新技术装备集成对锌冶炼的影响

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摘 要：介绍了高压釜、闪蒸槽、调节槽的结构形式及其工作原理，以及自动剥锌系统设备构成及其工作原理，与传统炼锌工艺设备比较所带来的优势和影响。

关键词：锌冶炼 锌氧压浸出 高压釜 闪蒸槽 大极板 自动剥锌

中图分类号：X756 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0004-02

目前，国内大多采用传统的焙烧制酸-浸出净化-电积熔铸工艺生产电锌，其装备水平不易实现自动化，多靠人工进行现场操作，尤其是焙烧制酸车间、锌电解车间操作环境差，劳动强度高，对人体的危害大，企业的人工成本较高。由于制酸尾气的排放对大气造成严重的污染，企业的环保压力大，间接制约了企业的发展。氧压浸出及自动剥锌技术的发展及其配套装备的应用可有效解决这些问题，为锌冶炼行业带来了更好的发展前景。

1 氧压浸出设备集成

1.1 高压釜

1.1.1 高压釜的结构介绍

10万吨锌生产能力的冶炼系统多采用φ4200×28800的压力釜3台，有效容积为266 m3，2用1备。高压釜主要由壳体，耐酸砖内衬，耐酸砖隔墙、立式搅拌装置以及管口法兰组件组成。

高压釜内部由耐酸隔墙分割为7个隔室，每个隔室都安装有搅拌器，高压釜顶部的一端有2个加料口；另一端有2个排料口及排气口，高压釜的侧面开有7个工艺管口组件用于废液、骤冷液、添加剂的加入，底部开有7个氧气加入管口。

由于高压釜在高温（约150℃），强酸性环境下工作，介质为高浓度矿浆且溶液中含有大量的Cl-，和F-，且存在气相腐蚀，因此，对高压釜的耐高温、耐腐蚀、耐磨蚀要求高，这就对高压釜的搪铅工艺、衬砖工艺提出了较高要求，以保证高压釜的使用寿命，延长检修时间，一般做法为：在34厚的碳钢壳体上搪6 mm厚铅层，再在搪铅层上衬2层耐酸砖，砖与搪铅层之间，砖与砖之间做隔膜层。

高压釜的每个隔室有一套搅拌装置对釜内介质进行搅拌，使锌精矿颗粒、稀硫酸和氧气充分混合、反应。每套搅拌装置设置两层桨叶，考虑釜内介质的高温、强酸性腐蚀剂气相腐蚀，搅拌器釜内部分均采用钛合金材料。为保证搅拌口的密封性以及密封装置的使用寿命，设置有全自动控制集中供给的密封水和冷却水系统。

1.1.2 高压釜的工作原理

一定浓度和细度的硫化锌矿浆以及废电解液泵入压力釜，维持釜内一定温度及氧分压，并加入添加剂及维持温度的蒸汽及冷凝液，经过一段时间后硫化锌矿浆中的硫被氧化成单质硫，进入固相，锌则以硫酸锌进入溶液。

1.2 闪蒸槽

1.2.1 闪蒸槽的结构介绍

高压釜排出的矿浆通过闪蒸槽进行降温降压，同时将高压釜加热时带入的冷凝水排出，防止系统体积的膨胀，通常一台压力釜对于一台闪蒸槽。

闪蒸槽规格为φ3300×4800，有效容积18 m3，立式安装，闪蒸槽的侧面配有两个闪蒸罐，主要起缓冲作用，压力釜排出的矿浆通过闪蒸罐排入闪蒸槽内。

国外锌冶炼厂闪蒸槽一般采用904L材料制作，但904L耐Cl-酸腐蚀性能相对较弱，运行寿命较短，因此，国内已采用钢衬砖替代，设计多采用“碳钢+搪铅+防腐内衬”的结构形式，取得了良好的效果，其做法与高压釜相似。

1.2.2 闪蒸槽的工作原理

经由压力釜浸出的矿浆被压入闪蒸槽，在搅拌作用下进行降温降压，但要控制好闪蒸的温度及压力，防止熔融硫单质结块，在这个过程中，大量的闪蒸蒸汽将通过洗涤塔排出，将带走大量的水分，以消除压力釜中蒸汽加热产生的冷凝水带来的体积膨胀。

1.3 调节槽

1.3.1 调节槽的结构介绍

调节槽的规格为φ12500×5400，有效容积231 m3，立式安装，国外多采用904L材料制作，但其设备造价太高，焊接工艺要求较高不适合现场拼接，在满足工艺要求的前提下，为降低造价，方便现场安装施工，国内设计多将调节槽改为“碳钢+衬玻璃钢+衬耐酸耐温砖”。调节槽内部砌筑有折液挡墙，配有三层桨叶的搅拌器。

1.3.2 闪蒸槽的工作原理

经闪蒸后的矿浆进入调节槽，在搅拌器的作用下将矿浆的压力降为常压，温度降至91℃，使熔融的单质硫冷凝成固态后通过泵泵入后续的浓密机进行固液分离。

2 锌电解设备集成

2.1 大极板、大电解槽

2.1.1 大极板及大电解槽介绍

国内电锌生产大多主要采用1.13～ 1.6 m2的小极板，目前3.2 m2大极板在国内已有应用。

阴极板由铝板、导电横梁、绝缘条及吊耳组成。型号规格为1760×1000×7，铝板一般采用A00铝（Al≥99.5%）。铜铝导电横梁采用爆炸焊接工艺制作，导电横梁与铝板采用高密度焊接工艺焊接。在极板上部电解槽液面线附近设置了剥锌口，为了防止电解槽液面波动使剥锌端面出现坡口而不利于剥锌操作，在剥锌口位置设计了绝缘带。

阳极板为压延铅银合金阳极，主要由铅银合金板、导电横梁、绝缘条及吊耳组成，型号规格为1760×1000×7，银的含量一般为0.7%～1%。

与大极板工艺相配套的电解槽是特大型电解槽，槽内尺寸为11050×1330×2260 mm，有效容积为30 m3，国内传统的小极板电解槽的尺寸一般为3600×820×1480 mm。

目前国内大电解槽制作形式主要有两种。

一种是混凝土内衬软PVC，每个电解槽由两块倒置的“T”型混凝土构件组合在一起，这样既有利于混凝土构件在制作工程中容易脱模，又有利于通过槽中缝隙进行漏液检查。为了便于槽内清理，电解槽的底部浇铸成“V”型。为了防止漏液对混凝土电解槽造成腐蚀，在混凝土电解槽表面敷上玻璃钢进行防腐，一般厚度为3 mm。这种电解槽耐腐蚀能力较差，维护成本较高，由于经常进行维修影响生产效率，使用寿命也较短。

另外一种是整体浇铸树脂混凝土电解槽，该类电解槽由乙烯基树脂和高纯度石英砂整体浇铸成型，有更好的耐腐性能，使用寿命更长，环保效益及电流利用效率更好，由于其制造精度高，能更好的适应于定位精度要求较高的自动剥锌系统。

2.2 自动剥锌系统

2.2.1 自动剥锌系统设备介绍

我公司采用卢生堡保尔沃特公司的自动剥锌系统设备，主要由剥锌机2套、阴极洗刷机1套、多功能天车2套、锌片接收码垛及运转机组1套、阳极拍平机1套组成。其性能参数如表1。

2.2.2 自动剥锌系统工作原理

整个系统通过PLC来进行自动控制，一台多功天吊车对应一列电解槽，如一列电解槽处于剥锌阶段，则该列电解槽对应的多功能吊车（1#）负责将阴极在电解槽与剥锌机之间的吊运。另一多功能吊车（2#）只负责将剥离后的阴极板运送到刷洗机上，刷洗后的阴极板由1#吊车重新吊入电解槽。

多功能吊车每次起吊电解槽一半的阴极板（57片），放于运输小车上，运送小车通过链条将阴极板送入剥锌机，在剥锌机内通过凿子及剥刀的运动将锌片剥离，剥离后的阴极锌片通过接收码垛机组进行码垛，后被送入熔铸车间完成一个剥锌过程。

3 装备化集成带来的影响

传统的湿法锌冶炼将锌精矿先进行焙烧，然后通过搅拌反应槽进行浸出，一是焙烧烟气需要进行制酸后排放，排放尾气往往对环境造成很大的污染；二是搅拌反应槽不易实现自动化，操作环境差。而高压釜系列装备的应用取消了焙烧制酸，精矿中的硫以硫磺的形式回收，没有二氧化硫的产生，彻底消除了制酸尾气对大气的污染。另外还可解决因硫酸滞销给正常生产带来的影响。同时，高压釜可以实现封闭自动化操作，自动化程度较高，现场操作环境整洁干净。

传统锌电解车间采用小电解槽小极板人工剥锌的方式进行生产，由于电解车间操作条件恶劣，人工剥锌劳动强度大，人工成本较高，且小电解槽在同等生产能力下占地面积大，投资高，检修率高，电流效率相对较低。而大极板、大电解槽以及自动剥锌系统设备的应用则可有效的解决这一系列问题，其优势主要体现在：（1）电解车间占地面积更小、电解槽的使用寿命更长，可有效的节约投资；（2）自动化程度高，整个极板的出装槽，阴极锌片的剥离，阴阳极板的清洗拍平都可以实现全自动顺序操作，可有效降低劳动强度，提高工作效率，降低人工成本。

4 结语

综上所述，高压釜及自动剥锌装备的应用，可明显提升湿法炼锌技术装备水平，为实现锌冶炼行业的清洁生产做出贡献。可以预见，在当今社会人工成本越来越高，环保要求越来越严，企业越来越追求节能降耗，降低生产成本，增加经济效益的前景下，锌冶炼行业的装备化水平、自动化程度将不断提高，高压釜及其配套设备以及自动剥锌设备在国内将有很好的应用前景。

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