適合老舊廠房應用的一種自動剝鋅機組

高嵐

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410001）

2017年我國累計鋅產量622萬噸/年，其中僅有少數新建生產線采用大極板全自動剝鋅生產工藝，80%以上來的產能來自傳統小極板生產工藝，并有部分單系統生產不足10萬噸/年，隨著國家產業政策要求的提高，勞動力成本的上升，人們對勞動環境要求的提高，現有企業通過技術改造與產業升級達到產業政策要求，提高自動化生產水平，是企業生存與發展的必然趨勢。但在目前以傳統小極板電鋅生產工藝為主體工藝的前提下，不可能將小極板電解生產系統全面淘汰而改為建設大極板生產系統，因此在現有小極板生產基礎上，進行低投入、高效率的適當改造，是小極板電鋅生產系統產業升級改造的必由之路。研究開發投資省、見效快、機械化程度高的擴能改造關鍵技術已十分緊迫與必要。在利用現有老舊廠房的基礎上，研發一套全自動鋅電解陰極板剝鋅機，可降低工人的勞動強度，實現老舊廠房鋅電解車間的自動化提升。

鋅電解沉積是濕法鋅冶煉生產的重要組成部分。其工藝過程是將經凈化后的硫酸鋅溶液（新液）送入電解槽，用含有0.5%～1%Ag的鉛板作陽極，壓延純鋁板作陰極，并聯懸掛在電解槽內，通以直流電，在陰極上析出金屬鋅，經過一段時間的電積后，將陰極提出并將陰極鋅剝下，經熔鑄即得電鋅產品，陰極鋁板經洗刷后重新裝入電解槽使用。

鋅電解生產工藝，依據其選用極板面積大小，分為大極電解工藝和小極板電解工藝。大極板電解生產工藝的極板面積約為3.2m2，采用全自動多功能吊車裝出槽，自動剝鋅、洗刷、碼垛及陽極板平板。自動化水平高，勞動強度小，但要求電解液雜質含量低，在國外和我國近年新建電鋅生產線上已成功應用。全自動化系列設備對廠房吊車梁、電解槽排列平行度以及極板進出物流通道等要求較高。

在鋅冶煉小極板電鋅生產系統，析出鋅陰極剝離方式為人工剝鋅作業。首先由普通行車采用專用吊具將電解槽內已富集鋅的陰極板吊出電解槽，剝鋅工人通常采用剝離刀作為工具，敲擊極板表面促使附著在鋁板上的鋅陰極與母板分離，再使用剝刀插入其中的間隙進行剝離，最后經過人工碼垛后由叉車轉運。隨著勞動力成本的上升，以及人們對勞動環境要求的提高，現有人工剝鋅的生產方式已不適應工業化生產要求，采用傳統小極板人工剝鋅工藝的廠家很難招收到年輕的剝鋅工人，急需進行剝鋅工序的自動化升級。

1 傳統鋅電解車間存在的問題

1.1 鋅電解車間需大量剝鋅工人

傳動鋅電解小陰極板生產工藝即陰極板有效面積一般為1.13m2～1.6m2，電解時間為24小時，析出陰極板采用人工剝鋅所占用面積及空間小而靈活；一般10萬t/a電鋅生產線，剝鋅片、陰極板洗滌、陽極板整平以及電解槽掏陽極泥等工作，勞動定員一般在100～120人左右。

1.2 廠房簡陋，無法達到全自動剝鋅系列設備所需的精確定位要求

傳統小極板鋅電解車間廠房較簡陋，其土建結構精度低，操作陰陽極板出裝槽的吊車為帶小車的普通雙梁吊車，電解槽的排列也參差不齊，無法滿足全自動剝鋅系統的精確定位要求。

1.3 用于剝鋅片的場地較小

由于人工剝鋅片所占用廠房面積及空間小而靈活，可以在完成剝鋅片工序后清理作業面再進行陽極板洗滌等工序，如果研發的自動剝鋅機組占地面積太大也難以適應生產需求，結合現有小極板生產系統生產場地，研發更具可操作性的優化改造集成技術是小極板電鋅生產系統產業升級的發展趨勢。

2 適用于老舊廠房的小極板自動剝鋅系統

為解決老舊廠房鋅電解車間剝鋅片自動化問題，需要研發一種結構緊湊占地面積小、特別適用于小廠房和老廠房改造且能夠降低人力消耗、提高生產效率的鋅電解陰極板自動剝鋅機系統。

本文介紹的小極板自動剝鋅機組單臺處理能力為450～550片·套/小時，對于年產10萬噸小極板生產工藝鋅電解車間，一般可配置兩臺套自動剝鋅機組。其工人定員為：極板放入機組和剝洗刷后提出機組輔助人員：4人，預剝離觀察人員：1～2人，廢板處理：1人，巡查機動人員：1人。一臺自動剝鋅機組只需要一跨（6m～7.5m）廠房寬度，利于利用空間處理陽極板以及車間鋅垛物流管理。

該機組為包括陰極板輸入、輸出裝置，氣動振打裝置，預剝離裝置，主剝離裝置，剔板裝置，橫向移栽裝置以及鋅片洗刷裝置、鋅垛稱重裝置的鋅片剝離系統，機組布置在鋅電積車間一端，一臺設備可完成兩列吊車跨度內電解槽陰極板全流程自動化剝鋅工作。其剝板總成和集板總成呈上、下兩層布置于水平面上，橫向移載裝置豎直布置、一端位于剝板總成外、另一端位于洗刷裝置外，剔板裝置布置于橫向移載裝置的外側，接板裝置布置于剝板總成和集板總成之間；鋅板與陰極板受剝板總成作用而分離，剝下的鋅板由接板裝置接收送至集板總成，經檢測分離成功的陰極板通過橫向移載裝置轉移到洗刷裝置清洗后再由移載小車送回車間多功能吊車接收位，未分離成功的鋅板與陰極板通過橫向移載裝置轉移至剔板總成處輸出后進行人工分離。

如圖1所示，由傳動鏈輪架（A列）或極板放置架（B列）接收行車吊運的帶鋅片陰極板，極板放置架（B列）上的移栽小車可將這些極板抓取移送到傳動鏈輪架（A列）上，由傳動鏈輪架運輸到移片裝置接收位，移片裝置實現單片陰極板等距離等時段轉運到主剝鋅傳動鏈，其主剝鋅鏈裝置上安裝有剝離陰極板組合：包括氣動振打裝置、預剝離裝置和主剝離裝置，先將帶鋅片的陰極板進行氣動振打，使其鋅片與陰極母板之間粘結松動，再進行預剝離，將已振動松動的鋅片撥開一段距離并使鋅片產生一定的變形，最后主剝離裝置跟進，順著已剝開變形的鋅片口插下，將鋅片完整剝離陰極母板。

已剝離鋅片的陰極母板由移板裝置移送到短距離橫向移栽轉運裝置，此短距離橫向移栽轉運裝置連接陰極母板的洗刷機組和剔板裝置，剝鋅成功的陰極母板橫向移栽到陰極板洗刷組合上進行洗刷陰極板工序，然后移送到傳動鏈輪架或極板放置架上收集，由吊車運出。而經檢測未剝鋅成功的帶鋅片陰極板由移板裝置經橫向移栽到剔板裝置，剔板裝置將未剝鋅成功的陰極板送到0.00平面收集，人工處理鋅片。

對于無法正常剝離鋅片的極板，本設備特有的剔板裝置能在機組檢測（自動識別）后將未剝離鋅片的陰極板剔除到剔板裝置上，并送至0.00平面收集，方便人工干預剝鋅。其剔板裝置由滾珠絲桿機構帶動，也可采用鏈傳動等形式。滾珠絲桿機構為：電機經減速機減速后帶動滾珠絲桿機構旋轉并轉換為直線運動，帶動絲桿上的掛板裝置上下移動，將掛板裝置上的陰極板轉運到指定高度，再由剔板放置鏈收集轉運到指定位置，由人工干預剝鋅。

已剝離的鋅片滑落到接片裝置，接片裝置位于傳動鏈輪架底部，實現陰極鋅片大小頭錯列擺放后送至碼垛裝置，將已錯列擺放的鋅片收集碼垛到規定高度，最后送至稱重裝置稱重。

該設備在平面配置上只需一跨（9m）距離，布局緊湊占地空間小，特別適用于小廠房和老舊廠房的配置。能夠高效快速的完成鋅板的剝離并大幅度的降低人力的消耗、自動化程度高、利于擴大生產規模。

圖2 人工干預剝鋅裝置示意

圖3 車間里面圖

圖4 車間平面圖

3 本設備運用實例

參照傳統小極板鋅電解車間配置，該設備單臺可以完成不多于五萬噸年產量鋅電解車間剝鋅作業，現以某廠鋅電解車間運用為例：該廠年產電鋅10萬噸，電解車間極板面積為1.4m2：該廠房是國內大多數年產10萬噸電鋅的電解車間比較普遍的配置形式，小極板人工剝鋅區域在3跨，每跨6m的區域內；通常情況下，自動剝鋅機組占用原人工剝鋅區域后需留下足夠的陽極板清理拍平工序所需空間，同時在自動剝鋅片完成以后，需用叉車將鋅片垛轉運至熔鑄車間，也需要足夠的物流通道。采用本文介紹的自動剝鋅機組在這樣的小廠房體現出機組的配置優勢，同時由于本套設備具有完善的剝鋅片、洗刷陰極板以及剔除預剝失敗廢板的功能，能很好的替代人工剝鋅工作。

4 結語

對于傳統小極板鋅電解車間，其車間剝鋅區域空間普遍受到限制，在增加自動剝鋅機后還需要留下物流通道以及陽極處理的空間，因此對自動剝鋅機的配置上有苛刻的要求，本設備最大限度的利用空間的同時完成剝鋅所需的所有工序，剝離鋅片在0.00平面收集移送到堆放地點，陰極板洗刷完畢后由吊車送回電解槽。對于傳統小極板電解工藝，由于電解液工藝控制和陰極板本身存在的缺陷，難以達到鋅片100%全部剝離，本設備特有的剔板裝置能在機組檢測（自動識別）后將未成功剝離鋅片的陰極板剔除到剔板裝置上，并送至0.00平面收集，方便人工干預剝鋅。

參考文獻

[1]2018-2024年中國鋅精礦行業市場監測與投資戰略評估報告[R].智研咨詢集團.2017.12.