有色金属冶炼厂中心化验室的设计研究

彭少君

（中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

在现代有色金属冶炼厂中，中心化验室的主要任务是检测原料、周转物料、产品、半成品和副产品的成分，承担着全厂各车间生产过程的控制分析以及其他科研等辅助任务。有色金属中心化验室的设计应在满足相关国家设计规范的前提下，满足安全生产、功能合理、便于操作、方便管理、节约投资等要求。

常见的有色金属冶炼厂主要包括铜、铅、锌、镍有色冶炼厂，这些冶炼厂的各类精矿通常含铜、铅、锌、镍、钴、砷、锑、铋、铁等金属元素，以及硫、碳、氟、氯等非金属元素，因此这些元素是有色冶炼厂主要的分析对象。此外，冶炼工艺中常用的辅料、熔剂如煤等，与环保相关的废水、废气等也是化验室重要的分析对象。

这些需分析的元素和对象就是中心化验室的工作量，是化验室设计中最主要的设计依据。因此，在设计中心化验室前，需由工艺专业，如火法冶炼、湿法冶炼等提出本专业每班或每天对各种试样取样的次数，需要分析的元素及大致含量，表1、表2列出了某锌冶炼厂的化验分析工作量。

1 工艺设计

中心化验室的设计，首先应根据分析任务量来确定使用的分析方法，以及相关的分析仪器和设备，再根据设备特征以及中心化验室的职能要求来做整体配置以及其他公辅专业的设计。

1.1 分析方法的确定

分析方法应满足生产的需求，需符合相应的法规、标准和规范，精矿和产品的质量仲裁都应按现行国家标准或行业（部标）标准规定的方法执行。

通常，微量、痕量的杂质元素采用现代化仪器分析，而主量、常量元素的分析选择化学分析如滴定等方法来完成，也有一些仪器如X射线荧光分析仪适用于主量、常量元素的分析。人们应根据需检测样品的含量、物理形态，结合各类仪器设备的适用范围来选择合适的分析方法。

1.2 设备选型

分析方法的确定与分析仪器的选型是相辅相成的，需根据仪器设备的功能、适用范围和需要分析的元素及其大致含量，进行仪器与设备选择。

鉴于有色冶炼厂中心化验室的分析对象和任务，通常选用光电直读光谱仪（ARL）、X射线荧光光谱仪（XRF）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）、原子吸收分光光度计（AAS）这四种分析设备作为主要的分析仪器，这四种设备的分析范围很广，可满足大部分金属杂质检测的分析要求，再辅助其他仪器设备来完成化验室所有的分析任务，下面详细介绍各种分析设备的功能和适用范围。

光电直读光谱仪（ARL）适用于金属样品的检测，可测量铜、铅、锌、镍、钴、铁、铝、钛、锡、镁、金、银等，分析杂质范围：0.00001%～40%，通常用于这些金属产品或中间产品中常量、微量、痕量、超痕量的杂质元素的多元素定量分析，需配备氩气净化器、车床等制样设备、UPS或稳压电源。

X射线荧光光谱仪（XRF）与光电直读光谱仪（ARL）有些类似，它适用于金属样、渣样、粉末样、玻璃溶片样等样品的多元素微量、痕量成分分析，也可进行主量、常量元素检测，检测范围极广，可分析元素周期表中O～U，分析范围为0.0001%～100%，需配套冷水机以及制样设备如压样机、熔融炉和振动磨样机等。

表1 化验分析工作量（固体）

表2 化验分析工作量（液体）

电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）可分析元素周期表中的大部分金属元素和部分非金属元素，是检测溶液样品中多元素常量、微量、痕量成分分析的重要手段，检测范围为0.0001%～15%，需配备冷水机、氩气净化器、UPS或稳压电源。

原子吸收分光光度计（AAS）也是分析液体样品的重要分析仪器，与ICP-AES相比，分析的金属元素偏少一些，分析精度也较低，可分析样品中含量5%以下的金属元素和极少的非金属元素，需根据分析的元素配置空心阴极灯，也需要配置稳压电源。

此外，还需要根据不同的分析要求选择一些辅助的分析设备，主要包括原子荧光光谱仪、可见光分光光度计等。原子荧光光谱仪（AFS）通常用来分析砷、锑、铋、汞、硒等元素，硫碳测定仪用于固体试样中的硫、碳检测，分光光度计可用于溶液试样中含量小于1%的阴离子检测，如氟离子、硝酸根离子等。电位滴定仪适用于酸度及氯离子等难以观察滴定终点的滴定操作中。试金炉、灰吹炉是金银检测的常规设备。煤炭检测的仪器主要包括量热仪、工业分析仪、定碳仪等。此外，还有一些用于物理性质检测的分析设备如X射线衍射仪等，或者其他一些特殊功能的小仪器，可根据分析要求进行选用。

2 中心化验室配置

设备和分析方法确定后可进行中心化验室的配置，中心化验室的配置应以简单实用为原则，房间的长度在6～7 m，宽度一般为3.6 m，两侧为房间，中间设置一个2.4～3 m宽的过道。中心化验室的楼层一般不超过三层，房间主要由制样室、化学分析室、仪器室和辅助室四部分组成。

制样室主要用于试样的破碎、研磨缩分、干燥等操作，主要包括破碎室、研磨室、干燥室、副样存放室等房间。由于制样室的主要设备如破碎机、振动磨样室有振动、灰尘和噪音，一般将制样室配置在中心化验室的首层，或者单独配置在中心化验室旁的单层建筑，也有项目为方便取样，在地磅房附近设置一个单独的取制样室，用于取样、缩分等操作。

化学分析室用于滴定等分析操作，主要包括滴定室、化学处理室、熔融室、蒸馏室等。一般设通风橱或通风罩，尽量集中布置，方便风机和管道集中配置。

仪器室也是现代中心化验室中非常重要的功能房间，主要包括天平室、光电直读光谱室等房间。大型精密仪器如光电直读光谱仪、X射线荧光光谱仪等要求防震较严格的设备最好配置在一层，远离振动源。

辅助室主要包括纯水室、标准室、工作气瓶室、配电室等房间。需考虑防火防爆的可燃气体气瓶室一般放置在第一层的端头，方便做防火防爆的特殊设计。

根据分析任务来确定所需的房间，应以满足生产、安全为主，其他辅助要求为辅，统筹配置。图1为某铜厂中心化验室的布置图，该铜冶炼厂为2层配置，配置中分别考虑了分析功能区、生活功能区。

工艺管道与水管、通风管道应统筹考虑设计位置，可燃易爆气体的管道宜明线敷设，不宜穿过不相关的房间，相关阀门、仪表应设置于易于操作、观察和检修的位置[2]。

3 结语

中心化验室除了承担全厂的试验分析任务，还会针对本厂各种试样开发各类新的分析方法，另外，通常需设置环保室等房间来放置现场产生废气、废液的仪器设备等。为了有效提升中心化验室的设计水平，其不仅需要全面考虑中心化验室的实用性、合理性、安全性，以及各个专业的设计需求，还需要满足相关设计规范的要求。随着技术的不断提升，选择先进的设备和分析方法也是非常必要的。

参考文献

1 中华人民共和国工业和信息化部.SH/T 3103-2009石油化工中心化验室设计规范[S].北京：中国标准出版社，2009.

2 张运翻.高纯气体管道设计[J].工程设计与应用研究，2009，（3）：1-6.