彭少君

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

在現(xiàn)代有色金屬冶煉廠中，中心化驗(yàn)室的主要任務(wù)是檢測(cè)原料、周轉(zhuǎn)物料、產(chǎn)品、半成品和副產(chǎn)品的成分，承擔(dān)著全廠各車間生產(chǎn)過程的控制分析以及其他科研等輔助任務(wù)。有色金屬中心化驗(yàn)室的設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足相關(guān)國家設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，滿足安全生產(chǎn)、功能合理、便于操作、方便管理、節(jié)約投資等要求。

常見的有色金屬冶煉廠主要包括銅、鉛、鋅、鎳有色冶煉廠，這些冶煉廠的各類精礦通常含銅、鉛、鋅、鎳、鈷、砷、銻、鉍、鐵等金屬元素，以及硫、碳、氟、氯等非金屬元素，因此這些元素是有色冶煉廠主要的分析對(duì)象。此外，冶煉工藝中常用的輔料、熔劑如煤等，與環(huán)保相關(guān)的廢水、廢氣等也是化驗(yàn)室重要的分析對(duì)象。

這些需分析的元素和對(duì)象就是中心化驗(yàn)室的工作量，是化驗(yàn)室設(shè)計(jì)中最主要的設(shè)計(jì)依據(jù)。因此，在設(shè)計(jì)中心化驗(yàn)室前，需由工藝專業(yè)，如火法冶煉、濕法冶煉等提出本專業(yè)每班或每天對(duì)各種試樣取樣的次數(shù)，需要分析的元素及大致含量，表1、表2列出了某鋅冶煉廠的化驗(yàn)分析工作量。

1 工藝設(shè)計(jì)

中心化驗(yàn)室的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)根據(jù)分析任務(wù)量來確定使用的分析方法，以及相關(guān)的分析儀器和設(shè)備，再根據(jù)設(shè)備特征以及中心化驗(yàn)室的職能要求來做整體配置以及其他公輔專業(yè)的設(shè)計(jì)。

1.1 分析方法的確定

分析方法應(yīng)滿足生產(chǎn)的需求，需符合相應(yīng)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，精礦和產(chǎn)品的質(zhì)量仲裁都應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)（部標(biāo)）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法執(zhí)行。

通常，微量、痕量的雜質(zhì)元素采用現(xiàn)代化儀器分析，而主量、常量元素的分析選擇化學(xué)分析如滴定等方法來完成，也有一些儀器如X射線熒光分析儀適用于主量、常量元素的分析。人們應(yīng)根據(jù)需檢測(cè)樣品的含量、物理形態(tài)，結(jié)合各類儀器設(shè)備的適用范圍來選擇合適的分析方法。

1.2 設(shè)備選型

分析方法的確定與分析儀器的選型是相輔相成的，需根據(jù)儀器設(shè)備的功能、適用范圍和需要分析的元素及其大致含量，進(jìn)行儀器與設(shè)備選擇。

鑒于有色冶煉廠中心化驗(yàn)室的分析對(duì)象和任務(wù)，通常選用光電直讀光譜儀（ARL）、X射線熒光光譜儀（XRF）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）、原子吸收分光光度計(jì)（AAS）這四種分析設(shè)備作為主要的分析儀器，這四種設(shè)備的分析范圍很廣，可滿足大部分金屬雜質(zhì)檢測(cè)的分析要求，再輔助其他儀器設(shè)備來完成化驗(yàn)室所有的分析任務(wù)，下面詳細(xì)介紹各種分析設(shè)備的功能和適用范圍。

光電直讀光譜儀（ARL）適用于金屬樣品的檢測(cè)，可測(cè)量銅、鉛、鋅、鎳、鈷、鐵、鋁、鈦、錫、鎂、金、銀等，分析雜質(zhì)范圍：0.00001%～40%，通常用于這些金屬產(chǎn)品或中間產(chǎn)品中常量、微量、痕量、超痕量的雜質(zhì)元素的多元素定量分析，需配備氬氣凈化器、車床等制樣設(shè)備、UPS或穩(wěn)壓電源。

X射線熒光光譜儀（XRF）與光電直讀光譜儀（ARL）有些類似，它適用于金屬樣、渣樣、粉末樣、玻璃溶片樣等樣品的多元素微量、痕量成分分析，也可進(jìn)行主量、常量元素檢測(cè)，檢測(cè)范圍極廣，可分析元素周期表中O～U，分析范圍為0.0001%～100%，需配套冷水機(jī)以及制樣設(shè)備如壓樣機(jī)、熔融爐和振動(dòng)磨樣機(jī)等。

表1 化驗(yàn)分析工作量（固體）

表2 化驗(yàn)分析工作量（液體）

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）可分析元素周期表中的大部分金屬元素和部分非金屬元素，是檢測(cè)溶液樣品中多元素常量、微量、痕量成分分析的重要手段，檢測(cè)范圍為0.0001%～15%，需配備冷水機(jī)、氬氣凈化器、UPS或穩(wěn)壓電源。

原子吸收分光光度計(jì)（AAS）也是分析液體樣品的重要分析儀器，與ICP-AES相比，分析的金屬元素偏少一些，分析精度也較低，可分析樣品中含量5%以下的金屬元素和極少的非金屬元素，需根據(jù)分析的元素配置空心陰極燈，也需要配置穩(wěn)壓電源。

此外，還需要根據(jù)不同的分析要求選擇一些輔助的分析設(shè)備，主要包括原子熒光光譜儀、可見光分光光度計(jì)等。原子熒光光譜儀（AFS）通常用來分析砷、銻、鉍、汞、硒等元素，硫碳測(cè)定儀用于固體試樣中的硫、碳檢測(cè)，分光光度計(jì)可用于溶液試樣中含量小于1%的陰離子檢測(cè)，如氟離子、硝酸根離子等。電位滴定儀適用于酸度及氯離子等難以觀察滴定終點(diǎn)的滴定操作中。試金爐、灰吹爐是金銀檢測(cè)的常規(guī)設(shè)備。煤炭檢測(cè)的儀器主要包括量熱儀、工業(yè)分析儀、定碳儀等。此外，還有一些用于物理性質(zhì)檢測(cè)的分析設(shè)備如X射線衍射儀等，或者其他一些特殊功能的小儀器，可根據(jù)分析要求進(jìn)行選用。

2 中心化驗(yàn)室配置

設(shè)備和分析方法確定后可進(jìn)行中心化驗(yàn)室的配置，中心化驗(yàn)室的配置應(yīng)以簡單實(shí)用為原則，房間的長度在6～7 m，寬度一般為3.6 m，兩側(cè)為房間，中間設(shè)置一個(gè)2.4～3 m寬的過道。中心化驗(yàn)室的樓層一般不超過三層，房間主要由制樣室、化學(xué)分析室、儀器室和輔助室四部分組成。

制樣室主要用于試樣的破碎、研磨縮分、干燥等操作，主要包括破碎室、研磨室、干燥室、副樣存放室等房間。由于制樣室的主要設(shè)備如破碎機(jī)、振動(dòng)磨樣室有振動(dòng)、灰塵和噪音，一般將制樣室配置在中心化驗(yàn)室的首層，或者單獨(dú)配置在中心化驗(yàn)室旁的單層建筑，也有項(xiàng)目為方便取樣，在地磅房附近設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的取制樣室，用于取樣、縮分等操作。

化學(xué)分析室用于滴定等分析操作，主要包括滴定室、化學(xué)處理室、熔融室、蒸餾室等。一般設(shè)通風(fēng)櫥或通風(fēng)罩，盡量集中布置，方便風(fēng)機(jī)和管道集中配置。

儀器室也是現(xiàn)代中心化驗(yàn)室中非常重要的功能房間，主要包括天平室、光電直讀光譜室等房間。大型精密儀器如光電直讀光譜儀、X射線熒光光譜儀等要求防震較嚴(yán)格的設(shè)備最好配置在一層，遠(yuǎn)離振動(dòng)源。

輔助室主要包括純水室、標(biāo)準(zhǔn)室、工作氣瓶室、配電室等房間。需考慮防火防爆的可燃?xì)怏w氣瓶室一般放置在第一層的端頭，方便做防火防爆的特殊設(shè)計(jì)。

根據(jù)分析任務(wù)來確定所需的房間，應(yīng)以滿足生產(chǎn)、安全為主，其他輔助要求為輔，統(tǒng)籌配置。圖1為某銅廠中心化驗(yàn)室的布置圖，該銅冶煉廠為2層配置，配置中分別考慮了分析功能區(qū)、生活功能區(qū)。

工藝管道與水管、通風(fēng)管道應(yīng)統(tǒng)籌考慮設(shè)計(jì)位置，可燃易爆氣體的管道宜明線敷設(shè)，不宜穿過不相關(guān)的房間，相關(guān)閥門、儀表應(yīng)設(shè)置于易于操作、觀察和檢修的位置[2]。

3 結(jié)語

中心化驗(yàn)室除了承擔(dān)全廠的試驗(yàn)分析任務(wù)，還會(huì)針對(duì)本廠各種試樣開發(fā)各類新的分析方法，另外，通常需設(shè)置環(huán)保室等房間來放置現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生廢氣、廢液的儀器設(shè)備等。為了有效提升中心化驗(yàn)室的設(shè)計(jì)水平，其不僅需要全面考慮中心化驗(yàn)室的實(shí)用性、合理性、安全性，以及各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)需求，還需要滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。隨著技術(shù)的不斷提升，選擇先進(jìn)的設(shè)備和分析方法也是非常必要的。

參考文獻(xiàn)

1 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.SH/T 3103-2009石油化工中心化驗(yàn)室設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

2 張運(yùn)翻.高純氣體管道設(shè)計(jì)[J].工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究，2009，（3）：1-6.