羅濤

（保爾沃特冶金技術（北京）有限公司，北京 100102）

大極板鋅電積技術首先使用于比利時老山公司（Vieille-Montagne）下屬的巴倫冶煉廠（Balen），現(xiàn)歸屬于新星公司（Nyrstar）。二十世紀六十年代投入使用的是2.6m2（浸沒面積，下同）大陰極板，稱之為Jumbo[1]；而后在七十年代末建設了使用3.2m2的Superjumbo（超大）陰極板的冶煉廠。自此，大極板電解技術逐步推廣至世界范圍內，并于2008年引入中國，首用于中金嶺南丹霞冶煉廠，此后在國內逐步推廣開來，大極板電積技術普遍為國內用戶所接受。

1 工藝布置

1.1 國外布置方案

大極板電解的布置方案隨著極板大小、陰極剝鋅等設備和電解槽的發(fā)展，在不斷地演變。下列的布置方案均有投入使用的實例。

1.1.1 Balen冶煉廠

巴倫冶煉廠[2]在1969年建成投產了采用2.6m2極板的電積車間，設計產能為7.5萬噸/年。電積車間采用了168個電解槽分置成6列的布置，每列有28個電解槽，每槽44塊陰極板，采用48小時的剝鋅周期。配置了兩條獨立的剝鋅和刷洗線；以及兩臺行車，分別用于電解槽與轉運小車之間的陰極板吊運，以及剝鋅和刷洗線中極板架與極板轉運小車之間的陰極板吊運。

圖1 Balen冶煉廠2.6m2電積車間

圖2 Balen冶煉廠3.2m2電積車間

圖3 Budel冶煉廠2.6m2電積車間

而巴倫冶煉廠在1979年建成投產的電積車間采用了3.2m2極板，設計產能15萬噸/年。電積車間采用了140個電解槽分置成4列的布置，每系列有35個電解槽，每槽86塊陰極板，采用48小時的剝鋅周期。每兩列配置一臺剝鋅機和刷洗機，組成剝鋅和刷洗線，用于處理導電頭同向的陰極板；每列配置一臺行車。在此布置中，由剝鋅機（一臺或多臺）和刷洗機（一臺或多臺，單片或雙片）組成的剝鋅和刷洗線可同時服務于兩列電解槽，這種布置形式也成為后續(xù)兩列布置的3.2m2電積車間的典型布置。

1.1.2 Budel冶煉廠

新星公司（Nyrstar）位于荷蘭的Budel冶煉廠采用的也是聯(lián)合礦業(yè)公司（Union Minière）的技術，采用2.6m2的陰極板，共16列電解槽，每槽54片陰極。剝鋅機（4臺）和刷洗機（4臺）布置于中間，組成2條獨立的剝鋅和刷洗線；剝鋅和刷洗線與陰極板轉運輸送帶之間的極板轉運通過掛鉤式轉運轉置實現(xiàn)，陰極板轉運輸送帶與陰極板轉運小車之間的極板轉運通過行車來實現(xiàn)；剝鋅和刷洗線兩側各有8列電解槽，每列1臺行車。布置形式與Balen冶煉廠類似。

1.1.3 大極板電積技術的使用情況

隨著大極板電積技術在Balen冶煉廠的成功運用，此項技術在世界各地推廣開來。表1給出的冶煉廠，大部分是在2000年前引入此項技術的。雖然其中部分冶煉廠現(xiàn)在已經關停，但推廣使用大極板電積技術的趨勢是明顯的。

表1 部分大極板電積（3.2m2）企業(yè)名單

圖4 方案一

圖5 方案二

1.2 國內布置方案

電積車間的布置，受著工藝要求和設備形式的相互影響，隨著生產工藝條件的變化和優(yōu)化，電解車間的布置也逐漸固化下來。以下為較典型的電解車間布置方案，在國內的鋅冶煉廠中均有運用。

國內電積車間的布置普遍接受了兩列電解槽的總體形式，分別將剝鋅機和刷洗機布置于廠房一端，而另一端為陽極清洗和拍平設備。方案一中，將剝鋅機和刷洗機布置于兩列電解槽中間。而方案二將剝鋅和刷洗設備布置于廠房邊跨之中，并且方案二中，也有將陽極清洗拍平機組放置在陰極剝鋅和刷洗線同側的案例。在方案二的衍生布置中，有將一組剝鋅和刷洗線布置于對側邊跨的方案，這樣每列電解槽與一條剝鋅和刷洗線為一一對應。

剝鋅機和刷洗機布置方案的區(qū)別，核心為剝鋅機和刷洗機之間的陰極板轉運如何實現(xiàn)的問題。方案一中，鋅片剝離后的陰極板，由非剝鋅列行車吊運至刷洗機，刷洗后的陰極板則由剝鋅列的行車吊運回槽。剝離后的陰極板整批次（半槽陰極板）送至刷洗機；方案二之中，剝鋅后陰極板由附加的剝鋅機和刷洗機之間的陰極板轉運設備完成（空中或地面），剝離后陰極板逐片送至刷洗機。

方案一充分利用了兩臺行車，設備投入少，后續(xù)維護成本低；方案二則通過增加轉運設備，“解放”了一臺行車，使得陽極清洗時間更加靈活；乃至在方案二的衍生方案中剝鋅作業(yè)順序也具有了更多調整的可能性。但剝鋅、轉運、刷洗的單片順序作業(yè)的方式，也提高了因故障而降低整線作業(yè)效率的風險。

相比之下，陽極清洗和拍平機區(qū)的布置較為固化，對于此種布置的優(yōu)缺點認識較為統(tǒng)一。1臺陽極清洗拍平機組對應兩列電解槽的陽極板處理；在此種布置下，陽極板的物流走向，即在電解槽與陽極小車之間轉運，與陰極板的物流走向相反，互不干擾。

1.3 設備組成

電積車間的主要設備由專用自動行車、陰極剝鋅和刷洗機組、陽極清洗和拍平機組組成，但依據產能需求，布置了不同數(shù)量的設備。目前國內10～15萬噸鋅/年的項目，均為兩列電解槽布置，依據各自生產工藝需要，每列布置了1～2臺行車，用于陰極板吊運和陽極板吊運；其中一臺為主，一臺為輔。

剝鋅和刷洗機組的數(shù)量則依據極板數(shù)量、剝鋅周期、生產節(jié)奏等因素，選擇了2～3臺套剝鋅機和刷洗機。剝鋅作業(yè)中，依據剝鋅機的工作負荷，控制系統(tǒng)可在多臺剝鋅機中自主選擇。方案二較為特殊，其每列唯一對應1臺套剝鋅機和刷洗機，某列陰極板只能在本列對應的剝鋅機和刷洗機中進行剝鋅、刷洗作業(yè)。

陽極清洗拍平機組在10～15萬噸鋅/年的項目中，均只配置了一臺套設備，該機組由陽極轉運小車、陽極拍平機，和陽極清洗高壓水系統(tǒng)組成。

2 關鍵設備發(fā)展

鋅電積工藝的發(fā)展，一方面是極板的面積的增大，而帶來的工藝需求的變化和槽面管理增強；另一方面則體現(xiàn)在與之相關的設備的變化，如電解槽、槽間導電棒等。最具象的變化則是體現(xiàn)在極板處理設備的變化，即專用自動行車、陰極剝鋅和刷洗機組，以及陽極清洗和拍平機組。

2.1 陰極剝鋅和刷洗機組

剝鋅機在鋅片剝離時，有的是采用極板固定，剝刀上下動作的方式；有的是采用剝刀固定，極板上下動作的方式。這兩種方式都有實際運用，各有優(yōu)缺點，并在時間線上出現(xiàn)過反復，在某個時間段都曾盛行過。

圖3 剝鋅機和刷洗機 （左圖：早期；右圖：近期）

關于鋅片預剝離設計上，有采用預剝離和鋅片主剝離分體配置的，也有預剝離與主剝離一體設計的。采用何種方案，一是受限于廠房整體布置，二是與設備制造商經驗和習慣有關。但有一點是肯定，隨著獨立機械設備的增加，設備投入和后續(xù)維護成本必然提高。

圖4 專用自動行車（左圖：早期；右圖：近期）

在預剝離小刀和主剝離剝大刀的驅動方式，存在著氣動和液壓的區(qū)別。從動作的頻率考慮，氣動的動作速率明顯高于液壓，氣動驅動的設備具有更高的處理能力。但受鋅片沉積效果和陰極板質量（預剝離片、絕緣邊條和極板幾何尺寸）的影響，液壓驅動設備具有大作用力的特點也受到較大關注。

在剝離下來的鋅片收集，碼垛和轉運上，并未出現(xiàn)根本性的變化，采用的都是皮帶、鏈條或輥式輸送。只是有些設計能夠較好減少噪音，創(chuàng)造更好的工作環(huán)境，比如鋅片采用膠輪接收的設計明顯優(yōu)于滑道形式，具有低噪音的特點。

刷洗機方面，由于設備自身較為簡單，并無太多的變化。只是有著單片陰極板刷洗機和雙片陰極板刷洗機的差異，這都取決于整體設備布置和初期投入。

除此之外，剝鋅機和刷洗機隨著電氣元件的革新，出現(xiàn)較多的自動感應和檢測設計，提高了設備的自動運行的穩(wěn)定性，并為設備故障的排除，提供了更多的判斷依據。

2.2 專用自動行車

專用自動行車是以橋式起重設備為基礎，配以特殊設計的吊架，并考慮了運行環(huán)境的特殊性（如絕緣、磁場和防腐）而設計出來。由于目前專用自動行車，大都以比利時聯(lián)合礦業(yè)公司（Union Minière）早期設備為原型，因此形式上并無根本性變化。但隨著經驗累積和新電氣部件的引入，專用自動行車的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度都有了顯著提升。

圖5 電解槽（左圖：T型槽；右圖：U型槽）

自動行車主要差異表現(xiàn)在供電方式，以及由于供電方式變化而帶來的通訊方式差異。有的行車采用滑觸線供電，相應的行車與其中央控制系統(tǒng)之間采用無線通訊；其它行車則采用拖纜或高速拖鏈形式的供電，其與中央控制系統(tǒng)采用有線通信（電纜或光纜）。考慮到電積車間磁環(huán)境差、酸霧多的情況，滑觸線供電以及無線通訊的方式并未被廣泛接受。

表2 大極板電積（3.2m2）企業(yè)名單

在行車的自動定位上，均采用以電氣元件控制的初步定位，配以定位錐形式的機械最終定位。在初步定位的方式上，隨著電氣元件的發(fā)展，出現(xiàn)過編碼器形式，光電位置編碼系統(tǒng)，以及激光測距等形式。相比之下激光測距的安裝方式便捷，維護方便；但一定程度上，如工藝對酸霧的控制不佳，則在酸霧較重的環(huán)境中，其穩(wěn)定性受影響。其它兩種方式受酸霧腐蝕及結晶的影響較為明顯。

2.2 陽極清洗拍平機組

圖5 拍平機和陽極小車（左圖：早期；右圖：近期）

陽極小車為框架結構，由減速電機驅動，其結構形式很簡單。拍平機的提升和拍平兩個動作均由氣缸驅動，為純氣動的設備。這個結構形式已經固化。曾經出現(xiàn)過的液壓驅動的拍平機，由于其拍平速率慢、液壓維護等問題，已不再推廣使用。

陽極清洗高壓水系統(tǒng)相對獨立于拍平機，由專業(yè)廠家配套設計和供貨。有的采用高壓清洗水由多臺泵組持續(xù)提供，有的則采用單臺泵組配合蓄能器維持清洗水的壓力。采用蓄能器的設計方案能夠有效地降低能耗。

2.3 電解槽

最初在大極板電積工藝中使用的是有由兩個T型混凝土預制件拼接而成，內襯了防腐材料，如Balen冶煉廠和Budel冶煉廠。此種方案在國內項目亦有運用，如丹霞冶煉廠。在此后，電解槽制造工藝的改進，以及新材料的引入，在國外開始使用乙烯基樹脂整體澆注電解槽，該技術亦引入國內，并在國內項目中廣泛推廣應用。整體澆注的電解槽在同等條件下壁厚薄、外形尺寸精度高，為相關設備的安裝提供便利，并使用壽命較混凝土電解槽有顯著提高。

3 國內現(xiàn)狀

2007年丹霞冶煉廠率先引進了大極板電積工藝以及核心設備，由此揭開了國內鋅電積工藝和設備升級換代的大幕。截至2018年，采用3.2m2大極板電積工藝的產能已逾70萬噸。采用大極板電積工藝的優(yōu)點，在文獻[3]中多有闡述，目前采用自動化程度高的大極板電積技術，已成為鋅冶煉工作者的共識。

鋅電積的關鍵設備經歷的了全套進口，部分國產化，以及全部國產化的歷程。陽極清洗和拍平機組是最早實現(xiàn)國產化的設備，采用的是國外已成熟的設計方案。國內設備制造企業(yè)通過仿制進口剝鋅機，自主改進，以及自主開發(fā)等多條途徑，已在國內市場占有一定市場份額，并有逐步替代進口剝鋅機的趨勢。不論是進口設備，還是國產設備，為使其能更好地為生產服務，都應加強設備的維護。文獻[4]中用“冰山”形容設備維護與生產之間的關系頗為形象及透徹。