chǎn)能力、熱源能量、工藝控制、品質(zhì)穩(wěn)定、物料運行方式等,有著較大的提升空間,要立足向大型化、連續(xù)化、封閉化、自動化的方向,有利于提高產(chǎn)品的濕分汽化、粒徑轉型,有利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定,有利于節(jié)能降耗、低成本、高效益。進一步針對膏糊狀、熱敏性物料的設備適宜開發(fā),研發(fā)出多功能的工藝裝備,能集過濾、干燥、焙燒、包裝等單元操作體系。隨著流態(tài)霧化干燥焙燒爐的生產(chǎn)應用,實現(xiàn)了干燥、焙燒、包裝一體化操作控制,占地面積小,能耗低,自動化程度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,促進了干燥焙燒工藝裝備的進步。

2.5 工業(yè)爐窯裝備的提升

直接法氧化鋅爐窯經(jīng)過對粉塵分離的革新取得了成效,特別是2021年“氧化鋅生產(chǎn)冶煉自動進料機”在直接法氧化鋅的應用,取代了長達50年人工進料的繁重勞動方式,但自動出渣機還需要聯(lián)動技術的完善,要更進一步的促進全自動進料、冶煉、出渣一體化及收粉工藝裝備有待提升?；剞D窯設計要求鋅含量低,預防生產(chǎn)過程結圈、延長使用期。對煙化爐結構進行了優(yōu)化,并對渣型、操作方式、壓密的必要性、冷料入爐等進行了提升,但在耐材及收塵方面還需要提升。 懸浮爐內(nèi)部配套構造設計是生產(chǎn)成功的先決條件,物料分散、能量梯級及物衡防結需要進一步提升。轉底爐經(jīng)過多年的試制,在熱利用、高耗能、效率低、煙氣凝結、余熱系統(tǒng)堵塞、出料設備及耐材損耗等方面,還需要優(yōu)化提升。間接氧化鋅爐窯的蒸餾容器是影響其產(chǎn)能發(fā)展的重要環(huán)節(jié),傳統(tǒng)坩堝及吊袋收粉需要優(yōu)化提升,提高單器容量、降低能源及耐材消耗等。鼓風煉鋅在床面積、運轉效率、降低雜質(zhì)含量及生產(chǎn)適應性方面具有較大的提升空間?；鸱掍\工藝短,對原料適應性強,重點要提升工藝條件的自動控制、合理配套整體環(huán)保設施,提高熱源再生效率、耐材的適用組分等。近年來推出的富氧豎爐還需要在燒結及設備運行周期短等方面攻關提升。

3 鋅鹽產(chǎn)業(yè)工藝裝備技術發(fā)展前景

3.1 合理設計工藝裝備,促進實用科技發(fā)展

在對工藝裝備進行設計時,主要是依靠扎實的理論知識和豐富的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗相結合,重點對結構和工藝參數(shù)進行系統(tǒng)性的分析和設計。由于工藝裝備涉及多方面的知識,物料的種類也多樣化,所以對應的結構參數(shù)以及工藝參數(shù)也要多樣化。多數(shù)企業(yè)在設計和選型中以產(chǎn)量多少為依據(jù),并沒有考慮到物料特性、工藝條件、裝備銜接、流體流動、熱質(zhì)傳遞等問題,往往制造出來的工藝裝備在實際生產(chǎn)中并不理想,常出現(xiàn)操作不順、控制不穩(wěn)、工藝雜亂、裝備不行,導致效率低、能耗高、品質(zhì)差、成本大等現(xiàn)象,嚴重影響市場競爭力。照搬硬套的時代已經(jīng)過去,全方位綜合規(guī)劃設計,才能真正促進現(xiàn)代企業(yè)科技的穩(wěn)步發(fā)展。

3.2 提高鋅鹽產(chǎn)業(yè)技術水平,用先進技術提高產(chǎn)品品質(zhì)

我國鋅鹽產(chǎn)業(yè)的工藝裝備技術與世界發(fā)達國家的同行業(yè)相比還存在著一定差距。產(chǎn)品發(fā)展的思路要在工藝裝備的大型化、控制的自動化、表面的處理質(zhì)量、耐腐的專業(yè)材料等方面開發(fā)多功能一體機,促進產(chǎn)品的生命周期不斷延長。多進行技術交流,吸收最新技術成果,加速提高鋅鹽產(chǎn)業(yè)工藝裝備技術水平。

3.3 調(diào)整企業(yè)結構,培育企業(yè)的核心競爭能力

我國鋅鹽產(chǎn)業(yè)的特點是數(shù)量多而整體素質(zhì)不高,多數(shù)企業(yè)工藝裝備技術落后,仍有不少企業(yè)延用落后淘汰的工藝裝備,仿造建廠搞項目,缺乏新科技或創(chuàng)新研發(fā),造成企業(yè)成本高、操作環(huán)境差、品質(zhì)忽高忽低,沒有市場競爭力。企業(yè)要有大膽規(guī)劃調(diào)整結構的精神,尋找更廣闊的生存和發(fā)展空間。自有培育或聯(lián)合培育科技實力,擁有先進的工藝裝備技術,夯實市場的主導產(chǎn)品。企業(yè)應積極規(guī)劃產(chǎn)品結構,提高核心競爭能力,形成自己的特色工藝裝備技術和品質(zhì)。

3.4 推動企業(yè)成為科技創(chuàng)新的主體

我國鋅鹽產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力較低,能夠形成專有技術或推出自主知識產(chǎn)權的新工藝、新技術、新產(chǎn)品的企業(yè)寥寥無幾,這也是我國鋅鹽產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大緩慢的重要原因。還有一部分知識成果沒有有效地轉化為生產(chǎn)力,這是受決策投資觀念的影響,落后的投資小,先進的投資大,局部觀念限制了全局觀念的經(jīng)濟模式,導致企業(yè)一直處于落后、面臨困境的邊緣。企業(yè)要成為科技創(chuàng)新的主體,就要不斷地深入研究、實踐和探索,使資源得到合理的配置與利用,就要提高工藝裝備技術,有效地促進和發(fā)展企業(yè)創(chuàng)新的主體能力。

4 結語

鋅鹽產(chǎn)業(yè)作為我國形成較晚、發(fā)展相對緩慢的產(chǎn)業(yè),其市場和發(fā)展前景非常廣闊。盡管鋅鹽產(chǎn)業(yè)工藝裝備在落后傳統(tǒng)的局面有所更新,特別是最近5年,在環(huán)保政策和市場競爭下,淘汰了大部分工藝裝備技術落后的企業(yè),促進了革新工藝裝備的應用,并取得了良好的效果。但是工藝裝備技術的創(chuàng)新仍然需要努力,多方面系統(tǒng)地提高工藝裝備技術的合理性和可靠性,在提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、機械自動化等方面具有較好的發(fā)展前景。要使企業(yè)具有較強的市場競爭力,就要引進成果和創(chuàng)新科技,不斷地進行對工藝裝備技術進行提升,讓鋅鹽產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用,促進鋅鹽產(chǎn)業(yè)的不斷進步和發(fā)展。