鋅電積車間陰極處理自動(dòng)化設(shè)備及布局優(yōu)化

伍學(xué)敏

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410019）

傳統(tǒng)的濕法煉鋅過(guò)程可分為焙燒、浸出、凈化、電解沉積和熔鑄五個(gè)階段。鋅的電解沉積是用電解的方法從硫酸鋅水溶液中提取純金屬鋅的過(guò)程，是濕法煉鋅工藝中最為重要的一個(gè)工序，所以鋅電積車間的工藝和裝備水平很大程度上代表了濕法煉鋅行業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平。從陰極板上剝離金屬鋅是一項(xiàng)非常繁重的體力作業(yè)，其工作環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度高。近幾年，鋅電積車間的陰極處理自動(dòng)化裝備發(fā)展很快，自動(dòng)剝鋅機(jī)、洗刷機(jī)等設(shè)備在外國(guó)引進(jìn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了很多國(guó)產(chǎn)化定制設(shè)計(jì)與升級(jí)。

1 工藝布置

通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)相關(guān)信息，將現(xiàn)有的剝鋅洗刷裝備的布置分為以下幾種型式。

1.1 雙線型式

雙線型式配備兩條獨(dú)立的剝鋅線和洗刷線，通過(guò)行車將電解槽中的陰極板運(yùn)送至剝鋅線中，通過(guò)剝鋅機(jī)剝鋅完成后，再通過(guò)行車運(yùn)送至洗刷線上，經(jīng)洗刷完成后再通過(guò)行車返回電解槽。

該型式主要應(yīng)用在鋅大極板電積車間，因極板尺寸和重量大，需要配備自動(dòng)行車對(duì)極板進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。現(xiàn)該型式國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用在中金嶺南丹霞冶煉廠、西部礦業(yè)鋅電積車間等［1］。

該雙線型式的布置簡(jiǎn)圖如圖1所示，廠房布置兩列電解槽，將剝鋅線和洗刷線布置于廠房一端，而另一端是陽(yáng)極處理區(qū)域，主要布置陽(yáng)極清洗和拍平設(shè)備。

圖1 雙線型式布置簡(jiǎn)圖

1.2 小C型式

小C型式同樣配備剝鋅線和洗刷線，與雙線型式不同的是剝鋅線與洗刷線之間增加了橫向移載裝置，能夠讓剝鋅線上剝完的極板按既定移載方式轉(zhuǎn)運(yùn)至洗刷線上，從而“解放”吊車。

該型式主要是應(yīng)用在鋅小極板電積車間中，由于小極板相較于大極板輕巧，故能通過(guò)橫向移載裝置實(shí)現(xiàn)極板在剝鋅線與洗刷線之間的交互。

小C型式的布置簡(jiǎn)圖如圖2所示。由圖2可知，該設(shè)備布置需要廠房配備附跨提供剝鋅區(qū)域。工藝流程為：陰極板經(jīng)行車吊出電解槽后放置在剝鋅線上，通過(guò)移載小車，將極板運(yùn)至附跨處，通過(guò)預(yù)處理（振打預(yù)剝離、機(jī)械預(yù)剝離等）后到達(dá)剝鋅機(jī)處，剝鋅完成后經(jīng)橫向移載裝置運(yùn)送至洗刷線，再經(jīng)洗刷處理后由移載小車運(yùn)回至主跨，由行車吊回電解槽［2，3］。

目前該型式應(yīng)用在江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司鋅電積車間和云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司。

圖2 小C型布置簡(jiǎn)圖

1.3 大C型式

大C型式目前主要在中小極板車間中應(yīng)用。此型式是將陰極處理的相關(guān)設(shè)備均布置在橫向移載中，保留入板工位和出板工位，形狀宛如一個(gè)大寫(xiě)英文字母C。

大C型式的布置簡(jiǎn)圖如圖3所示。吊車從電解槽將極板吊運(yùn)至入板輸送裝置中，輸送至橫向移載后經(jīng)振打預(yù)剝離、機(jī)械預(yù)剝離、剝鋅機(jī)、洗刷機(jī)后運(yùn)至出板輸送裝置，再經(jīng)吊車吊回電解槽［4］。

圖3 大C型布置簡(jiǎn)圖

目前該型式應(yīng)用比較廣泛，云銅鋅業(yè)鋅電積車間、云南馳宏鋅鍺股份有限公司、鑫聯(lián)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰径加袘?yīng)用。

2 關(guān)鍵設(shè)備

鋅電積車間陰極處理設(shè)備主要關(guān)鍵設(shè)備有：剝鋅機(jī)組、洗刷機(jī)組、預(yù)剝離設(shè)備、碼垛機(jī)組等。

2.1 剝鋅機(jī)組

剝鋅機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，主要有兩種工作方式。

其一是板動(dòng)刀不動(dòng)形式，也就是采用剝刀固定，極板上下動(dòng)作的方式，主要應(yīng)用在雙線型工藝布置中，如圖4所示。極板通過(guò)兩邊吊鉤帶動(dòng)往上運(yùn)動(dòng)，剝刀合攏后將附著在陰極板上的鋅片剝離下來(lái)。再將極板降下至輸送鏈條上。

圖4 剝鋅機(jī)a

其二采用的是刀動(dòng)板不動(dòng)形式，即極板固定，剝刀做上下動(dòng)作的方式，主要應(yīng)用在小C型和大C型的工藝布置中，如圖5所示。極板固定在步進(jìn)裝置上，主剝離剝刀通過(guò)驅(qū)動(dòng)自上而下剝離附著在陰極板上的鋅片。

圖5 剝鋅機(jī)b

2.2 洗刷機(jī)組

剝鋅后的陰極板因其表面粘附雜質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致重回電解槽電積后鋅片難以剝離，故需要在重回電解槽前將陰極板先進(jìn)行清洗。實(shí)踐證明，清洗干凈后的陰極板讓剝鋅成功率有顯著的提升。洗刷機(jī)與剝鋅機(jī)類似，同樣有兩種工作方式。

其一是板動(dòng)滾刷不動(dòng)的方式，一般采用框架式結(jié)構(gòu)，極板通過(guò)兩邊吊鉤帶動(dòng)往上運(yùn)動(dòng)，滾刷合攏噴水洗刷，同時(shí)可以根據(jù)需求選擇極板下降時(shí)是否還需洗刷。

其二是滾刷動(dòng)板不動(dòng)的方式。極板固定在橫向移載裝置上，滾刷在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下做上下動(dòng)作，洗刷極板。這種主要應(yīng)用在小C型和大C型的工藝布置中。

2.3 預(yù)剝離設(shè)備

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，鋅片的附著力隨電解液中F-離子的含量波動(dòng)而波動(dòng)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋，F(xiàn)-離子含量偏高時(shí)，鋅片在陰極板上的附著力增大，從而降低剝鋅的成功率。為解決工藝波動(dòng)造成的現(xiàn)象，一般會(huì)在剝鋅機(jī)前設(shè)置預(yù)剝離裝置，現(xiàn)如今在用的預(yù)剝離設(shè)備分為兩種。一種是振打預(yù)剝離，利用高頻氣錘擊打鋅片表面，使鋅片與陰極板因形變量不同而產(chǎn)生間隙，有助于鋅片剝離；另一種是通過(guò)預(yù)剝離小刀緊貼陰極板鏟下，在鋅片與陰極板之間形成一條開(kāi)口，利于主剝刀直接將鋅片鏟下。

2.4 碼垛機(jī)組

剝離下來(lái)后的鋅片，需要碼垛運(yùn)輸至熔鑄車間，碼垛機(jī)組是其中重要的組成設(shè)備。鋅片收集一般采用皮帶、鏈條或輥道輸送，具體考慮車間設(shè)備工藝布局。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了提升鋅片碼垛的質(zhì)量，在碼垛裝置內(nèi)設(shè)置鋅片對(duì)齊裝置等。部分機(jī)型還會(huì)在頂部設(shè)計(jì)壓緊裝置，增加鋅片垛的穩(wěn)定性。

3 布局優(yōu)化

新建的鋅電積車間可以充分利用工藝配置的優(yōu)勢(shì)，從總圖布局、產(chǎn)能、自動(dòng)化程度、業(yè)主偏好、設(shè)計(jì)理念等各個(gè)方面選取最優(yōu)布局。然而老舊廠房鋅電積車間剝鋅片自動(dòng)化存在廠房空間結(jié)構(gòu)有限，極板吊運(yùn)半自動(dòng)化等問(wèn)題，需要選擇結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小、自動(dòng)化程度高、人工定額少，能夠適應(yīng)老舊廠房自動(dòng)化剝鋅改造的優(yōu)化布置。

電解槽一般位于二層的高度，如若將剝鋅機(jī)與電解槽設(shè)置于同一標(biāo)高，可將剝下來(lái)的鋅片通過(guò)接片裝置掉落至一層碼垛，充分利用垂直空間，有效縮小設(shè)備占地面積。

在大產(chǎn)能鋅電積廠房布置中，一般會(huì)布置多臺(tái)套的陰極處理設(shè)備。此時(shí)會(huì)考慮到設(shè)備之間的通用處理的能力，將入板輸送鏈和出板輸送鏈并排同向布置，能夠讓一臺(tái)套陰極處理設(shè)備在檢修維護(hù)時(shí)，另一臺(tái)套也能兼顧產(chǎn)能的需求。

4 總 結(jié)

陰極處理是鋅電積車間一個(gè)非常重要的工序，過(guò)去均為人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大。通常10 kt／a鋅電積車間需完成剝鋅片、陰極板洗刷等工作，勞動(dòng)定員一般在100～120人左右，而剝鋅洗刷等自動(dòng)化設(shè)備的出現(xiàn)很大提升了鋅電積車間的設(shè)備自動(dòng)化程度。如何在鋅電積車間布置自動(dòng)化設(shè)備是在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要慎重考慮的事項(xiàng)，不僅與工藝參數(shù)有關(guān)，同時(shí)還與業(yè)主的操作習(xí)慣有關(guān)。本文旨在介紹總結(jié)鋅電積車間陰極板處理設(shè)備的工藝布置形式以及相關(guān)關(guān)鍵設(shè)備，為鋅電積車間設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的實(shí)踐基礎(chǔ)。