楊錦斌， 張海慶

(1.西藏玉龍銅業(yè)股份有限公司， 西藏 昌都 854000；2.西部礦業(yè)股份有限公司鋅業(yè)分公司， 青海 西寧 810000)

氧壓浸出工藝于1959年由加拿大謝利特·高頓公司首先試驗成功,并于1981年在特累爾廠建造了世界上第一個工業(yè)規(guī)模的鋅精礦直接氧壓浸出冶煉廠，生產能力7×104t/a。1982 年加拿大梯敏斯廠擴建工程是第二個采用該工藝的冶煉廠，1983年建成投產，生產能力1.8×104t/a。1991年，第三個鋅精礦氧壓浸出冶煉廠在德國魯爾鋅廠投產，使該廠每年增產鋅至少5×104t。1993年，加拿大哈德灣礦冶公司鋅廠在世界上第一個單獨采用氧壓浸出工藝，而在此之前，鋅氧壓浸出都是與原有的焙燒浸出并列生產，哈德灣礦冶公司鋅廠則是全部鋅精礦采用壓力釜處理的工廠，這表明該方法在工藝上取得了重大進展。

氧壓浸出工藝過程分物料準備、壓浸、閃蒸及調節(jié)、硫回收等工序。閃蒸及調節(jié)是該工藝中不可缺少的重要一部分，生產工藝中氧壓浸出后的礦漿進入閃蒸及調節(jié)槽，在壓力釜中生成的硫元素是熔融狀態(tài)，礦漿進入閃蒸槽后，硫保持在熔融狀態(tài)。由于氧壓浸出工藝鋅精礦不經過焙燒,因而無需建設配套的焙燒車間和制酸系統(tǒng)，且浸出效率高,原料適應性強，與其他冶煉方法相比，在環(huán)保和經濟方面具有較大的優(yōu)勢。

氧壓浸出工藝在我國得到廣泛采用，生產線較多。但在國內的生產應用中，氧壓釜在排料時對角閥及閃蒸緩沖罐進料頸部沖刷嚴重，嚴重制約著生產的連續(xù)性。在青海高海拔地區(qū)為了提高浸出率，浸出技術采用兩段高溫高壓高酸浸出。而氧壓浸出閃蒸緩沖罐進料口頸部處于壓力溫度變化區(qū)，沖刷腐蝕嚴重，對設備材料要求比較苛刻。原設計采用厚度為20 mm的904L金屬材料，在實際生產中，最多使用20天，更換頻繁，作業(yè)率低，增加了勞動強度并對現場工作環(huán)境造成影響。為此對緩沖罐進料口頸部的復合套管材料和結構進行了改進，采用了燒結碳化硅材料，增加了緩沖板以緩沖物料對進料口頸部的沖擊，大大增加了碳化硅內套管的使用壽命。

1 燒結碳化硅應用機理

碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料通過電阻爐高溫燒結而成。碳化硅在大自然中也存在罕見的天然礦物——莫桑石，碳化硅又稱碳硅石。在當今C、N、B等非氧化物高技術耐火材料中，碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種，也稱為金鋼砂或耐火砂。 目前中國工業(yè)生產的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體，比重為3.20～3.25，顯微硬度為2 840～3 320 kg/mm2。碳化硅由于化學性能穩(wěn)定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好，常應用于磨料、耐磨劑、磨具、高級耐火材料、精細陶瓷等工藝中。

無壓燒結碳化硅基本原理：在無外界壓力條件下，以高純、超細碳化硅粉為原料，將具有一定形狀的坯體放在1 950～2 100 ℃高溫下燒結，高溫下硅滲入含碳胚體，加入少量的燒結助劑，如硼、碳等，在大氣壓的惰性氣體或真空氣氛中，經過物理化學過程變成致密、體積穩(wěn)定、具有一定性能的固結致密塊體。燒結碳化硅秉承了碳化硅的所有優(yōu)良性能，包括超硬耐磨、高致密性、良好的耐腐蝕性及優(yōu)異的抗氧化性等,且氣孔率較低(約為0.5%)，適用于耐磨、高溫、耐腐等嚴酷工況條件下的工業(yè)環(huán)境。

燒結碳化硅具有制作工藝簡單、燒結時間短、成本較低等優(yōu)點，燒結溫度和成本遠低于熱壓燒結工藝，可實現凈尺寸燒結(燒結前后尺寸無變化)，易制備大型復雜形狀制品，實現大規(guī)模工業(yè)應用，前景廣闊。

2 無壓燒結碳化硅復合套管的工作原理

內襯無壓燒結碳化硅復合套管結構主要由套管外套、套管內襯套及緩沖機構組成，如圖1所示。

1—套管外套;2—膠泥層;3—套管內襯套;4—緩沖環(huán);5—緩沖槽;6—連接軸;7—緩沖板;8—法蘭圖1 內襯結燒碳化硅復合套管剖視圖

內襯無壓燒結碳化硅復合套管在工作時，把內襯套(件3)從外套(件1)的左側插接在套管外套的內部，并且在套管內村套和套管外套之間填充有膠泥層(件2)。套管內村套的內腔壁左端固定連接有緩沖環(huán)(件4)，緩沖環(huán)上開有若干個緩沖槽(件5)，呈環(huán)形陣列排列，緩沖槽上連接緩沖板(件7)，通過法蘭(件8)把套管外套連接在設備的排氣孔上，設備運行時，在氣體的沖擊下，會使緩沖板擺動，使得緩沖板對進入的氣體產生一定的緩沖力，達到改善設備工作環(huán)境的目的，實現生產的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

3 復合套管的結構設計

無壓燒結碳化硅復合套管的設計詳述如下。

1)套管外套(件1)的內腔左側和套管內襯套(件3)的外壁左側與水平面設計為7.5°夾角，主要為方便套管外套(1)和套管內襯套(3)的安裝而設計。

2)套管外套的材質為904 L，其內側壁的直徑為179 mm，其右側外直徑為219 mm，長度為286 mm。

復合套管的左端采用錐口，右端直口，便于固定套管內村套。內襯套的內直徑為158 mm，長度為280 mm，內壁表面光滑，復合套管右端直口是為了引導物料順滑至緩沖罐。在安裝時，套管內襯套的左端比套管外套內沉1～2 mm，既便于安裝密封墊，同時緊固時也可防止碳化硅受力過大而碎裂。

套管外套(件1)和套管內襯套(件3)之間設有膠泥層(件2)，膠泥層可耐高溫耐酸。

3)套管外套(件1)的外側壁左端固定設有法蘭(件8)，法蘭用于復合套管的安裝。

4 結語

與原904L套管相比，無壓燒結碳化硅復合套管的整體結構簡單、設計合理、使用方便，并且復合套管抗磨、抗腐蝕均優(yōu)于單純的金屬材料套管，達到了持久耐用、更換方便的目的，保證了氧壓釜排料的穩(wěn)定性、連續(xù)性和可靠性。通過緩沖板擺動，使得緩沖板對進入的氣體產生一定的緩沖力，從而改善設備工作環(huán)境。

內襯無壓燒結碳化硅復合套管在本公司氧壓釜排料角閥及閃蒸緩沖罐進料頸部的應用實踐表明，其壽命得到了大幅度提高，保證了生產的穩(wěn)定性和連續(xù)性，受到生產維護人員的一致好評，取得了較好的經濟效益和社會效益，已獲得新型實用專利授權。