淺談新技術裝備集成對鋅冶煉的影響

陸 清

西部礦業鋅業分公司，青海西寧 810000

隨著社會經濟的發展，現代工業得到了迅速發展。鋅這類金屬元素在工業生產中有著重要地位，鋅冶煉技術也受到越來越多人的關注。近年來，隨著科技水平的不斷上升，鋅冶煉技術得到了迅速發展，逐漸接近國際先進水平。新技術裝備集成大大提高了鋅冶煉技術的自動化水平，促進了我國工業的發展。相較于傳統鋅冶煉設備，自動剝鋅系統設備能夠有效提升冶煉質量和效率。文章對高壓釜、閃蒸槽、調節槽的結構形式和工作原理進行了具體介紹，同時分析了自動剝鋅系統設備構成及其工作原理。

1 新技術裝備集成在鋅冶煉中的具體應用

1.1 氧壓浸出設備集成

1.1.1 高壓釜

高壓釜主要結構為：如果冶煉系統具備10萬t鋅生產能力，需要用到三臺高壓釜，其規格為φ4200×28800，其有效容積是266m3。其中兩臺使用，一臺備用。外殼殼體、耐酸磚內襯、耐酸磚隔墻、立式攪拌裝置和管口法蘭組件共同構成一臺高壓釜。耐酸隔墻將高壓釜分成七個隔室，所有隔室都有攪拌器安裝其中。加料口設置在高壓釜頂端一端，排料口和排氣口則設置在高壓釜頂端的另一端，其數量都是兩個。用于添加廢液、驟冷液、添加劑的管口組件設置在高壓釜側面，氧氣加入管口則設置在高壓釜底部，數量都是企業。

高壓釜的工作環境是強酸、高溫，介質是含有大量氯離子和負離子的高濃度礦漿。因此，對于高壓釜來說，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。為了實現高壓釜使用壽命和檢修時間的延長，通常需要對其進行以下處理：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，同時需要將隔膜層加在磚與搪、磚與磚之間。在高壓釜七個隔室中都要進行攪拌設置的安裝，其主要目的是攪拌高壓釜內部介質，確保鋅精礦顆粒、稀硫酸和氧氣混合均勻、反應充分。此外，還要將兩層槳葉設置在攪拌裝置上。由于高壓釜內部介質溫度高并且腐蝕性較大，釜內的攪拌器材質應當選用鈦合金材料。除此之外，高壓釜中還要進行全自動控制集中供給的密封水和冷卻水系統設置，確保攪拌口密封性，實現密封裝置壽命的延長。

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，對釜內溫度、氧分壓等參數進行嚴格控制，同時還要將冷凝液、蒸汽以及添加劑加入到高壓釜中，從而維持釜內溫度。在一段時間后，硫化鋅礦漿中的硫通過氧化作用形成單質硫，狀態轉為固態，鋅則以硫酸鋅的形式存在[2]。

1.1.2 閃蒸槽

閃蒸槽的主要結構為：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準值，閃蒸槽還可以排出壓釜加熱時產生的冷凝水，以免出現體積膨脹現象，高壓釜和閃蒸槽數量一般是一一對應的。閃蒸槽采取立式安裝的方式，其規格是φ3300×4800，有效容積是18m3，閃蒸罐需要設置在閃蒸槽兩側，當高壓釜礦漿排出時，首先經過閃蒸罐，然后流入閃蒸槽內，起到緩沖功能。國外鋅冶煉通常使用904L材料作為閃蒸槽的制作材料，但是這類材料對氯離子耐腐蝕性不高，影響設備使用壽命。現階段，國內將904L材料取代為鋼襯磚，結構形式分為三層，即碳鋼加搪鉛加防腐內襯，其應用效果較好，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入到閃蒸槽中，通過攪拌操作，實現礦漿壓力和溫度的降低。在攪拌過程中需要對閃蒸槽內溫度、壓力等參數進行嚴格控制，以免出現熔融硫單質結塊現象。在閃蒸階段，蒸汽加熱過程中出現的冷凝水會導致體積膨脹，洗滌塔會將大量閃蒸蒸汽排放出來，許多水分流出，從而消除膨脹現象[3]。

1.1.3 調節槽

調節槽的主要結構為：鋅冶煉廠選用規格為φ 12500×5400，有效容積231m3的調節槽，其安裝方式與閃蒸槽相同。在設備材料的選用上，國外普遍使用904L材料，但是造價高昂，其焊接工藝也無法滿足現場拼接的要求。為了解決這些問題，國內在選擇調節槽材料時，通常使用碳鋼加襯玻璃鋼加襯耐酸耐溫磚來代替904L材料，將折液擋墻砌筑在調節槽內部，同時還有三層槳葉攪拌器的配備。

調節槽的工作原理為：礦漿在經過閃蒸槽處理后，流入到調節槽中，通過攪拌器的作用實現礦漿壓力和溫度的進一步降低，使其恢復到常壓，溫度降低為91℃。單質硫此時經過冷凝變成固態，然后使用濃密機將固態的單質硫分離出來。

1.2 鋅電解設備集成

1.2.1 大極板和大電解槽介紹

在生產電鋅時，1.13～1.6m2的小極板的應用較為普遍，但是現在3.2m2大極板也得到了應用。大極板分為陰極板和陽極板，鋁板、導電橫梁、絕緣條和吊耳是陰極板的構成組件，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電橫梁時較為常用，高密度焊接工藝主要應用于焊接導電橫梁和鋁板。將剝鋅口設置在極板上部電解槽液面線部位，同時還要將絕緣帶設置在剝鋅口附近，以免電解槽液面波動對剝鋅操作造成干擾。鉛銀合金板、導電橫梁、絕緣條和吊耳是陽極板的構成組件，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行配套設置，電解槽槽內尺寸規格為11050mm×1330mm×2260mm，有效容積為30m3。

1.2.2 大電解槽的制作形式

現階段，國內大電解槽主要有兩種制作形式：第一，混凝土內襯軟PVC電解槽。兩塊倒T型混凝土構件共同組成電解槽，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，以免出現漏液情況。電解槽底部需要進行V型澆筑，便于清理槽內雜物。同時，還要將厚度為3mm的玻璃鋼敷設在混凝土電解槽表面，降低電解質溶液對電解槽的腐蝕。這類電解槽耐腐蝕性不高，后期使用需要投入較大成本來維護，不僅對生產效率造成影響，而且設備壽命短；第二，整體澆鑄樹脂混凝土電解槽。以乙烯基樹脂和高純度石英砂作為原材料，采取整體澆筑的方式進行電解槽制作，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、精度高、環保性能好等優點，應對其推廣使用。

1.3 自動剝鋅系統

1.3.1 自動剝鋅系統設備介紹

目前自動剝鋅系統設備的主要組成為：兩套剝鋅機、一套陰極洗刷機、兩套多功能吊車、 一套鋅片接收碼垛和運轉機組以及一套陽極拍平機。

1.3.2 自動剝鋅系統工作原理

利用PLC實現對自動剝鋅系統的控制，一列電解槽與一臺多功能吊車配套，當電解槽處于剝鋅階段時，其配套的多功能吊車負責吊運電解槽和剝鋅機之間的陰極。在多功能吊車運行過程中，電解槽一半的陰極板被起吊并放置在運輸車上，由運輸車將其向剝鋅機運送，剝鋅機負責剝離芯片，接收碼垛機組負責碼垛剝離后的陰極芯片，然后將其運送到熔鑄車間。

2 新技術裝備集成對鋅冶煉的影響

傳統的濕法鋅冶煉工藝流程為：焙燒鋅精礦，然后利用攪拌反應槽對其進行浸出處理。這種工藝缺點較多，包括焙燒過程中的尾氣排放會嚴重污染環境、攪拌反應槽自動化程度低等。應用高壓釜集成設備能夠有效解決這些問題，不僅消除了尾氣排放污染，而且實現了高度的自動化操作，操作環境也得到很大改善。除此之外，新技術裝備集成轉變了過去小電解槽小極板人工剝鋅的生產方式，大大減少了企業人力成本的投入。此外，大極板自動剝鋅系統還具備以下優勢特點：大大縮小了電解槽占地面積，延長了電解槽使用壽命，有效節約鋅冶煉廠的生產成本；實現了鋅冶煉自動化水平的有效提升，能夠實現極板的出裝槽、陰極鋅片的剝離、陰陽極板的清洗拍平等一系列自動化操作，有效降低工作人員的勞動強度，同時實現了生產效率的大大提升，有利于增加企業經濟效益，實現企業長遠發展。

3 結語

綜上所述，隨著經濟的發展和社會進步，我國工業化水平越來越高。在許多工業生產中，鋅是必不可少的原材料。因此，為了實現鋅冶煉生產效率的提升，國家和相關企業在不斷探索和研究鋅冶煉的新技術、新工藝、新方法，國內鋅冶煉技術已經逐漸達到發達國家的水平。新技術集成裝備對鋅冶煉有著深遠的影響，不僅實現了生產效率和生產質量的大大提升，而且有效解決了鋅冶煉人力成本過高、環境污染嚴重等一系列問題，是鋅冶煉生產模式的重要變革。隨著市場經濟的發展，鋅冶煉行業的自動化水平將會越來越高。因此，新技術裝備集成在國內有著廣闊的應用前景。