Pierwszenstwo: Opublikowano: 11.VI.1965 (P 109 487) 10.111.1969 56934 KI. 40 a, 17/06 MKP C 22 b CZYTE, tf|<* ENW&C734. 067 Wspóltwórcy wynalazku: doc. dr inz. Henryk Fik, prof. dr inz. Aleksan¬ der Krupkowski, mgr inz. Karol Rzyman, inz.Zbigniew Ochmanski, inz. Franciszek Sieron Wlasciciel patentu: Biuro Projektów Przemyslu Metali Niezelaznych ^Bipromet", Katowice (Polska) Sposób rektyfikacji kadmu i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób rektyfika¬ cji kadmu z metalicznego stopu kadmu przy rów¬ noczesnym zastosowaniu znanej metody pelnej rów¬ nowagi i strumieni równoleglych w jednym proce¬ sie oraz urzadzenie sluzace do wykonania tego spo¬ sobu.W znanych procesach rektyfikacji cynku, w których odpedza sie kadm z zanieczyszczonego cyn¬ ku otrzymuje sie stop cynkowo-kadmowy o zawar¬ tosci wagowej do 45% Cd, który poddajac dalsze¬ mu procesowi rektyfikacji mozna wzbogacic do 80% wagowych Cd.W praktyce, majac na uwadze wzgledy tech¬ niczno-ekonomiczne, rezygnuje sie z tak duzego wzbogacania stopu Zn—Cd, przy czym zawartosc Cd w tym stopie utrzymuje sie na poziomie 35— 50% wagowych Cd.Z powyzszego wynika, ze stop cynkowo-kadmo¬ wy wzglednie kadm zanieczyszczony znacznymi ilosciami Zn stanowi material wyjsciowy dla pro¬ dukcji kadmu o czystosci okolo 99,99% wagowych metodami strumieni równoleglych lub pelnej rów¬ nowagi. Stosuje sie równiez obydwie metody w dwóch odrebnych kolumnach rektyfikacyjnych przy czym metoda strumieni równoleglych uzysku¬ je sie kadm o zawartosci Zn = 5 do 10% wago¬ wych i tak wzbogacony metal przerabia sie meto¬ da pelnej równowagi uzyskujac kadm o czystosci 99,99% wagowych. 10 15 30 W procesie elektrolizy otrzymuje sie gabke kadmowa o duzej zawartosci Zn, Tl, Pb i Fe. Po przetopieniu otrzymuje sie kadm zanieczyszczony Zn, Tl, Pb i Fe. Tlenki i siarczany bogate w Cd otrzymywane na przyklad w procesie Dórschla wzglednie w procesie spiekania koncentratów cyn¬ kowych, mozna droga mokra przerobic na gabke kadmowa, która sie nastepnie przetapia otrzymu¬ jac kadm zanieczyszczony Zn, Tl, Pb, As i innymi skladnikami.Podobnie jak w wypadku stopu cynkowo-kad¬ mowego i kadmu zanieczyszczonego znacznymi ilosciami cynku, uzyskanych w procesie rektyfi¬ kacji cynku, przerabia sie kadm zanieczyszczony Zn, Tl, Pb i Fe i innymi skladnikami, pochodzacy z procesu elektrolizy cynku albo z innych proce¬ sów, podanymi wyzej metodami strumieni rów¬ noleglych lub pelnej równowagi wzglednie metoda laczna wyzej wzmiankowana. 3posób rektyfikacji kadmu znana metoda stru¬ mieni równoleglych polega na tym, ze stop kadmo¬ wy nadawany jest do kolumny rektyfikacyjnej skladajacej sie z pólek, które sasiadujac ze soba sa wzajemnie do siebie odwrócone o 480° a zatem otwory przelewowe przypadaja na przemian po lewej i prawej stronie kolumny, na skutek czego cynk splywa ku dolowi linia zygzakowata. Dolna czesc, tak zwany ódparnik jest z zewnatrz podgrze¬ wany na skutek czego czesc metalu zamienia sie w pare, która podaza ku górze w przeciwpradzie 569343 M034 4 do splywajacego roztworu a wiec równiez linia zygzakowata.Górna czesc kolumny, tak zwany deflegmator, pracujacy na tej samej zasadzie, tym rózni sie od odparnika, ze nie jest podgrzany a zatem na sku¬ tek strat cieplnych czesc par kondensuje sie przy czym kondensat splywa podobnie jak w odparniku linia zygzakowata. a pozostale pary metalu prze¬ chodza do kondensatora, gdzie sie skraplaja. Wy¬ sokosc strat cieplnych deflegmatora i tym samym 5 intensywnosc deHegmacji jest waznym czynnikiem, ;;* r-;5 teulujacym przebieg procesu rektyfikacji kadmu. \j rff opisanej metodzie kontakt par z roztworem jest tylko powierzchniowy, tak iz nie stwarza ona warunków sprzyjajacych stanowi równowagi mie¬ dzy roztworem a parami a co za tym idzie, po¬ trzebna jest bardzo duza aparatura dla osiagniecia zadanej czystosci.Z kolei, sposób rektyfikacji kadmu znana meto¬ da pelnej równowagi polega na tym, ze cala ko¬ lumna, a wiec odparnik i deflegmator sklada sie z pólek, w sklad których wchodza kolpak, gardziel i przelew, tak, iz pary wytworzone w odparniku a zdazajace ku górze przeciskaja sie przez roztwór metalu pod kolpakiem, który tworzy w kazdej pól¬ ce rodzaj zamkniecia syfonowego. W Wyh4kU róz¬ nicy temperatury przeciskajace sie przez roztwór pary kondensuja sie a z ciepla kondensacji pow¬ staja nowe pary bedace w stanie równowagi z roz¬ tworem, z którego powstaly.W podobny sposób pracuja wszystkie pólki ko¬ lumny, to znaczy odparnik. i deflegmator. Metoda ta pozwala osiagnac duza czystosc rektyfikatu przy znacznie mniejszej aparaturze.Kazda z wyzej wymienionych metod rektyfiko¬ wania kadmu stosowana oddzielnie posiada obok. duzych zalet równiez pewne wady a mianowicie: a) metoda strumieni równoleglych daje nizszy uzysk metalu niz metoda pelnej równowagi, b) metoda strumieni równoleglych daje nieco gorsza czystosc metalu, c) wymagana jest wieksza aparatura, d) w wypadku metody pelnej równowagi wszy¬ stkie pólki z kolumny posiadaja charaktery¬ styczne dla tej metody kolpaki z gardzielami i przelewami z czym wiaza sie powazne trud¬ nosci konstrukcyjne kolumny na skutek wy¬ sokiego cisnienia w niej panujacego, e) w wypadku stosowania w metodzie pelnej równowagi kotla odparnika, pracujacego pe¬ riodycznie, sama cyklicznosc procesu jest jego powazna wada, natomiast w wypadku stale¬ go odprowadzania czesci metalu z kotla efek¬ tywnosc procesu sie zmniejsza.Zgodnie z wynalazkiem laczy sie metode stru¬ mieni równoleglych i pelnej równowagi w jeden proces przy zastosowaniu jednego urzadzenia, któ¬ re jest równiez przedmiotem wynalazku. Zastoso¬ wanie w jednym procesie obu wyzej wymienionych metod eliminuje w powaznym stopniu ich wady i umozliwia w pelni wykorzystanie zalet obu me¬ tod.Stop Zn—Cd, poddawany rektyfikacji celem uzyskania z niego czystego kadmu, wprowadza sie w plynnym stanie do kolumny rektyfikacyjnej.W kolumnie panuje cisnienie wyzsze anizeli w me¬ todzie strumieni równoleglych natomiast nizsze niz w wypadku stosowania metody pelnej równowagi.Aby zapewnic hermetycznosc ukladu jak równiez 5 swobodne nadawanie stopu kadmowego wprowadza sie metal z urzadzenia nadawczego do odparnika kolumny pod cisnieniem, co umozliwia pokonanie oporów panujacych wewnatrz kolumny.Odparnik pracuje na zasadzie strumieni rów- 10 noleglych i sklada sie z pólek ulozonych jedna nad druga, przy czym otwory przelewowe w poszcze¬ gólnych pólkach przypadaja naprzemian raz po le¬ wej i raz po prawej stronie kolumny, tak, iz stop splywa ku dolowi linia zygzakowata. Odparnik 15 jest z zewnatrz ogrzewany, dzieki czemu metal podgrzewa sie do temperatury wrzenia, z tym ze ilosc doprowadzonego do odparnika ciepla nie wy¬ starcza do odparowania calej ilosci stopu wpro¬ wadzonego do odparnika kolumny, w wyniku cze- 20 go nieodparowana czesc metalu splywa do kotliny kolumny, zaopatrzonej w zamkniecie syfonowe.W metalu splywajacym do kotliny gromadza sie praktycznie biorac w calosci takze zanieczyszcze¬ nia jak Pb, Fe, Sn, ponadto wzrasta w metalu ko- 2B tlinowym koncentracja Zn a* spada koncentracja Od. __ Pary wytworzone w odparniku podazaja w przeciwpradzie do splywajacego metalu droga zyg¬ zakowata ku górze, a po opuszczeniu odparnika M przechodza do deflegmatora pracujacego na zasa¬ dzie pelnej równowagi to znaczy, ze przeciskaja sie one przez roztwór metalu znajdujacego sie na po¬ szczególnych pólkach deflegmatora. W wyniku róznicy temperatury przeciskajace sie przez roz- 56 twór pary kondensuja, a z wydzielonego ciepla kondensacji powstaja nowe pary bedace w stanie równowagi z roztworem, z którego powstaly.Skropliny, wytworzone w deflegmatorze zawraca¬ ne sa do czesci nadawczej odparnika przewodem wzglednie sa wyprowadzone one na zewnatrz.Jak wynika z podanego opisu wynalazek wyeli¬ minowal wzglednie ograniczyl wady obu metod i umozliwil wykorzystanie ich zalet; mianowicie dzieki zastosowaniu metody strumieni równoleg- 45 lych w odparniku kolumny a metody pelnej rów¬ nowagi w deflegmatorze tej samej kolumny przez co osiaga sie nastepujace korzysci: a) podwyzsza sie uzysk procesu, b) podwyzsza sie czystosc kadmu, : y*- B0 c) zmniejsza sie niezbedna aparture, d) zmniejsza sie cisnienie w kolumnie w po¬ równaniu do kolumny pracujacej w calosci metoda pelnej. równowagi, e) istnieje mozliwosc prowadzenia procesu ciag- 56 lego, tak jak w metodzie strumieni równo¬ leglych.Wedlug wynalazku przewiduje sie urzadzenie, w którym kolumna posiada odparnik oparty na metodzie strumieni równoleglych z zewnatrz pod- 60 grzewany, a na nim usytuowany deflegmator, wy¬ konany z pólek pracujacych na zasadzie pelnej równowagi, przy czym moze on byc podgrzewany lub niepodgrzewany oraz jego odmiane wedlug któ¬ rej odparnik i deflegmator maja wzgledem siebie es inne usytuowanie, przy czym podgrzewany odpar¬ loMM4 5 6 nik ustawiony jest poziomo, a wytworzone w nim pary kierowane sa do dolnej czesci pionowego de¬ flegmatora, opartego na metodzie pelnejj^ówno- wagi. Dzieki obydwu rozwiazaniom, praktycznie biorac, nie wzrasta cisnienie w kolumnie na skutek pracy odparnika, co upraszcza konstrukcje kolum¬ ny, natomiast przez zastosowanie deflegmatora opartego na metodzie pelnej równowagi osiaga sie duza skutecznosc procesu- rektyfikacji.Urzadzenie do realizacji opisanego sposobu rek¬ tyfikacji stopów kadmowych przedstawiono na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia urzadzenie z odparnikiem pionowym, zas fig. 2 przedstawia odmiane urzadzenia z zastosowaniem odparnika poziomego.Sklada sie ono z urzadzenia do nadawania plyn¬ nego stopu kadmowego poddawanego rektyfikacji, odparnika, deflegmatora i kondensatora.Figura 1 wedlug rysunku przedstawia typowy przyklad kolumny, opartej na równoczesnym za¬ stosowaniu metody strumieni równoleglych i meto¬ dy pelnej równowagi. Kolumna rektyfikacyjna sklada sie z odparnika 1 i deflegmatora 2. Odpar- nik 1 w ukladzie pionowym wykonany jest z pó¬ lek pracujacych na zasadzie strumieni równole¬ glych, to znaczy, ze metal splywa z pólki na pól¬ ke droga zygzakowata, zmieniajac w kazdej pólce kierunek o 180° w wyniku czego kontakt roztworu z parami, zdazajacymi w przeciwpradzie ku gó¬ rze, jest tylko powierzchniowy, tak, ze faza ciekla nie jest w stanie równowagi z parami. Odparnik 1 jest podgrzewany z zewnatrz.Nieodparowany metal splywa dolem do kotliny 3, zaopatrzonej w zamkniecie syfonowe, w którym cisnienie wywolane przez slup metalu, jest wyzsze od cisnienia panujacego w odparniku, wskutek cze¬ go, uniemozliwia wydobywanie sie par. Wytworzo¬ ne w odparniku pary zdazaja ku górze, gdzie do¬ staja sie do deflegmatora 2, pracujacego na zasa¬ dzie pelnej równowagi, w którym pary zdazaja z dolu ku górze zmuszone sa do przeciskania sie w kazdej pólce przez roztwór plynnego metalu w wyniku czego pary kondensuja sie a z ciepla kon¬ densacji wytwarzaja sie nowe pary, bedace w sta¬ nie równowagi z roztworem, z którego powstaly.Zatem w deflegmatorze 2 istnieja w poszczegól¬ nych pólkach warunki zblizone do stanu równowa¬ gi miedzy roztworem a parami. Z deflegmatora 2 pary uchodza do kondensatora 6, w którym sie skraplaja natomiast wytworzone w deflegmatorze skropliny splywaja wraz ze wsadem na powrót do odparnika 1.Ze wzgledu na nadcisnienie panujace w kolum¬ nie, plynny metal nadawany do kolumny musi je przezwyciezyc. W tym celu rura nadawcza 4, po¬ dajaca stop kadmu do kolumny, polaczona jest ze zbiornikiem nadawczym 5, w którym uzyskuje sie potrzebne cisnienie plynnego metalu przez odpo¬ wiednia wysokosc slupa medalu.Celem zapobiezenia wiciom cisnienia w ko- 5 lumnie laczy sie |fondensator yr metali 6 z tele¬ skopowym wycównywaczem cisnienia 7, napelnio¬ nym gazem obojetnym który sie odpyla w urza¬ dzeniu odpylajacym 8. Odmiana urzadzenia wedlug rysunku na fig. 2 ma odparnik w ukladzie pozio¬ mym, podgrzewany z zewnatrz, w którym metal przeplywa linia zygzakowata — pozioma — przy czym metal zmienia po kazdej przegrodzie 10 kie¬ runek o 180° a wytworzone w nim pary uchodza do deflegmatora 2, pracujacego na zasadzie pelnej równowagi, podobnie jak to juz uprzednio opisano.Nieodparowany metal odprowadzony zostaje z od¬ parnika 9 na zewnatrz przewodem 11 do kotliny 3.Skropliny, wytworzone w. deflegmatorze 2, zawra¬ cane sa do czesci nadawczej odparnika przewodem 12 wzglednie zostaja wyprowadzone na zewnatrz. PL