丁雙玉， 翟愛萍， 李冬波

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控制鋅錠中雜質(zhì)鐵的生產(chǎn)實(shí)踐

丁雙玉， 翟愛萍， 李冬波

針對鋅錠熔鑄過程中雜質(zhì)鐵超標(biāo)問題，研究了鋅液溫度與鐵溶解度的關(guān)系，分析了鋅錠鐵含量較高的原因。在生產(chǎn)中采取相應(yīng)的措施，使鋅錠鐵含量得到有效地控制，提高了0#鋅品級率。

鋅錠； 熔鑄； 鐵； 溫度控制

0 前言

豫光鋅業(yè)有限公司10萬t/a濕法煉鋅一期系統(tǒng)于2005年投產(chǎn)，二期系統(tǒng)于2008年投產(chǎn)，目前鋅錠年產(chǎn)量達(dá)到24萬t。在以往的生產(chǎn)中，鋅錠中的鉛、銅、鎘等雜質(zhì)元素均能夠有效地控制，但鐵的含量卻波動(dòng)較大，經(jīng)常超標(biāo)。針對雜質(zhì)鐵超標(biāo)問題，企業(yè)多方面查找原因，統(tǒng)計(jì)分析，從鐵的化學(xué)性質(zhì)和鋅錠生產(chǎn)環(huán)節(jié)控制入手，改進(jìn)工藝操作，最終將鋅錠鐵含量穩(wěn)定在0.000 5%以下，優(yōu)于0#鋅錠的標(biāo)準(zhǔn)，鋅錠含鋅達(dá)99.995 5%以上。

1 鋅錠鐵含量較高的原因分析

1.1 化學(xué)原因

鐵元素在高溫鋅液中有一定的溶解度，高溫鋅液對鐵容器有一定的腐蝕，腐蝕程度主要與溫度有關(guān)。圖1為鐵在高溫鋅液中的溶解度曲線，可以看出，溫度低于480 ℃時(shí)，鐵在鋅液中的溶解度隨著溫度升高緩慢上升；溫度在480～530 ℃時(shí)，鐵的溶解度出現(xiàn)一個(gè)突兀的“尖峰”；鋅液溫度高于530 ℃，鐵的溶解度上升的斜率又恢復(fù)為緩慢上升的態(tài)勢。從圖中還可看出，鐵的溶解度在510 ℃左右時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)，約為480 ℃時(shí)的4倍。因而熔鑄過程中應(yīng)盡力避開480～530 ℃鐵的“易溶溫度區(qū)間”。

圖1 鋅液溫度與鐵溶解度的關(guān)系

1.2 生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)存在的問題

為了徹底解決鋅錠鐵含量超標(biāo)問題，對各個(gè)生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)存在一系列的漏洞，主要有4個(gè)方面：修爐及新砌爐開爐時(shí)操作不當(dāng)；熔鑄物料中夾帶鐵器；熔鑄現(xiàn)場鐵制工具管理不善；澆鑄和取樣過程操作不當(dāng)?shù)取?/p>

1.2.1 修爐和新砌爐開爐操作不當(dāng)

(1)修爐操作不當(dāng)。工頻感應(yīng)爐在運(yùn)行1～2年后會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)體漏鋅現(xiàn)象，此時(shí)需要修爐。更換舊感應(yīng)體時(shí)，要將爐內(nèi)的鋅液非正常澆鑄成錠或人工轉(zhuǎn)入其他爐子，過程持續(xù)約8 h，所使用的工具均為鐵制品；同時(shí)為降低鋅液凝固速度，更換感應(yīng)體時(shí)需將爐內(nèi)溫度提高至520 ℃左右，該溫度正處于鐵的“易溶溫度區(qū)間”，從而導(dǎo)致鋅錠鐵超標(biāo)。修爐過程中，鋅錠中鐵含量最高時(shí)可達(dá)0.01%以上，這部分鋅錠約有300 t左右，極大地制約了0#鋅品級率的提升，影響鋅錠中鋅含量超過99.995 5%。

(2)新砌爐開爐操作不當(dāng)。 熔鑄車間感應(yīng)爐重新砌筑后開爐使用廢舊木材烘爐，這些廢舊木材中間往往夾帶有鐵釘，人工方法很難徹底去除，由此造成開爐后鋅錠鐵超標(biāo)，往往也達(dá)到0.01%以上，這部分鋅錠約有180 t。

1.2.2 熔鑄物料中夾帶鐵器

(1)析出鋅皮中夾帶鐵器。電解車間的陰極析出鋅采用人工剝離，使用的工具為鐵質(zhì)剝鋅鏟；同時(shí)碎鋅皮中往往也夾帶有一些螺絲帽、墊片及其它鐵制品。這種熔鑄加工料如果沒有有效的檢驗(yàn)措施，一旦進(jìn)入工頻感應(yīng)爐，會(huì)造成鋅錠鐵的超標(biāo)。

(2)回爐物料中夾帶鐵器。 熔鑄過程中產(chǎn)生的流鋅、扒皮渣、機(jī)組上的碎鋅，其如果摻雜有鐵制品，重新回爐時(shí)會(huì)造成鋅錠鐵含量超標(biāo)。

1.2.3 生產(chǎn)現(xiàn)場鐵制工具管理存在缺陷

熔鑄車間使用的加料釬、鐵锨、扒皮鏟、扒渣耙等均為鐵質(zhì)工具，使用過程中由于損耗折斷而進(jìn)入爐內(nèi)熔入鋅液，導(dǎo)致鋅錠鐵的超標(biāo)。

1.2.4 澆鑄和取樣操作存在問題

(1)鋅液澆鑄時(shí)使用鐵制品導(dǎo)流。澆鑄時(shí)鋅液飛濺，澆出的鋅錠極易出現(xiàn)飛邊毛刺。為減少飛邊毛刺，操作工在澆鑄口使用焊條和鋼帶“導(dǎo)流“，這些鐵制品被高溫鋅液溶解，造成鋅錠鐵超標(biāo)。

(2)用不銹鋼鏟扒皮和鐵锨取樣。 澆鑄過程中，需要對鋅錠表面進(jìn)行扒皮操作，使用的工具為不銹鋼扒皮鏟，不銹鋼鏟與高溫鋅液接觸，導(dǎo)致鐵溶入鋅液。另外，鋅錠取樣使用鐵锨，易使樣品鐵含量升高，造成樣品“失真”。

2 控制鋅錠中雜質(zhì)鐵的生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 針對鐵的“易溶溫度區(qū)間”所采取的措施

2.1.1 低爐溫試驗(yàn)

為避開鐵的“易溶溫度區(qū)間”，從2012年6月底開始，在熔鑄車間進(jìn)行了系統(tǒng)試驗(yàn)。將1#、2#爐溫度控制在490 ℃以下，4#、5#爐溫度控制在500 ℃以下，取樣溫度在480 ℃以下，觀察記錄鋅錠中鐵的含量，驗(yàn)證鋅液中鐵的溶解度曲線。試驗(yàn)中，絕大多數(shù)情況下鋅錠鐵含量都在0.000 7%以下，僅有極少批次鐵含量為0.000 8%、0.000 9%。隨著操作的熟練，2012年年底鋅錠含鐵基本都在0.000 5%以下。2013年全年鋅錠含鐵均得到有效控制。

2.1.2 控制措施

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，2013年重新修訂《鋅業(yè)五廠工藝技術(shù)要求和操作規(guī)程》，將爐溫控制在460～480 ℃；采用自動(dòng)化儀表在線監(jiān)控爐溫，穩(wěn)定工藝操作。

表1 爐溫與鐵溶解度關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果

2.2 針對生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)漏洞所采取的措施

(1)修爐倒鋅液采用石墨材質(zhì)的澆包，新砌爐采用煤氣烘爐，杜絕外來鐵器入爐。

(2)制定《析出鋅和碎鋅渣轉(zhuǎn)運(yùn)辦法》，嚴(yán)格考核鋅皮夾帶鐵器和碎鋅渣，同時(shí)熔鑄工序?qū)邮盏匿\皮進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)夾帶鐵器予以獎(jiǎng)勵(lì)；熔鑄車間所產(chǎn)的流鋅、扒皮渣、機(jī)組上的碎鋅挑出清理后再回爐。

(3)熔鑄工序制定現(xiàn)場工器具管理網(wǎng)絡(luò)圖，從控制鋅皮夾帶、鐵制工具入爐、機(jī)組上入爐碎鋅夾帶鐵器、爐蓋及前室支撐腐蝕四個(gè)方面入手，杜絕外來鐵器入爐。

(4)用云母板扒皮鏟替代不銹鋼扒皮鏟；重新設(shè)計(jì)石墨勺澆鑄套，杜絕使用鋼帶或焊條導(dǎo)流；取樣工具全部采用不銹鋼材質(zhì)。

2.3 實(shí)施效果

2012年、2013年鋅錠中的鐵含量統(tǒng)計(jì)見表2。

從表2中數(shù)據(jù)可以看出：通過采取一系列的控制措施，鋅錠中鐵≤0.000 5%的比例明顯升高，鐵≥0.000 7%的比例明顯降低，從2012年8月開始至2013年12月，鋅錠鐵含量≤0.000 5%的比例保持在90%以上。

表2 鋅錠鐵含量統(tǒng)計(jì)表(按批統(tǒng)計(jì)) %

3 結(jié)語

實(shí)踐證明，熔鑄采用合理的操作溫度，加強(qiáng)生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)的管理，杜絕外來鐵器入爐，降低鋅錠鐵含量，對于穩(wěn)定鋅錠質(zhì)量，提高0#鋅品級率，具有重要的意義。

[1] 梅光貴，王德潤，周敬元，王輝. 濕法煉鋅學(xué)[M].長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

新工藝讓鋰離子電池成本減半

美國麻省理工學(xué)院的研究人員與一家名為24M的衍生公司合作，開發(fā)出一種制造鋰離子電池的先進(jìn)工藝，不僅有望顯著降低生產(chǎn)成本，還能提高電池性能，使其更易于回收。

現(xiàn)有的鋰離子電池制造方法還是20年前發(fā)明的，效率低下，過程繁瑣。研究人員于5年前提出了“液流電池”的概念，以帶有細(xì)微顆粒的懸浮液作為電極，通過泵送的方式在電池中循環(huán)。但分析表明，液流電池系統(tǒng)適合于低能量密度電池，對于鋰離子電池這樣的高能量密度設(shè)備而言，意味著成本的增加。

為此，研究人員改進(jìn)了設(shè)計(jì)，新版本被稱為“半固體電池”：電極材料不流動(dòng)，是一種類似于半固態(tài)的膠體懸浮液。不同于標(biāo)準(zhǔn)工藝需要在襯底材料上添加液態(tài)涂層，然后等材料干后才能開始下一道工序，新方法讓電極材料始終處于液態(tài)，根本不需要干燥。該系統(tǒng)通過使用更少但更厚的電極，將傳統(tǒng)電池結(jié)構(gòu)中的分層數(shù)量以及非功能性材料的用量減少了80%。

新工藝極大地簡化了制造過程，生產(chǎn)成本可降低一半。電池具有柔性并且更加耐用，不僅可彎曲、折疊，即使被子彈穿過也不會(huì)受損。這種方法還可以按比例擴(kuò)大生產(chǎn)，據(jù)估計(jì)，到2020年，每千瓦時(shí)容量的成本將降至100美元以下。

目前24M公司已經(jīng)在原型生產(chǎn)線上制造了大約10 000塊這樣的電池，其中大部分正在接受3個(gè)工業(yè)合作伙伴的測試，包括泰國的一家石油公司和日本重型設(shè)備制造商IHI株式會(huì)社。新工藝已獲得8項(xiàng)專利，另有75項(xiàng)專利正在接受評審。

(河南豫光鋅業(yè)有限公司, 河南 濟(jì)源 454650)

Practice of controlling iron impurities in zinc ingot

DING Shuang-yu, ZHAI Ai-ping, LI Dong-bo

According to the problem of iron impurity exceeding the standard in zinc ingot casting process, relationship between liquid zinc temperature and iron solubility was studied, the reasons of high iron content in zinc ingot was analyzed. Taking corresponding measures in production, the iron content in zinc ingot was controlled effectively. The 0# zinc grade rate was improved.

zinc ingot; casting; iron; temperature control

丁雙玉(1972—)， 女， 河南西峽人， 環(huán)保工程師。

2014-- 09-- 16

TF813

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1672-- 6103(2015)05-- 0015-- 03