CN114890469B - 一种三氧化二砷提纯系统及提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三氧化二砷提纯系统及提纯方法，包括第一侧墙、第二侧墙和炉罩，第一侧墙、第二侧墙共中心轴线，第一侧墙、第二侧墙和炉罩围成环形炉膛，炉罩上设有与环形炉膛连通的排烟口；环形炉膛内设有与环形炉膛间隙配合的环形料盘，环形料盘上设有沿环形料盘周向延伸的环形凹槽，环形料盘与侧墙共中心轴线，环形料盘的底部设有用于驱使环形料盘绕所述中心轴线旋转的驱动机构；还包括加料机构和出料机构。本发明的处理效率高，可以实现三氧化二砷的连续化提纯，且无需担心三氧化二砷受热随处流淌而腐蚀设备，可有效保障系统的作业寿命，也可降低对环境的污染。

Description

一种三氧化二砷提纯系统及提纯方法

技术领域

本发明涉及一种三氧化二砷提纯系统及提纯方法，尤其涉及一种立旋式三氧化二砷提纯系统及提纯方法，属于冶炼设备领域。

背景技术

砷(Arsenic)，俗称砒，元素符号As，是一种非金属元素，在化学元素周期表中位于第4周期、第VA族，原子序数33。砷元素广泛地存在于自然界，共有数百种的砷矿物已被发现。砷的化合物三氧化二砷被称为砒霜，是种毒性很强的物质。

砷的用途广泛，常用作农药制剂、木材防腐、饲料添加剂、中西医药制剂等配方原料。可用三氧化二砷为主材冶炼成单质砷，在半导体电子软件、硬质合金、军工行业等有广泛应用，然而，该物质毒性强，污染严重，冶炼工业技术复杂，真正从事该职业研究的科研人员、工作人员极少，因而，导致长期以来都未实现淘汰和取缔土法炼砷的愿望，新的冶炼技术的研发迫在眉睫。近年来也有小部分企业厂家，作了技术和工艺上的改进，仍未得到实质性改善。有待更进一步科技改造，实现节能减排保护环境的目标。

针对三氧化二砷的提纯，主要由如下两种现有提纯技术：(1)链条带式工艺炉，(2)钢带输送式工艺炉。

上述两种技术都存在各自的工艺技术上的关键性疑难杂症问题未得到解决。故障频发，正常生产难度大，产品质量不稳定，生产成本剧增，劳动强度大，环境污染得不到有效控制，对操作人员的身体影响大。

具体的，链条带式工艺炉的主要特点及缺陷如下：

1、该炉型状为卧式，全长约30米，外观主体钢架支撑，宽约1.8米，高约2米，分两层结构，1.3米以下层为链条环绕通道。上层为三氧化二砷提纯燃烧室，燃烧室内构造是四周各约30厘米厚的耐火砖墙体，顶部耐火板铺盖，板上层保温材料，板下层安装发热电炉丝。作用是供应三氧化二砷提纯的热量。燃烧室内底部结构从炉头到炉尾用耐火板铺设平整，用途是在链条上安装多个小原料斗进入炉内提纯燃烧时平坦顺利通过。此工艺类似于常用皮带运输送机。将三氧化二砷提纯原料连续性进炉生产。

2、该工艺提纯炉工段附属设施齐全，炉头进料处设有全自动输送器和全自动给料机。炉尾设有快速冷渣水笼头、渣料包装机等。

3、生产步骤：检查各个生产阶段的安全设施正常，先将炉内升温至700℃，启动带斗链条输送器，启动全自动给料机进行加料，物料进入炉内进行反应，输出炉尾，放水冷却渣料，渣料包装，砷产品收集包装。

4、该工艺从流程上看是合理可行的。但是其未考虑三氧化二砷在700℃高温下物理化反应性质的呈现状态是否与设计的设备相适应，难以实现正常生产。

该工艺生产缺陷：

1、原料装入链斗进入炉内受热后发生强烈的化学与物理反应，形成油泥液状态。黏连着链斗内壁不脱壳，出炉后残渣倒不出无法连续循环地进行生产。

2、渣料出炉尾后需立即放水冷却，产生巨大的有毒性烟气和含砷雾霾，环境污染大。

3、链条料斗之间空间面积大，出入炉头、炉尾间隙过大无法密封，泄露污染大，影响作业环境。

4、密封性有待加强，生产时借助较高功率的负压抽吸，将炉内炉外的部分尘扬吸入产品中去，容易导致有害物质超标。

5、链条带斗加上装载的原料，负载量高，在高温下连续作业，钢材软化速度快，不耐用，断炼现象时常发生。具体地，钢带输送带式工艺炉主要存在如下特点和缺陷：

钢带输送带式工艺炉的炉型体为卧式，横卧在生产车间的地平面上，全长约有50米、外观主体钢架支撑，全宽2.1米，高2米，分三层结构形式，分别有各层的工艺任务，下层用于整条钢带环绕运行通道。中层用于炉底部发热传热，和炉内钢带输送时起畅通作用，中层总厚约50cm，从头至尾耐火砖铺平，从头至尾每相距30cm安放一根电炉丝，再在电炉丝上面铺盖耐火板。此板起保护电炉丝的作用，同时又将电炉丝所发的热能传给耐火板面上，连续传给钢带上铺放的原料。

上层结构与作用：

从炉头至炉尾的两侧墙采用耐火砖砌成。顶部再用耐火板铺盖严实。整个上层形成一条高温通道。顶部耐火板以下相距30cm悬挂一根电炉丝，将热量辐射到钢带上的原料，进行提纯，再将三氧化二砷产品烟气从炉顶部出口送入产品收集仓。

钢带炉的附属设施：

钢带的附属设施设在炉内进料口和出渣口两端，是协同本工艺流水作业的主要组成部分，其中有自动给料条，出渣冷却条，和防尘设施等。

生产步骤：

1、检查生产前的所有安全设备和设施；

2、启动炉内升温按钮升温至700℃；

3、启动全程自动化设施运转；

4、生产开始启动钢带运行，将三氧化二砷的提纯原料由自动化给料机添加到钢带、输入高温炉内燃烧，经约一小时的炉内输送行程，渣料基本烧透，输出炉外在进入放水冷却过程，初步流程完毕。

工艺实用性能总结：

该工艺流程的总体布局看起来符合于工业化工艺流程，但其也未能意识到三氧化二砷在高中低温条件下的物理状态和化学反应状态是否与该工艺的设备设施相适应的问题。

工艺缺陷：

1、三氧化二砷提纯的原料来自冶炼烟尘，烟尘中除砷外还含有其他金属和非金属，且具有一定的腐蚀性，在提纯过程中，高温条件下对钢带的腐蚀性非常严重，很容易造成钢带磨穿和断裂。同时，在高温作用下，物料熔化，形成熔融状态，容易流出钢带，渗透到耐火板造成炉底电阻丝短路。要将电炉丝更换是一件很难的事，必须待炉冷却后，更换损失大。

2、能耗大，炉内所产生的热量利用率仅可达60％左右。其原因是钢带的总宽度是1.5米，为避免钢带上的原料变液后不流出钢带以外，应向下层电炉丝断路。所以钢带面左右两侧必须各留0.3米宽的位置不能添加原料。这是导致热量利用率较低的重要原因之一。

综上，上述两种技术还存在诸多亟待改进之处，难以满足越来越高的节能减排和环境保护要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种处理效率高的三氧化二砷提纯系统；本发明的目的之二在于提供一种三氧化二砷的提纯方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种三氧化二砷提纯系统，包括第一侧墙、第二侧墙和炉罩，所述第一侧墙的内侧壁呈圆筒状，所述第二侧墙的外侧壁呈圆筒状，所述第一侧墙、第二侧墙共中心轴线，且第一侧墙的内径大于第二侧墙的外径，所述炉罩设置于第一侧墙、第二侧墙的顶部，第一侧墙、第二侧墙和炉罩围成环形炉膛，所述炉罩上设有与环形炉膛连通的排烟口，所述环形炉膛内设有若干发热元件；

所述环形炉膛内设有与环形炉膛间隙配合的环形料盘，所述环形料盘位于发热元件的下方，所述环形料盘上设有沿环形料盘周向延伸的环形凹槽，所述环形料盘与侧墙共中心轴线，所述环形料盘的底部设有用于驱使环形料盘绕所述中心轴线旋转的驱动机构；

还包括用于向环形凹槽内添加物料(即待提纯的三氧化二砷原料)的加料机构和用于将环形凹槽内的渣料排出的出料机构。

如此，第一侧墙、第二侧墙、炉罩以及环形凹槽可围成相对密闭的提纯反应空间，环形料盘可相对于炉膛转动，可通过加料机构向环形凹槽内连续地添加待提纯的三氧化二砷原料，并通过发热元件使得炉膛内温度保持在所需的提纯温度条件下，待提纯的三氧化二砷原料在随环形料盘转动的同时，被不断加热、反应，原料中的三氧化二砷被不断气化，与杂质分离，并通过排烟口排出；当待提纯的三氧化二砷原料转动至出料机构所在位置时，由于原料已走过一段行程，此时三氧化二砷可能已气化殆尽，这时可根据情况通过出料机构将残留的渣料排出。通过控制环形料盘转动速度和物料的添加速度，很容易即可实现连续生产，甚至实现连续加料，连续出料，并使得热量得到有效利用。另外，本发明的物料添加在环形凹槽内，物料受热升温至500℃左右时，即便此时物料形成糊液状态，也不会随处流淌，可有效降低避免污染环境和避免设备腐蚀。

本发明中，发热元件位于环形凹槽的上方，可将热量辐射到环形凹槽内的物料上，使得三氧化二砷高效气化，获得良好的杂质分离效果。进一步地，所述驱动机构包括用于盛放环形料盘的旋转支架、与旋转支架传动连接的第一驱动电机和与侧墙共中心轴线的圆环形导轨，所述旋转支架的底部设有多个行走轮，所述行走轮搁置于圆环形导轨上。如此，旋转支架可实现绕所述中心轴线较稳定、规则地旋转。

进一步地，所述第二侧墙的底面悬空，且位于旋转支架的顶面和环形料盘的顶面之间；所述三氧化二砷提纯系统还包括吊架和多根吊杆，所述吊杆与第二侧墙固定连接，吊杆的上端固定于吊架上。如此，吊架和吊杆配合作用，可对第二侧墙起到良好的加固作用。

进一步地，顺着环形料盘的转动方向看，绕所述中心轴线从所述加料机构所在位置转动至所述出料机构所在位置所需转过的角度大于180°且小于360°，进一步为225-315°，更进一步为270-300°。如此，使得物料被加入到料盘后，需要经过足够的行程和时间，才到达出料机构所在位置，有助于更好地提纯，实现连续生产。

进一步地，所述加料机构为螺旋加料机构，所述加料机构的一端穿过第一侧墙并延伸至环形凹槽的正上方。如此，可实现机械化自动加料，避免了人工进料的原始方式。

进一步地，所述出料机构包括螺旋输送机和与螺旋输送机传动连接的第二驱动电机，所述螺旋输送机的一端伸入环形炉膛内，螺旋输送机伸入环形炉膛内的区段上设有出渣铲；所述出渣铲包括斜板，所述斜板由上往下朝环形料盘的转动方向的反方向倾斜，所述斜板的两侧边上分别固定有挡板，所述斜板的底边伸入环形凹槽内并与环形凹槽的底面抵接；所述螺旋输送机的侧部设有开口，所述斜板的顶边沿所述开口的下边缘固定于螺旋输送机上。如此，环形料盘在转动时，与出渣铲的相对位置发生变化，环形凹槽底面上的渣料被出渣铲刮起，并被推入螺旋输送机，最终通过螺旋输送机送出至系统外，进而避免人工出渣，节省人力，降低成本。

进一步地，所述螺旋输送机的一端穿过第一侧墙并伸入环形炉膛内，所述螺旋输送机与第一侧墙间隙配合；所述出料机构还包括若干设置于第一侧墙外侧的可伸缩支架，所述螺旋输送机固定于可伸缩支架上。如此，可通过对螺旋输送机的高度进行微调，进而调整出渣铲的位置，从而控制出料时机。可选地，螺旋输送机与第一侧墙的间隙处填充有保温棉，如此，既可防止热量散失，又可使得螺旋输送机与第一侧墙之间有一定的活动空间，可方便对高度进行微调。

进一步地，所述排烟口内设有引风机，如此，可使得炉膛内挥发物流向排烟口，及时将抽出至后续设备，进一步处理。

进一步地，所述环形料盘包括由内至外依次分布的耐火材料层和钢质壳层。如此，可避免含砷物料与金属制件直接接触的情况，有效防止含砷物料对金属制件的腐蚀，避免经常性的检修、更换设备，既可实现连续生产，提高自动化程度，产品质量也随之提高，大大降低生产成本，也可有效解决三氧化二砷提纯冶炼污染严重的难题。

基于同一发明构思，本发明还提供一种三氧化二砷的提纯方法，利用如上所述的三氧化二砷提纯系统进行；包括如下步骤：

S1、启动发热元件，使得炉膛内的温度升高至目标温度；

S2、通过加料机构向环形凹槽内连续添加待提纯的三氧化二砷原料，同时，启动驱动机构，驱使环形料盘转动；随后，根据需要开启出料机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明的三氧化二砷提纯系统的处理效率高，可以实现三氧化二砷的连续化提纯，且无需担心三氧化二砷受热随处流淌而腐蚀设备，可有效保障系统的作业寿命，也可降低对环境的污染。

(2)本发明的三氧化二砷提纯系统的机械化程度高，可节省人力，降低成本。

附图说明

图1是本发明的一种三氧化二砷提纯系统的结构简图。

图2是本发明的一种环形料盘的剖视图。

图3是本发明的一种驱动机构的结构示意图。

图4是本发明的一种驱动机构的俯视图。

图5是本发明的一种导轨的俯视图。

图6是本发明的一种环形料盘、加料机构和出料机构的相对位置关系示意图。

图7是本发明的一种出料机构的出渣铲处的剖视结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

参见图1至图7，一种三氧化二砷提纯系统，包括第一侧墙1、第二侧墙2和炉罩3，所述第一侧墙1的内侧壁呈圆筒状，所述第二侧墙2的外侧壁呈圆筒状，所述第一侧墙1、第二侧墙2共中心轴线，且第一侧墙1的内径大于第二侧墙2的外径，所述炉罩3设置于第一侧墙1、第二侧墙2的顶部，第一侧墙1、第二侧墙2和炉罩3围成环形炉膛4，所述炉罩3上设有与环形炉膛4连通的排烟口16，所述环形炉膛4内设有多个发热元件9，所述发热元件为发热棒，所述多个发热元件9沿环形炉膛4的周向均匀分布；

所述环形炉膛4内设有与环形炉膛4间隙配合的环形料盘5，间隙宽度为1mm，控制合适的间隙大小，既可满足环形料盘的旋转需要，又可尽可能地减少挥发物透过间隙的散失量，通常，在排烟口或其下游引风设备的抽吸下，也无需担心挥发物通过间隙散失；所述环形料盘位于发热元件9的下方，所述环形料盘5上设有沿环形料盘5周向延伸的环形凹槽6，所述环形料盘5与侧墙共中心轴线，所述环形料盘5的底部设有用于驱使环形料盘5绕所述中心轴线旋转的驱动机构；

还包括用于向环形凹槽6内添加物料的加料机构7和用于将环形凹槽6内的渣料排出的出料机构8。

所述驱动机构包括用于盛放环形料盘5的旋转支架10、与旋转支架10传动连接的第一驱动电机11和与侧墙共中心轴线的圆环形导轨12，所述旋转支架10的底部设有多个行走轮13，所述行走轮13搁置于圆环形导轨12上。圆环形导轨12为圆形钢轨，通过固定脚19固定于车间地面上。所述旋转支架10为十字型支架，由工字钢焊接而成，十字型支架的4个端点的底部分别装有1个行走轮13。驱动机构位于第一侧墙内侧。

所述第二侧墙2的底面悬空，且位于旋转支架10的顶面和环形料盘5的顶面之间；所述三氧化二砷提纯系统还包括吊架14和多根吊杆15，所述吊杆15与第二侧墙2固定连接，吊杆15的上端固定于吊架14上。

顺着环形料盘5的转动方向看，绕所述中心轴线从所述加料机构7所在位置转动至所述出料机构8所在位置所需转过的角度为330°。

所述加料机构7为螺旋加料机构，所述加料机构7的一端穿过第一侧墙1并延伸至环形凹槽6的正上方。所述加料机构7通过2个支撑架18固定于地面上。

所述出料机构8包括螺旋输送机801和与螺旋输送机801传动连接的第二驱动电机802，所述螺旋输送机801的一端伸入环形炉膛4内，螺旋输送机801伸入环形炉膛4内的区段上设有出渣铲803，螺旋输送机801位于环形炉膛4外的区段上设有出料口805；所述出渣铲803包括斜板8031，所述斜板8031由上往下朝环形料盘5的转动方向的反方向倾斜，所述斜板8031的两侧边上分别固定有挡板8032，所述斜板8031的底边伸入环形凹槽6内并与环形凹槽6的底面抵接，斜板8031的底边与所述中心轴线共面，可选地，所述斜板的底边的长度可尽可能地长，不影响出渣铲与环形凹槽之间的相对运动即可，以尽可能使出渣铲所能铲到的区域更大；所述螺旋输送机801的侧部设有开口，所述斜板8031的顶边沿所述开口的下边缘固定于螺旋输送机801上。所述斜板8031与环形凹槽的底面的夹角为15°。所述斜板8031上设有多根呈三棱型的凸条8033，所述凸条8033与斜板的宽度方向平行，凸条的一个侧面与斜板贴合，凸条8033远离螺旋输送机801的侧面与斜板的夹角小于凸条靠近螺旋输送机的侧面与斜板的夹角，可选地，凸条8033远离螺旋输送机801的侧面与斜板的夹角为15°。凸条的设置可使得斜板上的渣料更好地向螺旋输送机所在方向运动。

所述螺旋输送机801的一端穿过第一侧墙1并伸入环形炉膛4内，所述螺旋输送机801与第一侧墙1间隙配合，螺旋输送机与第一侧墙的间隙处填充有保温棉；所述出料机构8还包括若干设置于第一侧墙1外侧的可伸缩支架804，所述螺旋输送机801固定于可伸缩支架804上。

所述排烟口16内设有引风机17。

所述环形料盘5包括由内至外依次分布的耐火材料层501和钢质壳层502，所述耐火材料层501由耐火砖砌筑而成，耐火砖材质坚硬，耐腐蚀能力强，耐火材料层501的厚度为20cm，一方面，耐火材料层具有良好的保温恒温能力；另一方面，耐火材料层可隔绝高温传递到钢质壳层，影响钢质壳层的使用寿命，同时避免含砷物料直接接触钢质壳层，而导致钢质壳层被腐蚀；再一方面，钢质壳层可对耐火材料层起到较好的支撑作用，耐火材料层又可反过来保护钢制壳层不被腐蚀，两者取长补短，增加了设备的使用寿命，为连续生产提供了进一步保障。

一种三氧化二砷的提纯方法，利用如上所述的三氧化二砷提纯系统进行；包括如下步骤：

S0、检查环形料盘等各部件的功能是否正常；

S1、启动发热元件9，使得炉膛4内的温度升高至目标温度；

S2、通过加料机构7向环形凹槽6内连续添加待提纯的三氧化二砷原料，同时，启动驱动机构，驱使环形料盘5转动；随后，根据需要开启出料机构8，将残留的渣料及时排出至系统外。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种三氧化二砷提纯系统，其特征在于，包括第一侧墙（1）、第二侧墙（2）和炉罩（3），所述第一侧墙（1）的内侧壁呈圆筒状，所述第二侧墙（2）的外侧壁呈圆筒状，所述第一侧墙（1）、第二侧墙（2）共中心轴线，且第一侧墙（1）的内径大于第二侧墙（2）的外径，所述炉罩（3）设置于第一侧墙（1）、第二侧墙（2）的顶部，第一侧墙（1）、第二侧墙（2）和炉罩（3）围成环形炉膛（4），所述炉罩（3）上设有与环形炉膛（4）连通的排烟口（16），所述环形炉膛（4）内设有若干发热元件（9）；

所述环形炉膛（4）内设有与环形炉膛（4）间隙配合的环形料盘（5），所述环形料盘（5）位于发热元件（9）的下方，所述环形料盘（5）上设有沿环形料盘（5）周向延伸的环形凹槽（6），所述环形料盘（5）与侧墙共中心轴线，所述环形料盘（5）的底部设有用于驱使环形料盘（5）绕所述中心轴线旋转的驱动机构；

还包括用于向环形凹槽（6）内添加物料的加料机构（7）和用于将环形凹槽（6）内的渣料排出的出料机构（8）；

顺着环形料盘（5）的转动方向看，绕所述中心轴线从所述加料机构（7）所在位置转动至所述出料机构（8）所在位置所需转过的角度大于180°且小于360°；

所述环形料盘（5）包括由内至外依次分布的耐火材料层（501）和钢质壳层（502）。

2.根据权利要求1所述的三氧化二砷提纯系统，其特征在于，所述驱动机构包括用于盛放环形料盘（5）的旋转支架（10）、与旋转支架（10）传动连接的第一驱动电机（11）和与侧墙共中心轴线的圆环形导轨（12），所述旋转支架（10）的底部设有多个行走轮（13），所述行走轮（13）搁置于圆环形导轨（12）上。

3.根据权利要求2所述的三氧化二砷提纯系统，其特征在于，所述第二侧墙（2）的底面悬空，且位于旋转支架（10）的顶面和环形料盘（5）的顶面之间；所述三氧化二砷提纯系统还包括吊架（14）和多根吊杆（15），所述吊杆（15）与第二侧墙（2）固定连接，吊杆（15）的上端固定于吊架（14）上。

4.根据权利要求1所述的三氧化二砷提纯系统，其特征在于，所述加料机构（7）为螺旋加料机构，所述加料机构（7）的一端穿过第一侧墙（1）并延伸至环形凹槽（6）的正上方。

5.根据权利要求1所述的三氧化二砷提纯系统，其特征在于，所述出料机构（8）包括螺旋输送机（801）和与螺旋输送机（801）传动连接的第二驱动电机（802），所述螺旋输送机（801）的一端伸入环形炉膛（4）内，螺旋输送机（801）伸入环形炉膛（4）内的区段上设有出渣铲（803）；所述出渣铲（803）包括斜板（8031），所述斜板（8031）由上往下朝环形料盘（5）的转动方向的反方向倾斜，所述斜板（8031）的两侧边上分别固定有挡板（8032），所述斜板（8031）的底边伸入环形凹槽（6）内并与环形凹槽（6）的底面抵接；所述螺旋输送机（801）的侧部设有开口，所述斜板（8031）的顶边沿所述开口的下边缘固定于螺旋输送机（801）上。

6.根据权利要求5所述的三氧化二砷提纯系统，其特征在于，所述螺旋输送机（801）的一端穿过第一侧墙（1）并伸入环形炉膛（4）内，所述螺旋输送机（801）与第一侧墙（1）间隙配合。

7.根据权利要求6所述的三氧化二砷提纯系统，其特征在于，所述出料机构（8）还包括若干设置于第一侧墙（1）外侧的可伸缩支架（804），所述螺旋输送机（801）固定于可伸缩支架（804）上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的三氧化二砷提纯系统，其特征在于，所述排烟口（16）内设有引风机（17）。

9.一种三氧化二砷的提纯方法，其特征在于，利用如权利要求1-8任一项所述的三氧化二砷提纯系统进行；包括如下步骤：

S1、启动发热元件（9），使得炉膛（4）内的温度升高至目标温度；

S2、通过加料机构（7）向环形凹槽（6）内连续添加待提纯的三氧化二砷原料，同时，启动驱动机构，驱使环形料盘（5）转动；随后，根据需要开启出料机构（8）。