CN1325674C - 金属锑的提纯方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属锑的提纯方法及其装置。是将工业锑装满氯化塔;在氯化塔的中部通入氯气,在氯化塔的下段1/3部分加热使五氯化锑分解;氯气与塔内过量的金属块反应生成三氯化锑。贮液罐中的三氯化锑自流入再沸器中,并使其蒸发进入精馏1;通过回流控制阀门调节三氯化锑流出量与回流量,所得的三氯化锑送入精馏2的再沸器中;精馏塔头的下出液口用管道与贮液罐进料口连接,贮液罐设2个出料口,用管道分别和还原罐的计量罐、下级精馏系统的再沸器连接;塔头的上出液口用管道与残液罐连接;依次将多级精馏塔用管道连接,实现连续精馏。精馏所得的三氯化锑分别连续送入还原罐中,连续通入过量的氢气,使其还原,可分别得到品位为99.999%、99.9999%和99.99999%以上的金属锑。
Description
技术领域
本方法涉及湿法冶金的方法,更具体地说,是一种关于金属锑的提纯方法以及实现该方法的装置。本发明的方法和装置特别适于规模化工业生产。
背景技术
在金属锑的提纯过程中,由于对生产设备的材质要求十分苛刻,工艺条件复杂,迄今为止任何一种湿法提纯金属锑的方法均为间断式生产,要形成工业化生产难度较大。因此,现有技术一直是通过氯化→脱氯→精馏→还原等工序小批量生产。在精馏过程中加盐酸先除去低沸点杂质,再将三氯化锑通过精馏提出,高沸点杂质留在精馏釜中,每精馏一釜精洗一次,达到提纯三氯化锑的目的。经精馏的三氯化锑送入还原罐,并通入氢气还原成纯度为99.999%~99.9999%的金属锑。
现有技术由于工艺方法和设备的限制有如下缺点:①生产不能连续化,只能间断生产,精馏产品回收率低,劳动强度大;②除去低沸点杂质与三氯化锑的提纯时间、温度难以掌握,无法形成标准化工业生产。由于生产过程凭经验操作,人为因素多,稳定性差,产品指标难以控制。③精馏过程中,常常因金属杂质氯化物造成跳釜现象,导致设备损坏。尤其是扩大生产量时更为明显。因此,很难实现工业化、规模化、连续生产。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点,提供一种金属锑的提纯方法。该方法能实现生产过程连续化,克服人为因素,进而采用计算机控制整个生产工艺,操作安全,产品质量稳定,有效节约能源,降低原材料消耗。
本发明提供了一种金属锑的提纯方法,该方法采用下述顺序的步骤:
(1)将工业锑碎至φ20~30φ不规则块状,装满氯化塔;在氯化塔的中部通入氯气,控制量以局部不产生火花为原则;氯化过程中有部分五氯化锑生成:2Sb+5C12→2SbC15;在氯化塔的下段1/3部分加热至100℃~150℃,使五氯化锑分解:SbC15→SbC13+C12;氯气与塔内过量的金属块反应生成三氯化锑:3C12+2Sb→2SbC13;得到的三氯化锑送入贮液罐中。
(2)贮液罐中的三氯化锑自流入再沸器中,在200℃~250℃下使其蒸发进入精馏1;精馏柱温度控制为180℃~230℃,塔头温度分为两段控制即:下段温度为170℃~210℃,上段温度为120℃~180℃。
(3)通过回流控制阀门调节三氯化锑流出量与回流量之比为2∶1~6∶1,所得的三氯化锑送入精馏2的再沸器中。
(4)精馏2的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同,得到品位为99.999%以上的三氯化锑,并将其送至精馏3继续精馏。
(5)精馏3的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同,得到品位为99.9999%以上的三氯化锑,并将其送至精馏4继续精馏。
(6)精馏4的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同,得到品位为99.99999%以上的三氯化锑,送入贮液罐。
(7)将步骤(4)、(5)、(6)所述的三氯化锑分别连续送入还原罐中,在控制温度为550℃~900℃,常压条件下,连续通入过量的氢气,使其还原,可分别得到品位为99.999%、99.9999%和99.99999%以上的金属锑,即为所需的金属锑产品。
本发明的工艺特点:①精馏柱与精馏釜分开,改用再沸器;②间断生产改为连续生产,并利用调节回流阀提高产品质量;③生产全过程采用计算机工业控制;④塔头温度分上、下二段控制;⑤在同一条生产线,根据市场要求,连续生产99.999%至99.99999以上不同纯度的金属锑。
用于实现本发明的方法的装置包括:一个氯化塔,一个贮液瓶,五个精馏塔,一个还原罐,一个残液罐,一个贮液罐。氯气管道分左右两个方向与氯化塔中部进气口连接;氯化塔的氯化物流出口,用管道与贮液瓶上方的进料口连接;贮液瓶底部出料口,用管道与精馏1的再沸器顶部的进料口连接;精馏塔包括塔柱和塔头两部分组成,塔头与塔柱用平面法兰连接;精馏柱提馏段的进料口,用管道与再沸器顶部氯化物蒸汽出口连接;精馏柱底部液体流出口,用管道与再沸器顶部的另一个端口连接;精馏塔头的下出液口用管道与贮液罐进料口连接,贮液罐设2个出料口,用管道分别和还原罐的计量罐、下级精馏系统的再沸器连接;塔头的上出液口用管道与残液罐连接;如上所述,依次将精馏1、精馏2、精馏3、精馏4用管道连接起来,达到连续精馏之目的。
所述的氯化塔其温度控制设在塔下段1/3部分,氯气通过管道在塔的中部进入,三氯化锑流出口设在塔下段的1/3处。该结构的特点是,金属锑和过量的氯气反应后,有一部分五氯化锑产生。流入氯化塔下段,在100℃~150℃的温度条件下,五氯化锑很容易分解为三氯化锑和氯气;此时氯气很容易同塔内下段过量的锑块反应生成三氯化锑,从而节省了脱氯的工序,提高了设备的利用;实现了氯化、脱氯在同一装置完成,不需要另外再设置脱氯设备。
本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:
1.采用氯化→精馏→还原的工序生产高纯度金属锑,在氯化过程中,使氯化、脱氯同在氯化塔中完成,完全控制了五氯化锑的生成,保证了精馏效果,节省了操作工序和设备,提高了设备使用效率,减小了劳动强度。
2.一般试验室小型金属锑提纯设备在精馏过程中均采用塔头、塔柱、塔釜为一体,塔头温度为一段控制,塔柱多采用填料塔或筛板塔,塔釜用球型釜外加热方式,直接与塔柱连接。此结构有以下缺点:①塔头温度为一段控制,势必采取先除低沸点氯化物,再将所需三氯化锑精馏分放入贮液罐,难以形成工业控制。②塔柱采用单一的填料塔或筛板塔,金属锑提纯效果较差,一般提纯三氯化锑小于99.9999%。③塔柱和塔釜直接连接为一体,并且塔釜是球形的,用外加热方法,这种结构需要经常停止生产清浸塔釜,在精馏过程中由于金属杂质氯化物的物理性质造成“跳釜”现象,导致设备损坏。
本发明是在常规有机物精馏方法的基础上,经过试验后进行设备改进,形成目前所应用的精馏装置,并应用在高纯金属锑的提纯工艺中。根据结构特点所述,解决了以上影响工业化、规模化的技术难题,实现了工业化连续生产、扩大了单套设备生产能力。提高了产品技术指标,根除了生产过程中的跳釜现象。
3.在生产中通过调节回流比控制精馏效果,实现了连续性精馏,从而使计算机控制生产成为可能,结束了传统的人工操作和间断式生产方式,操作安全可靠,工艺条件稳定,对现有技术取得重大突破。
4.本发明的技术特征带来的直接的技术效果:①解决了高纯锑生产不能连续化的技术难题,提高了设备利用率和回收率,由试验室间断生产的30~40%提高到60~80%。②改善了设备的完好率,由半年检修一次到一年检修一次。③生产能力大幅度提高,单套设备年生产能力99.999%的锑40吨,99.9999%的锑10吨,99.99999的锑5吨。相当于间断性生产单套设备10~12倍。高纯锑产业化过程中,在技术瓶颈上是一个质的突破。尤其是产品质量稳定,纯度提高。用辉光放电质谱仪检测14个元素锑的纯度达到99.99999%以上。
附图说明
图1是本发明的精馏塔塔头结构示意图;
图2是图1中A-A视图;
图3是本发明的精馏塔塔柱结构示意图;
图4是图3中泡罩的放大图;
图5是图4中B-B视图;
图6是图3中塔板的放大图;
图7是本发明的工艺流程示意图;
图1~图6中:1塔头联接法兰,2塔头下接液盘,3控制点温度计套管,4塔头筒体,5塔头内支架,6塔头冷却水套,7塔头上接液盘,8塔头阻流器,9塔头冷却进水管,10温度计控制点套管,11塔头冷却出水管,12塔头放空管,13塔头上出液管,14塔头下出液管,15精馏塔筒体,16精馏塔溢液管,17精馏塔塔板,18精馏塔泡罩,19精馏塔连接法兰。
设备结构上的特点:①精馏柱的塔板采用筛板17和泡罩18相结合;②精馏塔头的温度分二段控制即下段和上段控制;③精馏塔头设下接液盘2和上接液盘7;④精馏塔头在上接液盘上方设有阻流器8;
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容作进一步详细说明,但本发明的内容不限于实施例。
实施例1
将1#工业锑锭碎至φ20~30φ的不规则块状,装入氯化塔200公斤,将氯化塔下段加热至130℃,以每小时0.5立方米的速度连续通入氯气,使锑块逐步生成三氯化锑,由氯化塔流出口自流到贮液罐,以每小时5升的速度由贮液罐将三氯化锑放入精馏1的再沸器中,将再沸器升温到230℃,控制塔头下段温度在210℃,塔头上段温度为150℃。在常压条件下,进行连续精馏,调节回流阀使三氯化锑流出量与回流量之比为5.5∶1,精馏出的三氯化锑经贮液罐,以每小时4升的流量进入精馏2的再沸器。在与精馏1温度、压力相同的条件下继续精馏,调节回流阀使三氯化锑流量与回流量之比为5.0∶1。精馏出的三氯化锑经贮液罐,进入还原系统的计量罐待用。
用氩气将还原罐中的空气赶净,并升温至850℃,缓慢通入氢气,同时以每小时3升的流量将计量罐中的三氯化锑放入还原罐,氢气量调整为每小时1.5立方米,连续通入还原罐,使三氯化锑还原成金属锑。每4小时除一次料即金属锑19,纯度达到99.999%以上。用辉光放电质谱仪分析结果见表1。
表1.精馏2三氯化锑还原结果
杂质名称 | Ag | Au* | Cd | Cu | Fe | Mg | Ni | Pb | Zn | Mn | As | S | Si | Bi |
含量≤PPm | 0.03 | 0.05 | 0.5 | 0.005 | 0.08 | 0.04 | 0.10 | 0.07 | 0.3 | 0.05 | 1.3 | 0.2 | 0.8 | 0.09 |
*存在干扰
实施例2
将实施例1中,精馏2的三氯化锑,由贮液罐放入精馏3的再沸器中,温度、压力的控制条件与精馏1相同,继续精馏、调节回流阀使三氯化锑流出量与回流量之比为3.0∶1,精馏出的三氯化锑经贮液罐,放入还原系统中的计量罐中备用。
用氩气将还原罐中的空气赶净,升温至850℃,缓慢通入氢气, 同时以每小时1升的流量,将计量罐中的三氯化锑,连续放入还原罐,氢气量调整为每小时0.6立方米,连续通入还原罐,使三氯化锑还原成金属锑,每8小时除一次料,即金属锑1.4,纯度达到99.9999%以上,用辉光放电质谱仪分析结果见表2
表2。精馏3三氯化锑还原锑分析结果
杂质名称 | Ag | Au* | Cd | Cu | Fe | Mg | Ni | Pb | Zn | Mn | As | S | Si | Bi |
含量≤PPm | 0.005 | 0.03 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.01 | 0.01 | 0.16 | 0.08 | 0.06 | 0.01 |
*存在干扰
实施例3
将实施例2中,精馏3的三氯化锑,由贮液罐放入精馏4的再沸器中,温度、压力的控制条件与精馏1相同,继续精馏,调节回流阀使三氯化锑流出量与回流量之比为2.0∶1,精馏出的三氯化锑经贮液罐,放入还原系统中的计量罐中备用。
用氩气将还原罐中的空气赶净,并升温到850℃,缓慢通入氢气,同时以每小时0.5升的流量,将计量罐中的三氯化锑,连续放入还原罐。氢气量调整为每小时0.4立方米,连续通入还原罐,使三氯化锑还原成金属锑,每8小时除一次料,得金属锑0.6,纯度达到99.99999%以上,用辉光放电质谱仪分析结果见表3。
表3.精馏4三氯化锑还原锑分析结果
杂质名称 | Ag | Au | Cd | Cu | Fe | Mg | Ni | Pb | Zn | Mn | As | S | Si | Bi |
含量≤PPm | 0.001 | 0.002 | 0.005 | 0.002 | 0.001 | 0.001 | 0.005 | 0.005 | 0.005 | 0.001 | 0.05 | 0.005 | 0.005 | 0.005 |
Claims (3)
1.一种金属锑的提纯方法,该方法采用下述顺序的步骤:
(1)将工业锑碎至φ20~30φ不规则块状,装满氯化塔;在氯化塔的中部通入氯气,氯化过程中有部分五氯化锑生成;在氯化塔的下段1/3部分加热至100℃~150℃,使五氯化锑分解;氯气与塔内过量的金属块反应生成三氯化锑;得到的三氯化锑送入贮液罐中;
(2)贮液罐中的三氯化锑自流入再沸器中,在200℃~250℃下使其蒸发进入精馏1;精馏柱温度控制为180℃~230℃,塔头温度分为两段控制即:下段温度为170℃~210℃,上段温度为120℃~180℃;
(3)通过回流控制阀门调节三氯化锑流出量与回流量之比为2∶1~6∶1,所得的三氯化锑送入精馏2的再沸器中;
(4)精馏2的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同,得到品位为99.999%以上的三氯化锑,并将其送至精馏3继续精馏;
(5)精馏3的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同,得到品位为99.9999%以上的三氯化锑,并将其送至精馏4继续精馏;
(6)精馏4的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同,得到品位为99.99999%以上的三氯化锑,送入贮液罐;
(7)将步骤(4)、(5)、(6)所述的三氯化锑分别连续送入还原罐中,在控制温度为550℃~900℃,常压条件下,连续通入过量的氢气,使其还原,可分别得到品位为99.999%、99.9999%和99.99999%以上的金属锑,即为所需的金属锑产品。
2.一种金属锑的提纯装置,该装置包括:一个氯化塔,一个贮液瓶,多个精馏塔,一个还原罐,一个残液罐,一个贮液罐;氯气管道分左右两个方向与氯化塔中部进气口连接;氯化塔的氯化物流出口,用管道与贮液瓶上方的进料口连接;贮液瓶底部出料口,用管道与精馏1的再沸器顶部的进料口连接;精馏塔包括塔柱和塔头两部分组成,塔头与塔柱用平面法兰连接;精馏柱提馏段的进料口,用管道与再沸器顶部氯化物蒸汽出口连接;精馏柱底部液体流出口,用管道与再沸器顶部的另一个端口连接;精馏塔头的下出液口用管道与贮液罐进料口连接,贮液罐设2个出料口,用管道分别和还原罐的计量罐、下级精馏系统的再沸器连接;塔头的上出液口用管道与残液罐连接;如上所述,依次将多级精馏用管道连接起来,实现连续精馏。
3.根据权利要求2所述的金属锑的提纯装置,其特征在于所述的氯化塔其温度控制设在塔下段1/3部分,氯气通过管道在塔的中部进入,三氯化锑流出口设在塔下段的1/3处。
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