唐庚飛，李曉丹，吳艷萍

(1. 靖西市大西南錳業(yè)有限公司，廣西 百色 533803； 2. 江蘇丹源環(huán)?？萍加邢薰荆K 宜興 214214)

目前電解金屬錳后處理工序自動化程度較低，沒有形成連續(xù)機(jī)械自動化生產(chǎn)線，行業(yè)內(nèi)均采用分段設(shè)備處理，雖解決了部分人工，但還有許多地方需要改進(jìn)：脫硫效果差，用水量大，現(xiàn)場污水橫流；烘箱耗能大，產(chǎn)品質(zhì)量難保證；剝離機(jī)傷板嚴(yán)重，殘錳較多，需人工二次剝離；超聲波洗板耗能大、洗板質(zhì)量不好，極板使用壽命降低。本研究從每個工序考慮，又將各工序有機(jī)結(jié)合，形成統(tǒng)一的自動化體系，提升行業(yè)自動化水平，對電解錳行業(yè)實(shí)現(xiàn)污水源頭控制的清潔生產(chǎn)模式具有重要意義。

1 脫硫工序的現(xiàn)狀及改進(jìn)措施

脫硫，在電解金屬錳行業(yè)是指用水壓或其它外力作用將陰極板產(chǎn)品上的含硫溶液及三相界面上的硫酸銨結(jié)晶清除。現(xiàn)階段，電解金屬錳生產(chǎn)企業(yè)大部分采用高壓水泵通過高壓水槍用人工或機(jī)械沖洗產(chǎn)品表面，加用錐形小鐵鏟和抹布清除三相界面結(jié)晶物，清洗效果差、勞動強(qiáng)度大、用水量大，產(chǎn)生污水多及人工勞動隨機(jī)性大，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證，經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品硫含量超標(biāo)的情況發(fā)生；該方法沖洗過程中，掉在地下的錳片、粒子錳、顆粒錳需要人工清理處理，勞動強(qiáng)度大，環(huán)境衛(wèi)生差，每生產(chǎn)1 t電解錳，脫硫排放含錳含硫酸銨等廢水1 m3左右。

采用改進(jìn)型脫硫機(jī)可解決以上問題(見圖1)。改進(jìn)型脫硫機(jī)其原理是利用帶錳陰極板在鏈條上平行運(yùn)動經(jīng)過盛滿水的容器，運(yùn)動過程中利用鼓風(fēng)機(jī)增加液體的攪動性及汽泡性，形成來回洗刷及汽泡破裂的表面張力，溶化結(jié)晶物，清洗產(chǎn)品表面，從而達(dá)到脫硫的效果；全過程自動進(jìn)行，每塊板在水中的時間可設(shè)定在3～10 min，根據(jù)工藝地域調(diào)整。經(jīng)實(shí)驗測試，經(jīng)過該機(jī)器處理的產(chǎn)品含硫量在0.02%以下(見表1)，每生產(chǎn)1 t電解錳的用水量降至0.15 m3以下。

圖1 改進(jìn)型脫硫機(jī)設(shè)計圖

項目人工,清洗或高壓自動清洗改進(jìn)型脫硫機(jī)含硫量受清洗方法及人員因素影響,存在清洗誤差,三相界面硫塊難以脫除,工藝正常時,硫含量不穩(wěn)定:0.02～0.05之間清洗碎錳時可消除人員因素影響,清洗完畢的碎錳干凈,無雜質(zhì),質(zhì)量穩(wěn)定:0.02～0.03人工人工清洗人工2人,推板2人1人負(fù)責(zé)吊裝極板場地占地面積大,約10 m2僅需設(shè)備占用的場地,約5 m2環(huán)境脫硫后污水難以統(tǒng)一回收,四處飛灑,存在跑冒滴漏的隱患,現(xiàn)在難保持整潔脫硫水在設(shè)備容器內(nèi)循環(huán)使用,可有效在排放至廢水收集溝,現(xiàn)在整潔、干凈水耗2 m3/t產(chǎn)品0.15 m3/t產(chǎn)品

2 烘干工序的現(xiàn)狀及烘箱的節(jié)能改造

烘干的目的是將產(chǎn)品中的水份去除，以免產(chǎn)品在存儲中返潮變質(zhì)。現(xiàn)狀采用傳統(tǒng)烘烤箱和新式隧道連續(xù)烘箱[1-2]。傳統(tǒng)的烘干系統(tǒng)是人工將帶有錳產(chǎn)品的極板車推進(jìn)入烘房(密閉式)內(nèi)烘烤約半個小時，該設(shè)備的缺點(diǎn)是，密閉式，水氣內(nèi)循環(huán)，熱源利用率低，極板車輪易損壞；新式隧道連續(xù)烘箱，在烘箱的側(cè)面加熱，雖能實(shí)現(xiàn)連續(xù)加熱，但極板和極板的間距小，水汽較難排出烘箱外，烘烤時間長，溫度過高，出現(xiàn)爆板，產(chǎn)品返潮、變色，電能浪費(fèi)大。

改進(jìn)后的烘箱采用外循環(huán)熱風(fēng)吹干，將極板按照一定間距分開，通過外循環(huán)風(fēng)機(jī)吹出的熱風(fēng)，在極板縫隙表面形成強(qiáng)烈對流，可將空氣和錳片中的濕氣帶走，烘箱溫度在70℃就能烘干，烘箱幾乎沒有掉錳現(xiàn)象，無水珠滴落，錳片質(zhì)量較好，成品率高，節(jié)省電能。老式烘箱都在120℃以上，錳片過熱，濕氣重，裝袋后出現(xiàn)反潮等現(xiàn)象，質(zhì)量難控制。

表2 一個班組6336塊陰極板烘烤節(jié)電對比

3 剝離機(jī)現(xiàn)狀及節(jié)能改造

電解錳剝離機(jī)大部分采用人工喂板，勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，細(xì)小的金屬粉塵易引起操作人員換塵肺病的危險，嚴(yán)重影響操作者的身心健康[3]?，F(xiàn)行業(yè)內(nèi)主流剝離機(jī)分橫向剝離和豎向剝離兩種。

豎向剝離：缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剝離輪和極板容易錯位，當(dāng)錯位時，剝離輪壓在銅條上，剝離輪容易損壞，設(shè)備負(fù)荷重，加快損壞，易損件使用壽命低，維修成本高；銅條下方的錳片，豎向剝離過程中，因為有銅條的束縛在極板上產(chǎn)生塑性變形，極板容易被壓裂(見圖1)。

傳統(tǒng)的橫向剝離：為達(dá)到剝離效果，對輥的剝離輥輪較近，產(chǎn)生剪切力傷板；輥輪排布密，碎錳率高；輥輪密封不好，錳片易傷輥輪，故障高；剝離后的極板成自由狀態(tài)，容易卡板停留，造成擠板傷板，按10 000 t統(tǒng)計每年有2 000塊陰極板損傷。

圖1 塑性變形壓裂的極板

圖2 幾種剝離機(jī)的現(xiàn)狀

現(xiàn)行業(yè)里出現(xiàn)的幾種剝離機(jī)(見圖2)，進(jìn)口采用自動進(jìn)板裝置，改變傳統(tǒng)人工推板模式，減少勞動力。大概分為兩種：氣缸推板及步進(jìn)電機(jī)推板。氣缸采用氣缸推板及底部安裝滑輪，從而達(dá)到推板進(jìn)剝離機(jī)，推板穩(wěn)定性差，容易損壞，容易造成傷板現(xiàn)象。自動進(jìn)板裝置用步進(jìn)電機(jī)代替人工推板，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，本推板系統(tǒng)同時設(shè)置電氣保護(hù)裝置，當(dāng)出現(xiàn)極少過彎錳板，不能準(zhǔn)確進(jìn)入剝離系統(tǒng)的，超過1.8 s時系統(tǒng)將保護(hù)停機(jī)；材料上增加導(dǎo)輪的耐磨性能，導(dǎo)輪采用熱處理耐磨導(dǎo)輪，增長導(dǎo)輪使用時間，保證使用壽命。

新型的橫向剝離機(jī)，一次剝離在傳統(tǒng)的豎向剝離基礎(chǔ)上升級改造產(chǎn)生，采用彈性較好的輥輪剝離，在陰極板彈性范圍內(nèi)，加大了輥輪的間隙，超過85%的片錳通過一次剝離剝離掉，減少極板損壞率，提高剝離效率，能夠有效的保護(hù)剝離輥輪的損傷，提高剝離輥輪的使用壽命；橫向的一次預(yù)剝離具有傳統(tǒng)豎向剝離的優(yōu)點(diǎn)，同時減少了復(fù)雜性，維修簡單人性化。

二次剝離為傳統(tǒng)的剝離方式，極板經(jīng)過二次剝離系統(tǒng)對初次未剝離干凈的進(jìn)行復(fù)剝，復(fù)剝輥輪排布采用全方位無死角的剝離，將極板上頑固錳片剝離掉。目前公司使用的剝離輥輪使用壽命1～2個月就需要更換，新研發(fā)的全塑輥輪使用壽命在6～10個月。

傳統(tǒng)剝離機(jī)：出口處采用導(dǎo)條摩擦形式，容易傷板。剝離機(jī)出口增加機(jī)械裝置導(dǎo)板，機(jī)械方式可有序?qū)О?，且不產(chǎn)生摩擦；新型剝離機(jī)：機(jī)械裝置上設(shè)有電氣保護(hù)裝置，當(dāng)有極板變形嚴(yán)重，或者故障時有保護(hù)停機(jī)，因此不傷板。

新型剝離機(jī)新增加敲打系統(tǒng)。盡管經(jīng)過兩次剝離，但部分陰極板上仍然還有稀少殘錳，此時新型剝離機(jī)借用人工敲打的原理對陰極板自動敲打一次從而把能剝離的錳片全部剝離下來，增加產(chǎn)量，保證錳板剝離干凈。

新型剝離機(jī)，剝離輥的結(jié)構(gòu)改變，采用雙層防塵處理，避免粉塵進(jìn)入軸承間隙，提高軸承和軸的使用壽命。 維修人性化上，輥輪組采用活動套筒式輥輪，便于拆卸維修。

4 洗板工序的現(xiàn)狀及新型洗板機(jī)的應(yīng)用

目前，洗板的過程大部分分為以下兩種：采用人工洗板和超聲波洗板。人工洗板整個洗板的過程耗費(fèi)人工，且速度慢效率低；超聲波洗板傷板，毛板多，極板壽命降低，換能器和振子容易壞，長期使用傷板，耗電。

新型泡板、洗板一體機(jī)。先用陽極液泡板再用機(jī)械刷輪洗板，可節(jié)省人工，增加板面潔凈。

泡板、洗板機(jī)采用陽極液泡板，不用含鉻藥劑洗板，陽極液可循環(huán)使用，減少了污水的排放量，沖洗板材用循環(huán)水沖洗，廢水作為溶液的補(bǔ)充水，每噸產(chǎn)品用的循環(huán)水量0.3 m3。

超聲波洗板與改進(jìn)型洗板機(jī)的指標(biāo)對比見表3。改造后的平面布置圖見圖3。

表3 超聲波洗板與改進(jìn)型洗板機(jī)的指標(biāo)對比

圖3 改造后的平面布置圖

綜上所述，通過對剝離機(jī)的改造升級省水、節(jié)電，噸產(chǎn)品用水量0.15 m3，節(jié)省電能,無廢水橫流現(xiàn)象，有組織排放，做到真正意義的清潔生產(chǎn)；通過對剝離機(jī)改造節(jié)省人工，改造后將脫硫、烘干、剝離洗板連成一整體，整個電解金屬錳后處理只需要4人操作；通過對剝離的改造提高了設(shè)備的使用性能：

系統(tǒng)處理能力≥1 700片/h；剝片率≥97%(即凈板數(shù)量/錳板總數(shù)量×100%)；碎錳率：粒度3 mm篩網(wǎng)過篩，篩下量不超過15%；機(jī)組無故障運(yùn)行率≥98%,維修成本降低；傷板率小于0.1‰。