锌工业技术现状与工艺装备提升和发展前景

彭振育，彭丽媛，彭 诚

（洛阳中彭化工环保技术有限公司，河南洛阳 471000）

锌工业的发展，离不开技术与工艺装备的进步。技术先进就能稳定发展，技术落后就会衰落倒闭。目前锌工业的工艺装备、生产效率、产品品质已成为影响其发展的重要因素。我国提升锌工业的技术与工艺装备水平已到了刻不容缓的地步，若想快速提升锌工业的相关技术及工艺装备水平，还需要做好扎实的基础工作。单凭简单地应用各类高端设备远远不够，锌工业的有关新技术、新工艺、新装备、新控制、新材料、新品种的“六新”研发与应用，应是当前急需的课题，技术与工艺装备齐头并进，才能推动锌工业的长远发展。革新传统落后的工艺装备，创造现代先进的工艺装备，提升工艺装备的技术进步，助推锌工业的发展。

1 当前我国锌工业工艺装备技术现状分析

工艺装备技术是过程设备的体现，与工业的技术发展和生产力密切相关。锌工业分为三大类：无机锌、有机锌、冶金锌。锌工业中的过程设备主要包括反应容器、过滤分离、蒸浓结晶、干燥焙烧、工业炉窑等。

1.1 反应容器技术现状

反应容器是一种实现化合反应过程的设备，目前常用的反应器类型主要有釜式反应器，器内有机械搅拌等装置。对于高径比较大的，设置多层搅拌桨叶，加热方式有夹套式、盘管式、浸没式。生产间歇式居多，将物料按照适宜配制后加入反应容器内进行反应达到控制要求后放出物料。间歇反应容器设备简单，同一种容器可设计多品种生产，缺点是自动化程度低，效率低，间歇装卸料操作繁杂，工艺指标控制不易稳定，操作环境差。反应器方面的技术发展已经比较成熟，对于桨叶、转速、流动等方面的合理设计是促进化合反应的关键所在。

1.2 过滤分离设备技术现状

过滤分离设备是常用的一种固液分离设备，可分为真空、压力、离心三大类。真空类有转筒、圆盘、带式、池式等；压力类有压滤、压榨、旋转式、动态式等；离心类有三足式、吊袋式、刮刀式、螺旋式、碟片式、管式等。过滤分离是生产中不可分割的环节，从化合、净化、精制、结晶工序均需要过滤分离装备。大多企业的生产过滤已经从传统使用的真空滤池、板框压滤等过滤更新到箱式过滤、隔膜过滤、刮刀式或旋滤式离心过滤，进一步提高了过滤效率。我国的过滤分离技术正逐步走向机械化、精细化的科技领域。

1.3 蒸浓结晶设备技术现状

蒸浓设备是化工生产中最为普遍的过程设备之一。目前常用的有釜式蒸发器、流态蒸浓器、多效蒸发器、升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发器、MVR 蒸发器等，传统的釜式蒸发器存在效率低，多效蒸发器存在严重结垢易造成堵塞、维修麻烦、寿命短、不利于锌的蒸浓结晶，升膜和降膜蒸发器能耗高、易出现接缝开裂损坏、不易维修、清理麻烦，强制循环蒸发器和MVR 蒸发器工艺设备复杂、造价高、选材及配备不当会前功尽弃；流态蒸浓器不会结垢堵塞、效率高、控制简便，是近年来新兴的适用于锌工业的蒸浓设备。

结晶设备现阶段主要有槽式结晶器、罐式结晶器、流态结晶器、卧旋结晶器、TDB 结晶器等。结晶器由于受物料性状的影响，使用槽式、罐式、卧旋结晶器居多，普遍存在结料堵塞等现象。

由于氯化锌的同质多晶现象，需要蒸浓干燥结晶，目前企业使用传统的石墨坡板炉窑，容易渗漏、造成锌损失、维修繁杂、操作环境差等，个别尝试石墨降膜干燥蒸发，出现接缝容易开裂、结垢堵塞、效率低等缺陷。

1.4 干燥焙烧设备技术现状

干燥焙烧是锌工业中最后环节的关键设备。传统的托盘式、烘箱式、隧道式、管式、转筒式干燥，主要存在占地面积大、热容量系数小、利用效率低、热效率仅为50%~70%左右。逐渐更新到带式、气流式、桨叶耙式、流化床、喷雾式、闪蒸式、流态化、高频微波干燥等。焙烧工艺装备技术的应用也在不断革新，从传统的反射炉、隧道炉到回转窑、链板窑、沸腾炉、流态雾化炉等。回转窑采用电源热或气源热与转炉内填充30%左右固相产生的焙解过程。链板窑采用电源热或气源热在链板往复转动表面分布固相的焙解过程。沸腾炉采用电源热或气源热通过上升气流与固相悬浮状态产生的焙解过程。流态雾化炉是20世纪20年代研制，采用气源热通过导向流的分散及流体层的雾化状态产生的焙解过程，是集干燥、焙烧、包装一体自动化、热源二效再生利用的多元化工艺装备，最早使用的是湖南双峰锌品厂，焦作华宇化工用于活性纳米氧化锌及碳酸锌的干燥焙烧自动一体化装备。

1.5 工业炉窑设备技术现状

工业炉窑的应用有直接法氧化锌的维氏炉、碳化锌氧炉，回转窑、烟化炉、鼓风炉、转底炉、旋速炉、悬浮炉，间接法氧化锌的花瓶炉、立式坩埚炉、卧式坩埚炉，火法炼锌的平罐炉、竖罐炉、鼓风炉、电炉、锌焙砂旋炉等。维氏炉在20世纪80年代国内规模化生产企业有湖南水口山二厂、河南洛阳栾川化工总厂等；碳化锌氧炉是20世纪20年代对碳化、氧化及分离收粉器进行革新的生产系统，促进生产安稳进行，提高工作效率。直接法是利用含锌物料配制碳进行冶炼还原氧化、冷却收粉得到90%~99.5%氧化锌；回转窑是利用中低度含锌二次资源与碳配制进行物料移动冶炼再生得到含锌35%~50%左右的次氧化锌；烟化炉是处理含铅锌锗锡金属复杂原料的方法之一，液态提渣挥发有价金属，在铅锌行业得到推广应用；鼓风炉于20世纪60年代被引进韶关冶炼厂，经烧焦处理铅锌混合物料，进行还原熔炼得到粗铅、粗锌或氧化锌；转底炉在20世纪90年代为了解决钢厂灰问题，后来在马钢、沙钢、莱钢进行了试用，以垂直轴为中心的盘式转底炉处理钢铁厂含锌的集尘灰固废物；旋速炉是利用导向涡旋进行对中低含锌二次资源熔炼；悬浮炉是利用平衡风压让含锌物料悬浮分解熔炼，国内进行了多次消化研制。

间接法氧化锌工业化生产最早的是上海京华化工厂、广西柳州锌品厂等，形成规模化的坩埚炉为花瓶炉、立式坩埚炉、卧式坩埚炉，是将金属锌融化、流入高温坩埚中进行蒸发氧化得到99%~99.7%氧化锌；火法炼锌炉窑在国内历史悠久，马槽炉、八卦炉及平罐炉炼锌在20世纪90年代曾经达到鼎盛时期，竖罐炉最早应用的葫芦岛锌厂、ISP 鼓风炉最早应用的株洲冶炼厂、电炉最早应用的洛阳栾川有色金属公司、洛阳有诚冶金公司等；火法炼锌是利用碳进行锌沸点还原蒸馏、冷凝得到粗锌锭，再精馏得到精锌。

2 锌工业工艺装备技术提升

2.1 反应容器工艺装备技术提升

反应容器在锌工业中密切关系到化合反应效率的关键，目前旋叶板化合反应器是反应容器中有效的设备之一。反应容器不但要结合物料特性选择适宜的，要结合产能开展连续化合反应的技术创新提升，让化合反应系统化、连续化、标准化的工艺过程。从配制加料、液固投放、工艺控制、液固输送、检测跟踪等进行一体化作业，确定因素影响依次为溶剂浓度、液固比、温度、浸溶时间[1]。不但提高化合效率，大幅度地降低生产成本，要稳定工艺控制的平衡。

2.2 过滤分离工艺装备技术提升

过滤分离设备是除去溶液中固体颗粒物、悬浮物等杂质，降低溶液的浊度，达到溶液澄清的目的，或者得到适宜的固体结晶物。我国的过滤压紧机构从手动、机械到液压，过滤方式从明流、暗流到明流单双向洗涤、暗流单双向洗涤，类型上从板式、箱式、立式、带式，取得了不断的科技进步。传统的过滤分离已不能适应现代锌工业发展的需要，要结合物料的性状进行选择和自动化的创新提升，特点是要结构简单、适合黏细物料、自动卸料、洗涤、烘干、滤饼含湿量低、密封性好、成本低的工艺装备。目前隔膜过滤、真空过滤能适宜局部功能，要实现整体功能还需要进一步的提升，采取多元化综合过滤系统，提高过滤效率，降低能耗。

2.3 蒸浓结晶工艺装备的提升

蒸浓是使溶液中溶剂蒸发溶液浓度提高的过程，结晶是饱和状态下晶核的成长析出过程。锌的蒸浓结晶不同于其他盐类，要想获得不易结块、颗粒均匀、质量稳定的结晶体，除工艺条件控制外，提升工艺装备的整体设计极其关键。不但要高效蒸浓，而且要促进晶核的均匀成长，减轻结料避免堵塞现象。流态蒸浓器与流态结晶器的一体化工艺装备的开发应用，将会为锌的蒸浓结晶奠定良好的基础。

2.4 干燥焙烧工艺装备的提升

干燥是利用热源对浆饼物料中水分汽化后获得固体适宜产品的操作过程。干燥焙烧在国内没有完整的规模化运行体系，技术含量偏低，大多依靠传统的反射炉、回转炉、流化床的模式，在工艺装备过程中的生产能力、热源能量、工艺控制、品质稳定、物料运行方式等有着较大的提升空间，要立足向大型化、连续化、封闭化、自动化的方向，有利于提高产品的湿分汽化、粒径转型，有利于产品质量的稳定，有利于节能降耗、低成本、高效益，进一步针对膏糊状、热敏性物料的设备适宜开发，研发出多功能的工艺装备，能集过滤、干燥、焙烧、包装等单元操作体系。随着流态雾化干燥焙烧炉的生产应用，实现了干燥、焙烧、包装一体化操作控制，占地面积小，能耗低，自动化程度高，产品质量稳定，促进了干燥焙烧工艺装备的进步。

2.5 工业炉窑工业装备的提升

直接法氧化锌炉窑经过对碳化分离的革新取得了成效，特别是2021年氧化锌生产冶炼自动进料机在直接法氧化锌的应用，取代了长达近50 a 人工进料并获得了成功，但自动出渣机还需要联动技术的完善，要更进一步地促进全自动进料、冶炼、出渣一体化装备有待提升。回转窑设计要在高质低耗、生产过程结圈的预防、延长使用期等方面有待提升。烟化炉结构实行了优化，并对渣型、压密必要性、冷料入炉等进行了提升，但在耐材及收尘方面还需要提升。悬浮炉的内部配套构造设计是生产成功的先决条件，物料分散、能量梯级及物衡环节需要进一步提升。转底炉经过多年的试制，要在热利用、高耗能、效率低、烟气凝结、余热系统容易堵塞及耐材损耗等方面，还需要优化提升。间接氧化锌炉窑的蒸馏容器是影响其产能发展的重要环节，要提高单器容量、降低能源及耐材消耗等。鼓风炼锌在床面积、运转效率、降低杂质含量方面具有较大的提升空间。火法炼锌重点要提升工艺条件的自动控制及热源再生效率、耐材的适用组分等，才能稳定生产，重新立足于市场。总之，选择工艺装备要综合整体因素，设计更高效、更节能、更实用、更清洁的工艺装备技术。

3 工艺装备技术发展前景

3.1 提高工艺装备合理设计，促进实用科技发展

只有做好工艺装备技术的提升，才能促进企业科技有力发展。规划设计是关键，目前，要丢掉传统的设计观念，在对工艺装备进行规划设计时，要依靠丰富的生产实践经验与扎实的理论知识相结合，以实践检验理论、以理论指导实践，对整体项目的结构与工艺参数进行系统性的论证和设计，才能做到合理化。由于工艺装备涉及多个流程及设备相组合，物料的特性也多样化，所对应的项目结构以及工艺参数也要多样化，但多数企业的项目设计中没有全面布局而单一化，往往以产量为依据，一套设计照搬一辈子的陈旧观念，并没有考虑到物料特性、工艺条件、装备衔接、流体流动、热质传递、节能降耗等问题，往往建造出来的工艺装备在实际生产中并不理想，常出现操作不顺、控制不稳、工艺不全、装备不适，导致效率低、能耗高、品质差、成本大等现象，严重影响市场竞争力。照搬硬套的时代已经过去，全方位综合规划设计，才能真正促进现代企业科技的稳步发展。

3.2 提高锌工业技术水平，用先进技术提高产品品质

我国锌工业的工艺装备技术与世界发达国家的同行业相比还存在着差距。目前市场中、低技术含量的产品占着主导地位。随着国际市场竞争的不断加剧，摆在面前的是产品品质的竞争压力。日益激烈的市场竞争，我们的企业必须通过创新提高技术进步、吸收国内外先进技术来提升产品品质。产品建设发展的思路要拓展工艺装备的大型化、流程的连续化、控制的自动化、表面的处理质量、耐腐的专业材料等方面，研发多功能一体机控制装备，促进产品的优质高效。多进行技术交流，吸收应用最新技术成果，加速提高锌工业工艺装备技术水平。

3.3 加强管理，建立现代企业制度

我国锌生产企业中，不完全统计家族式企业占60%左右，股份联合企业占30%左右，集团企业10%左右，在管理模式上大多采取家长式、粗放式的管理，这是国内锌企业制约发展不大、工艺装备不强、产品品质不精的根源之一。市场竞争要求企业必须重新审视组织结构及管理战略。没有一个科学的现代管理，就很难实现高质量发展的高瞻远瞩目标。企业不但要立足制定长远的发展战略，重视联合技术人才、联盟科研机构，建立现代企业管理制度，要做到：①战略提升打造领先型；②团队驱动打造动力型；③能力拓展打造创新型；④挖潜增效打造节能型；⑤管理强化打造执行型；⑥品牌重塑打造责任型。综合进行提升打造，才能实现企业高质量发展。

3.4 规划调整企业结构，培育企业的核心竞争能力

我国锌工业的特点是企业数量多但整体素质不高，多数企业工艺装备技术落后，不少企业还在延用落后淘汰的工艺装备。仿造建厂搞项目，建了改改了建，马马虎虎搞生产，人力财力物力精力都花在弯路上，又想走捷径，又不舍得资本购进使用新科技或创新研发，导致企业面临制造成本高、操作环境差、品质忽高忽低，没有市场竞争力的困境。企业要有大胆规划调整结构的精神，寻找更广阔的生存和发展空间。自主培育或联合培育科技实力，拥有先进的工艺装备技术，夯实市场的主导产品。企业应积极规划产品结构，提高核心竞争能力，形成自己的特色工艺装备技术和品质。

3.5 推动企业成为科技创新的主体

我国锌工业创新水平低、具有的实用性不强，形成的专有技术或研发知识产权的实用新工艺、新技术、新产品的企业寥寥无几，这也是我国锌工业发展壮大缓慢的重要原因。还有一部分知识成果没有有效地转化为生产力，这是受决策投资观念的影响，落后的投资小，先进的投资大，局部观念限制了全局观念的经济模式，导致企业一直处于落后、面临困境的边缘。企业要成为科技创新的主体，就要不断的深入研究、实践和探索，使资源得到合理的配置与利用，就要提高工艺装备技术，有效地促进和发展企业创新的主体能力。

4 结束语

锌工业作为我国形成较晚、发展相对缓慢的工业，其市场和发展前景非常广阔。尽管锌工业工艺装备在落后传统的局面有所更新，特别是最近5 a，在环保政策和市场竞争下，淘汰了大部分工艺装备技术落后的企业，促进了革新工艺装备的应用，并取得了良好的效果。但是工艺装备技术的创新仍然需要努力，多方面系统地提高工艺装备技术的合理性和可靠性，在提高生产效率、降低能源消耗、稳定产品质量、机械自动化等方面具有较好的发展前景。