红土镍矿加压湿法冶金项目装备综述.pdf

2 0 1 3年 1 0月 第 5期 周永亮 红土镍矿加压湿法冶金项 目装备综述 2 3 红土镍矿加压湿法冶金项 目装备综述 周永 亮 中国恩菲工程技术有限公司 ， 北 京 1 0 0 0 3 8 [ 摘要] 本 文重点介绍红 土镍矿加压 湿法 冶金 综合 工程的装备情 况 ， 从 不 同侧 面对 工艺主体设备 、 辅 助工程设备 、 工厂 装备 自动化 、 设备 管理与 维护等方面进行 了综述和分析 ， 对 高水平的现代化 湿法冶金 工厂的装备 选择 和配置提 出了分析建议 。 【 关键词] 湿法冶金工厂 ； 装备 水平 ； 装备 自动化 ； 设备维护 【 中图分类号] T F 8 1 5 ； T F 3 5 1 [ 文献标识码] B [ 文章编号] 1 6 7 2 6 1 0 3 2 0 1 3 0 5 0 0 2 3 0 4 某红土镍矿湿法冶金工厂是包括采矿 、 选矿 、 长 距离矿浆输送管道 、 湿法冶炼 、 石灰石制备 、 硫酸制 备 、 自备 电站、 冶炼厂尾渣深海填埋等项 目组成的大 型湿法冶金综合工程 。为了在国外建设一座现代化 的湿法冶金工厂 ， 在设计前期 ， 针对工艺流程 、 工厂 装备水平完成了大量 的研究工作 ， 对 国际上类似矿 业项 目的装备状况进行 了充分调研和综合分析 ， 与 各种矿业设备先进的设备材料 、 技术集成商 、 供应商 进行技术交流 ， 对矿业设备 制造能力和产品应用情 况进行了调研。在此基础上 ， 结合项 目投资概况 ， 确 定了本项 目的装备水平达到国际水平 ， 核心工艺装备 达到世界先进水平。 1 技术先进的非标设备 1 ． 1 高压釜 非标设计主要是指针对特殊工艺的设备设计 。 冶炼工艺 中的核心设备一 高压釜就是最重要 的非标 设计。高压釜是高压酸浸工艺的核心设备 ， 承受着 高温 、 高压 、 酸性 、 强磨蚀介质 的工作条件 以及工艺 操 作波动 的影响 ， 是工艺流程 中安全性要求最高的 设 备 。高 压 釜 设 计 压 力 为 6 ． 0 MP a ， 设 计 温 度 为 2 7 0 o C， 有效容积近 8 0 0 m ， 是 目前 世界 已知的最大 高压浸 出釜之一。釜体厚度为 1 1 8 8 mm的钢钛复 合板 ， 这种大型复合板设备在 国内是首次制造 ， 极大 地提升了国内特材设备的加工制造水平。 [ 作者简介] 周永亮 1 9 5 9 一 ， 男 ， 山西人 ， 教 授级高工 ， 从 事有色冶 金机 械设计 与工程管理。 [ 收稿 15期] 2 0 1 3 0 6 3 0 1 ． 2 闪蒸槽、 预热器 为了工艺反应需要和利用热能 ， 高压釜的原料 需要经过三级预热后再进入到釜 中； 同样为了后续 工艺 的需求 ， 高压釜 的排料也要经过三级闪蒸过程 将物料的压力和温度降至常压状态 。高压酸浸工艺 中的高、 中、 低压闪蒸槽和高 、 中、 低温预热器都是非 标设计 。 三级闪蒸槽均为碳钢 防腐隔离层 衬砖结构 设计 ， 根据闪蒸 阀的工艺特性 ， 对 闪蒸槽 的直径 、 高 度 、 排料管 、 排气管 、 防冲板等进行了细致的工艺分 析 ， 是国内首次设计 、 制造此类 型设备 ， 实践证 明本 次设计完全符合生产要求 。在经过多种 内部结构的 论证 比较后 ， 三级预热器均选择 了多层折流板式 的 结构形式 ， 通过改进进料管 的布料方式和增加折流 板的溢流结构设计 ， 使预热器的换热效率大大提高。 该类型直接换热设备传热效率高 、 能量利用好 ， 也是 国内首次设计 、 制造 ， 其选型设计填补了国内在此类 设备的空白。 由于经过缜密的设计论证和计算 ， 这六种非标 设备 的几何规格在相 同处理能力下 ， 远小于 已投产 的同类工艺条件 的设备 ， 这不仅提高了工艺效率 ， 也 节省了设备费用和工程投资。 1 ． 3 工艺搅拌槽 红土镍矿湿法冶金采用的绝大部分是大型搅拌 反应槽 ， 其规格远大于 国内一般冶炼工厂所用。如 容积为 2 5 0 0 i n 。 的除铁铝槽 、 容积为2 0 0 0 1T I 。 的镍钴 沉淀槽 、 容积为 5 0 0 0 IT I 的高压酸浸 给料槽等 。本 项 目的几十种搅拌反应槽均为根据不同工艺条件进 2 4 中固 有色冶 金 A卷红土镍矿湿法冶炼 行的非标设计 。由于工艺介质的酸碱特性 、 介质悬 浮和反应特点以及耐磨需求 ， 不 同的搅拌槽采用不 同的防腐材料和耐磨 内衬 ， 并根据工艺要求配置大 型搅 拌 器 。特别 是 高压酸 浸 给料槽 1 8 2 0 m 的搅拌器 ， 矿浆浓度为 3 2～3 5 ％ ， 矿浆密度 1 2 8 0～ 1 3 2 0 k g ／ m ， 搅拌器功率仅为 1 6 0 k W。 1 ． 4 浓 密机 该红土镍矿项 目共采用 了四种不同功能的浓密 机 ， 其 中2台高效浓密机 4 3 m ， 3台深锥膏体浓 密机 , 1 , 2 8 m 、 7台高密度浓密机 3 6 n 1 、 6 台高效 浓 密机 3 2 m 。部分浓密 机采用 P D C或 E D C设 计 ， 改善了絮凝剂的絮凝效果 ， 有利于工艺操作参数 的调整 ； 泥层厚度探测仪和泥层压力传感器的设置 ， 有利于工艺操作过程 的监测 ； 耙架升降功能和过扭 矩保护， 从机械上保证 了设备的运行安全。 2 装备精 良的流体介质输送设备 2 ． 1 高压釜给料泵 红土镍矿湿法冶金工艺介质输送 中最核心的设 备为高压釜给料泵。该泵工艺条件恶劣 ， 操作要求 高 ， 具有耐高温 、 耐高压 、 耐腐蚀 、 耐气蚀 、 耐磨蚀等 特性 。高压釜给料泵选用国外往复式活塞隔膜泵 ， 额定流量为 3 0 0 m ／ h ， 操作温度为 2 1 0℃， 装机功率 为 7 8 5 k W。本项 目共配置 6台高压釜给料泵 ， 自带 P L C控制系统 ， 与工艺相关工序连锁控制 ， 实现泵的 自动操作 。 2 ． 2 预 热器 给料 泵 根据介质 的压力和温度特性 ， 预热器给料泵分 为低温 、 中温 、 高温三种泵型 ， 其 中高温预热器给料 泵为多级串联泵 ， 其额定流量 5 0 0 m ／ h ， 三级泵 出口 压 力为 2 7 ． 0 b a r ， 操 作温 度 为 1 7 0 c C， 装 机 功率 为 2 2 5 k W。本项 目共配置低温 、 中温 、 高温三种泵型 各6 台套 ， 由澳大利亚专业矿浆泵的供应商提供。 2 ． 3 一般 工艺 泵 在湿法冶金工艺中 ， 大量采用的是工程塑料泵 或非金属衬里泵 以适应腐蚀介质 的情况 。 目前 ， 国 产工程塑料泵或非金属衬里泵的技术和材料水平 已 经达到国际水平 ， 在 国内的各类湿法冶金工厂得到 广泛的应用 。本项 目采用的两百多台这类泵的技术 指标均达到设计要求 ， 尤其是大型号泵 如 Q 1 3 5 o m ／ h ， H 2 5 m， T 7 5 q C ， P 1 8 5 k W ， 其安全运行对生 产工艺的稳定起到决定性的作用 ， 保障了工艺系统 的稳定运行 。 2 ． 4 锅炉给水泵 冶炼厂有两套锅炉系统 ， 一套 为硫磺制酸系统 蒸汽余热锅炉， 主要用于冶炼生产用汽， 另一套为备 用燃油工业锅炉系统 ， 主要用于工艺补充用汽和开 车用汽。锅炉系统 的操作压力为6 4 6 0 b a r ， 供水系 统采用多级高压热水泵 ， 该泵采用中德合作技术 ， 安 全可靠 ， 制造精度高， 是专业的热媒输送泵。余热锅 炉配置 4台高压给水泵 Q l O O m ／ h ， H 8 2 0 m ， 备 用锅炉配置 3 台高压给水泵 Q 5 o r n 。 ／ h ， H 8 0 0 m 。 3 一流的流体介质控制设备 3 ． 1 闪蒸减压系统 闪蒸减压系统安装在闪蒸槽上 ， 用于对高压釜 排 出的高温高压矿浆进行降温减压。本项 目选择了 在世界高温 、 高压冶炼行业 中使用 口碑较好的闪蒸 减压系统 ， 其 阀体部分采用钛合金材料制造 ， 阀座和 阀芯采用耐热陶瓷制造 ， 闪蒸扩散管为钛材 ， 内表面 镶嵌耐热陶瓷 。关键部件使用专用耐热陶瓷后 ， 极 大的延长了闪蒸阀的使用寿命 。闪蒸减压阀的执行 机构采用特殊设计 的国外先进产品 ， 保证 了闪蒸减 压的调节精度和稳定性。 3 ． 2 恶劣工况球阀 在高压浸出冶金工艺中， 高压釜进料 阀、 高压釜 排料阀、 高压釜排气阀 、 高压釜给料泵切断阀 、 高压 蒸汽切断阀 、 高温预热器切断阀等都处于工艺条件 非常恶劣的部位 ， 所用阀门统称恶劣工况球阀， 是切 断热态工艺介质非常重要 的管道设备。例如高压釜 排料阀， 其直径为 D N 3 5 0 ， 设计压力为 5 8 b a r ， 设计 温度为 2 8 0℃， 矿浆 的高温 、 高压 、 腐蚀性及磨蚀性 等特性对 阀门所用材质和密封形式提 出了特殊要 求 。恶劣工况球 阀采用钛材作为主要构造材料 ， 球 面喷涂 T i O 耐蚀耐磨合金 ， 密封形式为金属密封。 3 ． 3 矿浆管道工程球阀 项 目矿 山与冶炼厂相距 1 3 5 公里 ， 选 矿厂合格 的矿浆通过长距离矿浆管道输送至冶炼厂。在冶炼 厂矿浆接受端 消能站 ， D N 2 6 英寸的矿浆管道T程 球 阀是少见的大 口径球 阀。该 阀门设计压力为 1 0 0 b a r ， 实际操作压力 单侧 7 5 b a r ， 采用电液执行机构 操作 。 4 高效 的压滤设备 全 自动立式压滤机广泛应用于镍精矿 、 氧化锌 浸出液 、 铜精矿等产 品的过滤 ， 它具有人料时间短 、 2 0 1 3年 1 0月 第 5期 周永亮 红土镍矿加压湿法冶金项 目装备综述 2 5 全 自动运行 、 滤饼水分低 、 生产能力高 、 滤布 自动再 生 、 可随时调整运行参数 、 滤板密封压力高 、 安全环 保 、 经久耐用 、 可节约大量人 力资源等诸 多优点 ， 是 集过 滤 给料 、 一次挤压 、 滤饼洗涤 、 二次挤压 、 风 干 、 自动 卸料 、 自动清洗滤 布等 功能 于一 体 ， 采用 P L C可编程序控制器与设置在压滤机各控制点 以及 工艺设备上的信号控制装置一 同保证压滤机安全 、 可靠 的实现 自动闭路循环工作 ， 1 0 0 ％自动化运行 ， 极大地减轻了工人 的劳动强度 。 本项 目共有 6 台立式压滤机 ， 包括 2台 1 6 8 m 压 滤机和 2 台 1 8 0 m 压滤机 ， 2台 1 4 4 m 压滤机分别用 于不同的渣和产品过滤 。 5 完善 的辅助工艺 系统 鉴于项 目所在地的工业基础薄弱和地理位置比 较特殊 ， 需要建立一整套满足生产生活需要的辅助 系统。 5 ． 1 硫磺制酸装置系统 加压酸浸工艺处理红土镍矿需要的硫酸为 1 0 0 万 t ／ a ， 采用焚硫法生产工艺 。设计 2 套独立 的5 0 万 t ／ a 制酸装置 ， 这样不仅可以保证硫酸系统 的连续生 产 ， 同时能更好地保证冶炼厂生产的稳定与安全 。 硫磺制酸装置系统包括三大部分 熔硫系统 、 焚硫及 制酸系统 、 余 热锅炉系统。 熔硫 系统采用 3 5 万 t ／ a 的熔硫 槽及过滤装置 。 两套 5 0 万 t ／ a的焚硫及制 酸系统包 括焚硫炉 、 转化 塔 、 干 吸塔 、 风机房 、 循 环水 泵等设施 。两套 9 2 t ／ h 的余 热锅炉用于 回收焚硫过程产生 的余热 ， 以6 ． 4 MP a 饱和蒸汽的形式用于冶炼工艺。余热锅炉为卧 式单锅筒 自然循环火管锅炉 ， 双锅简配置 ， 同时配套 设计有省煤器 、 高压水泵房 、 化学水处理装置等。 5 ． 2 石灰石制备系统 石灰浆制备系统包括石灰石破碎 、 筛分 、 磨矿 、 煅烧和浆化工序等。石灰石系统生产能力 7 O 万t ／ a ， 主要设备如 颚式破碎机 芬兰制造 ， 原矿处理量 2 0 0 t ／ h ， 最 大 给矿 块 度 7 5 0 mm， 排 矿 粒 度 0～1 3 0 m m， P 1 6 0 k W； 圆锥破碎机 法 国制造 ， 原矿处理 量 3 2 7 t ／ h ， 最 大给矿 块度 1 5 0 mm， 排 矿粒度 02 5 m m， P 3 1 5 k W； 两台湿式球磨机 ， 3 2 0 0 6 4 0 0 ， 干 矿处理能力 5 0 t ／ h ， 循环负荷 4 5 ％， P 1 0 0 0 k W； 石灰 石煅烧窑 ， 3 x 5 0 m， 生产能力 2 2 8 t ／ d ， P 7 5 k W， 重 油燃 烧器 为 3 支 枪配置 ， 重油实 际消耗 为 1 6 0 0～ 2 0 0 0 kg ／ h。 5 ． 3自备 发 电站 瑞木项 目分别在矿山区域和冶炼厂区域建设 了 自备发电站。 自备发电站不仅为工程和生活提供 电 力 ， 而且可以根据工厂用 电负荷情况 自动切换发 电 机组数量 ， 使发 电机组处于合适 的负载状态运行 。 发电机组 由芬兰公 司制造。 矿 山区域的 自备发电站装机容量为 2 3 ． 4 2 MW， 由6 台柴油发电机组组成 。 冶炼 厂 区域 的 自备 发 电站装 机 容量 为 8 5 ． 5 5 MW， 由8 台重油发电机组组成。 5 ． 4 机 电仪汽维修装备 项 目所在地为南太平洋岛 国， 当地工业基础十 分薄弱 ， 几乎没有修理协作能力 。鉴于矿山和冶炼 厂相距较远 ， 机电仪汽修设施不能互为补充 ， 故在矿 山和冶炼厂分别建设有机修车间、 汽修车间 、 电仪维 修间 ， 以及冶炼厂的特材及防腐设备维修 车间。根 据工厂维修工作量 ， 配置必要 的机加工设备 、 大型机 械拆装设备 、 车辆维修设备 、 变压器维修设备 、 电机 维修设备 、 仪表校验设备、 设备保养装备等一系列维 修装备 ， 保 障了生产中的正常维护需求 和故障设备 的维修。 5 ． 5 化验室装备 工厂化验室承担着工厂原材料 的检测 、 生产过 程 中工艺分析 、 产 品检测 ， 对产 品的提升起重要作 用 。保证检验 的准确性 除要求严格按照取样程序 、 检验和测试程序进行检验工作外 ， 还应保有足够精 度 的检验设备才能完成 。本项 目化验室不仅检验设 备配置齐全， 更有高精度 的检测设备作后盾 ， 保证了 检测结果的准确性。如全谱直读型电感耦合等离子 体发射光谱仪 、 电感耦合等离子体质谱仪 、 原子吸收 分光光度计 、 紫外可见分光光度计 、 硫碳测定仪 、 石 油产 品硫含量测定仪 、 B O D检测仪等。分析检测能 实现痕量元素检测 ， 满足了世界上最严格环保要求 对排放微量元素的检测 。 6 工厂控制及 自动化 6 ． 1 冶炼厂 DC S 控制系统 冶炼厂 D C S 系统涵盖从矿浆储存 、 矿浆浓缩 、 高压酸浸 、 矿浆 中和等主工艺流程 ， 以及硫磺制酸 、 发 电厂 、 取水设施等辅助工序 ， 超过 3 0 多个子项 的 设计和系统集成工作 。 D C S 系统采用冗余配置 ， 包括 F T E网络冗余配 置及各级网络通讯设备冗余配置。D C S 系统总体包 2 6 中固 有色冶 金 A 卷红土镍矿湿法冶炼 括 8 台服务器 、 全厂各控制室共 3 5台操作 员站 、 6 0 个操作台 ； 共计 8 0 面 D C S 控制柜和 P L C控制柜 I ／ O 点数超过 1 万点 ； 还包括与发 电机组 、 高压釜给料 泵 、 压滤机 、 球磨机 、 圆锥破碎机等共计 2 0 多个第三 方设备 P L C 的通讯组态。 D C S 系统硬件和软件经过 了F A T测试 、 S A T测 试 、 打点 、 单体调试 、 冷热水试车与投料试车等几个 阶段 。D C S 系统保持 了连续 、 稳定 、 安全运行 ， 达到 了设计要求 ， 实现 了冶炼厂生产过程控制 的自动化 操作。 6 ． 2 选矿厂P L C控制系统 选矿厂 P L C 控制系统涵盖从矿山采矿 、 洗矿 、 选 铬 、 水源地打水 、 油库用油的监控等多个子项系统集 成 。 选矿厂 P L C系统冗余配置 ， 包括控制 网络冗余 配置 ， 各级网络通信设备冗余配置， 主控制室内有冗 余服务器 ， 可以监控矿 山所有 P L C子站的设备运行。 选矿厂 P L C系统硬件及应用软件经过了 F A T测试 、 S A T 测试 、 打点 、 单体调试 、 联动试车等几个 阶段 ， 通 过长时间带负荷试车带料生产 ， P L C系统保持了连 续 、 稳定 、 安全的运行 ， 达到了设计要求 ， 实现了矿山 生产过程控制的功能。 6 ． 3 变频控制系统 变频器 的主要功能是调速 ， 它能提供精确的速 度控制， 方便地控制机械传动的增速、 减速和变速运 行 ， 实现工艺操作的高效性 。同时也具有保护功能 、 软启动功能和节能功效。 由于工艺生产 的连续性 和外 围控制 电子设备 多 ， 要求变频器具有较高的可靠性和较强的抗干扰 能力 ， 以延长设备无故障运行时间。本项 目变频器 主要用在泵类 、 风机 、 给料设备上。有些泵类设备的 流体介质是非常粘稠的矿浆 ， 启动力矩大， 对设备的 过载能力要求较 高 ， 变频器的应用很好地解决 了各 种泵的起动和流量调节 问题 。本项 目共配置各种变 频器超过 3 0 0台。另外 ， 2 0 多台套成套设备还配套 提供了变频器或软启动器 ， 共 同实现工厂的精细化 操作 和多种控制方式。 6 ． 4 高精度检测设备 红土镍矿高压酸浸工艺是一种高温高压高腐蚀 环境的湿法冶金工艺过程 ， 其液位 、 流量 、 温度和压 力控制都十分严格 。有些工艺设备是超壁厚设备 ， 如 闪蒸槽金属壳体厚度 8 0 mm， 这样超厚度设备 的 液位检测困难很多。本项 目在线液位检测计多为雷 达液位计、 核液位计 、 超声波液位计等。 7 小结 该红土镍矿采选冶综合工程总计有 2 0 0 余家技 术集成商或设备 、 材料供应商。这些供应商是恩菲 根据多年的项 目设计实施经验 ， 以及充分 的技术调 研 ， 从 近千家国内优秀的和国际知名的供应商中筛 选 出来的 ， 他们 为本项 目提供了各种技 术先进的设 备和优质服务 。本项 目直接 向国外近 4 0 家供应商 采购 了设备 ， 包括矿业设备 7 家 、 工艺设备 1 3 家 、 特 种泵 3 家 、 特殊阀 门 l 0家 、 仪器仪表 2家 、 发 电站 1 家。另外 ， 国内集成商打包采购的国外产品 、 国内供 应商与 国外技术合作项 目还有许多 ， 这些都提升了 本项 目的整体装备水平。 该红土镍矿作为我国在国外建设的第一座现代 化的湿法冶金工厂 ， 从设计上就对本项 目的装备水 平进行了定位 ， 保证其整体装备配置达到国际水平 ， 工艺核心装备达到世界先进水平。同时 ， 1 0 0多家 国内制造商通过参与本项 目， 提升了管理水平和产 品质量 ， 为中国冶金机电产 品走向世界迈出了重要 一 步 。 Ov e r v i e w o n e q u i p me n t o f l a t e r i t e h y d r o me t a l l u r g y p r o j e c t ZHOU Yo n g -l i a ng Ab s t r a c t T h e e q u i p me n t s i t u a t i o n s o f l a t e r i t e p r e s s u r e h y d r 0 me t a l l u r g y p r o j e c t w e r e m a i n l y i n t r o d u c e d ， a n d t h e e q u i p me n t ma n a g e me n t a n d ma i n t e n a n c e we r e s u mma r i z e d a n d a n a l y z e d f r o m d i f f e r e n t s i d e s o n t h e p r o c e s s ma i n e q ui p me n t ，a u x i l i a r y e q u i p me n t ，p l a nt a u t o ma t i o n， e q u i pme n t ma n a g e me n t a n d ma i n t e n a n c e ，e t c ．Th e a n a l y s i s s ug g e s t i o n we r e p u t f o r wa r d o n e qu i p me n t s e l e c t i o n a n d c o n f i g u r a t i o n i n hi g h l e v e l mo de r n i z e d h y d r o me t a l - - l ur g y p l a n t ． Ke y wo r d s hy d r o me t a l l u r g y p l a n t ；e q u i p me nt l e v e l ；e q u i p me n t a u t o ma t i o n；e q ui p me n t ma i n t e n a n c e