特種陶瓷泵在二段浸出高壓釜喂料工況的應用

陳文績

摘 要：浸出車間二段釜喂料泵是氧壓浸出工藝中向高壓釜喂料的關鍵設備，其開機率嚴重影響氧壓浸出工藝的生產連續性；針對合金泵材質過流部件使用壽命短、維護成本高、維修頻繁等對連續生產造成的影響，新型特種陶瓷泵在浸出二段喂料工況的成功應用，確保了關鍵設備的平穩運行。介紹浸出二段喂料工況設備的優化歷程、設備的改型和使用情況、經濟分析。特種陶瓷泵在浸出二段喂料泵的成功應用，比原合金泵年節約成本120萬元。

關鍵詞：高壓釜；特種陶瓷泵；使用壽命；磨蝕；維護成本

1 二段浸出高壓釜及喂料泵工況簡介

浸出車間作為鋅氧壓浸出生產工藝的龍頭車間，二段高壓釜喂料泵工況是往釜內輸送二段礦漿的關鍵設備，對高壓釜的高效運行起到重要作用。

丹霞冶煉廠于2007年從加拿大引進鋅氧壓浸出工藝，是我國最早在常規濕法煉鋅中采用兩段高壓氧浸煉鋅工藝的企業。一段高壓釜和二段高壓釜是浸出生產工藝的大型關鍵設備，其中二段高壓釜工況參數是：溫度140-155℃；壓力1400-1500kPa；酸濃度90-140g/l；鋅濃度120-150g/l；F離子濃度30-80mg/l；Cl離子濃度500-1000mg/l；

銅離子濃度500-800mg/l；礦漿介質：ZnS、S、PbSO4、FeS2等；釜內礦漿濃度5%-10%；純氧環境。

二段高壓釜的喂料泵的工況參數是：輸送的介質是硫酸鋅礦漿溶液，含固量30%～45%，介質比重1.4～1.85，溫度90～95℃氯離子含量400～1000mg/L，硫酸含量70g/L，氟離子含量40～100mg/L，偶爾有1～2mm金屬顆粒（主要是砂磨機過來的少量鋯珠），含量1‰～1%。

2? ?喂料泵工況輸送泵的優化歷程

由于二段高壓釜的釜壓是1400-1500kpa，加上介質比重比較大，且固含量達30%～45%，最開始喂料泵工況選用的是隔膜泵，在2009年9月份投產階段，隔膜泵故障率高，嚴重影響浸出工藝的連續生產。主要故障表現為隔膜單向閥的閥芯閥座不耐磨蝕，閥芯和閥座接觸密封面被磨蝕出溝痕，密封失效后閥芯閥座產生內漏，造成礦漿擁堵在進口單向閥和出口單向閥以及輸送管道內，單向閥的更換率極高，無法滿足聯系生產需求。為解決連續生產亟待解決的問題，同時考慮到單級離心泵的揚程有限，于2011年初開始，在二段高壓釜喂料泵工況以兩臺合金泵串聯的配置方式，取代了隔膜泵的喂料方式，生產工藝得到較大的改善和平穩。最先投入使用的是兩臺進口沃漫泵，其過流部件為雙相合金鋼材質，集裝式機械密封結構，但也逃避不了泵過流部件壽命周期短的問題，且進口的集裝式機封采購價是18萬元/套，相當昂貴。2011年10月開始將串級泵改成昆明嘉和的合金泵——50JZJ-A46S，流量是40m3/h，揚程70m，電機功率55kW；過流部件是蝸殼、前后護板、葉輪、集裝式機械密封；其中蝸殼、前后護板和葉輪四個部件均采用VF33材質，相當于或略優于雙相合金鋼CD4MCu。該泵的過流四件套的備件總價是8.36萬元，使用的壽命周期一直都難于突破60天。50JZJ-A46S泵使用50天左右后的磨蝕情況如下：

多年來設備工程部及浸出車間都積極主動對喂料泵過流部件的耐磨性進行攻關，邀請過525泵業、柳州標新泵閥、江門博盈等廠家進行合作研發和試用，對過流部件做滲碳、鍍耐磨層、堆焊耐磨合金材料等試用試驗，效果都不理想。2020年初開始與襄陽漢江泓源碳化硅特種陶瓷有限公司合作研發，雙方通過現場工藝技術溝通和對特種陶瓷的燒結工藝選擇，并達成關于ZVT50-46特種陶瓷泵的試用協議，于2020年8月20日開始投入試用，過流部件的壽命取得了前所未有的突破。截止2021年5月26日，該試用泵已在喂料泵工況的一級泵累計試用時間長達234天。下圖為特種陶瓷泵運行6個月后拆開泵體的檢查情況，絲毫無磨蝕的痕跡。2021年8月起，特種陶瓷泵已在喂料泵工況一級和二級工位全面推廣使用。

3? 特種陶瓷泵材質的優勢

特種陶瓷泵為氮化硅結合碳化硅燒結制品，質地堅硬，在非金屬材料中屬于硬度材料，莫氏硬度約為9，僅次于金剛石，具有超強耐磨性；化學穩定性好，具有優異的耐磨損性能，能耐幾乎所有的無機酸（除氫氟酸外）以及多種有機酸的腐蝕，并具有良好的抗氧化性、足夠的熱穩定性。其耐腐蝕性遠遠超過耐酸不銹鋼所具有的性能，特種陶瓷泵過流部件還耐磨、不老化、不污染、易處理、環保的優點，已廣泛用于石油、化工、化肥、制藥、食品、造紙、冶煉、化纖以及軍工等眾多工業領域。

4? 特種陶瓷泵在浸出二段高壓釜喂料工況的應用

氧壓釜喂料特種陶瓷泵的技術參數和主要材質及使用壽命周期如下：

4.1 技術參數

4.2? 主要部件材質及壽命

如表2所示。

4.3? ZVT50-46特種陶瓷泵結構圖

如圖4所示。

4.4? ZVT50-46特種陶瓷泵應用過程

高壓釜喂料泵工況的特殊性在于輸送介質磨蝕性強，出口壓力高，以合金泵串聯使用能滿足生產工藝要求，缺陷是合金泵過流部件不磨蝕，難于突破60天的使用壽命周期，車間維護成本高。特種陶瓷泵最初投入試用時，設備工程部與漢江弘源襄陽碳化硅特種陶瓷有限責任公司是以試用協議的方式進行合作，試用泵投入運行的過程情況如下：

（1）2020年8月20日，ZVT50-46陶瓷泵安裝于喂料南泵工位并開始投入試用；2020年9月21日因陶瓷泵的進口短接穿漏，停止使用，合計試用31天；該進口短接為主體內襯普通陶瓷結構，所以不耐磨蝕。

（2）2020年11月1日更換好短接，改進后的泵進口短節為鑄鐵外殼內襯碳化硅+氮化硅特種陶瓷燒結而成，即與泵體、后護板和葉輪是同種工藝燒結而成；繼續試用，使用發現機械密封有滲漏情況， 12月16日停機，合計試用46天。

（3）? 2020年12月17日更換機械密封停機1天，2021年2月18日更換電機停機1天，2021年4月1日因檢修停機1天，截止至2021年7月23日，合計試用213天。

綜上所述，從2020年8月20日開始試用至2021年7月23日，ZVT50-46陶瓷泵共計試用累計290天，過程中泵的過流部件無損壞，滿足生產工藝需求。

截止至2021年9月13日，該泵仍在連續正常使用中，泵的過流部件壽命取得了歷史性突破，以往該工位的嘉和合金泵、韶關通用化工合金泵等泵的過流部件壽命均難于突破60天。喂料泵工況原先投入運行近10年的合金泵，其前后護板、葉輪、蝸殼四件套的備件費用是8.36萬元/套，之前每年該工位泵連續統計過三年的備件消耗量，均在120萬/年左右，喂料泵一級和二級泵自特種陶瓷泵投入運行后，該工位的備件消耗量大大降低，維修頻次也大大減少。

5? 結 語

漢江弘源襄陽碳化硅特種陶瓷有限公司生產的型號為ZVT50-46陶瓷泵，于2020年8月20日開始在浸出車間氧浸工序的喂料一級南泵工位試用，截止2021年9月13日，共累計連續運行333天，整體使用效果符合和超出合同約定的各項條款要求，目前仍在繼續運行中。

基于喂料一級泵泵這種超耐磨蝕的氮化硅+碳化硅特種陶瓷泵的成功試用，設備工程部聯合車間又相繼推行了以下備件消耗量大工位泵的改型試用工作：

（1）? 2021年8月5日在氧浸喂料泵的二級泵投入運行一臺特種陶瓷泵，與一級泵同結構同參數，目前正常使用中。

（2） 2021年6月1日在氧浸陽極泥泵南泵試用一臺LVT40-400特種陶瓷泵（Q=40m3/h，H=63m），最初葉輪選用閉式葉輪，由于陽極泥槽內雜質較多，尤其是有電解車間過來的電解廢液夾帶了許多絕緣塑料碎塊，容易造成葉輪與泵體間的縫隙卡塞異物，將閉式葉輪流道被堵得嚴嚴實實；之后在確保泵揚程的前提下將葉輪改成半開式葉輪，葉輪導葉末端進行優化，并要求車間在陽極泥儲槽增加進液過濾槽。陽極泥泵的使用效果也突破了原合金泵材質的陽極泥泵的使用壽命；優化后的陽極泥南泵自2022年4月20日投入使用至2022年9月1日，從未檢修過，目前仍然在正常運行中。

（3） 2021年11月1日，綜合回收車間二段中間槽壓濾泵投入運行一臺漢江弘源的特種陶瓷泵（LVT40-400，Q=15m3/h，H=50m）；泵運行半年后拆開泵體檢查磨蝕情況，同樣取得了突破性的使用效果。

特種陶瓷泵在丹霞冶煉廠從試用到推廣到各車間備件消耗大的工位去使用，均取得很好的使用效果；特種陶瓷泵備件的更換及維護工作量減少，給工廠帶來了實際效益。通過試用達標后再推廣使用，是丹霞冶煉廠在備件異常消耗工位泵的設備維護新思路，為工廠創造了實實在在的價值。

參考文獻

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