錳冶煉廠化驗室設計

王邕舟

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著我國重工業的不斷發展，不論是傳統鋼鐵、有色工業，還是新興的電子、電池工業，都對錳和其相關產品有越來越大的需求。我國錳冶煉廠，也都朝著規模巨大化，產品多元化和節能化發展。作為錳冶煉廠核心系統的試化驗室，承擔著原料質檢，中間控制分析，合格產品質量檢測以及工藝優化試驗探索的重任，有不少錳冶煉廠甚至將化驗室與中控樓辦公室各并在同一棟樓，可見其重視程度。因此，化驗室應設計合理、嚴謹、有效。

1 化驗室的工藝布置

（1）化驗室布局。試化驗室從功能上，分為車間化驗室和中心化驗室。中心化驗室的選址，應該遠離噪聲、震源，但也不宜離生產主流程過遠[1]。此外，還需考慮風向問題，特別是設計在和中控樓同樓的化驗室，應考慮各方面因素，做到既不受外界干擾，也不污染外界。

試化驗室的內部布局，也應該合理而高效[2]。一般來說，錳冶煉廠的化驗樓設置2-3層，分為樣品準備間，化驗分析間和輔助間三個部分。樣品準備間一般設置在一樓，既便于送樣，又不污染其他單位。化驗分析間和各種輔助間視情況分布于各樓層。凈化除塵區域建議設置在樓頂。以貴州某大型錳冶煉廠為例，化驗樓與辦公樓對稱布置，中間以連廊連接，聯系緊密，又有分區。一樓設置有男女更衣室、消防控制室、維修間、試劑室和玻璃儀器室、制樣室兩間，乙炔室和氧氣室各一間。乙炔室和氧氣室均做防爆處理，分別布置于原子吸收室和高溫室正下方，如此氣體管道路線最短。如圖一所示，化驗中心二樓配置有化學分析室、分析儀器室、精密天平室、高溫室、樣品儲藏室等。值得一提的是，精密天平室必須遠離電梯，上下四周房間不得有振動儀器且保持恒溫。此外，需視情況預留一定數量的實驗室，且其水電通風配套齊全，以備探索性試驗或其他用途之需。如圖1。

圖1 貴州省某冶煉廠化驗中心二樓

（2）化驗室檢測儀器。化驗室的儀器配置根據工藝要求、檢測頻率、質量標準等條件進行選擇。原、輔料，產品不同也會導致配置儀器的差別。例如，電解金屬錳的原料可為菱錳礦或者二氧化錳礦，其中碳、硫等雜質含量就有很大區別，又如，產品如果是電池用電解二氧化錳，就必須配置電池測試系統、壓實密度儀和振實密度儀等專用儀器。

錳行業普遍采用濕法浸出-凈化-電解或蒸發生產產品，對工藝要求控制非常嚴格，但是不必每項樣品都送至中心化驗室檢測。例如電解二氧化錳浸出液的酸度可以在車間化驗間用pH試紙、pH計或者滴定現場得出結果；凈化液中的K、Fe元素可以通過現場電位測定法和鐵氰化鉀溶液比色法快捷檢測；產品的粒度、水分也可以用手持激光粒度儀和物理方法得出結果。

中心化驗室所需配置的儀器，則是現場無法準確測試出，或者對檢測環境有要求的大型儀器。此類儀器分為試樣制備用：如破碎縮分聯合制樣機、三頭研磨機、臺式鉆床等；分析化驗用：如原子吸收分光光度計、電感耦合等離子體光譜儀(ICP)、原子熒光儀、極譜儀、電位計等；輔助設備及凈化設備：如電子分析天平、馬弗爐、通風柜、噴淋酸霧凈化塔、除塵塔等。

有條件的中心化驗室可配置掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射儀（XRD）等高端設備，使得原料和產品微觀、定量、深度分析能夠在本廠內快捷的進行。

（3）化驗室的水、電、暖通設計。化驗室的給排水分為兩部分，一為生活辦公用水，二為化驗用水。生活用水從全廠生活水管網接入，而化驗用軟化水，則從鍋爐房接入各分析室終端用水點，或者考慮在純水間設置一個點統一使用。此外，化驗室還應配置一臺超純水機，得到導電率能達到1us/cm的超純水以供標準液制備或特殊儀器所需。化驗室所排污水可能具有酸堿性并含超標鉛、鋅、銅、錳等金屬離子，需收集后送污水處理系統。

化驗室可以考慮單獨的供配電系統以保證精密進口設備的穩定工作。各分析光譜室、ICP室、辦公室需要接入電話及網絡，值班室、數據處理室、天平室、樣品室需要接入電話。化驗室的儀器大多用220V電壓且功率不大，而且一般無設備基礎，放置靈活，需要供配電專業整體考慮電力供給和插座與網絡接口。

完善的通風系統在化驗室的使用中十分關鍵[3]。樣品制備系統有金屬粉塵及高溫氣體產生，需考慮通風罩及凈化設施進行集中處理；火法試金室、高溫室有高溫酸氣產生，需考慮通風罩及凈化設施進行集中處理；化學分析室、標準液配置室有稀酸氣體產生，需考慮通過通風柜集中至樓頂凈化塔處理。通風柜風量為600-1900m3/h ，每個通風罩風量為400-1200m3/h。各房間視要求增設壁式軸流風機進行通風。值得一提的是，潮濕地區的化驗室有必要考慮除濕設施，以免影響設備運轉，縮短儀器壽命。

2 存在的問題及建議

（1）化驗室工作有不少強酸強堿和高溫操作環境，必須配置噴淋洗眼器和緊急醫療處理設施并加強對化驗人員的安全培訓，做到提前預防，有效處理。

（2）隨著化驗技術的不斷進展，先進的自動采樣系統和在線檢測儀器針被越來越多的企業運用。一來可以節省人力，把操作危險降到最低，二來杜絕了人工操作誤差，得到的數據更為客觀和準確。

以國內某廠生產的液體自動取樣器為例：一次采樣器通過蠕動泵從取樣點采集水樣，預處理裝置通過壓濾方式去除水體的固體雜質，使得待測水樣澄清，便于輸送；然后一次采樣器發送啟動信號給二次采樣器，通過蠕動泵采集預處理后的水樣到二次采樣器樣液杯中，存儲的水樣可以供一臺或多臺儀器進行分析。輸出電路通過光電隔離將運行狀態等信號轉換成模擬信號、數字信號或開關信號傳送給外接的設備以便對被測參數進行遠程監控。