高嵐

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410001）

2017年我國(guó)累計(jì)鋅產(chǎn)量622萬(wàn)噸/年，其中僅有少數(shù)新建生產(chǎn)線采用大極板全自動(dòng)剝鋅生產(chǎn)工藝，80%以上來(lái)的產(chǎn)能來(lái)自傳統(tǒng)小極板生產(chǎn)工藝，并有部分單系統(tǒng)生產(chǎn)不足10萬(wàn)噸/年，隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策要求的提高，勞動(dòng)力成本的上升，人們對(duì)勞動(dòng)環(huán)境要求的提高，現(xiàn)有企業(yè)通過(guò)技術(shù)改造與產(chǎn)業(yè)升級(jí)達(dá)到產(chǎn)業(yè)政策要求，提高自動(dòng)化生產(chǎn)水平，是企業(yè)生存與發(fā)展的必然趨勢(shì)。但在目前以傳統(tǒng)小極板電鋅生產(chǎn)工藝為主體工藝的前提下，不可能將小極板電解生產(chǎn)系統(tǒng)全面淘汰而改為建設(shè)大極板生產(chǎn)系統(tǒng)，因此在現(xiàn)有小極板生產(chǎn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行低投入、高效率的適當(dāng)改造，是小極板電鋅生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造的必由之路。研究開(kāi)發(fā)投資省、見(jiàn)效快、機(jī)械化程度高的擴(kuò)能改造關(guān)鍵技術(shù)已十分緊迫與必要。在利用現(xiàn)有老舊廠房的基礎(chǔ)上，研發(fā)一套全自動(dòng)鋅電解陰極板剝鋅機(jī)，可降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)老舊廠房鋅電解車間的自動(dòng)化提升。

鋅電解沉積是濕法鋅冶煉生產(chǎn)的重要組成部分。其工藝過(guò)程是將經(jīng)凈化后的硫酸鋅溶液（新液）送入電解槽，用含有0.5%～1%Ag的鉛板作陽(yáng)極，壓延純鋁板作陰極，并聯(lián)懸掛在電解槽內(nèi)，通以直流電，在陰極上析出金屬鋅，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的電積后，將陰極提出并將陰極鋅剝下，經(jīng)熔鑄即得電鋅產(chǎn)品，陰極鋁板經(jīng)洗刷后重新裝入電解槽使用。

鋅電解生產(chǎn)工藝，依據(jù)其選用極板面積大小，分為大極電解工藝和小極板電解工藝。大極板電解生產(chǎn)工藝的極板面積約為3.2m2，采用全自動(dòng)多功能吊車裝出槽，自動(dòng)剝鋅、洗刷、碼垛及陽(yáng)極板平板。自動(dòng)化水平高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，但要求電解液雜質(zhì)含量低，在國(guó)外和我國(guó)近年新建電鋅生產(chǎn)線上已成功應(yīng)用。全自動(dòng)化系列設(shè)備對(duì)廠房吊車梁、電解槽排列平行度以及極板進(jìn)出物流通道等要求較高。

在鋅冶煉小極板電鋅生產(chǎn)系統(tǒng)，析出鋅陰極剝離方式為人工剝鋅作業(yè)。首先由普通行車采用專用吊具將電解槽內(nèi)已富集鋅的陰極板吊出電解槽，剝鋅工人通常采用剝離刀作為工具，敲擊極板表面促使附著在鋁板上的鋅陰極與母板分離，再使用剝刀插入其中的間隙進(jìn)行剝離，最后經(jīng)過(guò)人工碼垛后由叉車轉(zhuǎn)運(yùn)。隨著勞動(dòng)力成本的上升，以及人們對(duì)勞動(dòng)環(huán)境要求的提高，現(xiàn)有人工剝鋅的生產(chǎn)方式已不適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)要求，采用傳統(tǒng)小極板人工剝鋅工藝的廠家很難招收到年輕的剝鋅工人，急需進(jìn)行剝鋅工序的自動(dòng)化升級(jí)。

1 傳統(tǒng)鋅電解車間存在的問(wèn)題

1.1 鋅電解車間需大量剝鋅工人

傳動(dòng)鋅電解小陰極板生產(chǎn)工藝即陰極板有效面積一般為1.13m2～1.6m2，電解時(shí)間為24小時(shí)，析出陰極板采用人工剝鋅所占用面積及空間小而靈活；一般10萬(wàn)t/a電鋅生產(chǎn)線，剝鋅片、陰極板洗滌、陽(yáng)極板整平以及電解槽掏陽(yáng)極泥等工作，勞動(dòng)定員一般在100～120人左右。

1.2 廠房簡(jiǎn)陋，無(wú)法達(dá)到全自動(dòng)剝鋅系列設(shè)備所需的精確定位要求

傳統(tǒng)小極板鋅電解車間廠房較簡(jiǎn)陋，其土建結(jié)構(gòu)精度低，操作陰陽(yáng)極板出裝槽的吊車為帶小車的普通雙梁吊車，電解槽的排列也參差不齊，無(wú)法滿足全自動(dòng)剝鋅系統(tǒng)的精確定位要求。

1.3 用于剝鋅片的場(chǎng)地較小

由于人工剝鋅片所占用廠房面積及空間小而靈活，可以在完成剝鋅片工序后清理作業(yè)面再進(jìn)行陽(yáng)極板洗滌等工序，如果研發(fā)的自動(dòng)剝鋅機(jī)組占地面積太大也難以適應(yīng)生產(chǎn)需求，結(jié)合現(xiàn)有小極板生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)場(chǎng)地，研發(fā)更具可操作性的優(yōu)化改造集成技術(shù)是小極板電鋅生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 適用于老舊廠房的小極板自動(dòng)剝鋅系統(tǒng)

為解決老舊廠房鋅電解車間剝鋅片自動(dòng)化問(wèn)題，需要研發(fā)一種結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小、特別適用于小廠房和老廠房改造且能夠降低人力消耗、提高生產(chǎn)效率的鋅電解陰極板自動(dòng)剝鋅機(jī)系統(tǒng)。

本文介紹的小極板自動(dòng)剝鋅機(jī)組單臺(tái)處理能力為450～550片·套/小時(shí)，對(duì)于年產(chǎn)10萬(wàn)噸小極板生產(chǎn)工藝鋅電解車間，一般可配置兩臺(tái)套自動(dòng)剝鋅機(jī)組。其工人定員為：極板放入機(jī)組和剝洗刷后提出機(jī)組輔助人員：4人，預(yù)剝離觀察人員：1～2人，廢板處理：1人，巡查機(jī)動(dòng)人員：1人。一臺(tái)自動(dòng)剝鋅機(jī)組只需要一跨（6m～7.5m）廠房寬度，利于利用空間處理陽(yáng)極板以及車間鋅垛物流管理。

該機(jī)組為包括陰極板輸入、輸出裝置，氣動(dòng)振打裝置，預(yù)剝離裝置，主剝離裝置，剔板裝置，橫向移栽裝置以及鋅片洗刷裝置、鋅垛稱重裝置的鋅片剝離系統(tǒng)，機(jī)組布置在鋅電積車間一端，一臺(tái)設(shè)備可完成兩列吊車跨度內(nèi)電解槽陰極板全流程自動(dòng)化剝鋅工作。其剝板總成和集板總成呈上、下兩層布置于水平面上，橫向移載裝置豎直布置、一端位于剝板總成外、另一端位于洗刷裝置外，剔板裝置布置于橫向移載裝置的外側(cè)，接板裝置布置于剝板總成和集板總成之間；鋅板與陰極板受剝板總成作用而分離，剝下的鋅板由接板裝置接收送至集板總成，經(jīng)檢測(cè)分離成功的陰極板通過(guò)橫向移載裝置轉(zhuǎn)移到洗刷裝置清洗后再由移載小車送回車間多功能吊車接收位，未分離成功的鋅板與陰極板通過(guò)橫向移載裝置轉(zhuǎn)移至剔板總成處輸出后進(jìn)行人工分離。

如圖1所示，由傳動(dòng)鏈輪架（A列）或極板放置架（B列）接收行車吊運(yùn)的帶鋅片陰極板，極板放置架（B列）上的移栽小車可將這些極板抓取移送到傳動(dòng)鏈輪架（A列）上，由傳動(dòng)鏈輪架運(yùn)輸?shù)揭破b置接收位，移片裝置實(shí)現(xiàn)單片陰極板等距離等時(shí)段轉(zhuǎn)運(yùn)到主剝鋅傳動(dòng)鏈，其主剝鋅鏈裝置上安裝有剝離陰極板組合：包括氣動(dòng)振打裝置、預(yù)剝離裝置和主剝離裝置，先將帶鋅片的陰極板進(jìn)行氣動(dòng)振打，使其鋅片與陰極母板之間粘結(jié)松動(dòng)，再進(jìn)行預(yù)剝離，將已振動(dòng)松動(dòng)的鋅片撥開(kāi)一段距離并使鋅片產(chǎn)生一定的變形，最后主剝離裝置跟進(jìn)，順著已剝開(kāi)變形的鋅片口插下，將鋅片完整剝離陰極母板。

已剝離鋅片的陰極母板由移板裝置移送到短距離橫向移栽轉(zhuǎn)運(yùn)裝置，此短距離橫向移栽轉(zhuǎn)運(yùn)裝置連接陰極母板的洗刷機(jī)組和剔板裝置，剝鋅成功的陰極母板橫向移栽到陰極板洗刷組合上進(jìn)行洗刷陰極板工序，然后移送到傳動(dòng)鏈輪架或極板放置架上收集，由吊車運(yùn)出。而經(jīng)檢測(cè)未剝鋅成功的帶鋅片陰極板由移板裝置經(jīng)橫向移栽到剔板裝置，剔板裝置將未剝鋅成功的陰極板送到0.00平面收集，人工處理鋅片。

對(duì)于無(wú)法正常剝離鋅片的極板，本設(shè)備特有的剔板裝置能在機(jī)組檢測(cè)（自動(dòng)識(shí)別）后將未剝離鋅片的陰極板剔除到剔板裝置上，并送至0.00平面收集，方便人工干預(yù)剝鋅。其剔板裝置由滾珠絲桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，也可采用鏈傳動(dòng)等形式。滾珠絲桿機(jī)構(gòu)為：電機(jī)經(jīng)減速機(jī)減速后帶動(dòng)滾珠絲桿機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絲桿上的掛板裝置上下移動(dòng)，將掛板裝置上的陰極板轉(zhuǎn)運(yùn)到指定高度，再由剔板放置鏈?zhǔn)占D(zhuǎn)運(yùn)到指定位置，由人工干預(yù)剝鋅。

已剝離的鋅片滑落到接片裝置，接片裝置位于傳動(dòng)鏈輪架底部，實(shí)現(xiàn)陰極鋅片大小頭錯(cuò)列擺放后送至碼垛裝置，將已錯(cuò)列擺放的鋅片收集碼垛到規(guī)定高度，最后送至稱重裝置稱重。

該設(shè)備在平面配置上只需一跨（9m）距離，布局緊湊占地空間小，特別適用于小廠房和老舊廠房的配置。能夠高效快速的完成鋅板的剝離并大幅度的降低人力的消耗、自動(dòng)化程度高、利于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

圖2 人工干預(yù)剝鋅裝置示意

圖3 車間里面圖

圖4 車間平面圖

3 本設(shè)備運(yùn)用實(shí)例

參照傳統(tǒng)小極板鋅電解車間配置，該設(shè)備單臺(tái)可以完成不多于五萬(wàn)噸年產(chǎn)量鋅電解車間剝鋅作業(yè)，現(xiàn)以某廠鋅電解車間運(yùn)用為例：該廠年產(chǎn)電鋅10萬(wàn)噸，電解車間極板面積為1.4m2：該廠房是國(guó)內(nèi)大多數(shù)年產(chǎn)10萬(wàn)噸電鋅的電解車間比較普遍的配置形式，小極板人工剝鋅區(qū)域在3跨，每跨6m的區(qū)域內(nèi)；通常情況下，自動(dòng)剝鋅機(jī)組占用原人工剝鋅區(qū)域后需留下足夠的陽(yáng)極板清理拍平工序所需空間，同時(shí)在自動(dòng)剝鋅片完成以后，需用叉車將鋅片垛轉(zhuǎn)運(yùn)至熔鑄車間，也需要足夠的物流通道。采用本文介紹的自動(dòng)剝鋅機(jī)組在這樣的小廠房體現(xiàn)出機(jī)組的配置優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于本套設(shè)備具有完善的剝鋅片、洗刷陰極板以及剔除預(yù)剝失敗廢板的功能，能很好的替代人工剝鋅工作。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于傳統(tǒng)小極板鋅電解車間，其車間剝鋅區(qū)域空間普遍受到限制，在增加自動(dòng)剝鋅機(jī)后還需要留下物流通道以及陽(yáng)極處理的空間，因此對(duì)自動(dòng)剝鋅機(jī)的配置上有苛刻的要求，本設(shè)備最大限度的利用空間的同時(shí)完成剝鋅所需的所有工序，剝離鋅片在0.00平面收集移送到堆放地點(diǎn)，陰極板洗刷完畢后由吊車送回電解槽。對(duì)于傳統(tǒng)小極板電解工藝，由于電解液工藝控制和陰極板本身存在的缺陷，難以達(dá)到鋅片100%全部剝離，本設(shè)備特有的剔板裝置能在機(jī)組檢測(cè)（自動(dòng)識(shí)別）后將未成功剝離鋅片的陰極板剔除到剔板裝置上，并送至0.00平面收集，方便人工干預(yù)剝鋅。

參考文獻(xiàn)

[1]2018-2024年中國(guó)鋅精礦行業(yè)市場(chǎng)監(jiān)測(cè)與投資戰(zhàn)略評(píng)估報(bào)告[R].智研咨詢集團(tuán).2017.12.