锌电积车间阴极处理自动化设备及布局优化

伍学敏

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019）

传统的湿法炼锌过程可分为焙烧、浸出、净化、电解沉积和熔铸五个阶段。锌的电解沉积是用电解的方法从硫酸锌水溶液中提取纯金属锌的过程，是湿法炼锌工艺中最为重要的一个工序，所以锌电积车间的工艺和装备水平很大程度上代表了湿法炼锌行业的技术发展水平。从阴极板上剥离金属锌是一项非常繁重的体力作业，其工作环境差，劳动强度高。近几年，锌电积车间的阴极处理自动化装备发展很快，自动剥锌机、洗刷机等设备在外国引进的基础上进行了很多国产化定制设计与升级。

1 工艺布置

通过总结国内相关信息，将现有的剥锌洗刷装备的布置分为以下几种型式。

1.1 双线型式

双线型式配备两条独立的剥锌线和洗刷线，通过行车将电解槽中的阴极板运送至剥锌线中，通过剥锌机剥锌完成后，再通过行车运送至洗刷线上，经洗刷完成后再通过行车返回电解槽。

该型式主要应用在锌大极板电积车间，因极板尺寸和重量大，需要配备自动行车对极板进行转运。现该型式国内主要应用在中金岭南丹霞冶炼厂、西部矿业锌电积车间等［1］。

该双线型式的布置简图如图1所示，厂房布置两列电解槽，将剥锌线和洗刷线布置于厂房一端，而另一端是阳极处理区域，主要布置阳极清洗和拍平设备。

图1 双线型式布置简图

1.2 小C型式

小C型式同样配备剥锌线和洗刷线，与双线型式不同的是剥锌线与洗刷线之间增加了横向移载装置，能够让剥锌线上剥完的极板按既定移载方式转运至洗刷线上，从而“解放”吊车。

该型式主要是应用在锌小极板电积车间中，由于小极板相较于大极板轻巧，故能通过横向移载装置实现极板在剥锌线与洗刷线之间的交互。

小C型式的布置简图如图2所示。由图2可知，该设备布置需要厂房配备附跨提供剥锌区域。工艺流程为：阴极板经行车吊出电解槽后放置在剥锌线上，通过移载小车，将极板运至附跨处，通过预处理（振打预剥离、机械预剥离等）后到达剥锌机处，剥锌完成后经横向移载装置运送至洗刷线，再经洗刷处理后由移载小车运回至主跨，由行车吊回电解槽［2，3］。

目前该型式应用在江西铜业铅锌金属有限公司锌电积车间和云南华联锌铟股份有限公司。

图2 小C型布置简图

1.3 大C型式

大C型式目前主要在中小极板车间中应用。此型式是将阴极处理的相关设备均布置在横向移载中，保留入板工位和出板工位，形状宛如一个大写英文字母C。

大C型式的布置简图如图3所示。吊车从电解槽将极板吊运至入板输送装置中，输送至横向移载后经振打预剥离、机械预剥离、剥锌机、洗刷机后运至出板输送装置，再经吊车吊回电解槽［4］。

图3 大C型布置简图

目前该型式应用比较广泛，云铜锌业锌电积车间、云南驰宏锌锗股份有限公司、鑫联环保科技股份有限公司都有应用。

2 关键设备

锌电积车间阴极处理设备主要关键设备有：剥锌机组、洗刷机组、预剥离设备、码垛机组等。

2.1 剥锌机组

剥锌机在实际应用过程中，主要有两种工作方式。

其一是板动刀不动形式，也就是采用剥刀固定，极板上下动作的方式，主要应用在双线型工艺布置中，如图4所示。极板通过两边吊钩带动往上运动，剥刀合拢后将附着在阴极板上的锌片剥离下来。再将极板降下至输送链条上。

图4 剥锌机a

其二采用的是刀动板不动形式，即极板固定，剥刀做上下动作的方式，主要应用在小C型和大C型的工艺布置中，如图5所示。极板固定在步进装置上，主剥离剥刀通过驱动自上而下剥离附着在阴极板上的锌片。

图5 剥锌机b

2.2 洗刷机组

剥锌后的阴极板因其表面粘附杂质，会导致重回电解槽电积后锌片难以剥离，故需要在重回电解槽前将阴极板先进行清洗。实践证明，清洗干净后的阴极板让剥锌成功率有显著的提升。洗刷机与剥锌机类似，同样有两种工作方式。

其一是板动滚刷不动的方式，一般采用框架式结构，极板通过两边吊钩带动往上运动，滚刷合拢喷水洗刷，同时可以根据需求选择极板下降时是否还需洗刷。

其二是滚刷动板不动的方式。极板固定在横向移载装置上，滚刷在驱动装置的带动下做上下动作，洗刷极板。这种主要应用在小C型和大C型的工艺布置中。

2.3 预剥离设备

在实际生产过程中，锌片的附着力随电解液中F-离子的含量波动而波动。据现场反馈，F-离子含量偏高时，锌片在阴极板上的附着力增大，从而降低剥锌的成功率。为解决工艺波动造成的现象，一般会在剥锌机前设置预剥离装置，现如今在用的预剥离设备分为两种。一种是振打预剥离，利用高频气锤击打锌片表面，使锌片与阴极板因形变量不同而产生间隙，有助于锌片剥离；另一种是通过预剥离小刀紧贴阴极板铲下，在锌片与阴极板之间形成一条开口，利于主剥刀直接将锌片铲下。

2.4 码垛机组

剥离下来后的锌片，需要码垛运输至熔铸车间，码垛机组是其中重要的组成设备。锌片收集一般采用皮带、链条或辊道输送，具体考虑车间设备工艺布局。在实际生产过程中，为了提升锌片码垛的质量，在码垛装置内设置锌片对齐装置等。部分机型还会在顶部设计压紧装置，增加锌片垛的稳定性。

3 布局优化

新建的锌电积车间可以充分利用工艺配置的优势，从总图布局、产能、自动化程度、业主偏好、设计理念等各个方面选取最优布局。然而老旧厂房锌电积车间剥锌片自动化存在厂房空间结构有限，极板吊运半自动化等问题，需要选择结构紧凑占地面积小、自动化程度高、人工定额少，能够适应老旧厂房自动化剥锌改造的优化布置。

电解槽一般位于二层的高度，如若将剥锌机与电解槽设置于同一标高，可将剥下来的锌片通过接片装置掉落至一层码垛，充分利用垂直空间，有效缩小设备占地面积。

在大产能锌电积厂房布置中，一般会布置多台套的阴极处理设备。此时会考虑到设备之间的通用处理的能力，将入板输送链和出板输送链并排同向布置，能够让一台套阴极处理设备在检修维护时，另一台套也能兼顾产能的需求。

4 总 结

阴极处理是锌电积车间一个非常重要的工序，过去均为人工操作，劳动强度大。通常10 kt／a锌电积车间需完成剥锌片、阴极板洗刷等工作，劳动定员一般在100～120人左右，而剥锌洗刷等自动化设备的出现很大提升了锌电积车间的设备自动化程度。如何在锌电积车间布置自动化设备是在设计过程中需要慎重考虑的事项，不仅与工艺参数有关，同时还与业主的操作习惯有关。本文旨在介绍总结锌电积车间阴极板处理设备的工艺布置形式以及相关关键设备，为锌电积车间设计提供相应的实践基础。