中國豎罐煉鋅技術(shù)的應(yīng)用,開始于葫蘆島鋅廠。葫蘆島鋅廠的發(fā)展與進步,也代表著中國豎罐煉鋅技術(shù)的發(fā)展與進步。本文將通過對葫蘆島鋅廠豎罐煉鋅技術(shù)發(fā)展的介紹,說明豎罐煉鋅在中國的發(fā)展。

葫蘆島鋅廠始建于1937年5月,當時廠名為滿洲鉛礦株式會社葫蘆島制煉所,引進美國新澤西公司豎罐煉鋅專利技術(shù),設(shè)計能力為年產(chǎn)鋅1萬t。1941年12月制煉所引進德國魯奇化學(xué)公司專利技術(shù)始建硫酸廠,設(shè)計能力為年產(chǎn)濃硫酸1.5萬t。1942年8月鋅系統(tǒng)投產(chǎn),1943年12月因豎罐蒸餾爐罐體破裂而停產(chǎn);1945年6月硫酸廠建成投產(chǎn)。日本投降后,制煉所生產(chǎn)建設(shè)全部停止,至此,共生產(chǎn)鋅84.61t、硫酸1994t。國民黨時期,沒生產(chǎn)鋅,生產(chǎn)硫酸1347t。1948年11月,葫蘆島解放,葫蘆島鋅廠開始了恢復(fù)生產(chǎn)、改造擴建、改組改制的漫長歷程。

在這里,誕生了共和國若干個“第一”:生產(chǎn)出新中國第一塊鋅錠、第一塊碳化硅制品;建設(shè)了第一座高溫氧化焙燒流態(tài)化爐、第一座世界最大型塔式精餾爐、第一座特大型豎罐蒸餾爐。

1.2.1恢復(fù)豎罐煉鋅生產(chǎn)1.2.1.1?恢復(fù)生產(chǎn)創(chuàng)奇跡1950年決定恢復(fù)豎罐煉鋅生產(chǎn),當時原日本制煉所所長崗部千代男斷言,中國在兩三年內(nèi)不可能恢復(fù)豎罐煉鋅,只能搞平罐煉鋅,可見恢復(fù)生產(chǎn)之難。但是,就在這一年,葫蘆島鋅廠人生產(chǎn)出了鋅。技術(shù)人員仔細查閱有關(guān)文獻,研究日偽時代開工時的操作情況和豎罐破裂情況,克服了一系列困難,攻克了一個個技術(shù)難題,先搞小型試驗爐,同時也著手修復(fù)大蒸餾爐,開始了全面恢復(fù)工作。9月3日,小試驗爐出鋅;10月9日,1#、2#蒸餾爐也開始出鋅,三個月產(chǎn)鋅79t,第二年產(chǎn)鋅1662t。這是中國人第一次用豎罐煉鋅法煉鋅成功,它為以后的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.2.1.2?完善工藝解難題在恢復(fù)生產(chǎn)的同時,運用集體智慧和力量進行生產(chǎn)技術(shù)攻關(guān),解決了一個又一個技術(shù)難題,在技術(shù)上取得了重大突破,使煉鋅技術(shù)日臻完善,煉鋅生產(chǎn)平穩(wěn)運行。

回轉(zhuǎn)窯的氯化焙燒改為氧化焙燒,改善了勞動條件;蒸餾爐的熱補爐工藝實驗成功,延長了爐體壽命;鋅精礦焙燒爐低濃度二氧化硫制酸工藝試驗成功并投產(chǎn);煤氣發(fā)生爐的技術(shù)改革,穩(wěn)定了煤氣供應(yīng),保證了蒸餾爐熱工系統(tǒng)的操作;研制成功飛濺式冷凝器代替擋板冷凝器,提高冷凝效率;蒸餾爐冷凝廢氣(含CO達70%)回收利用項目全面推廣,噸鋅煤耗降低360kg;研究豎罐蒸餾爐爐瘤生成的機理與對策,延長爐體壽命;研究豎罐蒸餾爐下部送風(fēng),降低渣含鋅;焙燒爐由多層爐改為高溫氧化流態(tài)化焙燒爐,提高了焙燒能力;生產(chǎn)碳化硅砂、碳化硅磚,碳化硅精餾塔盤,結(jié)束了我國不能生產(chǎn)碳化硅制品的歷史;流態(tài)化爐的爐氣冷卻器由水冷改為汽化冷卻,而后又改為余熱鍋爐;旋渦爐處理蒸餾殘渣,等等。其中,以下三個研究課題技術(shù)突破最大。

1)研究豎罐蒸餾爐爐瘤生成的機理與對策這種爐瘤形成在罐本體與上延部的接壤處四周,生產(chǎn)50~60天后就逐漸增大,堵塞爐料下通道,爐子被迫停產(chǎn),嚴重影響生產(chǎn),工人深感頭痛,稱之為“毒瘤”。

技術(shù)人員大膽推理和假設(shè),研究試驗方法、研制實驗設(shè)備,在室內(nèi)開展小型模擬試驗,找出了爐瘤的成因,摸索出消滅或減輕爐瘤形成的條件和規(guī)律,即在豎罐蒸餾爐上延部的底部與燃燒室架構(gòu)一個“小燃燒室”,使其內(nèi)部形成均勻的溫度梯度,使原結(jié)瘤嚴重的小燃燒室區(qū)域的爐瘤消失、“小燃燒室”以上部位爐瘤生成處理周期延長兩三倍,可達5~6個月,這就與蒸餾爐的中修周期結(jié)合起來,既省工省料,又減少了生產(chǎn)上的損失,可謂一舉三得,因而一直沿用至今。

2)研究豎罐蒸餾爐下部送風(fēng)1954年,豎罐蒸餾爐生產(chǎn)日趨穩(wěn)定,但產(chǎn)量還較低,罐渣含鋅還較高。經(jīng)研究,決定在豎罐蒸餾爐下部送風(fēng),扼制鋅蒸氣向下擴散,降低罐渣含鋅。經(jīng)過多種條件的測試比較,前后歷時5個月,當確證此方法能扼制鋅蒸氣向下擴散,而又不顯著影響其他條件時,罐渣含鋅已由試驗前的7%~8%降低到3%~4%,產(chǎn)量也有提高,加上前期罐內(nèi)加焦炭的因素,當年的鋅回收率就由上年的89.43%提高到94.85%,接近95%的設(shè)計水平。

3)蒸餾爐冷凝廢氣回收利用蒸餾爐冷凝廢氣含CO達70%,操作不當容易自燃爆炸,回收工作艱巨危險。技術(shù)人員不顧個人安危,經(jīng)過多次分析試驗,確定了密閉正壓輸送、定期清掃管道的設(shè)計方案,并選定一座爐做試驗。安全試運轉(zhuǎn)一周后,分批推廣,直到16座豎罐蒸餾爐全部安全運行為止?；厥绽美淠龔U氣,噸鋅可節(jié)煤350kg。本方法已被國內(nèi)多家鋅廠采用。

1.2.2形成大型化豎罐煉鋅體系在中國豎罐煉鋅技術(shù)的發(fā)展過程中,葫蘆島鋅廠始終發(fā)揮了帶頭作用。1970年以來,不斷進行豎罐煉鋅工藝的改革和研究,逐步形成了大型化豎罐煉鋅體系。

1.2.2.1?特大型豎罐蒸餾爐1982年,9#~18#豎罐蒸餾爐主廠房混凝土框架因故脹裂,經(jīng)中國有色金屬工業(yè)總公司組織的專家鑒定,確定為危險建筑,應(yīng)停止使用。該廠房總面積1萬m2,有10座豎罐蒸餾爐(其中7座60m2爐,3座100m2爐)和3座焦結(jié)爐,承擔(dān)年產(chǎn)4.3萬t蒸餾鋅的任務(wù)。如就地大修,將停產(chǎn)2年,少產(chǎn)鋅8.6萬t、硫酸14.8萬t,損失太大。為此,決定移地改造。技術(shù)人員堅持貫徹大修和改造相結(jié)合的原則,針對老企業(yè)的不足,將廠房設(shè)備配置作重新調(diào)整,蒸餾爐爐型采用自創(chuàng)的大型蒸餾爐,發(fā)揮其生產(chǎn)能力大、技術(shù)指標好的優(yōu)勢,將原來10座蒸餾爐,改建為7座112m2的大型蒸餾爐,并取單爐排列,改善勞動條件。焦結(jié)爐選用兩臺大型豎井式外熱焦結(jié)爐,并采用了一臺研究所剛試驗成功的節(jié)能型立式自熱焦結(jié)爐。1986年10月27日,年產(chǎn)5萬t鋅的大型蒸餾爐開始出鋅,爾后,又建成了14座110m2的大型蒸餾爐。至此,鋅生產(chǎn)能力達到20萬t,具有中國特色的大型化豎罐煉鋅體系完全確立,豎罐煉鋅生產(chǎn)進入了新的時期。改造后,爐日產(chǎn)量達21t,渣含鋅〈2%,噸鋅團耗〈3.6t,冷凝器效率>94.5%。“特大型豎罐蒸餾爐”1998年獲中國有色金屬工業(yè)總公司科技進步二等獎。

1.2.2.2?世界最大型塔式精餾爐的研制1986年,移地改造的七臺大型蒸餾爐投產(chǎn),蒸餾鋅產(chǎn)量大增,以后每年還要遞增。

但原有10座精餾塔只有年產(chǎn)5萬t的能力,而且其精餾塔沿襲小型塔盤近30年未變,生產(chǎn)能力低,已不適應(yīng)當時生產(chǎn)的要求。設(shè)計人員在總結(jié)30年鋅精餾技術(shù)的基礎(chǔ)上自行研制設(shè)計了世界上最大型的精餾爐(塔盤尺寸1372mm×762mm)并成功應(yīng)用。該技術(shù)重點解決了三大技術(shù)問題:

(1)簡化蒸發(fā)盤型式,由原來三種類型變?yōu)橐环N;調(diào)整了盤與盤之間橫向和豎向氣速,并新創(chuàng)了塔盤液體鋅溢流口由單點溢流型改為全溢流型(瀑布型)。

(2)調(diào)整了塔盤的組合,除采用單一型蒸發(fā)盤外,蒸發(fā)段的導(dǎo)氣盤上增設(shè)了兩塊回流盤,緩沖了加入低溫鋅液時對盤壁的熱打擊,并修改了回流盤數(shù)與蒸發(fā)盤數(shù)的比值,緩和了增大產(chǎn)量與質(zhì)量的新矛盾。

(3)塔盤成型用鋁合金墊板替代木制墊板,分層加料加壓,成品采用超聲波探傷儀探測,更有效地驗證了塔盤制作加工的質(zhì)量狀況。

設(shè)計建成的大型精餾爐,在國內(nèi)首創(chuàng)了單爐的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、塔齡長的先進水平?！笆澜缱畲笮退骄s爐的研制”1990年獲中國有色金屬工業(yè)總公司科技進步一等獎,1991年獲國家科技進步三等獎。

1.2.3葫蘆島鋅廠開發(fā)研究新技術(shù)開發(fā)研究新技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾方面。

(1)超細鋅粉生產(chǎn)技術(shù)。當時,市場急需的船舶漆用的超細鋅粉是進口的。技術(shù)人員經(jīng)過研究,選定精餾—水冷—氮氣循環(huán)風(fēng)選分級的方法。經(jīng)過半工業(yè)化試驗,最終得到合格產(chǎn)品。經(jīng)國內(nèi)油漆廠檢定和試用合格并得到英國、比利時等五國七家有關(guān)公司的認可,可作為國外同類進口產(chǎn)品的代用品,填補了國內(nèi)空白,為國家節(jié)約了大量外匯。“塔式爐生產(chǎn)超細鋅粉新工藝”1987年獲中國有色金屬工業(yè)總公司科技進步二等獎,1990年獲國家科技進步二等獎。

(2)高級氧化鋅生產(chǎn)技術(shù)。1982年,國內(nèi)高級氧化鋅市場堅挺,當時國內(nèi)化工系統(tǒng)已有坩堝法生產(chǎn)氧化鋅的技術(shù),但能耗較高,只有采用更先進的工藝,才能占據(jù)優(yōu)勢。研究人員根據(jù)鋅廠實際和國外點滴資料,確定以精餾塔為基礎(chǔ),在塔的上部配置氧化室,將精鋅生產(chǎn)過程中的B#鋅蒸發(fā)產(chǎn)生的鋅蒸氣引入氧化室制取氧化鋅的工藝。經(jīng)過一年的試驗,攻克了許多難題,我國第一座精餾法(間接法)生產(chǎn)氧化鋅的氧化鋅爐于1983年10月順利投產(chǎn),年生產(chǎn)能力達5000t。其特點是:能耗低、質(zhì)量好,產(chǎn)品達到1#氧化鋅的質(zhì)量標準。到1985年,年生產(chǎn)能力已擴大到1萬t。

“精餾塔生產(chǎn)高級氧化鋅”1987年獲中國有色金屬工業(yè)總公司科技進步三等獎。

(3)一種液體鋅的除鐵方法。它是應(yīng)用于火法煉鋅精餾除鐵的新方法。該方法不但除鐵效果好,而且還有利于銦、鉛等有價金屬的富集和回收,提高了有價金屬的回收率,并且改善鉛、銦等對塔體的堵塞狀況,延長了精餾塔的壽命。與其他除鐵技術(shù)相比,20萬t精鋅除鐵每年可少耗鋁240t。

(4)鋁鐵鋅渣提取金屬銦新工藝。鋁鐵鋅渣(硬鋅)是精餾塔熔析爐加鋁除鐵后的產(chǎn)物,含銦較高,通常是返回豎罐蒸餾爐處理,銦回收率較低。本工藝根據(jù)渣中各金屬組分沸點不同和鋅、銦氧化物易揮發(fā)的特點,在特制的裝置中將銦分離,產(chǎn)出富銦塵,再用濕法工藝提銦,產(chǎn)出精銦?！颁X鐵鋅渣提取金屬銦新工藝”1998年獲中國有色金屬工業(yè)總公司科技進步三等獎。

(5)氯法除冶煉煙氣中汞的新技術(shù)。硫化鋅精礦含汞為60×10-6~230×10-6,汞揮發(fā)隨煙氣進入制酸系統(tǒng),導(dǎo)致成品硫酸含汞較高(100×10-6~150×10-6),硫酸應(yīng)用范圍受到限制(化工、化肥、食品工業(yè)中要求含汞〈5×10-6)。本方法用氯配合物溶液與含汞煙氣逆流洗滌,使汞轉(zhuǎn)化為固體化合物,達到煙氣除汞的目的。除汞后,硫酸含汞〈1×10-6,固體化合物經(jīng)處理制成汞產(chǎn)品出售?！奥确ǔ睙挓煔庵泄男录夹g(shù)”1998年獲中國有色金屬工業(yè)總公司科技進步三等獎。

(6)鋅藍粉自熱干燥技術(shù)。在葫蘆島鋅廠豎罐蒸餾煉鋅的過程中,鋅蒸汽冷凝分兩次,第一次用鋅雨冷凝得到液體鋅,第二次用水冷凝產(chǎn)生濕藍粉。濕藍粉經(jīng)沉淀、干燥后返回制團系統(tǒng)。以前濕藍粉采用燃煤燒炕的方法干燥,黑煙、水汽嚴重污染環(huán)境。1986年,有色冶金研究所的研究人員經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),在鋅粉、氧氣(空氣)和水組成的三元系中,以水為溶劑可構(gòu)成Zn2+/Zn、OH-/O2兩個電極,形成微電池反應(yīng)放熱,即自熱。根據(jù)這個原理研制出“藍粉自熱干燥”裝置,該裝置通過壓濾—自熱干燥—蒸發(fā)水熱能循環(huán)利用等工序回收鋅藍粉。

(7)碳化硅耐磨泵。1986年與國內(nèi)用戶單位合作開發(fā)了碳化硅耐磨泵。選用黏土結(jié)合碳化硅材質(zhì),利用碳化硅硬度高、耐磨性能好的特點,經(jīng)一次成型、燒結(jié)制成砂泵襯里和葉輪等耐磨件,用黏合劑將襯里黏在泵殼內(nèi),再將葉輪、軸、泵殼等組裝成泵。該泵性能遠優(yōu)于鑄鐵泵、合金泵等,使用壽命長達2000h以上,填補了國內(nèi)空白。目前,該泵廣泛應(yīng)用于各種金屬礦山的選礦和尾礦處理上。