一种用于粗锌一体化精炼的方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种用于粗锌一体化精炼的方法和设备，包括蒸馏室、电加热件、冷凝装置，蒸馏室平卧设置，在蒸馏室前部设有进液管，在蒸馏室的后部设有负压引气管；蒸馏室由前向后按序设置高温蒸发区、铅液回馏区、锌液分馏区和锌镉合金液集馏区共四个功能区，并由隔板将相邻两个功能区的下部分开；在所述高温蒸发区、铅液回馏区、锌液分馏区底部下方均设有电加热件，且各区电加热件的加热功率从高温蒸发区到锌液分馏区逐步降低；铅液回馏区、锌液分馏区和锌镉合金液集馏区上方均设有冷凝装置。其优点在于，整个粗锌精炼的全流程只需一台设备，减少了设备投资成本和生产成本，节约了生产场地，降低了操作难度和维修难度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于粗锌一体化精炼的方法及设备
本专利技术涉及一种用于粗锌一体化精炼的方法及设备，属于化工工程领域。
技术介绍
根据2018年初步统计，中国铅锭产量430万吨，锌锭产量415万吨。在火法炼锌生产过程中，一个关键的工艺过程是粗锌的精炼。粗锌中含有的锌、镉和铅，粗锌的精炼就是要从锌、镉和铅混合液中将锌单独分离出来，得到合格的锌液产品，同时得到含锌的底锌合金液和锌镉合金液。粗锌的精炼，分为湿法精炼和火法精炼两种。湿法精炼，主要是电解法精炼，即利用粗锌合金中不同金属的电位差，让电位较低的锌金属在阳极失去电子，形成离子进入溶液，并在阴极得到电子，形成阴极锌片，而电位较高的铅、镉残留在阳极中，形成阳极泥；阴极锌片熔化浇铸冷却后即为锌锭产品；阳极泥用于提取铅金属和镉金属。粗锌湿法精炼存在着很明显的缺点：一是电解过程消耗的电能昂贵，电能消耗量较大，电解成本高；二是由于电流密度的限制，电解过程的设备效率低，设备投资大；三是电解得到的阴极锌，需要再次熔化，才能浇铸为产品，进而增加了能源成本；四是电解阳极泥中锌含量较高，还需要进一步处理，回收其中的锌金属；五是电解过程需要配入硫酸铵，部分硫酸铵会在电解过程中分解，增加试剂消耗成本。由于湿法精炼有着太多的缺点，因此，湿法精炼的生产应用已经越来越少，只剩下少数生产较高纯度锌锭和特殊用途锌锭的厂家使用。粗锌的火法精炼，主要是蒸馏法精炼，即利用粗锌液体中不同金属的沸点差，让沸点低的金属形成蒸汽，挥发到气相中；火法精炼常规的设备为蒸馏塔，根据蒸馏功能的不同，通常又分铅塔和镉塔；在铅塔蒸馏过程中，粗锌液体中的绝大部分锌和镉两种金属以蒸汽形式挥发到气相中，气相冷凝后得到锌镉粗合金液体，铅不挥发，与少量没有挥发的锌金属一起，形成底锌（即锌铅合金，也俗称硬锌），从而使铅从锌、镉和铅混合液中分离出来；在镉塔蒸馏过程中，从铅塔出来的锌镉粗合金液体中的镉金属以蒸汽形式挥发到气相中，并混杂有少量挥发的锌，冷凝后得到高镉锌，用于提取镉金属，锌绝大部分不挥发，在镉塔底部得到锌产品液体，浇铸冷却后即为锌锭产品；火法精炼是目前常用的方法。上述火法精炼过程，分别从铅塔和镉塔两套设备中分离铅和镉，在镉塔底部得到合格的锌金属液体，同时分别在铅塔和镉塔中得到能够含铅底锌和高镉锌。上述火法精炼的原理，简单的说就是利用镉、锌、铅的沸点依次增高而采用相应的升温·冷凝措施来实现的。但是，上述粗锌火法精炼一个主要的缺点，就是需要经过铅塔和镉塔两个过程蒸馏才能产出合格的锌液，从而导致：1、能源消耗增大；2、设备投资增大；3、占用场地空间增大；4、人工操控难度增大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题主要是：针对上述问题，本专利技术提出的技术方案是：一种用于粗锌一体化精炼的方法，设置一个封闭的用于蒸发和冷凝的蒸馏空间，将该蒸馏空间由前向后按序分成多个功能区，使各个功能区下部均能够独立容纳金属液，并使该空间上部能够由前向后流通汽体，同时，在各个功能区设置蒸发装置和/或冷凝装置；将粗锌放置在蒸馏空间前部的第一个功能区，根据粗锌中所含铅、锌、镉的不同沸点，利用设置在各个功能区内的蒸发装置和/或冷凝装置对粗锌进行蒸发和/或冷凝，使得粗锌能按序通过各功能区，最终在各功能区通过蒸发和/或冷凝得到含铅底液、锌液和锌镉合金液。进一步，所述将蒸馏空间由前向后按序分成多个功能区，是将蒸馏空间由前向后按序分成高温蒸发区、铅液回馏区、锌液分馏区和锌镉合金液集馏区。进一步，所述在各个功能区设置蒸发装置和/或冷凝装置，是在高温蒸发区、铅液回馏区和锌液分馏区底部分别高温蒸发装置、中温蒸发装置和低温蒸发装置，在铅液回馏区、锌液分馏区和锌镉合金液集馏区上方分别设置高温冷凝装置、中温冷凝装置和低温冷凝装置。所述的用于粗锌一体化精炼的方法，其具有以下步骤：1）、高温蒸发：在高温蒸发区，用高于锌金属沸点但低于铅金属沸点的温度将粗锌中的绝大部分锌、全部镉和小部分铅进行蒸发，并使蒸发的金属汽体流入相邻的铅液回馏区；2）、高温冷凝和中温蒸发得到铅液：在铅液回馏区，将步骤1流入的锌、镉和铅的金属蒸汽通过温度低于铅的沸点而略高于锌的沸点的冷凝装置使全部的铅金属蒸汽和小部分锌金属蒸汽冷凝从而得到铅锌合液，再通过低于高温蒸发区的蒸发温度由蒸发装置将铅锌合液中的绝大部分锌金属再蒸发，从而获得含铅底锌；而通过蒸发产生的锌金属蒸汽则汇入上方的锌镉金属蒸汽中一起流入锌液分馏区；3）、中温冷凝和低温蒸发得到锌液：在锌液分馏区，将步骤2流入的锌镉金属蒸汽通过温度低于锌的沸点而高于镉的沸点的冷凝装置使绝大部分的锌金属蒸汽和部分镉金属蒸汽冷凝从而得到锌镉合液，再通过低于铅液回馏区的蒸发温度由蒸发装置将锌镉合液中的全部镉和部分锌蒸发，从而获得锌液；而通过蒸发产生的锌镉金属蒸汽则汇入上方的镉金属蒸汽中一起流入锌镉合金液集馏区；4）、低温冷凝得到锌镉合金液：在锌镉合金液集馏区，将步骤3流入的锌镉金属蒸汽通过温度低于镉的沸点的冷凝装置使锌镉金属蒸汽冷凝，从而获得锌镉合金液。一种用于粗锌一体化精炼的设备，包括蒸馏室、电加热件、冷凝装置：所述蒸馏室平卧设置，在蒸馏室的后部设有负压引气管；所述蒸馏室由前向后按序设置高温蒸发区、铅液回馏区、锌液分馏区和锌镉合金液集馏区共四个功能区，并由隔板将相邻两个功能区的下部分开；在所述高温蒸发区、铅液回馏区、锌液分馏区底部下方均设有电加热件，且各区电加热件的加热功率从高温蒸发区到锌液分馏区逐步降低；所述铅液回馏区、锌液分馏区和锌镉合金液集馏区上方均设有冷凝装置。进一步地，所述蒸馏室的空间呈长方体形。进一步地，所述电加热件为一种电加热管；高温蒸发区、铅液回馏区、锌液分馏区的底部为传热底板；所述电加热管设置在传热底板下方且在电加热管下方设置有耐火砖；所述电热管设置数量按序从高温蒸发区、铅液回馏区、锌液分馏区逐步减少。进一步地，所述冷凝装置包括冷水夹套，所述冷水夹套作为一个整块设置在铅液回馏区、锌液分馏区和锌镉合金液集馏区顶部，所述冷水夹套的底部为传热板；进一步地，所述冷凝装置还包括多个矩形的有孔冷凝板和一块矩形的无孔冷凝板，多个有孔冷凝板的上边面在冷水夹套的传热板下面由前向后按设定间距与冷水夹套的传热板横向固接，使多个有孔冷凝板悬吊在铅液回馏区、锌液分馏区和锌镉合金液集馏区上方冷水夹套的传热板上；所述的一块无孔冷凝板与有孔冷凝板相平行的固接在冷水夹套传热板下面的最后端。进一步地，位于铅液回馏区和锌液分馏区上方的所有有孔冷凝板均具有若干孔径相等的过气孔，其孔径为10mm—20mm；位于锌镉合金液集馏区上方的所有有孔冷凝板均具有若干过气孔，且由前向后各有孔冷凝板的过气孔的孔径由20mm逐步缩小到2mm。本专利技术的优点是：整个粗锌精炼的全流程只需一台设备，减少了设备投资成本和生产成本，降低了操作难度和设备维护难度。附图说明图1为一种用于粗锌一体化精炼的设备内部结构示意图；图2为图1的局部放大示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于粗锌一体化精炼的方法，其特征在于：设置一个封闭的用于蒸发和冷凝的蒸馏空间，将该蒸馏空间由前向后按序分成多个功能区，使各个功能区下部均能够独立容纳金属液，并使该空间上部能够由前向后流通汽体，同时，在各个功能区设置蒸发装置和/或冷凝装置；将粗锌放置在蒸馏空间前部的第一个功能区，根据粗锌中所含铅、锌、镉的不同沸点，利用设置在各个功能区内的蒸发装置和/或冷凝装置对粗锌进行蒸发和/或冷凝，使得粗锌能按序通过各功能区，最终在各功能区通过蒸发和/或冷凝得到含铅底液、锌液和锌镉合金液。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于粗锌一体化精炼的方法，其特征在于：设置一个封闭的用于蒸发和冷凝的蒸馏空间，将该蒸馏空间由前向后按序分成多个功能区，使各个功能区下部均能够独立容纳金属液，并使该空间上部能够由前向后流通汽体，同时，在各个功能区设置蒸发装置和/或冷凝装置；将粗锌放置在蒸馏空间前部的第一个功能区，根据粗锌中所含铅、锌、镉的不同沸点，利用设置在各个功能区内的蒸发装置和/或冷凝装置对粗锌进行蒸发和/或冷凝，使得粗锌能按序通过各功能区，最终在各功能区通过蒸发和/或冷凝得到含铅底液、锌液和锌镉合金液。


2.根据权利要求1所述的用于粗锌一体化精炼的方法，其特征在于：所述将蒸馏空间由前向后按序分成多个功能区，是将蒸馏空间由前向后按序分成高温蒸发区（2）、铅液回馏区（3）、锌液分馏区（4）和锌镉合金液集馏区（5）。


3.根据权利要求2所述的用于粗锌一体化精炼的方法，其特征在于：所述在各个功能区设置蒸发装置和/或冷凝装置，是在高温蒸发区（2）、铅液回馏区（3）和锌液分馏区（4）底部分别高温蒸发装置、中温蒸发装置和低温蒸发装置，在铅液回馏区（3）、锌液分馏区（4）和锌镉合金液集馏区（5）上方分别设置高温冷凝装置、中温冷凝装置和低温冷凝装置。


4.根据权利要求3所述的用于粗锌一体化精炼的方法，其特征在于具有以下步骤：
1）、高温蒸发：在高温蒸发区（2），用高于锌金属沸点但低于铅金属沸点的温度将粗锌中的绝大部分锌、全部镉和小部分铅进行蒸发，并使蒸发的金属汽体流入相邻的铅液回馏区（3）；
2）、高温冷凝和中温蒸发得到含铅底锌：在铅液回馏区（3），将步骤1流入的锌、镉和铅的金属蒸汽通过温度低于铅的沸点而高于锌的沸点的冷凝装置使全部的铅金属蒸汽和部分锌金属蒸汽冷凝从而得到铅锌合金液，再通过低于高温蒸发区（2）的蒸发温度由蒸发装置将铅锌合液中的大部分锌再蒸发，从而获得含铅底锌；而通过蒸发产生的锌金属蒸汽则汇入上方的锌镉金属蒸汽中一起流入锌液分馏区（4）；
3）、中温冷凝和低温蒸发得到锌液：在锌液分馏区（4），将步骤2流入的锌镉金属蒸汽通过温度低于锌的沸点而高于镉的沸点的冷凝装置使绝大部分的锌金属蒸汽和小部分镉金属蒸汽冷凝从而得到锌镉合液，再通过低于铅液回馏区（3）的蒸发温度由蒸发装置将锌镉合液中的全部镉和小部分锌再蒸发，从而获得锌液；而通过蒸发产生的锌镉金属蒸汽则汇入上方的锌镉金属蒸汽中一起流入锌镉合金液集馏区（5）；
4）、低温冷凝得到锌镉合金液：在锌镉合金液集馏区（5），将步骤3流入的锌镉金属蒸汽通过温度低于镉的沸点的冷凝装置使锌镉金属蒸汽冷凝，从而获得锌镉合金液...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶政修，李剑胜，赵华，周雪姣，曾超，
申请(专利权)人：株洲三特环保节能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43