淺談新技術(shù)裝備集成對(duì)鋅冶煉的影響

陸 清

西部礦業(yè)鋅業(yè)分公司，青海西寧 810000

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)得到了迅速發(fā)展。鋅這類金屬元素在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要地位，鋅冶煉技術(shù)也受到越來(lái)越多人的關(guān)注。近年來(lái)，隨著科技水平的不斷上升，鋅冶煉技術(shù)得到了迅速發(fā)展，逐漸接近國(guó)際先進(jìn)水平。新技術(shù)裝備集成大大提高了鋅冶煉技術(shù)的自動(dòng)化水平，促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。相較于傳統(tǒng)鋅冶煉設(shè)備，自動(dòng)剝鋅系統(tǒng)設(shè)備能夠有效提升冶煉質(zhì)量和效率。文章對(duì)高壓釜、閃蒸槽、調(diào)節(jié)槽的結(jié)構(gòu)形式和工作原理進(jìn)行了具體介紹，同時(shí)分析了自動(dòng)剝鋅系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成及其工作原理。

1 新技術(shù)裝備集成在鋅冶煉中的具體應(yīng)用

1.1 氧壓浸出設(shè)備集成

1.1.1 高壓釜

高壓釜主要結(jié)構(gòu)為：如果冶煉系統(tǒng)具備10萬(wàn)t鋅生產(chǎn)能力，需要用到三臺(tái)高壓釜，其規(guī)格為φ4200×28800，其有效容積是266m3。其中兩臺(tái)使用，一臺(tái)備用。外殼殼體、耐酸磚內(nèi)襯、耐酸磚隔墻、立式攪拌裝置和管口法蘭組件共同構(gòu)成一臺(tái)高壓釜。耐酸隔墻將高壓釜分成七個(gè)隔室，所有隔室都有攪拌器安裝其中。加料口設(shè)置在高壓釜頂端一端，排料口和排氣口則設(shè)置在高壓釜頂端的另一端，其數(shù)量都是兩個(gè)。用于添加廢液、驟冷液、添加劑的管口組件設(shè)置在高壓釜側(cè)面，氧氣加入管口則設(shè)置在高壓釜底部，數(shù)量都是企業(yè)。

高壓釜的工作環(huán)境是強(qiáng)酸、高溫，介質(zhì)是含有大量氯離子和負(fù)離子的高濃度礦漿。因此，對(duì)于高壓釜來(lái)說(shuō)，耐高溫、耐腐蝕以及耐磨損性能是首要考慮因素，其施工工藝要求也比較高，包括搪鉛工藝、襯磚工藝等。為了實(shí)現(xiàn)高壓釜使用壽命和檢修時(shí)間的延長(zhǎng)，通常需要對(duì)其進(jìn)行以下處理：將厚度為6mm的鉛層搪在34厚的碳鋼殼體，然后將兩層耐酸磚襯在搪鉛層上，同時(shí)需要將隔膜層加在磚與搪、磚與磚之間。在高壓釜七個(gè)隔室中都要進(jìn)行攪拌設(shè)置的安裝，其主要目的是攪拌高壓釜內(nèi)部介質(zhì)，確保鋅精礦顆粒、稀硫酸和氧氣混合均勻、反應(yīng)充分。此外，還要將兩層槳葉設(shè)置在攪拌裝置上。由于高壓釜內(nèi)部介質(zhì)溫度高并且腐蝕性較大，釜內(nèi)的攪拌器材質(zhì)應(yīng)當(dāng)選用鈦合金材料。除此之外，高壓釜中還要進(jìn)行全自動(dòng)控制集中供給的密封水和冷卻水系統(tǒng)設(shè)置，確保攪拌口密封性，實(shí)現(xiàn)密封裝置壽命的延長(zhǎng)。

高壓釜的工作原理為：利用壓力泵將硫化鋅礦漿和廢電解液加入到高壓釜內(nèi)，對(duì)釜內(nèi)溫度、氧分壓等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時(shí)還要將冷凝液、蒸汽以及添加劑加入到高壓釜中，從而維持釜內(nèi)溫度。在一段時(shí)間后，硫化鋅礦漿中的硫通過(guò)氧化作用形成單質(zhì)硫，狀態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)，鋅則以硫酸鋅的形式存在[2]。

1.1.2 閃蒸槽

閃蒸槽的主要結(jié)構(gòu)為：礦漿從高壓釜中流出，在閃蒸槽的處理下，其溫度和壓力降低至標(biāo)準(zhǔn)值，閃蒸槽還可以排出壓釜加熱時(shí)產(chǎn)生的冷凝水，以免出現(xiàn)體積膨脹現(xiàn)象，高壓釜和閃蒸槽數(shù)量一般是一一對(duì)應(yīng)的。閃蒸槽采取立式安裝的方式，其規(guī)格是φ3300×4800，有效容積是18m3，閃蒸罐需要設(shè)置在閃蒸槽兩側(cè)，當(dāng)高壓釜礦漿排出時(shí)，首先經(jīng)過(guò)閃蒸罐，然后流入閃蒸槽內(nèi)，起到緩沖功能。國(guó)外鋅冶煉通常使用904L材料作為閃蒸槽的制作材料，但是這類材料對(duì)氯離子耐腐蝕性不高，影響設(shè)備使用壽命。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)將904L材料取代為鋼襯磚，結(jié)構(gòu)形式分為三層，即碳鋼加搪鉛加防腐內(nèi)襯，其應(yīng)用效果較好，制作方法類似高壓釜。

閃蒸槽的工作原理為：高壓釜中流出的礦漿進(jìn)入到閃蒸槽中，通過(guò)攪拌操作，實(shí)現(xiàn)礦漿壓力和溫度的降低。在攪拌過(guò)程中需要對(duì)閃蒸槽內(nèi)溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，以免出現(xiàn)熔融硫單質(zhì)結(jié)塊現(xiàn)象。在閃蒸階段，蒸汽加熱過(guò)程中出現(xiàn)的冷凝水會(huì)導(dǎo)致體積膨脹，洗滌塔會(huì)將大量閃蒸蒸汽排放出來(lái)，許多水分流出，從而消除膨脹現(xiàn)象[3]。

1.1.3 調(diào)節(jié)槽

調(diào)節(jié)槽的主要結(jié)構(gòu)為：鋅冶煉廠選用規(guī)格為φ 12500×5400，有效容積231m3的調(diào)節(jié)槽，其安裝方式與閃蒸槽相同。在設(shè)備材料的選用上，國(guó)外普遍使用904L材料，但是造價(jià)高昂，其焊接工藝也無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)拼接的要求。為了解決這些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)在選擇調(diào)節(jié)槽材料時(shí)，通常使用碳鋼加襯玻璃鋼加襯耐酸耐溫磚來(lái)代替904L材料，將折液擋墻砌筑在調(diào)節(jié)槽內(nèi)部，同時(shí)還有三層槳葉攪拌器的配備。

調(diào)節(jié)槽的工作原理為：礦漿在經(jīng)過(guò)閃蒸槽處理后，流入到調(diào)節(jié)槽中，通過(guò)攪拌器的作用實(shí)現(xiàn)礦漿壓力和溫度的進(jìn)一步降低，使其恢復(fù)到常壓，溫度降低為91℃。單質(zhì)硫此時(shí)經(jīng)過(guò)冷凝變成固態(tài)，然后使用濃密機(jī)將固態(tài)的單質(zhì)硫分離出來(lái)。

1.2 鋅電解設(shè)備集成

1.2.1 大極板和大電解槽介紹

在生產(chǎn)電鋅時(shí)，1.13～1.6m2的小極板的應(yīng)用較為普遍，但是現(xiàn)在3.2m2大極板也得到了應(yīng)用。大極板分為陰極板和陽(yáng)極板，鋁板、導(dǎo)電橫梁、絕緣條和吊耳是陰極板的構(gòu)成組件，鋁板通常使用鋁含量超出99.5%的A00呂。在爆炸焊接工藝制作銅鋁導(dǎo)電橫梁時(shí)較為常用，高密度焊接工藝主要應(yīng)用于焊接導(dǎo)電橫梁和鋁板。將剝鋅口設(shè)置在極板上部電解槽液面線部位，同時(shí)還要將絕緣帶設(shè)置在剝鋅口附近，以免電解槽液面波動(dòng)對(duì)剝鋅操作造成干擾。鉛銀合金板、導(dǎo)電橫梁、絕緣條和吊耳是陽(yáng)極板的構(gòu)成組件，通常選用銀含量為0.7%～1%的鉛銀合金板。特大型電解槽需要和大極板進(jìn)行配套設(shè)置，電解槽槽內(nèi)尺寸規(guī)格為11050mm×1330mm×2260mm，有效容積為30m3。

1.2.2 大電解槽的制作形式

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)大電解槽主要有兩種制作形式：第一，混凝土內(nèi)襯軟PVC電解槽。兩塊倒T型混凝土構(gòu)件共同組成電解槽，這種制作形式不僅方便混凝土制作的脫模，而且方便檢查電解槽縫隙，以免出現(xiàn)漏液情況。電解槽底部需要進(jìn)行V型澆筑，便于清理槽內(nèi)雜物。同時(shí)，還要將厚度為3mm的玻璃鋼敷設(shè)在混凝土電解槽表面，降低電解質(zhì)溶液對(duì)電解槽的腐蝕。這類電解槽耐腐蝕性不高，后期使用需要投入較大成本來(lái)維護(hù)，不僅對(duì)生產(chǎn)效率造成影響，而且設(shè)備壽命短；第二，整體澆鑄樹(shù)脂混凝土電解槽。以乙烯基樹(shù)脂和高純度石英砂作為原材料，采取整體澆筑的方式進(jìn)行電解槽制作，相較于前一種形式，這種電解槽具有耐腐蝕性更高、使用壽命長(zhǎng)、精度高、環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)對(duì)其推廣使用。

1.3 自動(dòng)剝鋅系統(tǒng)

1.3.1 自動(dòng)剝鋅系統(tǒng)設(shè)備介紹

目前自動(dòng)剝鋅系統(tǒng)設(shè)備的主要組成為：兩套剝鋅機(jī)、一套陰極洗刷機(jī)、兩套多功能吊車、 一套鋅片接收碼垛和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)組以及一套陽(yáng)極拍平機(jī)。

1.3.2 自動(dòng)剝鋅系統(tǒng)工作原理

利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)剝鋅系統(tǒng)的控制，一列電解槽與一臺(tái)多功能吊車配套，當(dāng)電解槽處于剝鋅階段時(shí)，其配套的多功能吊車負(fù)責(zé)吊運(yùn)電解槽和剝鋅機(jī)之間的陰極。在多功能吊車運(yùn)行過(guò)程中，電解槽一半的陰極板被起吊并放置在運(yùn)輸車上，由運(yùn)輸車將其向剝鋅機(jī)運(yùn)送，剝鋅機(jī)負(fù)責(zé)剝離芯片，接收碼垛機(jī)組負(fù)責(zé)碼垛剝離后的陰極芯片，然后將其運(yùn)送到熔鑄車間。

2 新技術(shù)裝備集成對(duì)鋅冶煉的影響

傳統(tǒng)的濕法鋅冶煉工藝流程為：焙燒鋅精礦，然后利用攪拌反應(yīng)槽對(duì)其進(jìn)行浸出處理。這種工藝缺點(diǎn)較多，包括焙燒過(guò)程中的尾氣排放會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境、攪拌反應(yīng)槽自動(dòng)化程度低等。應(yīng)用高壓釜集成設(shè)備能夠有效解決這些問(wèn)題，不僅消除了尾氣排放污染，而且實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化操作，操作環(huán)境也得到很大改善。除此之外，新技術(shù)裝備集成轉(zhuǎn)變了過(guò)去小電解槽小極板人工剝鋅的生產(chǎn)方式，大大減少了企業(yè)人力成本的投入。此外，大極板自動(dòng)剝鋅系統(tǒng)還具備以下優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：大大縮小了電解槽占地面積，延長(zhǎng)了電解槽使用壽命，有效節(jié)約鋅冶煉廠的生產(chǎn)成本；實(shí)現(xiàn)了鋅冶煉自動(dòng)化水平的有效提升，能夠?qū)崿F(xiàn)極板的出裝槽、陰極鋅片的剝離、陰陽(yáng)極板的清洗拍平等一系列自動(dòng)化操作，有效降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)效率的大大提升，有利于增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，我國(guó)工業(yè)化水平越來(lái)越高。在許多工業(yè)生產(chǎn)中，鋅是必不可少的原材料。因此，為了實(shí)現(xiàn)鋅冶煉生產(chǎn)效率的提升，國(guó)家和相關(guān)企業(yè)在不斷探索和研究鋅冶煉的新技術(shù)、新工藝、新方法，國(guó)內(nèi)鋅冶煉技術(shù)已經(jīng)逐漸達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。新技術(shù)集成裝備對(duì)鋅冶煉有著深遠(yuǎn)的影響，不僅實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的大大提升，而且有效解決了鋅冶煉人力成本過(guò)高、環(huán)境污染嚴(yán)重等一系列問(wèn)題，是鋅冶煉生產(chǎn)模式的重要變革。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋅冶煉行業(yè)的自動(dòng)化水平將會(huì)越來(lái)越高。因此，新技術(shù)裝備集成在國(guó)內(nèi)有著廣闊的應(yīng)用前景。