浅谈新技术装备集成对锌冶炼的影响

陆 清

西部矿业锌业分公司，青海西宁 810000

随着社会经济的发展，现代工业得到了迅速发展。锌这类金属元素在工业生产中有着重要地位，锌冶炼技术也受到越来越多人的关注。近年来，随着科技水平的不断上升，锌冶炼技术得到了迅速发展，逐渐接近国际先进水平。新技术装备集成大大提高了锌冶炼技术的自动化水平，促进了我国工业的发展。相较于传统锌冶炼设备，自动剥锌系统设备能够有效提升冶炼质量和效率。文章对高压釜、闪蒸槽、调节槽的结构形式和工作原理进行了具体介绍，同时分析了自动剥锌系统设备构成及其工作原理。

1 新技术装备集成在锌冶炼中的具体应用

1.1 氧压浸出设备集成

1.1.1 高压釜

高压釜主要结构为：如果冶炼系统具备10万t锌生产能力，需要用到三台高压釜，其规格为φ4200×28800，其有效容积是266m3。其中两台使用，一台备用。外壳壳体、耐酸砖内衬、耐酸砖隔墙、立式搅拌装置和管口法兰组件共同构成一台高压釜。耐酸隔墙将高压釜分成七个隔室，所有隔室都有搅拌器安装其中。加料口设置在高压釜顶端一端，排料口和排气口则设置在高压釜顶端的另一端，其数量都是两个。用于添加废液、骤冷液、添加剂的管口组件设置在高压釜侧面，氧气加入管口则设置在高压釜底部，数量都是企业。

高压釜的工作环境是强酸、高温，介质是含有大量氯离子和负离子的高浓度矿浆。因此，对于高压釜来说，耐高温、耐腐蚀以及耐磨损性能是首要考虑因素，其施工工艺要求也比较高，包括搪铅工艺、衬砖工艺等。为了实现高压釜使用寿命和检修时间的延长，通常需要对其进行以下处理：将厚度为6mm的铅层搪在34厚的碳钢壳体，然后将两层耐酸砖衬在搪铅层上，同时需要将隔膜层加在砖与搪、砖与砖之间。在高压釜七个隔室中都要进行搅拌设置的安装，其主要目的是搅拌高压釜内部介质，确保锌精矿颗粒、稀硫酸和氧气混合均匀、反应充分。此外，还要将两层桨叶设置在搅拌装置上。由于高压釜内部介质温度高并且腐蚀性较大，釜内的搅拌器材质应当选用钛合金材料。除此之外，高压釜中还要进行全自动控制集中供给的密封水和冷却水系统设置，确保搅拌口密封性，实现密封装置寿命的延长。

高压釜的工作原理为：利用压力泵将硫化锌矿浆和废电解液加入到高压釜内，对釜内温度、氧分压等参数进行严格控制，同时还要将冷凝液、蒸汽以及添加剂加入到高压釜中，从而维持釜内温度。在一段时间后，硫化锌矿浆中的硫通过氧化作用形成单质硫，状态转为固态，锌则以硫酸锌的形式存在[2]。

1.1.2 闪蒸槽

闪蒸槽的主要结构为：矿浆从高压釜中流出，在闪蒸槽的处理下，其温度和压力降低至标准值，闪蒸槽还可以排出压釜加热时产生的冷凝水，以免出现体积膨胀现象，高压釜和闪蒸槽数量一般是一一对应的。闪蒸槽采取立式安装的方式，其规格是φ3300×4800，有效容积是18m3，闪蒸罐需要设置在闪蒸槽两侧，当高压釜矿浆排出时，首先经过闪蒸罐，然后流入闪蒸槽内，起到缓冲功能。国外锌冶炼通常使用904L材料作为闪蒸槽的制作材料，但是这类材料对氯离子耐腐蚀性不高，影响设备使用寿命。现阶段，国内将904L材料取代为钢衬砖，结构形式分为三层，即碳钢加搪铅加防腐内衬，其应用效果较好，制作方法类似高压釜。

闪蒸槽的工作原理为：高压釜中流出的矿浆进入到闪蒸槽中，通过搅拌操作，实现矿浆压力和温度的降低。在搅拌过程中需要对闪蒸槽内温度、压力等参数进行严格控制，以免出现熔融硫单质结块现象。在闪蒸阶段，蒸汽加热过程中出现的冷凝水会导致体积膨胀，洗涤塔会将大量闪蒸蒸汽排放出来，许多水分流出，从而消除膨胀现象[3]。

1.1.3 调节槽

调节槽的主要结构为：锌冶炼厂选用规格为φ 12500×5400，有效容积231m3的调节槽，其安装方式与闪蒸槽相同。在设备材料的选用上，国外普遍使用904L材料，但是造价高昂，其焊接工艺也无法满足现场拼接的要求。为了解决这些问题，国内在选择调节槽材料时，通常使用碳钢加衬玻璃钢加衬耐酸耐温砖来代替904L材料，将折液挡墙砌筑在调节槽内部，同时还有三层桨叶搅拌器的配备。

调节槽的工作原理为：矿浆在经过闪蒸槽处理后，流入到调节槽中，通过搅拌器的作用实现矿浆压力和温度的进一步降低，使其恢复到常压，温度降低为91℃。单质硫此时经过冷凝变成固态，然后使用浓密机将固态的单质硫分离出来。

1.2 锌电解设备集成

1.2.1 大极板和大电解槽介绍

在生产电锌时，1.13～1.6m2的小极板的应用较为普遍，但是现在3.2m2大极板也得到了应用。大极板分为阴极板和阳极板，铝板、导电横梁、绝缘条和吊耳是阴极板的构成组件，铝板通常使用铝含量超出99.5%的A00吕。在爆炸焊接工艺制作铜铝导电横梁时较为常用，高密度焊接工艺主要应用于焊接导电横梁和铝板。将剥锌口设置在极板上部电解槽液面线部位，同时还要将绝缘带设置在剥锌口附近，以免电解槽液面波动对剥锌操作造成干扰。铅银合金板、导电横梁、绝缘条和吊耳是阳极板的构成组件，通常选用银含量为0.7%～1%的铅银合金板。特大型电解槽需要和大极板进行配套设置，电解槽槽内尺寸规格为11050mm×1330mm×2260mm，有效容积为30m3。

1.2.2 大电解槽的制作形式

现阶段，国内大电解槽主要有两种制作形式：第一，混凝土内衬软PVC电解槽。两块倒T型混凝土构件共同组成电解槽，这种制作形式不仅方便混凝土制作的脱模，而且方便检查电解槽缝隙，以免出现漏液情况。电解槽底部需要进行V型浇筑，便于清理槽内杂物。同时，还要将厚度为3mm的玻璃钢敷设在混凝土电解槽表面，降低电解质溶液对电解槽的腐蚀。这类电解槽耐腐蚀性不高，后期使用需要投入较大成本来维护，不仅对生产效率造成影响，而且设备寿命短；第二，整体浇铸树脂混凝土电解槽。以乙烯基树脂和高纯度石英砂作为原材料，采取整体浇筑的方式进行电解槽制作，相较于前一种形式，这种电解槽具有耐腐蚀性更高、使用寿命长、精度高、环保性能好等优点，应对其推广使用。

1.3 自动剥锌系统

1.3.1 自动剥锌系统设备介绍

目前自动剥锌系统设备的主要组成为：两套剥锌机、一套阴极洗刷机、两套多功能吊车、 一套锌片接收码垛和运转机组以及一套阳极拍平机。

1.3.2 自动剥锌系统工作原理

利用PLC实现对自动剥锌系统的控制，一列电解槽与一台多功能吊车配套，当电解槽处于剥锌阶段时，其配套的多功能吊车负责吊运电解槽和剥锌机之间的阴极。在多功能吊车运行过程中，电解槽一半的阴极板被起吊并放置在运输车上，由运输车将其向剥锌机运送，剥锌机负责剥离芯片，接收码垛机组负责码垛剥离后的阴极芯片，然后将其运送到熔铸车间。

2 新技术装备集成对锌冶炼的影响

传统的湿法锌冶炼工艺流程为：焙烧锌精矿，然后利用搅拌反应槽对其进行浸出处理。这种工艺缺点较多，包括焙烧过程中的尾气排放会严重污染环境、搅拌反应槽自动化程度低等。应用高压釜集成设备能够有效解决这些问题，不仅消除了尾气排放污染，而且实现了高度的自动化操作，操作环境也得到很大改善。除此之外，新技术装备集成转变了过去小电解槽小极板人工剥锌的生产方式，大大减少了企业人力成本的投入。此外，大极板自动剥锌系统还具备以下优势特点：大大缩小了电解槽占地面积，延长了电解槽使用寿命，有效节约锌冶炼厂的生产成本；实现了锌冶炼自动化水平的有效提升，能够实现极板的出装槽、阴极锌片的剥离、阴阳极板的清洗拍平等一系列自动化操作，有效降低工作人员的劳动强度，同时实现了生产效率的大大提升，有利于增加企业经济效益，实现企业长远发展。

3 结语

综上所述，随着经济的发展和社会进步，我国工业化水平越来越高。在许多工业生产中，锌是必不可少的原材料。因此，为了实现锌冶炼生产效率的提升，国家和相关企业在不断探索和研究锌冶炼的新技术、新工艺、新方法，国内锌冶炼技术已经逐渐达到发达国家的水平。新技术集成装备对锌冶炼有着深远的影响，不仅实现了生产效率和生产质量的大大提升，而且有效解决了锌冶炼人力成本过高、环境污染严重等一系列问题，是锌冶炼生产模式的重要变革。随着市场经济的发展，锌冶炼行业的自动化水平将会越来越高。因此，新技术装备集成在国内有着广阔的应用前景。