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、調節槽的結構形式及其工作原理，以及自動剝鋅系統設備構成及其工作原理，與傳統煉鋅工藝設備比較所帶來的優勢和影響。

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

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

10萬噸鋅生產能力的冶煉系統多采用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。

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，防止系統體積的膨脹，通常一臺壓力釜對于一臺閃蒸槽。

閃蒸槽規格為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生的冷凝水帶來的體積膨脹。

1.3 調節槽

1.3.1 調節槽的結構介紹

調節槽的規格為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場拼接，在滿足工藝要求的前提下，為降低造價，方便現場安裝施工，國內設計多將調節槽改為“碳鋼+襯玻璃鋼+襯耐酸耐溫磚”。調節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

經閃蒸后的礦漿進入調節槽，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后通過泵泵入后續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，由于經常進行維修影響生產效率，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。

2.2 自動剝鋅系統

2.2.1 自動剝鋅系統設備介紹

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。其性能參數如表1。

2.2.2 自動剝鋅系統工作原理

整個系統通過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，排放尾氣往往對環境造成很大的污染；二是攪拌反應槽不易實現自動化，操作環境差。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帶來的影響。同時，高壓釜可以實現封閉自動化操作，自動化程度較高，現場操作環境整潔干凈。

傳統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，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設備的應用則可有效的解決這一系列問題，其優勢主要體現在：（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，為實現鋅冶煉行業的清潔生產做出貢獻。可以預見，在當今社會人工成本越來越高，環保要求越來越嚴，企業越來越追求節能降耗，降低生產成本，增加經濟效益的前景下，鋅冶煉行業的裝備化水平、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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