鋅電積車間陰極處理自動化設備及布局優化

伍學敏

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

傳統的濕法煉鋅過程可分為焙燒、浸出、凈化、電解沉積和熔鑄五個階段。鋅的電解沉積是用電解的方法從硫酸鋅水溶液中提取純金屬鋅的過程，是濕法煉鋅工藝中最為重要的一個工序，所以鋅電積車間的工藝和裝備水平很大程度上代表了濕法煉鋅行業的技術發展水平。從陰極板上剝離金屬鋅是一項非常繁重的體力作業，其工作環境差，勞動強度高。近幾年，鋅電積車間的陰極處理自動化裝備發展很快，自動剝鋅機、洗刷機等設備在外國引進的基礎上進行了很多國產化定制設計與升級。

1 工藝布置

通過總結國內相關信息，將現有的剝鋅洗刷裝備的布置分為以下幾種型式。

1.1 雙線型式

雙線型式配備兩條獨立的剝鋅線和洗刷線，通過行車將電解槽中的陰極板運送至剝鋅線中，通過剝鋅機剝鋅完成后，再通過行車運送至洗刷線上，經洗刷完成后再通過行車返回電解槽。

該型式主要應用在鋅大極板電積車間，因極板尺寸和重量大，需要配備自動行車對極板進行轉運。現該型式國內主要應用在中金嶺南丹霞冶煉廠、西部礦業鋅電積車間等［1］。

該雙線型式的布置簡圖如圖1所示，廠房布置兩列電解槽，將剝鋅線和洗刷線布置于廠房一端，而另一端是陽極處理區域，主要布置陽極清洗和拍平設備。

圖1 雙線型式布置簡圖

1.2 小C型式

小C型式同樣配備剝鋅線和洗刷線，與雙線型式不同的是剝鋅線與洗刷線之間增加了橫向移載裝置，能夠讓剝鋅線上剝完的極板按既定移載方式轉運至洗刷線上，從而“解放”吊車。

該型式主要是應用在鋅小極板電積車間中，由于小極板相較于大極板輕巧，故能通過橫向移載裝置實現極板在剝鋅線與洗刷線之間的交互。

小C型式的布置簡圖如圖2所示。由圖2可知，該設備布置需要廠房配備附跨提供剝鋅區域。工藝流程為：陰極板經行車吊出電解槽后放置在剝鋅線上，通過移載小車，將極板運至附跨處，通過預處理（振打預剝離、機械預剝離等）后到達剝鋅機處，剝鋅完成后經橫向移載裝置運送至洗刷線，再經洗刷處理后由移載小車運回至主跨，由行車吊回電解槽［2，3］。

目前該型式應用在江西銅業鉛鋅金屬有限公司鋅電積車間和云南華聯鋅銦股份有限公司。

圖2 小C型布置簡圖

1.3 大C型式

大C型式目前主要在中小極板車間中應用。此型式是將陰極處理的相關設備均布置在橫向移載中，保留入板工位和出板工位，形狀宛如一個大寫英文字母C。

大C型式的布置簡圖如圖3所示。吊車從電解槽將極板吊運至入板輸送裝置中，輸送至橫向移載后經振打預剝離、機械預剝離、剝鋅機、洗刷機后運至出板輸送裝置，再經吊車吊回電解槽［4］。

圖3 大C型布置簡圖

目前該型式應用比較廣泛，云銅鋅業鋅電積車間、云南馳宏鋅鍺股份有限公司、鑫聯環保科技股份有限公司都有應用。

2 關鍵設備

鋅電積車間陰極處理設備主要關鍵設備有：剝鋅機組、洗刷機組、預剝離設備、碼垛機組等。

2.1 剝鋅機組

剝鋅機在實際應用過程中，主要有兩種工作方式。

其一是板動刀不動形式，也就是采用剝刀固定，極板上下動作的方式，主要應用在雙線型工藝布置中，如圖4所示。極板通過兩邊吊鉤帶動往上運動，剝刀合攏后將附著在陰極板上的鋅片剝離下來。再將極板降下至輸送鏈條上。

圖4 剝鋅機a

其二采用的是刀動板不動形式，即極板固定，剝刀做上下動作的方式，主要應用在小C型和大C型的工藝布置中，如圖5所示。極板固定在步進裝置上，主剝離剝刀通過驅動自上而下剝離附著在陰極板上的鋅片。

圖5 剝鋅機b

2.2 洗刷機組

剝鋅后的陰極板因其表面粘附雜質，會導致重回電解槽電積后鋅片難以剝離，故需要在重回電解槽前將陰極板先進行清洗。實踐證明，清洗干凈后的陰極板讓剝鋅成功率有顯著的提升。洗刷機與剝鋅機類似，同樣有兩種工作方式。

其一是板動滾刷不動的方式，一般采用框架式結構，極板通過兩邊吊鉤帶動往上運動，滾刷合攏噴水洗刷，同時可以根據需求選擇極板下降時是否還需洗刷。

其二是滾刷動板不動的方式。極板固定在橫向移載裝置上，滾刷在驅動裝置的帶動下做上下動作，洗刷極板。這種主要應用在小C型和大C型的工藝布置中。

2.3 預剝離設備

在實際生產過程中，鋅片的附著力隨電解液中F-離子的含量波動而波動。據現場反饋，F-離子含量偏高時，鋅片在陰極板上的附著力增大，從而降低剝鋅的成功率。為解決工藝波動造成的現象，一般會在剝鋅機前設置預剝離裝置，現如今在用的預剝離設備分為兩種。一種是振打預剝離，利用高頻氣錘擊打鋅片表面，使鋅片與陰極板因形變量不同而產生間隙，有助于鋅片剝離；另一種是通過預剝離小刀緊貼陰極板鏟下，在鋅片與陰極板之間形成一條開口，利于主剝刀直接將鋅片鏟下。

2.4 碼垛機組

剝離下來后的鋅片，需要碼垛運輸至熔鑄車間，碼垛機組是其中重要的組成設備。鋅片收集一般采用皮帶、鏈條或輥道輸送，具體考慮車間設備工藝布局。在實際生產過程中，為了提升鋅片碼垛的質量，在碼垛裝置內設置鋅片對齊裝置等。部分機型還會在頂部設計壓緊裝置，增加鋅片垛的穩定性。

3 布局優化

新建的鋅電積車間可以充分利用工藝配置的優勢，從總圖布局、產能、自動化程度、業主偏好、設計理念等各個方面選取最優布局。然而老舊廠房鋅電積車間剝鋅片自動化存在廠房空間結構有限，極板吊運半自動化等問題，需要選擇結構緊湊占地面積小、自動化程度高、人工定額少，能夠適應老舊廠房自動化剝鋅改造的優化布置。

電解槽一般位于二層的高度，如若將剝鋅機與電解槽設置于同一標高，可將剝下來的鋅片通過接片裝置掉落至一層碼垛，充分利用垂直空間，有效縮小設備占地面積。

在大產能鋅電積廠房布置中，一般會布置多臺套的陰極處理設備。此時會考慮到設備之間的通用處理的能力，將入板輸送鏈和出板輸送鏈并排同向布置，能夠讓一臺套陰極處理設備在檢修維護時，另一臺套也能兼顧產能的需求。

4 總 結

陰極處理是鋅電積車間一個非常重要的工序，過去均為人工操作，勞動強度大。通常10 kt／a鋅電積車間需完成剝鋅片、陰極板洗刷等工作，勞動定員一般在100～120人左右，而剝鋅洗刷等自動化設備的出現很大提升了鋅電積車間的設備自動化程度。如何在鋅電積車間布置自動化設備是在設計過程中需要慎重考慮的事項，不僅與工藝參數有關，同時還與業主的操作習慣有關。本文旨在介紹總結鋅電積車間陰極板處理設備的工藝布置形式以及相關關鍵設備，為鋅電積車間設計提供相應的實踐基礎。