CN205662559U - 一种用于分离金属合金的蒸发盘 - Google Patents

Abstract

一种用于分离金属合金的蒸发盘，该蒸发盘的外沿下部为外环凹槽，外沿中部为外环，外沿上部为外环凸槽，蒸发盘的底部为底盘，底盘上方径向分布有隔墙，蒸发盘的内沿下部为电极孔凹槽，内沿中部为内环，内沿上部为电极孔凸槽，蒸发盘的中心有一个电极孔，由相邻的两块隔墙、外环、内环和底盘共同构成蒸发小区，在蒸发小区内设有蒸汽孔，蒸汽孔上方的四周为溢流墙。在石墨发热电阻电极真空蒸馏炉内安装多级本实用新型所述的蒸发盘进行金属合金蒸发分离时，具有金属分离系数大、分离效果好的优点，能够经过一次蒸馏分离后得到金属产品。

Description

一种用于分离金属合金的蒸发盘

技术领域

本实用新型涉及一种有色金属冶炼设备，具体是一种用于分离金属合金的蒸发盘。

背景技术

在有色金属火法冶炼过程中，得到的粗金属产品，往往熔解了其它不同的金属，利用粗金属产品中不同的金属存在着沸点差，进行蒸馏分离，可以达到分离杂质、提纯产品的目的，如火法粗锌蒸馏，可以分离粗锌中的铅、镉、铜、铁、锡、铟，产出合格锌锭产品。根据金属沸点的温度，蒸馏可以在常压下进行，也可以在真空下进行，真空蒸馏分离具有现场环境好、金属损失少、设备能力大、占地面积小、资金投入省等优点，是金属蒸馏分离的发展趋势。目前，在工业生产上应用已经比较成熟的用于分离金属合金的设备主要有两大类，第一类典型的代表设备是用于粗锌蒸馏分离的铅塔和镉塔，第二类典型的代表设备是用于焊锡分离的真空炉。

铅塔和镉塔，塔的结构相似，蒸馏原理相同，塔内部的蒸发盘结构也相同，只是在操作过程中控制条件不同。铅塔和镉塔在常压下进行蒸馏分离，采用间接加热，通常使用燃烧煤气为热源，塔内的真空度较小，铅塔的操作温度较高，金属锌和金属镉都以蒸汽形式挥发到气相中，铅、铜、铁、铟、锡等不挥发，成为硬锌；而镉塔的温度较低，只有镉和小部分锌挥发，大部分不挥发。

真空炉，采用石墨电阻作为发热体，以辐射方式直接对蒸发盘加热，热利率高，炉内真空度大，这有利于加快金属的分离速度，因此，真空炉的设备较小，1台每天处理30吨焊锡的真空炉，包括其附属设备，总占地面积不到30平方米。

与上述两类蒸馏设备相对应，有两种典型的蒸发盘，第一种是用于粗锌蒸馏分离的碳化硅蒸发盘，第二种是用于焊锡蒸馏分离的石墨蒸发盘。

碳化硅蒸发盘，为整体结构蒸发盘，材质为碳化硅，蒸发盘为长方形，每个蒸发盘只有一个蒸汽孔和一个加热单元。碳化硅具有导热性能好、热变形系数小、抗氧化能力好的优点，但由于采用间接传热，不仅热利用率低，而且导致传热速度慢，需要的蒸发盘数量很多，通常达到60级以上，此外，在常压下进行蒸馏分离，现场环境差，金属损失通常达到1％，降低了经济效益。

石墨蒸发盘，也是整体结构蒸发盘，材质为石墨，通常是高纯石墨，蒸发盘为圆环型，中心为电极孔，现有的石墨蒸发盘，没有蒸汽孔。在蒸馏过程中，金属蒸汽是从上下两个蒸发盘的间隙中挥发。由于在蒸发盘中，没有蒸汽孔，因此，上下蒸发盘间无法实现蒸汽的二次冷凝与冷凝液的二次蒸发，即挥发的蒸汽不能够在真空炉内实现精馏和提馏功能，金属分离系数很低，导致蒸馏分离效果差，第一次分离得到的产物，需要进行后续的多次蒸馏分离后，才能达到理想的分离效果，这无形中增加了人力、物力和财务消耗，增加了真空分离的成本。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于分离金属合金的蒸发盘，使用本发明所述的蒸发盘，具有设备产能大、生产效率高、生产成本低、金属损失小、分离系数大、分离效果好的优点。

本实用新型通过以下技术方案实现上述目的：一种用于分离金属合金的蒸发盘，包括外环凹槽、外环、外环凸槽、底盘、隔墙、溢流墙、电极孔凹槽、内环、电极孔凸槽、电极孔、蒸发小区以及蒸汽孔，具体结构和连接关系为：蒸发盘外沿下部为外环凹槽，外沿中部为外环，外沿上部为外环凸槽，蒸发盘的底部为底盘，底盘上方径向分布有隔墙，蒸发盘的内沿下部为电极孔凹槽，内沿中部为内环，内沿上部为电极孔凸槽，蒸发盘的中心有一个电极孔，由相邻的两块隔墙、外环、内环和底盘共同构成蒸发小区，在蒸发小区内设有蒸汽孔，蒸汽孔上方的四周为溢流墙。

所述蒸发盘内设有5～30个蒸汽孔。

所述蒸发盘为整体结构。

所述蒸发盘安放在石墨发热电阻电极真空蒸馏炉内。

工作原理及过程：

在1台石墨真空蒸馏炉内，从上到下安装了许多本发明所述的蒸发盘，当金属合金以液体方式加入到本实用新型所述的最上方的第一个蒸发盘内，蒸发盘受到中心石墨电阻电极的辐射加热温度上升，蒸发盘通过内沿和底盘将部分热量传导给金属合金，金属合金温度升高，在真空条件下，低沸点的金属部分挥发到气相中，没有挥发的液体在重力作用下经过第一个蒸发盘的溢流墙流到第二个蒸发盘内；流到第二个蒸发盘的合金液体继续受到第二个蒸发盘加热升温，再将部分低沸点的金属挥发到气相中，没有挥发的液体在重力作用下经过第二个蒸发盘的溢流墙流到第三个蒸发盘内；如此继续，没有挥发的液体，每流经一个蒸发盘，低沸点的金属挥都有部分挥发到气相中；这样，如果蒸发盘的数量足够多时，流到最下方的最后一个蒸发盘，将不再有沸点低的金属，实现了低沸点金属的完全蒸馏。相反，从最下方的最后一个蒸发盘挥发的蒸汽，由于合金液体的温度较高，有部分高沸点的金属也挥发到气相中，最后一个蒸发盘的蒸汽，在真空作用下，从倒数第二个蒸发盘的蒸汽孔，进入倒数第二个蒸发盘；在倒数第二个蒸发盘内，由于最后一个蒸发盘的蒸汽温度高于倒数第二个蒸发盘的金属合金液体，最后一个蒸发盘的蒸汽对倒数第二个蒸发盘的金属合金液体进行加热，同时最后一个蒸发盘的蒸汽温度降低，蒸汽中高沸点的金属有部分被冷凝液体，流回到最后一个蒸发盘，没有冷凝的蒸汽和倒数第二个蒸发盘产出的蒸汽混合，在真空作用下，一起经过倒数第三个蒸发盘的蒸发孔，进入到第三个蒸发盘内；在倒数第三个蒸发盘内，由于倒数第二个蒸发盘的混合蒸汽温度高于倒数第三个蒸发盘的金属合金液体，倒数第二个蒸发盘的混合蒸汽对倒数第三个蒸发盘的金属合金液体进行加热，同时倒数第二个蒸发盘的混合蒸汽温度降低，混合蒸汽中高沸点的金属又有部分被冷凝液体，流回到倒数第二个蒸发盘，没有冷凝的蒸汽和倒数第三个蒸发盘产出的蒸汽混合，在真空作用下，一起经过倒数第四个蒸发盘的蒸发孔，进入到第四个蒸发盘内；经过多个蒸发盘的降温冷凝，高沸点的金属蒸汽到最上方的第一个蒸发盘时，已经完全被冷凝液体，这样，从最上方的第一个蒸发盘内挥发到气相中的蒸汽，已经不含有高沸点的金属。最后，达到了从最上方的第一个蒸发盘内挥发到气相中的蒸汽，不含有高沸点的金属，从最下方的最后一个蒸发盘流出的金属液体不再有沸点低的金属，达到了金属合金的高效分离。

除另有说明外，本发明所述的百分比均为质量百分比，各组分含量百分数之和为100％。

本实用新型的突出优点是：

(1)、技术指标先进。如在分离含Sn75％、Pb25％的焊锡合金，采用现有的真空炉，进行25级真空蒸馏分离时，粗锡底液含Pb5％，粗铅含Sn1％，粗锡和粗铅都需要进行再处理，才能达到产品标准要求。采用装有本发明所述的蒸发盘的真空炉，进行25级真空蒸馏分离时，底液含Sn99.992％、Pb0.004％，蒸汽冷凝物含Pb99.996％、Sn0.001％，不需要进行再处理，已经达到产品标准要求。

(2)、节能。由于蒸发盘设有蒸汽孔，蒸发孔使蒸发盘具有了精馏和提馏功能，经过一次蒸馏分离后，金属分离系数大、分离效果好，通常进行双金属合金蒸发分离时，不需要再进行二次蒸馏，有效节约了能源；5～30个蒸汽孔，有利于加快蒸汽与金属液体的传质速度和传热速度，提高了热效率，减少了能源消耗。

(3)、适用范围广。本发明所述的蒸发盘，即可以用于锡铅合金分离，也可以用于锡铋合金分离、锡锑合金分离、锡锌合金分离、锌铅合金分离、铅银合金分离、锌镉合金分离、锌铟合金分离等，还可以用于多种合金的初步分离，如锡铅铋砷合金分离、锡铟银铅合金分离，甚至可以用于沸点差很小的铅铋分离合金分离、锡铟合金分离、锡银合金分离等。

附图说明

图1为本实用新型所述的用于分离金属合金的蒸发盘的结构示意图。

图2为本实用新型所述的用于分离金属合金的蒸发盘的俯视图。

图中标记为：外环凹槽1、外环2、外环凸槽3、底盘4、隔墙5、溢流墙6、电极孔凹槽7、内环8、电极孔凸槽9、电极孔10、蒸发小区11、蒸汽孔12。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述。

实施例1

如图1所示，本实施例为本实用新型所述的用于分离金属合金的蒸发盘，包括外环凹槽1、外环2、外环凸槽3、底盘4、隔墙5、溢流墙6、电极孔凹槽7、内环8、电极孔凸槽9、电极孔10、蒸发小区11以及蒸汽孔12，具体结构和连接关系为：

所述蒸发盘的外沿下部为外环凹槽1，外沿中部为外环2，外沿上部为外环凸槽3，蒸发盘的底部为底盘4，底盘4上方径向分布有隔墙5，蒸发盘的内沿下部为电极孔凹槽7，内沿中部为内环8，内沿上部为电极孔凸槽9，蒸发盘的中心有一个电极孔10，在相邻的两块隔墙5、外环2、内环8、底盘4共同构成蒸发小区11，在蒸发小区11内设有蒸汽孔12，蒸汽孔上方的四周为溢流墙6。

所述蒸发盘内设有5～30个蒸汽孔。

实施例2

本实施例为本实用新型所述的用于分离金属合金的蒸发盘的第一应用实例。

在内热式石墨发热电阻电极真空蒸馏炉内，共安装12个本实用新型所述的蒸发盘，蒸发盘材质为石墨整体结构，外环凹槽高10mm、宽10mm，外环外直径300mm、高40mm、厚10mm，外环凸槽高10mm、宽10mm，底盘厚15mm，隔墙厚10mm、高10mm，溢流墙高5mm、宽5mm，电极孔凹槽高10mm、宽10mm，内环内直径120mm、高40mm、厚10mm，电极孔凸槽高10mm、宽10mm，共有5个蒸发小区，每个蒸发小区设1个蒸汽孔，共设5个蒸汽孔。

将含Sn70％、Pb30％的金属合金液体，以真空虹吸方式按0.2t/h的速度连续加入真空炉内最上方的本实用新型所述的第一个蒸发盘上，在炉内真空度50Pa、石墨发热电极功率90kW的条件下，进行真空蒸馏，得到含Sn99.998％、Pb0.002％的锡液0.14t/h和含Pb99.997％、Sn0.003％的铅液0.06t/h。锡液和铅液分别浇铸冷却后得到锡锭产品和铅锭产品，对外销售。

实施例3

本实施例为本实用新型所述的用于分离金属合金的蒸发盘的第二应用实例。

在内热式石墨发热电阻电极真空蒸馏炉内，共安装25个本实用新型所述的蒸发盘，蒸发盘材质为碳化硅整体结构，外环凹槽高15mm、宽10mm，外环外直径450mm、高50mm、厚10mm，外环凸槽高15mm、宽10mm，底盘厚20mm，隔墙厚10mm、高10mm，溢流墙高5mm、宽5mm，电极孔凹槽高15mm、宽10mm，内环内直径200mm、高50mm、厚10mm，电极孔凸槽高15mm、宽10mm，共有10个蒸发小区，每个蒸发小区设1个蒸汽孔，共设10个蒸汽孔。

将含Sn95％、Sb5％的金属合金液体，以真空虹吸方式按0.6t/h的速度连续加入真空炉内最上方的本实用新型所述的第一个蒸发盘上，在炉内真空度100Pa、石墨发热电极功率240kW的条件下，进行真空蒸馏，得到含Sn99.99％、Sb0.01％的锡液0.57t/h和含Sb99.87％、Sn0.13％的锑液0.03t/h。锡液和锑液分别浇铸冷却后得到锡锭产品和锑锭产品，对外销售。

实施例4

本实施例为本实用新型所述的用于分离金属合金的蒸发盘的第三应用实例。

在内热式石墨发热电阻电极真空蒸馏炉内，共安装40个本实用新型所述的蒸发盘，蒸发盘材质为316L不锈钢焊接整体结构，外环凹槽高10mm、宽10mm，外环外直径600mm、高40mm、厚10mm，外环凸槽高10mm、宽10mm，底盘厚20mm，隔墙厚10mm、高8mm，溢流墙高4mm、宽5mm，电极孔凹槽高10mm、宽10mm，内环内直径250mm、高40mm、厚10mm，电极孔凸槽高10mm、宽10mm，共有15个蒸发小区，每个蒸发小区设2个蒸汽孔，共设30个蒸汽孔。

将含Sn90％、Zn10％的金属合金液体，以真空虹吸方式按1.2t/h的速度连续加入真空炉内最上方的本实用新型所述的第一个蒸发盘上，在炉内真空度200Pa、石墨发热电极功率360kW的条件下，进行真空蒸馏，得到含Sn99.995％、Zn0.005％的锡液1.08t/h和含Zn99.98％、Sn0.02％的锌液0.12t/h。锡液和锌液分别浇铸冷却后得到锡锭产品和锌锭产品，对外销售。

Claims (4)

1.一种用于分离金属合金的蒸发盘，包括外环凹槽、外环、外环凸槽、底盘、隔墙、溢流墙、电极孔凹槽、内环、电极孔凸槽、电极孔、蒸发小区以及蒸汽孔，其特征在于，具体结构和连接关系为：蒸发盘外沿下部为外环凹槽，外沿中部为外环，外沿上部为外环凸槽，蒸发盘的底部为底盘，底盘上方径向分布有隔墙，蒸发盘的内沿下部为电极孔凹槽，内沿中部为内环，内沿上部为电极孔凸槽，蒸发盘的中心有一个电极孔，由相邻的两块隔墙、外环、内环和底盘共同构成蒸发小区，在蒸发小区内设有蒸汽孔，蒸汽孔上方的四周为溢流墙。

2.根据权利要求1所述的用于分离金属合金的蒸发盘，其特征在于，所述蒸发盘内设有5～30个蒸汽孔。

3.根据权利要求1所述的用于分离金属合金的蒸发盘，其特征在于，所述蒸发盘为整体结构。

4.根据权利要求1所述的用于分离金属合金的蒸发盘，其特征在于，所述蒸发盘安装在石墨发热电阻电极真空蒸馏炉内。