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(yàn)成功,并于1981年在特累爾廠建造了世界上第一個(gè)工業(yè)規(guī)模的鋅精礦直接氧壓浸出冶煉廠，生產(chǎn)能力7×104t/a。1982 年加拿大梯敏斯廠擴(kuò)建工程是第二個(gè)采用該工藝的冶煉廠，1983年建成投產(chǎn)，生產(chǎn)能力1.8×104t/a。1991年，第三個(gè)鋅精礦氧壓浸出冶煉廠在德國魯爾鋅廠投產(chǎn)，使該廠每年增產(chǎn)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(gè)單獨(dú)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(chǎn)，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(jìn)展。

氧壓浸出工藝過程分物料準(zhǔn)備、壓浸、閃蒸及調(diào)節(jié)、硫回收等工序。閃蒸及調(diào)節(jié)是該工藝中不可缺少的重要一部分，生產(chǎn)工藝中氧壓浸出后的礦漿進(jìn)入閃蒸及調(diào)節(jié)槽，在壓力釜中生成的硫元素是熔融狀態(tài)，礦漿進(jìn)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(jīng)過焙燒,因而無需建設(shè)配套的焙燒車間和制酸系統(tǒng)，且浸出效率高,原料適應(yīng)性強(qiáng)，與其他冶煉方法相比，在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)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(chǎn)線較多。但在國內(nèi)的生產(chǎn)應(yīng)用中，氧壓釜在排料時(shí)對角閥及閃蒸緩沖罐進(jìn)料頸部沖刷嚴(yán)重，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)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(shù)采用兩段高溫高壓高酸浸出。而氧壓浸出閃蒸緩沖罐進(jìn)料口頸部處于壓力溫度變化區(qū)，沖刷腐蝕嚴(yán)重，對設(shè)備材料要求比較苛刻。原設(shè)計(jì)采用厚度為20 mm的904L金屬材料，在實(shí)際生產(chǎn)中，最多使用20天，更換頻繁，作業(yè)率低，增加了勞動強(qiáng)度并對現(xiàn)場工作環(huán)境造成影響。為此對緩沖罐進(jìn)料口頸部的復(fù)合套管材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，采用了燒結(jié)碳化硅材料，增加了緩沖板以緩沖物料對進(jìn)料口頸部的沖擊，大大增加了碳化硅內(nèi)套管的使用壽命。

1 燒結(jié)碳化硅應(yīng)用機(jī)理

碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽)等原料通過電阻爐高溫?zé)Y(jié)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(dāng)今C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火材料中，碳化硅為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的一種，也稱為金鋼砂或耐火砂。 目前中國工業(yè)生產(chǎn)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(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好，常應(yīng)用于磨料、耐磨劑、磨具、高級耐火材料、精細(xì)陶瓷等工藝中。

無壓燒結(jié)碳化硅基本原理：在無外界壓力條件下，以高純、超細(xì)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(jié)，高溫下硅滲入含碳胚體，加入少量的燒結(jié)助劑，如硼、碳等，在大氣壓的惰性氣體或真空氣氛中，經(jīng)過物理化學(xué)過程變成致密、體積穩(wěn)定、具有一定性能的固結(jié)致密塊體。燒結(jié)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(yán)酷工況條件下的工業(yè)環(huán)境。

燒結(jié)碳化硅具有制作工藝簡單、燒結(jié)時(shí)間短、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，燒結(jié)溫度和成本遠(yuǎn)低于熱壓燒結(jié)工藝，可實(shí)現(xiàn)凈尺寸燒結(jié)(燒結(jié)前后尺寸無變化)，易制備大型復(fù)雜形狀制品，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，前景廣闊。

2 無壓燒結(jié)碳化硅復(fù)合套管的工作原理

內(nèi)襯無壓燒結(jié)碳化硅復(fù)合套管結(jié)構(gòu)主要由套管外套、套管內(nèi)襯套及緩沖機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示。

1—套管外套;2—膠泥層;3—套管內(nèi)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(nèi)襯結(jié)燒碳化硅復(fù)合套管剖視圖

內(nèi)襯無壓燒結(jié)碳化硅復(fù)合套管在工作時(shí)，把內(nèi)襯套(件3)從外套(件1)的左側(cè)插接在套管外套的內(nèi)部，并且在套管內(nèi)村套和套管外套之間填充有膠泥層(件2)。套管內(nèi)村套的內(nèi)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(gè)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(shè)備的排氣孔上，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，在氣體的沖擊下，會使緩沖板擺動，使得緩沖板對進(jìn)入的氣體產(chǎn)生一定的緩沖力，達(dá)到改善設(shè)備工作環(huán)境的目的，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

3 復(fù)合套管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無壓燒結(jié)碳化硅復(fù)合套管的設(shè)計(jì)詳述如下。

1)套管外套(件1)的內(nèi)腔左側(cè)和套管內(nèi)襯套(件3)的外壁左側(cè)與水平面設(shè)計(jì)為7.5°夾角，主要為方便套管外套(1)和套管內(nèi)襯套(3)的安裝而設(shè)計(jì)。

2)套管外套的材質(zhì)為904 L，其內(nèi)側(cè)壁的直徑為179 mm，其右側(cè)外直徑為219 mm，長度為286 mm。

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

套管外套(件1)和套管內(nèi)襯套(件3)之間設(shè)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(cè)壁左端固定設(shè)有法蘭(件8)，法蘭用于復(fù)合套管的安裝。

4 結(jié)語

與原904L套管相比，無壓燒結(jié)碳化硅復(fù)合套管的整體結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、使用方便，并且復(fù)合套管抗磨、抗腐蝕均優(yōu)于單純的金屬材料套管，達(dá)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(jìn)入的氣體產(chǎn)生一定的緩沖力，從而改善設(shè)備工作環(huán)境。

內(nèi)襯無壓燒結(jié)碳化硅復(fù)合套管在本公司氧壓釜排料角閥及閃蒸緩沖罐進(jìn)料頸部的應(yīng)用實(shí)踐表明，其壽命得到了大幅度提高，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，受到生產(chǎn)維護(hù)人員的一致好評，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，已獲得新型實(shí)用專利授權(quán)。