特種陶瓷泵在二段浸出高壓釜喂料工況的應(yīng)用

陳文績(jī)

摘 要：浸出車間二段釜喂料泵是氧壓浸出工藝中向高壓釜喂料的關(guān)鍵設(shè)備，其開(kāi)機(jī)率嚴(yán)重影響氧壓浸出工藝的生產(chǎn)連續(xù)性；針對(duì)合金泵材質(zhì)過(guò)流部件使用壽命短、維護(hù)成本高、維修頻繁等對(duì)連續(xù)生產(chǎn)造成的影響，新型特種陶瓷泵在浸出二段喂料工況的成功應(yīng)用，確保了關(guān)鍵設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。介紹浸出二段喂料工況設(shè)備的優(yōu)化歷程、設(shè)備的改型和使用情況、經(jīng)濟(jì)分析。特種陶瓷泵在浸出二段喂料泵的成功應(yīng)用，比原合金泵年節(jié)約成本120萬(wàn)元。

關(guān)鍵詞：高壓釜；特種陶瓷泵；使用壽命；磨蝕；維護(hù)成本

1 二段浸出高壓釜及喂料泵工況簡(jiǎn)介

浸出車間作為鋅氧壓浸出生產(chǎn)工藝的龍頭車間，二段高壓釜喂料泵工況是往釜內(nèi)輸送二段礦漿的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)高壓釜的高效運(yùn)行起到重要作用。

丹霞冶煉廠于2007年從加拿大引進(jìn)鋅氧壓浸出工藝，是我國(guó)最早在常規(guī)濕法煉鋅中采用兩段高壓氧浸煉鋅工藝的企業(yè)。一段高壓釜和二段高壓釜是浸出生產(chǎn)工藝的大型關(guān)鍵設(shè)備，其中二段高壓釜工況參數(shù)是：溫度140-155℃；壓力1400-1500kPa；酸濃度90-140g/l；鋅濃度120-150g/l；F離子濃度30-80mg/l；Cl離子濃度500-1000mg/l；

銅離子濃度500-800mg/l；礦漿介質(zhì)：ZnS、S、PbSO4、FeS2等；釜內(nèi)礦漿濃度5%-10%；純氧環(huán)境。

二段高壓釜的喂料泵的工況參數(shù)是：輸送的介質(zhì)是硫酸鋅礦漿溶液，含固量30%～45%，介質(zhì)比重1.4～1.85，溫度90～95℃氯離子含量400～1000mg/L，硫酸含量70g/L，氟離子含量40～100mg/L，偶爾有1～2mm金屬顆粒（主要是砂磨機(jī)過(guò)來(lái)的少量鋯珠），含量1‰～1%。

2? ?喂料泵工況輸送泵的優(yōu)化歷程

由于二段高壓釜的釜壓是1400-1500kpa，加上介質(zhì)比重比較大，且固含量達(dá)30%～45%，最開(kāi)始喂料泵工況選用的是隔膜泵，在2009年9月份投產(chǎn)階段，隔膜泵故障率高，嚴(yán)重影響浸出工藝的連續(xù)生產(chǎn)。主要故障表現(xiàn)為隔膜單向閥的閥芯閥座不耐磨蝕，閥芯和閥座接觸密封面被磨蝕出溝痕，密封失效后閥芯閥座產(chǎn)生內(nèi)漏，造成礦漿擁堵在進(jìn)口單向閥和出口單向閥以及輸送管道內(nèi)，單向閥的更換率極高，無(wú)法滿足聯(lián)系生產(chǎn)需求。為解決連續(xù)生產(chǎn)亟待解決的問(wèn)題，同時(shí)考慮到單級(jí)離心泵的揚(yáng)程有限，于2011年初開(kāi)始，在二段高壓釜喂料泵工況以兩臺(tái)合金泵串聯(lián)的配置方式，取代了隔膜泵的喂料方式，生產(chǎn)工藝得到較大的改善和平穩(wěn)。最先投入使用的是兩臺(tái)進(jìn)口沃漫泵，其過(guò)流部件為雙相合金鋼材質(zhì)，集裝式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，但也逃避不了泵過(guò)流部件壽命周期短的問(wèn)題，且進(jìn)口的集裝式機(jī)封采購(gòu)價(jià)是18萬(wàn)元/套，相當(dāng)昂貴。2011年10月開(kāi)始將串級(jí)泵改成昆明嘉和的合金泵——50JZJ-A46S，流量是40m3/h，揚(yáng)程70m，電機(jī)功率55kW；過(guò)流部件是蝸殼、前后護(hù)板、葉輪、集裝式機(jī)械密封；其中蝸殼、前后護(hù)板和葉輪四個(gè)部件均采用VF33材質(zhì)，相當(dāng)于或略優(yōu)于雙相合金鋼CD4MCu。該泵的過(guò)流四件套的備件總價(jià)是8.36萬(wàn)元，使用的壽命周期一直都難于突破60天。50JZJ-A46S泵使用50天左右后的磨蝕情況如下：

多年來(lái)設(shè)備工程部及浸出車間都積極主動(dòng)對(duì)喂料泵過(guò)流部件的耐磨性進(jìn)行攻關(guān)，邀請(qǐng)過(guò)525泵業(yè)、柳州標(biāo)新泵閥、江門(mén)博盈等廠家進(jìn)行合作研發(fā)和試用，對(duì)過(guò)流部件做滲碳、鍍耐磨層、堆焊耐磨合金材料等試用試驗(yàn)，效果都不理想。2020年初開(kāi)始與襄陽(yáng)漢江泓源碳化硅特種陶瓷有限公司合作研發(fā)，雙方通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝技術(shù)溝通和對(duì)特種陶瓷的燒結(jié)工藝選擇，并達(dá)成關(guān)于ZVT50-46特種陶瓷泵的試用協(xié)議，于2020年8月20日開(kāi)始投入試用，過(guò)流部件的壽命取得了前所未有的突破。截止2021年5月26日，該試用泵已在喂料泵工況的一級(jí)泵累計(jì)試用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)234天。下圖為特種陶瓷泵運(yùn)行6個(gè)月后拆開(kāi)泵體的檢查情況，絲毫無(wú)磨蝕的痕跡。2021年8月起，特種陶瓷泵已在喂料泵工況一級(jí)和二級(jí)工位全面推廣使用。

3? 特種陶瓷泵材質(zhì)的優(yōu)勢(shì)

特種陶瓷泵為氮化硅結(jié)合碳化硅燒結(jié)制品，質(zhì)地堅(jiān)硬，在非金屬材料中屬于硬度材料，莫氏硬度約為9，僅次于金剛石，具有超強(qiáng)耐磨性；化學(xué)穩(wěn)定性好，具有優(yōu)異的耐磨損性能，能耐幾乎所有的無(wú)機(jī)酸（除氫氟酸外）以及多種有機(jī)酸的腐蝕，并具有良好的抗氧化性、足夠的熱穩(wěn)定性。其耐腐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)耐酸不銹鋼所具有的性能，特種陶瓷泵過(guò)流部件還耐磨、不老化、不污染、易處理、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于石油、化工、化肥、制藥、食品、造紙、冶煉、化纖以及軍工等眾多工業(yè)領(lǐng)域。

4? 特種陶瓷泵在浸出二段高壓釜喂料工況的應(yīng)用

氧壓釜喂料特種陶瓷泵的技術(shù)參數(shù)和主要材質(zhì)及使用壽命周期如下：

4.1 技術(shù)參數(shù)

4.2? 主要部件材質(zhì)及壽命

如表2所示。

4.3? ZVT50-46特種陶瓷泵結(jié)構(gòu)圖

如圖4所示。

4.4? ZVT50-46特種陶瓷泵應(yīng)用過(guò)程

高壓釜喂料泵工況的特殊性在于輸送介質(zhì)磨蝕性強(qiáng)，出口壓力高，以合金泵串聯(lián)使用能滿足生產(chǎn)工藝要求，缺陷是合金泵過(guò)流部件不磨蝕，難于突破60天的使用壽命周期，車間維護(hù)成本高。特種陶瓷泵最初投入試用時(shí)，設(shè)備工程部與漢江弘源襄陽(yáng)碳化硅特種陶瓷有限責(zé)任公司是以試用協(xié)議的方式進(jìn)行合作，試用泵投入運(yùn)行的過(guò)程情況如下：

（1）2020年8月20日，ZVT50-46陶瓷泵安裝于喂料南泵工位并開(kāi)始投入試用；2020年9月21日因陶瓷泵的進(jìn)口短接穿漏，停止使用，合計(jì)試用31天；該進(jìn)口短接為主體內(nèi)襯普通陶瓷結(jié)構(gòu)，所以不耐磨蝕。

（2）2020年11月1日更換好短接，改進(jìn)后的泵進(jìn)口短節(jié)為鑄鐵外殼內(nèi)襯碳化硅+氮化硅特種陶瓷燒結(jié)而成，即與泵體、后護(hù)板和葉輪是同種工藝燒結(jié)而成；繼續(xù)試用，使用發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封有滲漏情況， 12月16日停機(jī)，合計(jì)試用46天。

（3）? 2020年12月17日更換機(jī)械密封停機(jī)1天，2021年2月18日更換電機(jī)停機(jī)1天，2021年4月1日因檢修停機(jī)1天，截止至2021年7月23日，合計(jì)試用213天。

綜上所述，從2020年8月20日開(kāi)始試用至2021年7月23日，ZVT50-46陶瓷泵共計(jì)試用累計(jì)290天，過(guò)程中泵的過(guò)流部件無(wú)損壞，滿足生產(chǎn)工藝需求。

截止至2021年9月13日，該泵仍在連續(xù)正常使用中，泵的過(guò)流部件壽命取得了歷史性突破，以往該工位的嘉和合金泵、韶關(guān)通用化工合金泵等泵的過(guò)流部件壽命均難于突破60天。喂料泵工況原先投入運(yùn)行近10年的合金泵，其前后護(hù)板、葉輪、蝸殼四件套的備件費(fèi)用是8.36萬(wàn)元/套，之前每年該工位泵連續(xù)統(tǒng)計(jì)過(guò)三年的備件消耗量，均在120萬(wàn)/年左右，喂料泵一級(jí)和二級(jí)泵自特種陶瓷泵投入運(yùn)行后，該工位的備件消耗量大大降低，維修頻次也大大減少。

5? 結(jié) 語(yǔ)

漢江弘源襄陽(yáng)碳化硅特種陶瓷有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為ZVT50-46陶瓷泵，于2020年8月20日開(kāi)始在浸出車間氧浸工序的喂料一級(jí)南泵工位試用，截止2021年9月13日，共累計(jì)連續(xù)運(yùn)行333天，整體使用效果符合和超出合同約定的各項(xiàng)條款要求，目前仍在繼續(xù)運(yùn)行中。

基于喂料一級(jí)泵泵這種超耐磨蝕的氮化硅+碳化硅特種陶瓷泵的成功試用，設(shè)備工程部聯(lián)合車間又相繼推行了以下備件消耗量大工位泵的改型試用工作：

（1）? 2021年8月5日在氧浸喂料泵的二級(jí)泵投入運(yùn)行一臺(tái)特種陶瓷泵，與一級(jí)泵同結(jié)構(gòu)同參數(shù)，目前正常使用中。

（2） 2021年6月1日在氧浸陽(yáng)極泥泵南泵試用一臺(tái)LVT40-400特種陶瓷泵（Q=40m3/h，H=63m），最初葉輪選用閉式葉輪，由于陽(yáng)極泥槽內(nèi)雜質(zhì)較多，尤其是有電解車間過(guò)來(lái)的電解廢液夾帶了許多絕緣塑料碎塊，容易造成葉輪與泵體間的縫隙卡塞異物，將閉式葉輪流道被堵得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)；之后在確保泵揚(yáng)程的前提下將葉輪改成半開(kāi)式葉輪，葉輪導(dǎo)葉末端進(jìn)行優(yōu)化，并要求車間在陽(yáng)極泥儲(chǔ)槽增加進(jìn)液過(guò)濾槽。陽(yáng)極泥泵的使用效果也突破了原合金泵材質(zhì)的陽(yáng)極泥泵的使用壽命；優(yōu)化后的陽(yáng)極泥南泵自2022年4月20日投入使用至2022年9月1日，從未檢修過(guò)，目前仍然在正常運(yùn)行中。

（3） 2021年11月1日，綜合回收車間二段中間槽壓濾泵投入運(yùn)行一臺(tái)漢江弘源的特種陶瓷泵（LVT40-400，Q=15m3/h，H=50m）；泵運(yùn)行半年后拆開(kāi)泵體檢查磨蝕情況，同樣取得了突破性的使用效果。

特種陶瓷泵在丹霞冶煉廠從試用到推廣到各車間備件消耗大的工位去使用，均取得很好的使用效果；特種陶瓷泵備件的更換及維護(hù)工作量減少，給工廠帶來(lái)了實(shí)際效益。通過(guò)試用達(dá)標(biāo)后再推廣使用，是丹霞冶煉廠在備件異常消耗工位泵的設(shè)備維護(hù)新思路，為工廠創(chuàng)造了實(shí)實(shí)在在的價(jià)值。

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