中国竖罐炼锌技术的应用,开始于葫芦岛锌厂。葫芦岛锌厂的发展与进步,也代表着中国竖罐炼锌技术的发展与进步。本文将通过对葫芦岛锌厂竖罐炼锌技术发展的介绍,说明竖罐炼锌在中国的发展。
葫芦岛锌厂始建于1937年5月,当时厂名为满洲铅矿株式会社葫芦岛制炼所,引进美国新泽西公司竖罐炼锌专利技术,设计能力为年产锌1万t。1941年12月制炼所引进德国鲁奇化学公司专利技术始建硫酸厂,设计能力为年产浓硫酸1.5万t。1942年8月锌系统投产,1943年12月因竖罐蒸馏炉罐体破裂而停产;1945年6月硫酸厂建成投产。日本投降后,制炼所生产建设全部停止,至此,共生产锌84.61t、硫酸1994t。国民党时期,没生产锌,生产硫酸1347t。1948年11月,葫芦岛解放,葫芦岛锌厂开始了恢复生产、改造扩建、改组改制的漫长历程。
在这里,诞生了共和国若干个“第一”:生产出新中国第一块锌锭、第一块碳化硅制品;建设了第一座高温氧化焙烧流态化炉、第一座世界最大型塔式精馏炉、第一座特大型竖罐蒸馏炉。
1.2.1恢复竖罐炼锌生产1.2.1.1?恢复生产创奇迹1950年决定恢复竖罐炼锌生产,当时原日本制炼所所长岗部千代男断言,中国在两三年内不可能恢复竖罐炼锌,只能搞平罐炼锌,可见恢复生产之难。但是,就在这一年,葫芦岛锌厂人生产出了锌。技术人员仔细查阅有关文献,研究日伪时代开工时的操作情况和竖罐破裂情况,克服了一系列困难,攻克了一个个技术难题,先搞小型试验炉,同时也着手修复大蒸馏炉,开始了全面恢复工作。9月3日,小试验炉出锌;10月9日,1#、2#蒸馏炉也开始出锌,三个月产锌79t,第二年产锌1662t。这是中国人第一次用竖罐炼锌法炼锌成功,它为以后的技术创新与发展奠定了良好的基础。
1.2.1.2?完善工艺解难题在恢复生产的同时,运用集体智慧和力量进行生产技术攻关,解决了一个又一个技术难题,在技术上取得了重大突破,使炼锌技术日臻完善,炼锌生产平稳运行。
回转窑的氯化焙烧改为氧化焙烧,改善了劳动条件;蒸馏炉的热补炉工艺实验成功,延长了炉体寿命;锌精矿焙烧炉低浓度二氧化硫制酸工艺试验成功并投产;煤气发生炉的技术改革,稳定了煤气供应,保证了蒸馏炉热工系统的操作;研制成功飞溅式冷凝器代替挡板冷凝器,提高冷凝效率;蒸馏炉冷凝废气(含CO达70%)回收利用项目全面推广,吨锌煤耗降低360kg;研究竖罐蒸馏炉炉瘤生成的机理与对策,延长炉体寿命;研究竖罐蒸馏炉下部送风,降低渣含锌;焙烧炉由多层炉改为高温氧化流态化焙烧炉,提高了焙烧能力;生产碳化硅砂、碳化硅砖,碳化硅精馏塔盘,结束了我国不能生产碳化硅制品的历史;流态化炉的炉气冷却器由水冷改为汽化冷却,而后又改为余热锅炉;旋涡炉处理蒸馏残渣,等等。其中,以下三个研究课题技术突破最大。
1)研究竖罐蒸馏炉炉瘤生成的机理与对策这种炉瘤形成在罐本体与上延部的接壤处四周,生产50~60天后就逐渐增大,堵塞炉料下通道,炉子被迫停产,严重影响生产,工人深感头痛,称之为“毒瘤”。
技术人员大胆推理和假设,研究试验方法、研制实验设备,在室内开展小型模拟试验,找出了炉瘤的成因,摸索出消灭或减轻炉瘤形成的条件和规律,即在竖罐蒸馏炉上延部的底部与燃烧室架构一个“小燃烧室”,使其内部形成均匀的温度梯度,使原结瘤严重的小燃烧室区域的炉瘤消失、“小燃烧室”以上部位炉瘤生成处理周期延长两三倍,可达5~6个月,这就与蒸馏炉的中修周期结合起来,既省工省料,又减少了生产上的损失,可谓一举三得,因而一直沿用至今。
2)研究竖罐蒸馏炉下部送风1954年,竖罐蒸馏炉生产日趋稳定,但产量还较低,罐渣含锌还较高。经研究,决定在竖罐蒸馏炉下部送风,扼制锌蒸气向下扩散,降低罐渣含锌。经过多种条件的测试比较,前后历时5个月,当确证此方法能扼制锌蒸气向下扩散,而又不显著影响其他条件时,罐渣含锌已由试验前的7%~8%降低到3%~4%,产量也有提高,加上前期罐内加焦炭的因素,当年的锌回收率就由上年的89.43%提高到94.85%,接近95%的设计水平。
3)蒸馏炉冷凝废气回收利用蒸馏炉冷凝废气含CO达70%,操作不当容易自燃爆炸,回收工作艰巨危险。技术人员不顾个人安危,经过多次分析试验,确定了密闭正压输送、定期清扫管道的设计方案,并选定一座炉做试验。安全试运转一周后,分批推广,直到16座竖罐蒸馏炉全部安全运行为止。回收利用冷凝废气,吨锌可节煤350kg。本方法已被国内多家锌厂采用。
1.2.2形成大型化竖罐炼锌体系在中国竖罐炼锌技术的发展过程中,葫芦岛锌厂始终发挥了带头作用。1970年以来,不断进行竖罐炼锌工艺的改革和研究,逐步形成了大型化竖罐炼锌体系。
1.2.2.1?特大型竖罐蒸馏炉1982年,9#~18#竖罐蒸馏炉主厂房混凝土框架因故胀裂,经中国有色金属工业总公司组织的专家鉴定,确定为危险建筑,应停止使用。该厂房总面积1万m2,有10座竖罐蒸馏炉(其中7座60m2炉,3座100m2炉)和3座焦结炉,承担年产4.3万t蒸馏锌的任务。如就地大修,将停产2年,少产锌8.6万t、硫酸14.8万t,损失太大。为此,决定移地改造。技术人员坚持贯彻大修和改造相结合的原则,针对老企业的不足,将厂房设备配置作重新调整,蒸馏炉炉型采用自创的大型蒸馏炉,发挥其生产能力大、技术指标好的优势,将原来10座蒸馏炉,改建为7座112m2的大型蒸馏炉,并取单炉排列,改善劳动条件。焦结炉选用两台大型竖井式外热焦结炉,并采用了一台研究所刚试验成功的节能型立式自热焦结炉。1986年10月27日,年产5万t锌的大型蒸馏炉开始出锌,尔后,又建成了14座110m2的大型蒸馏炉。至此,锌生产能力达到20万t,具有中国特色的大型化竖罐炼锌体系完全确立,竖罐炼锌生产进入了新的时期。改造后,炉日产量达21t,渣含锌〈2%,吨锌团耗〈3.6t,冷凝器效率>94.5%。“特大型竖罐蒸馏炉”1998年获中国有色金属工业总公司科技进步二等奖。
1.2.2.2?世界最大型塔式精馏炉的研制1986年,移地改造的七台大型蒸馏炉投产,蒸馏锌产量大增,以后每年还要递增。
但原有10座精馏塔只有年产5万t的能力,而且其精馏塔沿袭小型塔盘近30年未变,生产能力低,已不适应当时生产的要求。设计人员在总结30年锌精馏技术的基础上自行研制设计了世界上最大型的精馏炉(塔盘尺寸1372mm×762mm)并成功应用。该技术重点解决了三大技术问题:
(1)简化蒸发盘型式,由原来三种类型变为一种;调整了盘与盘之间横向和竖向气速,并新创了塔盘液体锌溢流口由单点溢流型改为全溢流型(瀑布型)。
(2)调整了塔盘的组合,除采用单一型蒸发盘外,蒸发段的导气盘上增设了两块回流盘,缓冲了加入低温锌液时对盘壁的热打击,并修改了回流盘数与蒸发盘数的比值,缓和了增大产量与质量的新矛盾。
(3)塔盘成型用铝合金垫板替代木制垫板,分层加料加压,成品采用超声波探伤仪探测,更有效地验证了塔盘制作加工的质量状况。
设计建成的大型精馏炉,在国内首创了单炉的高产、优质、低耗、塔龄长的先进水平。“世界最大型塔式精馏炉的研制”1990年获中国有色金属工业总公司科技进步一等奖,1991年获国家科技进步三等奖。
1.2.3葫芦岛锌厂开发研究新技术开发研究新技术主要体现在以下几方面。
(1)超细锌粉生产技术。当时,市场急需的船舶漆用的超细锌粉是进口的。技术人员经过研究,选定精馏—水冷—氮气循环风选分级的方法。经过半工业化试验,最终得到合格产品。经国内油漆厂检定和试用合格并得到英国、比利时等五国七家有关公司的认可,可作为国外同类进口产品的代用品,填补了国内空白,为国家节约了大量外汇。“塔式炉生产超细锌粉新工艺”1987年获中国有色金属工业总公司科技进步二等奖,1990年获国家科技进步二等奖。
(2)高级氧化锌生产技术。1982年,国内高级氧化锌市场坚挺,当时国内化工系统已有坩埚法生产氧化锌的技术,但能耗较高,只有采用更先进的工艺,才能占据优势。研究人员根据锌厂实际和国外点滴资料,确定以精馏塔为基础,在塔的上部配置氧化室,将精锌生产过程中的B#锌蒸发产生的锌蒸气引入氧化室制取氧化锌的工艺。经过一年的试验,攻克了许多难题,我国第一座精馏法(间接法)生产氧化锌的氧化锌炉于1983年10月顺利投产,年生产能力达5000t。其特点是:能耗低、质量好,产品达到1#氧化锌的质量标准。到1985年,年生产能力已扩大到1万t。
“精馏塔生产高级氧化锌”1987年获中国有色金属工业总公司科技进步三等奖。
(3)一种液体锌的除铁方法。它是应用于火法炼锌精馏除铁的新方法。该方法不但除铁效果好,而且还有利于铟、铅等有价金属的富集和回收,提高了有价金属的回收率,并且改善铅、铟等对塔体的堵塞状况,延长了精馏塔的寿命。与其他除铁技术相比,20万t精锌除铁每年可少耗铝240t。
(4)铝铁锌渣提取金属铟新工艺。铝铁锌渣(硬锌)是精馏塔熔析炉加铝除铁后的产物,含铟较高,通常是返回竖罐蒸馏炉处理,铟回收率较低。本工艺根据渣中各金属组分沸点不同和锌、铟氧化物易挥发的特点,在特制的装置中将铟分离,产出富铟尘,再用湿法工艺提铟,产出精铟。“铝铁锌渣提取金属铟新工艺”1998年获中国有色金属工业总公司科技进步三等奖。
(5)氯法除冶炼烟气中汞的新技术。硫化锌精矿含汞为60×10-6~230×10-6,汞挥发随烟气进入制酸系统,导致成品硫酸含汞较高(100×10-6~150×10-6),硫酸应用范围受到限制(化工、化肥、食品工业中要求含汞〈5×10-6)。本方法用氯配合物溶液与含汞烟气逆流洗涤,使汞转化为固体化合物,达到烟气除汞的目的。除汞后,硫酸含汞〈1×10-6,固体化合物经处理制成汞产品出售。“氯法除冶炼烟气中汞的新技术”1998年获中国有色金属工业总公司科技进步三等奖。
(6)锌蓝粉自热干燥技术。在葫芦岛锌厂竖罐蒸馏炼锌的过程中,锌蒸汽冷凝分两次,第一次用锌雨冷凝得到液体锌,第二次用水冷凝产生湿蓝粉。湿蓝粉经沉淀、干燥后返回制团系统。以前湿蓝粉采用燃煤烧炕的方法干燥,黑烟、水汽严重污染环境。1986年,有色冶金研究所的研究人员经研究发现,在锌粉、氧气(空气)和水组成的三元系中,以水为溶剂可构成Zn2+/Zn、OH-/O2两个电极,形成微电池反应放热,即自热。根据这个原理研制出“蓝粉自热干燥”装置,该装置通过压滤—自热干燥—蒸发水热能循环利用等工序回收锌蓝粉。
(7)碳化硅耐磨泵。1986年与国内用户单位合作开发了碳化硅耐磨泵。选用黏土结合碳化硅材质,利用碳化硅硬度高、耐磨性能好的特点,经一次成型、烧结制成砂泵衬里和叶轮等耐磨件,用黏合剂将衬里黏在泵壳内,再将叶轮、轴、泵壳等组装成泵。该泵性能远优于铸铁泵、合金泵等,使用寿命长达2000h以上,填补了国内空白。目前,该泵广泛应用于各种金属矿山的选矿和尾矿处理上。
