CN111607708A

CN111607708A - 一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷工艺及系统

Info

Publication number: CN111607708A
Application number: CN202010674296.0A
Authority: CN
Inventors: 刘永清; 郭伟强; 易锡平; 蒋德忠; 李正强
Original assignee: Hunan Jinma Metallurgical Technology Development Co ltd
Current assignee: Hunan Jinma Metallurgical Technology Development Co ltd
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: CN111607708B

Abstract

本发明提供了一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷的工艺，包括以下步骤：A)将熔化的高砷合金进行真空蒸馏，通过冷凝得到第一粗砷、第一铅锑合金和第一蒸馏残余物；所述步骤A)中的真空蒸馏的温度为550～650℃；真空度为80～150Pa；B)将蒸馏残余物再次进行真空蒸馏，通过冷凝得到第二粗砷、第二铅锑合金和第二蒸馏残余物；所述步骤B)中的真空蒸馏的温度为1150～1250℃；真空度为1～10Pa。本发明对于不同锡含量的锡铅锑砷合金，通过控制温度、真空度、冷凝温度和冷凝段数实现分离。蒸馏后物料中90％的砷可以实现开路，主金属进入砷中的量＜20％，生产环境好。本发明还提供了一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统。

Description

一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷工艺及系统

技术领域

本发明属于金属冶炼技术领域，尤其涉及一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷工艺及系统。

背景技术

在铅、锡、锑、铜冶炼过程与废旧二次资源回收过程中都会产生大量含砷的锡铅锑烟尘、阳极泥，以及铅铋冶炼过程火法除锡产生的碱渣，此类物料通过还原熔炼会得到锡铅锑砷合金，由于原料来源越来越复杂，合金中砷、锑元素的含量升高，其中锑含量达到10～20％、砷含量1～5％，余量为铅和锡；此高砷高锑物料，处理难度大。

以前锡铅锑砷烟尘、阳极泥在还原熔炼前，采用湿法工艺除砷，流程长，环保问题突出。随着原料中含砷增高，湿法处理时产生大量的砷化氢剧毒气体；或者将这种烟尘还原成铅锡锑砷合金后，再在火法精炼时加碱氧化除砷、锑，形成砷盐、锑盐，主金属损失大，后续回收难度大。当合金中锡含量大于2％时，锡会形成高价氧化物覆盖在熔体表面制约锑、砷的挥发，锡越高锑、砷挥发效果越差。高砷贵铅合金一般采用转炉吹炼，生产流程较长，能耗高，现场环境差，收集的高砷烟尘还需要另外处置；采用湿法处理存在工艺流程长，废水量大、工艺复杂、成本高、生产环境恶劣等；火法处理存在能耗高、生产环境恶劣、金属直收率低等确定。开发一种高效、低耗、环保的方法脱除锡铅锑砷合金中的砷具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷工艺及系统，本发明中的工艺能够实现高砷铅锡锑合金或高砷贵铅中砷的高效脱除，该方法操作简单，环境友好，处理量大，达到连续、高效脱砷的目的。

本发明提供一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷的工艺，包括以下步骤：

A)将熔化的高砷合金进行真空蒸馏，通过冷凝得到第一粗砷、第一铅锑合金和第一蒸馏残余物；

所述步骤A)中的真空蒸馏的温度为550～650℃；真空度为80～150Pa；

B)将蒸馏残余物再次进行真空蒸馏，通过冷凝得到第二粗砷、第二铅锑合金和第二蒸馏残余物；

所述步骤B)中的真空蒸馏的温度为1150～1250℃；真空度为1～10Pa。

优选的，所述步骤A)中的真空蒸馏在真空炉中进行，所述真空炉壁温为480～550℃。

优选的，所述步骤A)中的蒸馏残余物中砷的含量＜0.5％。

优选的，所述步骤B)中通过三段冷凝得到第二粗砷，第一段冷凝温度为1000～1200℃，第二段冷凝温度为500～900℃，得到铅锑合金，第三段冷凝温度为50～80℃，得到含砷＞90％的砷铅锑合金。

本发明提供一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统，包括主脱砷装置和辅助脱砷装置；

所述主脱砷装置包括依次连通的第一熔化炉、第一真空蒸馏炉、收砷冷凝装置和真空泵机组；

所述第一真空蒸馏炉的底部设置残余物出口，连接有第一残余物保温炉，所述第一真空蒸馏炉设置有砷蒸汽出口，所述砷蒸汽出口与所述收砷冷凝装置相连通；

所述辅助脱砷装置包括依次连通的第二熔化炉与和第二真空蒸馏炉，所述第二真空蒸馏炉的底部分别设置有铅锑保温炉和第二残余物保温炉；

所述第一残余物保温炉与所述第二熔化炉相连通。

优选的，所述收砷冷凝装置中设置有旋转冷凝片和振打装置。

优选的，所述第一真空蒸馏炉内部设置有汇流盘，用于收集铅锑合金液，所述汇流盘与第一真空蒸馏炉上的铅锑合金出口相连通。

优选的，所述第二真空蒸馏炉上部设置有冷凝罩，用于将砷蒸汽冷凝液化。

优选的所述冷凝罩连接有三段冷凝器，用于将液化后的砷蒸汽冷凝除杂。

优选的，所述第二真空蒸馏炉内部设置有汇流盘，用于收集在所述第二真空蒸馏炉内壁上冷凝的铅锑合金液，所述汇流盘与第二真空蒸馏炉上的铅锑合金出口相连通。

本发明提供了一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷的工艺，包括以下步骤：A)将熔化的高砷合金进行真空蒸馏，通过冷凝得到第一粗砷、第一铅锑合金和第一蒸馏残余物；所述步骤A)中的真空蒸馏的温度为550～650℃；真空度为80～150Pa；B)将蒸馏残余物再次进行真空蒸馏，通过冷凝得到第二粗砷、第二铅锑合金和第二蒸馏残余物；所述步骤B)中的真空蒸馏的温度为1150～1250℃；真空度为1～10Pa。本发明是将锡铅锑砷合金液体通过恒流进料系统自动、定量、稳定的送入真空炉，利用真空条件可以降低金属元素的沸点，铅锑砷的沸点低于锡的沸点，从而使锡铅锑砷合金得到有效分离，对于不同锡含量的锡铅锑砷合金，通过控制温度、真空度、冷凝温度和冷凝段数实现分离。蒸馏后物料中90％的砷可以实现开路，主金属进入砷中的量＜20％，生产过程基本上没有烟尘，生产环境好，砷灰可以卖给金属砷生产厂家生产金属砷。

从原料适应性看，本发明中的主脱砷装置非常适合处理高砷合金物料；辅助脱砷装置适合处理主脱砷装置馏余物和低砷合金物料。解决了以往真空蒸馏炉不能连续处理高砷物料的问题。从能耗情况分析，本发明中的这套装置连续作业，周期长，可大大降低生产能耗。该装置对原料普适性高，能处理不同含砷成份的锡铅锑砷合金及高砷贵铅合金，可以直接得到粗锡、铅锑合金及粗砷，回收率高，不需添加其他试剂和辅料，无三废排放，经济效益好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统；

图2为本发明一个实施例中主脱砷装置的结构的第一视图；

图3为本发明一个实施例中主脱砷装置的结构的第二视图；

图4为本发明一个实施例中辅助脱砷装置的结构示意图；

其中，1为第一熔化炉，2为第一定量给料炉，3为第一真空蒸馏炉，4为收砷冷凝装置，5为真空过滤器，6为真空泵机组，7为砷粉收集桶，8为铅锑锡合金保温炉，9为变压器，10为水冷循环系统，11为电气控制柜；

12为第二熔化炉，13为第二定量给料炉，14为第二真空蒸馏炉，15为铅锑保温炉，16为粗锡保温炉，17为水冷循环系统，18为电气控制柜。

具体实施方式

本发明提供了一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷的工艺，包括以下步骤：

本发明优选先将高砷合金熔化，然后将熔化后的高砷合金以恒定的加料速率加入第一真空蒸馏炉中，进行真空蒸馏。

在本发明中，所述高砷合金可以是高砷铅锡锑砷合金、高砷贵铅合金等，所述熔化的温度优选为400～500℃，所述恒定的加料速率优选为1～10t/天，更优选为3～8t/天，最优选为5～6t/天。

在本发明中，所述真空蒸馏的温度优选为550～650℃，更优选为500℃，所述真空蒸馏的真空度优选为80～150Pa，更优选为90～130Pa，最优选为100～120Pa，具体的，在本发明的实施例中，可以是100Pa；本发明中的真空蒸馏为连续过程，所述物料在真空蒸馏炉内的停留时间优选为0.5～2小时，更优选为1～1.5小时。

在上述真空蒸馏的过程中，铅、锑和砷大量挥发，砷蒸汽由于沸点比较低，本发明优选保持所述第一真空蒸馏炉的内壁温度为480～550℃，更优选为500～520℃，可保证砷蒸汽不在炉壁冷凝，砷蒸汽排出后进行冷凝，所述冷凝的温度优选为50～200℃，更优选为100～150℃。冷凝得到的粗砷产品中砷的含量＞90％，具体的，在本发明的实施例中，经过第一步真空蒸馏得到的粗砷产品中砷的含量可达到95％。

铅、锑由于沸点比砷高，在上升过程中冷凝呈铅锑合金液并在收集装置中汇集，通过相连通的管道排出第一真空蒸馏炉。

通过第一次真空蒸馏，炉底得到蒸馏残余物，该蒸馏残余物中含有砷、锑、铅，其中砷＜0.5％，若馏余物中含砷＞0.5％，则将馏余物进行多次蒸馏直至馏余物含锑砷＜0.5％。

本发明将蒸馏残余物进行第二次真空蒸馏，具体的，所述蒸馏残余物从所述第一真空蒸馏炉中排出之后，先暂时进入保温装置如残余物保温炉进行保温，然后以恒定的加料速率输送至第二真空蒸馏炉进行第二次真空蒸馏。

本发明优选将第一次真空蒸馏所产生的的蒸馏残余物进行熔化，根据物料粘度配入适当的精铅，以降低熔体的粘度。

在本发明中，所述熔化的温度优选为500～550℃。第二次真空蒸馏的加料速率优选为5～15t/天，更优选为8～12t/天。

在本发明中，所述第二次真空蒸馏的温度优选为1150～1250℃，更优选为1180～1230℃，最优选为1200℃；所述第二次真空蒸馏的真空度优选为1～10pa，更优选为3～8pa，最优选为5～6Pa，本发明中的第二次真空蒸馏为连续过程，所述物料在真空蒸馏炉内的停留时间优选为0.5～2小时，更优选为1～1.5小时。

在第二次真空蒸馏中，铅、锑、砷挥发，铅、锑蒸汽在真空炉炉壁上冷凝，经收集装置收集后排出真空炉，而砷蒸汽则在真空炉上部的冷凝罩上冷凝，随后进入三段冷凝器内进行进一步的冷凝纯化分离。

在本发明中，所述砷蒸汽的三段冷凝过程如下：

第一段冷凝温度为1100℃；第二段冷凝温度为500～900℃，优选为600～800℃，更优选为650～700℃；经过第二段冷凝，得到铅锑合金，如，Pb72.48％、Sb20.22％、As0.16％、Sn5.34％的铅锑合金，第三段冷凝的温度优选为50～80℃，更优选为60～70℃；经过第三段冷凝，得到砷含量＞90％的砷铅锑合金，如As95％、Sb1％、Pb4％的粗砷产品。

本发明还提供了一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统，包括主脱砷装置和辅助脱砷装置；

所述第一残余物保温炉与所述第二熔化炉相连通。

本发明中的高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统主要包括主脱砷装置和辅助脱砷装置。

主脱砷装置

主脱砷装置包括依次连通的第一熔化炉、第一定量给料装置，第一真空蒸馏炉收砷冷凝装置和真空泵机组；

在本发明中，所述第一熔化炉设置有进口和出口，分别用于加入高砷合金和输出熔化的高砷合金液，所述第一熔化炉的出口与所述第一定量给料装置的进料口相连通。

所述第一定量给料装置用于将接收的高砷合金液以一个恒定的加料量加入第一真空蒸馏炉中，本发明对所述第一定量给料装置没有特殊的限制，能够实现上述功能即可。

在本发明中，所述第一真空蒸馏炉设置有高砷合金液进料口和三个物料出口，分别为砷蒸汽出口、铅锑合金出口和残余物出口。

所述砷蒸汽出口与所述收砷冷凝装置相连通，所述收砷冷凝装置的底部设置有砷粉收集装置。所述收砷冷凝装置内设置有旋转冷凝片和振打装置，砷蒸气在收砷装置中的旋转冷凝片上不断结晶冷凝，当冷凝到一定的厚度后，收砷装置上的振打装置振打，将砷从冷凝片上脱落，收集到砷粉收集装置中定期外排。

在本发明中，所述第一真空蒸馏炉内设置有汇流盘，所述汇流盘与铅锑合金出口相连通，铅和锑蒸汽在上升过程中冷凝成铅锑合金并在汇流盘中收集，从铅锑合金出口排除真空蒸馏炉。

在本发明中，所述第一真空蒸馏炉底部设置有第一残余物保温炉，用于收集第一真空蒸馏炉底部的蒸馏残余物，同时，所述第一残余物保温炉与所述辅助脱砷装置中的第二熔化炉相连通，用于将第一次蒸馏残余物输送至辅助脱砷装置中进行第二次真空蒸馏。

在本发明中，所述主脱砷装置设置有真空泵机组，用于为真空蒸馏炉提供真空环境，所述真空泵机组还设置有真空过滤装置，用于过滤砷粉、铅锑粉等金属粉末，防止其进入真空管道，造成真空管道或真空泵的堵塞。

在本发明中，所述真空过滤装置由一个小型覆膜布袋与密闭外壳构成，抽真空过程中，气体先经过布袋然后才进入真空泵，砷粉、铅锑粉被布袋截留。

在本发明中，所述主脱砷装置还设置有水冷循环系统，用于为主脱砷装置中的冷凝装置提供冷量。

辅助脱砷装置

在本发明中，所述辅助脱砷装置包括依次连通的第二熔化炉、第二定量给料炉和第二真空蒸馏炉。

在本发明中，所述第二熔化炉设置有进料口和出料口，分别用于加入第一真空蒸馏炉产生的蒸馏残余物、精铅和输出粘度符合要求的熔体，所述第二熔化炉的出口与所述第二定量给料装置的进料口相连通。

所述第二定量给料装置用于将接收的熔体以一个恒定的加料量加入第二真空蒸馏炉中，本发明对所述第二定量给料装置没有特殊的限制，能够实现上述功能即可。

在本发明中，所述第二真空蒸馏炉设置有物料进口和3个物料出口，分别为砷蒸汽出口、铅锑合金出口和残余物出口。

所述砷蒸汽出口处设置有冷凝罩，用于将所述砷蒸汽冷凝液化，所述冷凝罩后还连接有三段冷凝器，用于与冷凝液化的砷进行分段冷凝除杂。

所述第二真空蒸馏炉内设置有汇流盘，所述汇流盘与铅锑合金出口相连通，铅和锑蒸汽在上升过程中冷凝成铅锑合金并在汇流盘中收集，从铅锑合金出口排除真空蒸馏炉，流入设置在所述第二真空蒸馏炉底部的铅锑保温炉。

所述第二真空蒸馏炉的底部还设置有第二残余物保温炉即粗锡保温炉，用于接收第二真空蒸馏炉产生的蒸馏残余物。

在本发明中，所述辅助脱砷装置设置有真空泵机组，用于为真空蒸馏炉提供真空环境，所述真空泵机组还设置有真空过滤装置，用于过滤砷粉、铅锑粉等金属粉末，防止其进入真空管道，造成真空管道或真空泵的堵塞。

在本发明中，所述辅助脱砷装置还设置有水冷循环系统，用于为辅助脱砷装置中的冷凝装置提供冷量。

基于上文所述的工艺和装置，本发明中的高砷合金连续真空蒸馏按照以下操作进行：

步骤1：高砷铅锡锑砷合金、高砷贵铅首先在熔化炉熔化，熔化温度一般为400～500℃，熔化后通过定量加料装置恒定送入1#真空炉；

步骤2：液态合金在1#真空炉内被再加热升温，真空蒸馏温度550～650℃、真空度100Pa，铅、锑、砷大量挥发；保持真空炉壁温度为500℃，保证砷蒸气不在炉壁冷凝；铅蒸汽、锑蒸汽由于沸点比砷高，在上升过程中冷凝成铅锑合金液并在汇流盘收集，从管道流出真空炉；蒸馏残余物流出炉外。而砷蒸气由于沸点较低，进入温度较低的冷凝收砷装置后冷凝；砷蒸气在收砷装置中的旋转冷凝片上不断结晶冷凝，当冷凝到一定的厚度后，收砷装置上的振打装置振打，将砷从冷凝片上脱落，收集到收集仓中定期外排。

步骤3：将主脱砷系统生产的蒸馏残余物送熔化炉，根据物料粘度配入适当的精铅，降低熔体的粘度。熔化温度为500～550℃。熔体通过定量加料系统恒定加入2#真空炉；

步骤4：主脱砷装置产生的残留物在熔化炉中熔化后，通过定量加料系统向真空炉内恒定加入物料，部分脱砷、锑、铅的熔体进入2#真空炉内，继续升温，物料在真空炉内向下流动的过程中，被不断加热，真空蒸馏温度1150～1250℃，真空度5Pa，铅、锑、砷大量挥发，铅、锑蒸气在真空炉壁上冷凝，铅锑经过汇流盘收集后，排出真空炉，铸成铅锑锭，而砷蒸气则在真空炉上部的冷凝罩冷凝；蒸馏残余物(含锡＞98％)为粗锡，同样排出真空炉并被收集后铸锭。残余物不与铅锑冷凝物混合，而是单独收集。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷工艺及系统进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

步骤1：首先将700t成分为Sn50％、Sb10％、Pb35％、As5％的锡铅锑砷合金在温度为400℃条件下熔化；

步骤2：采用恒流进料方法将步骤I得到的锡铅锑砷合金液体以5t/d天连续稳定的送入真空炉，控制真空炉真空度100Pa，蒸馏温度为550～650℃进行真空蒸馏，得到残留物质含Sn52.63％、Sb10.47％、Pb36.63％、As0.26％，馏余物产品665t及进入冷凝器内的锡铅锑砷合金金属蒸气，真空炉壁温度500℃，冷凝器温度为50℃，得到冷凝物含As95％、Sb1％、Pb4％的粗砷产品35t。

步骤3：将步骤2所得馏余物真空炉进行再次处理。将684.64t成分为含Sn52.63％、Sb10.47％、Pb36.63％、As0.26％馏余物在温度为500℃条件下熔化；

步骤4：采用恒流进料方法将步骤I得到的锡铅锑砷合金液体以8t/d连续稳定的送入真空炉，控制真空炉真空度5Pa，蒸馏温度为1250℃进行真空蒸馏，得到残留物质含Sn98.81％、Sb1.00％、Pb0.03％、As0.16％，馏余物产品336.5t及进入三段冷凝器内的锡铅锑砷合金蒸气，第一段冷凝温度为1100℃，第二段冷凝器温度为500～900℃，第三段冷凝器为50～80℃，第二段冷凝得到Pb72.48％、Sb20.22％、As0.16％、Sn5.34％的铅锑合金327.76t，第三段冷凝得到冷凝物含As95％、Sb1％、Pb4％的粗砷产品0.74t。

比较例1

步骤1：首先将成分为Sn50％、Sb10％、Pb35％、As5％的锡铅锑砷合金在温度为400℃条件下熔化；

步骤2：采用恒流进料方法将步骤I得到的锡铅锑砷合金液体以5t/d天连续稳定的送入真空炉，控制真空炉真空度5Pa，蒸馏温度为1150℃进行真空蒸馏，得到残留物质含Sn52.63％、Sb10.47％、Pb36.63％、As1.35％，馏余物产品及进入冷凝器内的锡铅锑砷合金金属蒸气，真空炉壁温度700℃，冷凝器温度为50℃，得到冷凝物含As95％、Sb1％、Pb4％的粗砷产品。

步骤3：将步骤2所得馏余物真空炉进行再次处理。将成分为含Sn52.63％、Sb10.47％、Pb36.63％、As1.35％馏余物在温度为500℃条件下熔化；

步骤4：采用恒流进料方法将步骤I得到的锡铅锑砷合金液体以8t/d连续稳定的送入真空炉，控制真空炉真空度5Pa，蒸馏温度为1250℃进行真空蒸馏，得到残留物质含Sn97.31％、Sb1.57％、Pb0.1％、As1.02％，馏余物产品及进入三段冷凝器内的锡铅锑砷合金蒸气，第一段冷凝温度为1100℃，第二段冷凝器温度为500～900℃，第三段冷凝器为50～80℃，第二段冷凝得到Pb73.35％、Sb21.03％、As0.84％、Sn4.78％的铅锑合金，第三段冷凝得到冷凝物含As95％、Sb1％、Pb4％的粗砷产品。由于进入2号真空炉的原料含砷太高，真空炉中的砷易冷凝到冷区，影响真空炉的正常运行，正常使用7天就需要停炉清理砷灰。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷的工艺，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤A)中的真空蒸馏在真空炉中进行，所述真空炉壁温为480～550℃。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤A)中的蒸馏残余物中砷的含量＜0.5％。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤B)中通过三段冷凝得到第二粗砷，第一段冷凝温度为1000～1200℃，第二段冷凝温度为500～900℃，得到铅锑合金，第三段冷凝温度为50～80℃，得到含砷＞90％的砷铅锑合金。

5.一种高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统，包括主脱砷装置和辅助脱砷装置；

所述第一残余物保温炉与所述第二熔化炉相连通。

6.根据权利要求5所述的高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统，其特征在于，所述收砷冷凝装置中设置有旋转冷凝片和振打装置。

7.根据权利要求5所述的高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统，其特征在于，所述第一真空蒸馏炉内部设置有汇流盘，用于收集铅锑合金液，所述汇流盘与第一真空蒸馏炉上的铅锑合金出口相连通。

8.根据权利要求5所述的高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统，其特征在于，所述第二真空蒸馏炉上部设置有冷凝罩，用于将砷蒸汽冷凝液化。

9.根据权利要求8所述的高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统，其特征在于，所述冷凝罩连接有三段冷凝器，用于将液化后的砷蒸汽冷凝除杂。

10.根据权利要求5所述的高砷合金连续真空蒸馏脱砷系统，其特征在于，所述第二真空蒸馏炉内部设置有汇流盘，用于收集在所述第二真空蒸馏炉内壁上冷凝的铅锑合金液，所述汇流盘与第二真空蒸馏炉上的铅锑合金出口相连通。