氧化锌（间接法）设备改进

专家姓名：杨广轩　　类别：设备研发

YX型卧室ZnO（间接法）设备介绍

《YX型ZnO（间接法）》设备、由具有十七年ZnO（间接法）设备设计和研究的中国化工专家：杨广轩高级工程师设计、现任咸阳秦洋化工有限公司付总经理，中国化工网特约技术专家，广西贵港格雷蒙化工冶炼有限公司（台湾独资企业）技术总顾问，曾经为中国十二家企业设计氧化锌（间接法）设备。
“《YX型ZnO（间接法）》”设备在结合了韩国、日本等国家大型自动化ZnO（间接法）生产线的基础上、结合国际上知名生产ZnO（间接法）专用巨型石墨坩埚“摩根特种陶瓷技术（苏州）有限公司”、于2005年十月开发研制了《YX型ZnO (间接法)》设备。
1、《YX型ZnO（间接法）》设备特点：设备固定资金投入是现有中国八卦ZnO反射炉ZnO（间接法）设备三分之一、生产产品是原来产出率设备三倍。
2、每台设备使用周期是原来三倍、石墨坩埚使用周期在三个月到五个多月、产品质量提高0.6个百分点、使每吨ZnO (间接法)成本降低了200～350元人民币、有效提高了产品在中国和国际市场竞争力。
3、设备在更换ZnO蒸发石墨坩埚和熔化石墨坩埚周期由原来一周到现在36个小时。
4、因这种工艺利用“摩根特种陶瓷技术（苏州）有限公司”等压成型的石墨坩埚产品，热导利用率高，设备利用反射方式和直燃方式，热量在卧式坩埚外围实现环绕式加热，在热能源利用方面是现今行业最佳的。
5、这种设备受到行业的公认、在中国三到五年期间、 “《YX型ZnO（间接法）》”设备普及率将达到百分之八十以上,选用这个设备是这个行业最佳选择。
6、产品在设计方面增加ZnO（间接法）分级，产品由0.4～1.5um，可以任意分级，适应各个行业ZnO（间接法）用户。
7、设备适应0#、1#、2#、3#、4#锌锭，含量在92%锌固体，都可以生产含量在99.7%ZnO（间接法）产品，并且在生产过程中可以除去各种有害成分，产品达到欧洲SGS要求。







YX型ZnO（间接法）发射与直燃式卧式生产设备

ZnO（间接法）生产和实践
ZnO广泛用于橡胶、陶瓷、涂料、塑料、造纸、油墨印染医药火柴磁性材料、高能蓄电池、玻璃制品、天然气脱硫、摄像、静电复印、彩色显像管、萤光粉、饲料、焰火及烟幕弹等各种工业品的生产制造。因其用途广，消费量大，各国用于生产氧化锌的锌量，约占其总量的5%～10%。我国ZnO年产量约6.5～7万t ，欧共体年产量约25万，美国约10万t 。
ZnO的生产方法，分为水法和火法两大类。水法是用酸、碱或碳酸氨溶液等，浸净液除杂、沉淀碱式碳酸锌、干燥、煅烧，制得成品ZnO。水法产ZnO，又称活性ZnO。前苏联，德国及日本等国，均有生产，我国津、沪、川、黔等省市有产，但其产量甚少，也没形工业规模。火法分为直接法（美国法）和间接法（法国法）两种。直接法是将硫化锌精矿，经沸腾焙烧，加碳质还原剂制团（个别情况不制团），加入韦氏炉（Wetherill ）.在高温情况下，锌被还原，旋即被炉气中的CO2及引入的空气中的氧所氧化。冷却后进入布袋室，得成品氧化锌（ZnO 99.5%）.此法也可用来处理品位较低的ZnO，或各种含锌残渣，如平罐锌渣。坚罐锌渣等，生产等外ZnO（一般含ZnO 90%～95%）.
间接法是将金属锌锭熔化，加入蒸发炉内，在高温下，锌被蒸发，导入氧化炉（室）氧化，降温后入布袋室，得成品氧化ZnO（含ZnO 99.7%）。间接法应用较广，在我国间接法年产ZnO量，约占氧化锌总量的85%以上。是接间法因生产设备的产不同，可分为马槽炉坩埚炉‘精馏炉、反射炉等几种方法。贵阳化工原料厂是唯一的一家马槽炉法氧化厂。用陶土坩埚炉生产ZnO的厂家约10多家，大连油漆厂及上海京华化工厂是其代表，其年产量分别约为1.5万及0.8万t/年 。精馏法是葫芦岛锌厂于是1982年最先试验成功并投产的方法。水口山四厂及韶关冶炼厂亦按该法生产高级氧化锌。
反射炉法，是本人为适应个体乡镇企业及中小型工厂生产高级ZnO的需求，于是1990年试验成功并投产，实系国内首创。在中国西北地区地区建立了四家这样的高级ZnO生产厂，其年产量约在1200t /年左右，其产品质量，均达国标优级品，各项技术经济指标，均达设计指标。现仍在生产中。
2004年设计了几家中型和大型企业八卦氧化锌（间接法）反射炉，采取八个熔化石墨坩埚溶化锌，八个花瓶石墨坩埚生产高级ZnO（间接法），其生产量3.5t/天，均取的了良好的经济效益和社会效益。
2 、生产原理
精锌锭（0＃或1＃，少量2#） 在熔化炉加热熔化后，通过石墨坩埚溶化溢锌管流入蒸发炉。锌在高温下，剧烈蒸发，大量锌蒸气，经导气管进入氧化炉的分配室，从其拱顶上的喷嘴喷出，为从空气门进入的空气中的氧所氧化，生成ZnO 并放出大量热。在要求的温度下，Zn（气）与O 2反应的A F <0，能自动地向生成ZnO方向进行，如保证加锌量及蒸发炉的温度在规定的指标内，就能不断地产生基本恒定的锌蒸气，供给氧化炉。氧化炉内保持适当的负压，就会吸入适量的空气，使来自蒸发炉的锌蒸气快速而完全地氧化成ZnO氧化锌（间接法）。
应该指出的是，进入分配室的锌蒸气，有小部分冷凝成液态锌，其量视分配室外内温度的高低，通常为ZnO产量的确良5%～10%。这种冷凝作用，有脱除高沸点杂质pb、 Fe等的功效。
3 、生产实践
3.1 工艺流程 与一般间接法生产ZnO的工艺流程基本相同，但锌蒸发设备系间接加热的反射炉。工艺流程示于图1

燃烧废气
块煤

燃烧废气

煤资 空气 锌蒸气

副产精锌 空气 炉内氧化锌
过筛

细粉 粗粉

氧化锌
降低出售


高级ZnO




3.2 生产设备的连接 生产设备连接示于图2、


ZnO（间接法）生产示意图
1—煤气头 2—空气道 3—火道 4—熔锌埚 5—石墨坩埚
6—火井 7—炉膛 8—氧化室 9—冷却箱； 10—布袋
11—冷却管道 12—布袋过滤器
3.3 技术操作条件
燃烧室温度：炉役初期1260～1280℃；末期限1320～1400℃。
蒸发室温度：炉役初期960～1020℃；末期920～950℃。
熔化炉温度：540～650℃。
氧化炉氧化室温度：450～800℃。
布袋室入口温度：〈180℃。
锌蒸气喷出速度：～4.5m /s 。
氧化炉分配室度：920℃。
氧化炉氧化室压力：微负压。
3.4 技术经济指标对比 见表1
3.5 ZnO质量标准及反射炉法产品质量 见表2和表3
对比以上二表可以看出，本工艺产品质量已达到国标优级标准。
问题讨论
排气方式 ： 现有ZnO生产厂家，如葫芦岛锌厂是借助布袋室入口与氧化炉空气入口间保持适当位差，而实现自然排气，在开炉及生产中氧化室出现正压时，启动备用排风机排气，自然排气的优点是凶电，缺点是氧化炉产渣率较高（约达6%）。氧化炉操作受风向力变化的影响，一旦出现正压，不及时控制，就会影响氧化锌质量及产量，欲使位差高，抽力大，布袋室必须抬高，从而增加了厂房造价，水口山四厂。韶关冶炼厂，兴城市冶化厂是用排风机强制排气，其优点是生产过程中易于控制，，不受风力风向变化的影响，氧化室的氧化锌渣率较低（1.9%）。这就相应地提高了产量，弥补了电力费用，而且有余。此外，布袋室较低，厂房造价亦降低。
氧化炉顶排气管长度：一般为2～3.5m 。管子较长，提供子较长的反应时间，从而增加优级氧化锌的产量，兴城市冶化厂该管的长度，，超过上述数值很多，，1#斗的ZnO，也达到了优级品标准，使优级品产出率达99.2%。而管中积存回落氧化炉的氧化伞，其数量很少，加上氧化炉内ZnO总量，也不超过氧化锌产量的2%。
蒸发室拱顶厚度与拱顶到锌液面距离：蒸发室内锌液的蒸发强度，取决于燃烧室供给蒸发室热量的多寡。在生产过程中，控制燃烧室温度在规定指标内，则锌液的蒸发强度，取决于拱顶材质、厚度和拱顶到锌液面的距离。有色冶金炉传热炉壁，通常使用耐急冷急热性好、导热性高的SIC拱顶厚度有230、115和80mm 等多种。
经拱顶传导到蒸发室的热量，主要是通过辐射强度与距离的平方成反比，本工艺的炉床面积仅几个m² ，因此，适当降低拱顶到锌液面的距离，将大大有利于辐射传热。
（1）燃烧室的位置：
本工艺的炉子，燃烧室位于蒸发室的上面。主要是通过传导与辐射，将热量传送给锌液，如燃烧室位于蒸发室的底部，则锌液与燃烧室顶部直接接触，底层锌液，吸热蒸发，强烈搅拌溶池，强化了上下层锌液的热交换，因而热利用率较前者高，其缺点是如温度波动较大时，一旦出现炉裂，则修补堵漏，将是十分困难的，但此种结构的炉子，印度已有厂家用来生产锌粉。
（2）可否使用粗锌锭为原料：
为了降低高级ZnO的生产成本，可以考虑精锌锭掺和一定数量的粗锌锭，粗锌中的杂质，主要是低沸点金属如Cd ，及高沸点金属如pb 、Fe 等，严格控制熔化熔析炉的温度450～500℃ 在。有一定的脱Pb 效果，在不影响产量和前提下控制蒸发室的的温度在中低温线，也可以调控氧化锌中的Pb 含量，氧化炉分配室，锌蒸气有小量冷凝成液态锌，而具有降低高沸点杂质(Pb 、Fe等 )含量的效果。上述金属的沸点（℃）：锌907、镉767、铅1620、铁3000、铜2595。在920～1000℃ 条件下，锌及其中所含的镉即沸腾，并呈蒸气状态蒸发而铅在此温度下的蒸气压力仅67～126Pa ，铁及铜的蒸气压更低，它们不会大量地挥发，几乎全部仍为液态，根据鲁姆司徒对铅锌系统950～1000℃时的热力学计算，含Pb 锌液一次蒸馏所得蒸气，其含P量为液态被蒸馏物中Pb 的百分数的0.004倍。氧化锌中Cd 含量，国家标准未作明确规定，若其含量高，会使ZnO的颜色达不到要求。镉虽有某些能脱Pb 功能，但为确保高级ZnO的质量，精锌搭配粗锌的比例，仍需通过试验确定。如为适应市场需要，生产品级较低的氧化锌，可以考虑全部使用粗锌。但炉子结构用操作条件的控制，作相应的变更则更妥。
4 结语
锌锭反射炉法生产高级ZnO的特点：
（1）、建设投资较低。炉体系统，主要由通粘土耐火砖及少量高铝砖砌成，仅蒸发室及熔化炉拱顶，用不价格较贵的SIC板砖结构成因其厚度较薄，故其数量较少，相对于精馏法而言，炉体建设投资较低。
本法所用厂房，系红砖砌筑，屋顶为角钢或铁管焊成人字支架，上铺石棉瓦，主厂房墙高仅6米，为平房，如用排风机排气，布袋室亦为平房，土建投资较低。
（2）、建设周期短。因炉体及附属设备均较简单，几个月那可建成投产。
（3）、技术条件易控制，本法不象粗馏法那样严格，因其对于炉体寿命及产量质量等影响，不如精馏法地么明显，故操作条件，容易掌握，在无熟练工人的情况下，只要精加培训，即可进行生产。
（5）、余热利用较好，燃烧废气，除了用作预热空气经外，还第二次用来加热熔化炉的锌锭，节约能源。
（6）、熔化熔炉析炉，系间接加热型，浮渣量少，提高了产量及锌的收率，改善了劳动条件。
（7）、工艺流程短
（8）、产品质量高。高级ZnO质量，如用1级精锌搭配 2级精锌作原料，可达国家标准优级。
（9）、设备缺点就是热量损失比较厉害，八个花瓶石墨坩埚受热不均匀，出来ZnO（间接法）产品品质不均匀，氧化室回落ZnO（间接法）比较多。
（10）、在生产过程中经常会出现某一个花瓶石墨坩埚出现问题将影响整个工艺，造成整个工艺停产，增加产品成本。

发表时间：2015-03-25

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