氧化鋅（間接法）設(shè)備改進(jìn)

專家姓名：楊廣軒　　類別：設(shè)備研發(fā)

YX型臥室ZnO（間接法）設(shè)備介紹

《YX型ZnO（間接法）》設(shè)備、由具有十七年ZnO（間接法）設(shè)備設(shè)計(jì)和研究的中國化工專家：楊廣軒高級工程師設(shè)計(jì)、現(xiàn)任咸陽秦洋化工有限公司付總經(jīng)理，中國化工網(wǎng)特約技術(shù)專家，廣西貴港格雷蒙化工冶煉有限公司（臺灣獨(dú)資企業(yè)）技術(shù)總顧問，曾經(jīng)為中國十二家企業(yè)設(shè)計(jì)氧化鋅（間接法）設(shè)備。
“《YX型ZnO（間接法）》”設(shè)備在結(jié)合了韓國、日本等國家大型自動(dòng)化ZnO（間接法）生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上、結(jié)合國際上知名生產(chǎn)ZnO（間接法）專用巨型石墨坩堝“摩根特種陶瓷技術(shù)（蘇州）有限公司”、于2005年十月開發(fā)研制了《YX型ZnO (間接法)》設(shè)備。
1、《YX型ZnO（間接法）》設(shè)備特點(diǎn)：設(shè)備固定資金投入是現(xiàn)有中國八卦ZnO反射爐ZnO（間接法）設(shè)備三分之一、生產(chǎn)產(chǎn)品是原來產(chǎn)出率設(shè)備三倍。
2、每臺設(shè)備使用周期是原來三倍、石墨坩堝使用周期在三個(gè)月到五個(gè)多月、產(chǎn)品質(zhì)量提高0.6個(gè)百分點(diǎn)、使每噸ZnO (間接法)成本降低了200～350元人民幣、有效提高了產(chǎn)品在中國和國際市場競爭力。
3、設(shè)備在更換ZnO蒸發(fā)石墨坩堝和熔化石墨坩堝周期由原來一周到現(xiàn)在36個(gè)小時(shí)。
4、因這種工藝?yán)�用“摩根特種陶瓷技術(shù)（蘇州）有限公司”等壓成型的石墨坩堝產(chǎn)品，熱導(dǎo)利用率高，設(shè)備利用反射方式和直燃方式，熱量在臥式坩堝外圍實(shí)現(xiàn)環(huán)繞式加熱，在熱能源利用方面是現(xiàn)今行業(yè)最佳的。
5、這種設(shè)備受到行業(yè)的公認(rèn)、在中國三到五年期間、 “《YX型ZnO（間接法）》”設(shè)備普及率將達(dá)到百分之八十以上,選用這個(gè)設(shè)備是這個(gè)行業(yè)最佳選擇。
6、產(chǎn)品在設(shè)計(jì)方面增加ZnO（間接法）分級，產(chǎn)品由0.4～1.5um，可以任意分級，適應(yīng)各個(gè)行業(yè)ZnO（間接法）用戶。
7、設(shè)備適應(yīng)0#、1#、2#、3#、4#鋅錠，含量在92%鋅固體，都可以生產(chǎn)含量在99.7%ZnO（間接法）產(chǎn)品，并且在生產(chǎn)過程中可以除去各種有害成分，產(chǎn)品達(dá)到歐洲SGS要求。







YX型ZnO（間接法）發(fā)射與直燃式臥式生產(chǎn)設(shè)備

ZnO（間接法）生產(chǎn)和實(shí)踐
ZnO廣泛用于橡膠、陶瓷、涂料、塑料、造紙、油墨印染醫(yī)藥火柴磁性材料、高能蓄電池、玻璃制品、天然氣脫硫、攝像、靜電復(fù)印、彩色顯像管、螢光粉、飼料、焰火及煙幕彈等各種工業(yè)品的生產(chǎn)制造。因其用途廣，消費(fèi)量大，各國用于生產(chǎn)氧化鋅的鋅量，約占其總量的5%～10%。我國ZnO年產(chǎn)量約6.5～7萬t ，歐共體年產(chǎn)量約25萬，美國約10萬t 。
ZnO的生產(chǎn)方法，分為水法和火法兩大類。水法是用酸、堿或碳酸氨溶液等，浸凈液除雜、沉淀堿式碳酸鋅、干燥、煅燒，制得成品ZnO。水法產(chǎn)ZnO，又稱活性ZnO。前蘇聯(lián)，德國及日本等國，均有生產(chǎn)，我國津、滬、川、黔等省市有產(chǎn)，但其產(chǎn)量甚少，也沒形工業(yè)規(guī)模�；鸱ǚ譃橹苯臃ǎ�美國法）和間接法（法國法）兩種。直接法是將硫化鋅精礦，經(jīng)沸騰焙燒，加碳質(zhì)還原劑制團(tuán)（個(gè)別情況不制團(tuán)），加入韋氏爐（Wetherill ）.在高溫情況下，鋅被還原，旋即被爐氣中的CO2及引入的空氣中的氧所氧化。冷卻后進(jìn)入布袋室，得成品氧化鋅（ZnO 99.5%）.此法也可用來處理品位較低的ZnO，或各種含鋅殘?jiān)�，如平罐鋅渣。堅(jiān)罐鋅渣等，生產(chǎn)等外ZnO（一般含ZnO 90%～95%）.
間接法是將金屬鋅錠熔化，加入蒸發(fā)爐內(nèi)，在高溫下，鋅被蒸發(fā)，導(dǎo)入氧化爐（室）氧化，降溫后入布袋室，得成品氧化ZnO（含ZnO 99.7%）。間接法應(yīng)用較廣，在我國間接法年產(chǎn)ZnO量，約占氧化鋅總量的85%以上。是接間法因生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)不同，可分為馬槽爐坩堝爐‘精餾爐、反射爐等幾種方法。貴陽化工原料廠是唯一的一家馬槽爐法氧化廠。用陶土坩堝爐生產(chǎn)ZnO的廠家約10多家，大連油漆廠及上海京華化工廠是其代表，其年產(chǎn)量分別約為1.5萬及0.8萬t/年 。精餾法是葫蘆島鋅廠于是1982年最先試驗(yàn)成功并投產(chǎn)的方法。水口山四廠及韶關(guān)冶煉廠亦按該法生產(chǎn)高級氧化鋅。
反射爐法，是本人為適應(yīng)個(gè)體鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及中小型工廠生產(chǎn)高級ZnO的需求，于是1990年試驗(yàn)成功并投產(chǎn)，實(shí)系國內(nèi)首創(chuàng)。在中國西北地區(qū)地區(qū)建立了四家這樣的高級ZnO生產(chǎn)廠，其年產(chǎn)量約在1200t /年左右，其產(chǎn)品質(zhì)量，均達(dá)國標(biāo)優(yōu)級品，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，均達(dá)設(shè)計(jì)指標(biāo)�，F(xiàn)仍在生產(chǎn)中。
2004年設(shè)計(jì)了幾家中型和大型企業(yè)八卦氧化鋅（間接法）反射爐，采取八個(gè)熔化石墨坩堝溶化鋅，八個(gè)花瓶石墨坩堝生產(chǎn)高級ZnO（間接法），其生產(chǎn)量3.5t/天，均取的了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
2 、生產(chǎn)原理
精鋅錠（0�；�1＃，少量2#） 在熔化爐加熱熔化后，通過石墨坩堝溶化溢鋅管流入蒸發(fā)爐。鋅在高溫下，劇烈蒸發(fā)，大量鋅蒸氣，經(jīng)導(dǎo)氣管進(jìn)入氧化爐的分配室，從其拱頂上的噴嘴噴出，為從空氣門進(jìn)入的空氣中的氧所氧化，生成ZnO 并放出大量熱。在要求的溫度下，Zn（氣）與O 2反應(yīng)的A F <0，能自動(dòng)地向生成ZnO方向進(jìn)行，如保證加鋅量及蒸發(fā)爐的溫度在規(guī)定的指標(biāo)內(nèi)，就能不斷地產(chǎn)生基本恒定的鋅蒸氣，供給氧化爐。氧化爐內(nèi)保持適當(dāng)?shù)呢?fù)壓，就會吸入適量的空氣，使來自蒸發(fā)爐的鋅蒸氣快速而完全地氧化成ZnO氧化鋅（間接法）。
應(yīng)該指出的是，進(jìn)入分配室的鋅蒸氣，有小部分冷凝成液態(tài)鋅，其量視分配室外內(nèi)溫度的高低，通常為ZnO產(chǎn)量的確良5%～10%。這種冷凝作用，有脫除高沸點(diǎn)雜質(zhì)pb、 Fe等的功效。
3 、生產(chǎn)實(shí)踐
3.1 工藝流程 與一般間接法生產(chǎn)ZnO的工藝流程基本相同，但鋅蒸發(fā)設(shè)備系間接加熱的反射爐。工藝流程示于圖1

燃燒廢氣
塊煤

燃燒廢氣

煤資 空氣 鋅蒸氣

副產(chǎn)精鋅 空氣 爐內(nèi)氧化鋅
過篩

細(xì)粉 粗粉

氧化鋅
降低出售


高級ZnO




3.2 生產(chǎn)設(shè)備的連接 生產(chǎn)設(shè)備連接示于圖2、


ZnO（間接法）生產(chǎn)示意圖
1—煤氣頭 2—空氣道 3—火道 4—熔鋅堝 5—石墨坩堝
6—火井 7—爐膛 8—氧化室 9—冷卻箱； 10—布袋
11—冷卻管道 12—布袋過濾器
3.3 技術(shù)操作條件
燃燒室溫度：爐役初期1260～1280℃；末期限1320～1400℃。
蒸發(fā)室溫度：爐役初期960～1020℃；末期920～950℃。
熔化爐溫度：540～650℃。
氧化爐氧化室溫度：450～800℃。
布袋室入口溫度：〈180℃。
鋅蒸氣噴出速度：～4.5m /s 。
氧化爐分配室度：920℃。
氧化爐氧化室壓力：微負(fù)壓。
3.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比 見表1
3.5 ZnO質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及反射爐法產(chǎn)品質(zhì)量 見表2和表3
對比以上二表可以看出，本工藝產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到國標(biāo)優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn)。
問題討論
排氣方式 ： 現(xiàn)有ZnO生產(chǎn)廠家，如葫蘆島鋅廠是借助布袋室入口與氧化爐空氣入口間保持適當(dāng)位差，而實(shí)現(xiàn)自然排氣，在開爐及生產(chǎn)中氧化室出現(xiàn)正壓時(shí)，啟動(dòng)備用排風(fēng)機(jī)排氣，自然排氣的優(yōu)點(diǎn)是兇電，缺點(diǎn)是氧化爐產(chǎn)渣率較高（約達(dá)6%）。氧化爐操作受風(fēng)向力變化的影響，一旦出現(xiàn)正壓，不及時(shí)控制，就會影響氧化鋅質(zhì)量及產(chǎn)量，欲使位差高，抽力大，布袋室必須抬高，從而增加了廠房造價(jià)，水口山四廠。韶關(guān)冶煉廠，興城市冶化廠是用排風(fēng)機(jī)強(qiáng)制排氣，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)過程中易于控制，，不受風(fēng)力風(fēng)向變化的影響，氧化室的氧化鋅渣率較低（1.9%）。這就相應(yīng)地提高了產(chǎn)量，彌補(bǔ)了電力費(fèi)用，而且有余。此外，布袋室較低，廠房造價(jià)亦降低。
氧化爐頂排氣管長度：一般為2～3.5m 。管子較長，提供子較長的反應(yīng)時(shí)間，從而增加優(yōu)級氧化鋅的產(chǎn)量，興城市冶化廠該管的長度，，超過上述數(shù)值很多，，1#斗的ZnO，也達(dá)到了優(yōu)級品標(biāo)準(zhǔn)，使優(yōu)級品產(chǎn)出率達(dá)99.2%。而管中積存回落氧化爐的氧化傘，其數(shù)量很少，加上氧化爐內(nèi)ZnO總量，也不超過氧化鋅產(chǎn)量的2%。
蒸發(fā)室拱頂厚度與拱頂?shù)戒\液面距離：蒸發(fā)室內(nèi)鋅液的蒸發(fā)強(qiáng)度，取決于燃燒室供給蒸發(fā)室熱量的多寡。在生產(chǎn)過程中，控制燃燒室溫度在規(guī)定指標(biāo)內(nèi)，則鋅液的蒸發(fā)強(qiáng)度，取決于拱頂材質(zhì)、厚度和拱頂?shù)戒\液面的距離。有色冶金爐傳熱爐壁，通常使用耐急冷急熱性好、導(dǎo)熱性高的SIC拱頂厚度有230、115和80mm 等多種。
經(jīng)拱頂傳導(dǎo)到蒸發(fā)室的熱量，主要是通過輻射強(qiáng)度與距離的平方成反比，本工藝的爐床面積僅幾個(gè)m² ，因此，適當(dāng)降低拱頂?shù)戒\液面的距離，將大大有利于輻射傳熱。
（1）燃燒室的位置：
本工藝的爐子，燃燒室位于蒸發(fā)室的上面。主要是通過傳導(dǎo)與輻射，將熱量傳送給鋅液，如燃燒室位于蒸發(fā)室的底部，則鋅液與燃燒室頂部直接接觸，底層鋅液，吸熱蒸發(fā)，強(qiáng)烈攪拌溶池，強(qiáng)化了上下層鋅液的熱交換，因而熱利用率較前者高，其缺點(diǎn)是如溫度波動(dòng)較大時(shí)，一旦出現(xiàn)爐裂，則修補(bǔ)堵漏，將是十分困難的，但此種結(jié)構(gòu)的爐子，印度已有廠家用來生產(chǎn)鋅粉。
（2）可否使用粗鋅錠為原料：
為了降低高級ZnO的生產(chǎn)成本，可以考慮精鋅錠摻和一定數(shù)量的粗鋅錠，粗鋅中的雜質(zhì)，主要是低沸點(diǎn)金屬如Cd ，及高沸點(diǎn)金屬如pb 、Fe 等，嚴(yán)格控制熔化熔析爐的溫度450～500℃ 在。有一定的脫P(yáng)b 效果，在不影響產(chǎn)量和前提下控制蒸發(fā)室的的溫度在中低溫線，也可以調(diào)控氧化鋅中的Pb 含量，氧化爐分配室，鋅蒸氣有小量冷凝成液態(tài)鋅，而具有降低高沸點(diǎn)雜質(zhì)(Pb 、Fe等 )含量的效果。上述金屬的沸點(diǎn)（℃）：鋅907、鎘767、鉛1620、鐵3000、銅2595。在920～1000℃ 條件下，鋅及其中所含的鎘即沸騰，并呈蒸氣狀態(tài)蒸發(fā)而鉛在此溫度下的蒸氣壓力僅67～126Pa ，鐵及銅的蒸氣壓更低，它們不會大量地?fù)]發(fā)，幾乎全部仍為液態(tài)，根據(jù)魯姆司徒對鉛鋅系統(tǒng)950～1000℃時(shí)的熱力學(xué)計(jì)算，含Pb 鋅液一次蒸餾所得蒸氣，其含P量為液態(tài)被蒸餾物中Pb 的百分?jǐn)?shù)的0.004倍。氧化鋅中Cd 含量，國家標(biāo)準(zhǔn)未作明確規(guī)定，若其含量高，會使ZnO的顏色達(dá)不到要求。鎘雖有某些能脫P(yáng)b 功能，但為確保高級ZnO的質(zhì)量，精鋅搭配粗鋅的比例，仍需通過試驗(yàn)確定。如為適應(yīng)市場需要，生產(chǎn)品級較低的氧化鋅，可以考慮全部使用粗鋅。但爐子結(jié)構(gòu)用操作條件的控制，作相應(yīng)的變更則更妥。
4 結(jié)語
鋅錠反射爐法生產(chǎn)高級ZnO的特點(diǎn)：
（1）、建設(shè)投資較低。爐體系統(tǒng)，主要由通粘土耐火磚及少量高鋁磚砌成，僅蒸發(fā)室及熔化爐拱頂，用不價(jià)格較貴的SIC板磚結(jié)構(gòu)成因其厚度較薄，故其數(shù)量較少，相對于精餾法而言，爐體建設(shè)投資較低。
本法所用廠房，系紅磚砌筑，屋頂為角鋼或鐵管焊成人字支架，上鋪石棉瓦，主廠房墻高僅6米，為平房，如用排風(fēng)機(jī)排氣，布袋室亦為平房，土建投資較低。
（2）、建設(shè)周期短。因爐體及附屬設(shè)備均較簡單，幾個(gè)月那可建成投產(chǎn)。
（3）、技術(shù)條件易控制，本法不象粗餾法那樣嚴(yán)格，因其對于爐體壽命及產(chǎn)量質(zhì)量等影響，不如精餾法地么明顯，故操作條件，容易掌握，在無熟練工人的情況下，只要精加培訓(xùn)，即可進(jìn)行生產(chǎn)。
（5）、余熱利用較好，燃燒廢氣，除了用作預(yù)熱空氣經(jīng)外，還第二次用來加熱熔化爐的鋅錠，節(jié)約能源。
（6）、熔化熔爐析爐，系間接加熱型，浮渣量少，提高了產(chǎn)量及鋅的收率，改善了勞動(dòng)條件。
（7）、工藝流程短
（8）、產(chǎn)品質(zhì)量高。高級ZnO質(zhì)量，如用1級精鋅搭配 2級精鋅作原料，可達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)級。
（9）、設(shè)備缺點(diǎn)就是熱量損失比較厲害，八個(gè)花瓶石墨坩堝受熱不均勻，出來ZnO（間接法）產(chǎn)品品質(zhì)不均勻，氧化室回落ZnO（間接法）比較多。
（10）、在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)某一個(gè)花瓶石墨坩堝出現(xiàn)問題將影響整個(gè)工藝，造成整個(gè)工藝停產(chǎn)，增加產(chǎn)品成本。

發(fā)表時(shí)間：2015-03-25

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