真空蒸餾爐于精鉍生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

張偉杰，王瑞強

(山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺 264109)

某冶煉企業(yè)在處理鉛陽極泥生產(chǎn)金銀的過程中，采用火法熔煉產(chǎn)出貴鉛的同時也產(chǎn)出鉍渣、碲渣等。鉍渣、碲渣通過精煉回收鉍、碲等元素。其中鉍元素的回收先通過轉(zhuǎn)爐加焦炭等對鉍渣進行還原熔煉，產(chǎn)出粗鉍合金，再通過精煉產(chǎn)出合格的鉍錠。原粗鉍精煉工藝中采用精煉鍋將粗鉍熔析除銅、加堿除碲，氯化除鉛、加鋅除銀，加堿精煉的工藝生產(chǎn)精鉍。其中加鋅除銀工序存在鋅錠消耗大、成本高、效率低，勞動強度大以及產(chǎn)生的大量銀鋅殼渣需進行反復(fù)處理等問題。后來經(jīng)技術(shù)改造精鉍的生產(chǎn)中采用真空蒸餾爐進行金、銀、銅與鉛、鉍的分離，取代加鋅除銀工序，可實現(xiàn)連續(xù)處理粗鉍合金，提高了生產(chǎn)效率，減小了勞動強度，使精鉍的產(chǎn)量得以大量的提升。

1 粗鉍精煉工藝

1.1 原精鉍生產(chǎn)工藝

原粗鉍精煉工藝流程為：鉍渣經(jīng)轉(zhuǎn)爐加焦炭及純堿還原除渣后產(chǎn)出粗鉍，粗鉍經(jīng)過熔析除銅、加片堿除砷、銻、碲，通氯氣除鉛、加鋅除銀，最后再加堿精煉產(chǎn)出精鉍，雜質(zhì)元素含量合格后鑄成鉍錠。工藝流程如圖1所示。

圖1 原精煉生產(chǎn)流程

1.2 現(xiàn)精鉍生產(chǎn)工藝

現(xiàn)有精鉍生產(chǎn)工藝流程為：鉍渣經(jīng)轉(zhuǎn)爐加焦炭及純堿還原除渣后產(chǎn)出粗鉍，粗鉍經(jīng)鉍鍋加熱融化后降溫熔析除銅，通入壓縮空氣氧化除砷、銻、碲，再加堿進一步除砷、碲，然后通入氯氣進行氯化除鉛，除鉛完成后合金進入真空蒸餾爐進行真空蒸餾除銀，產(chǎn)出的精鉍合金最后再進行精煉進一步除鉛、碲等，使其雜質(zhì)元素含量合格后鑄錠，產(chǎn)出符合國家標(biāo)準的1#鉍錠。生產(chǎn)流程如圖2。

圖2 現(xiàn)精鉍生產(chǎn)流程

2 真空蒸餾爐

2.1 理論依據(jù)

現(xiàn)有工藝與原有工藝的最大區(qū)別在于除銀的方法，現(xiàn)有工藝中通過真空蒸餾除銀主要是根據(jù)粗鉍中不同元素熔沸點不同（表1），采用一級蒸餾、多級回流的方法實現(xiàn)金、銀、銅與鉛、鉍的分離。其中金、銀、銅沸點較高，鉛、鉍沸點較低，通過蒸餾，將鉛、鉍蒸發(fā)凝結(jié)，達到與金、銀、銅分離的目的。因沸點與氣壓成正比，氣壓越低，沸點越低。真空蒸餾爐中的氣壓遠低于大氣壓力，在氣壓降低的同時，降低了各元素的沸點，有利于各元素的分離及降低能耗。

表1 粗鉍主要元素熔沸點

2.2 真空蒸餾爐的構(gòu)成

真空蒸餾爐主要分為化料系統(tǒng)、進料系統(tǒng)、主體蒸餾系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、真空泵、冷卻水系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)。主要構(gòu)成如圖3所示。其中化料系統(tǒng)主要為保溫鍋，用來將鉍鍋出的真空爐原料融化以及將熔融狀態(tài)的合金熔液保溫。進料系統(tǒng)主要包括兩個壓桶及一個進料鍋，用來保證緩慢勻速的向爐內(nèi)進料。主體蒸餾系統(tǒng)主要包括外部爐罩和內(nèi)部的發(fā)熱體、蒸發(fā)盤、冷凝罩、匯流盤以及各種導(dǎo)流的石墨件等。出料系統(tǒng)包括毛銀倉、高銀與低銀管及高銀與低銀鍋等。真空泵負責(zé)抽取真空，保證爐內(nèi)的真空環(huán)境。冷卻水系統(tǒng)是對爐殼水套及水冷電極供水降溫。

圖3 真空蒸餾爐構(gòu)造圖

2.3 真空蒸餾爐的工作流程

鉍鍋產(chǎn)出的原料合金經(jīng)化料鍋熔化后從放料閥分別流入進料系統(tǒng)的兩個壓桶內(nèi)，經(jīng)兩個壓桶輪流下壓后，熔融狀態(tài)的合金保持緩慢勻速流入進料鍋中。因為真空爐內(nèi)外壓力差，熔融狀態(tài)的合金熔液通進料管從進料鍋抽入到真空蒸餾爐主爐頂部，然后流入蒸發(fā)盤中，蒸發(fā)盤上存在溢流孔，當(dāng)合金溶液流滿一個蒸發(fā)盤后，多余的合金熔液會通過溢流孔流入下一個蒸發(fā)盤中，通過安裝時將溢流孔錯位安裝，合金熔液一級一級的在蒸發(fā)盤流動的過程中，中間的發(fā)熱體加熱升溫，物料中的鉛、鉍、碲等在900℃～950℃和真空度30 Pa條件下大量氣化，通過多層冷凝罩凝結(jié)，在冷凝罩內(nèi)凝結(jié)獲得金銀質(zhì)量分數(shù)達標(biāo)的精鉍合金，然后順著冷凝罩向下流入下方的匯流盤中，然后穿過匯流盤的出料孔經(jīng)由出料管流出。金、銀、銅等因達不到沸點，從而通過蒸發(fā)盤上的溢流孔一級一級向下流出，最后落入毛銀倉，形成富集金銀的毛銀合金。此流程中，除了需要周期性的停爐清理毛銀倉外，基本實現(xiàn)了精鉍的連續(xù)生產(chǎn)。清理毛銀倉的周期大概在每三天停車三小時。

圖4 真空蒸餾爐主爐構(gòu)造圖

2.4 原料與出料成分分析

在鉍精煉過程中，到氯化除鉛這一步產(chǎn)出的真空爐原料合金中，除主元素鉍以外，還含有金、銀、銅、碲、銻等雜質(zhì)元素。我們生產(chǎn)的鉍錠為1#鉍錠，其中銀元素要求≤0.004%，銅元素要求≤0.001%，表2為鉍錠Bi9999國家標(biāo)準的各種雜質(zhì)元素要求。

表2 鉍錠標(biāo)準

表3為除鉛完畢后粗鉍中主要元素的分析結(jié)果，可以看出金、銀、銅等遠遠超出國家標(biāo)準。

表3 真空爐原料主要元素分析結(jié)果

真空爐原料合金經(jīng)過真空蒸餾爐的蒸餾分離，產(chǎn)出精鉍合金與毛銀。表4為真空蒸餾爐產(chǎn)出的精鉍合金中主要元素的分析結(jié)果，可以看出金、銀、銅等均已達到鉍錠Bi9999國家標(biāo)準，可以進行下一步精煉。

表4 精鉍合金主要元素分析結(jié)果

表5為真空蒸餾爐產(chǎn)出的毛銀的主要元素分析結(jié)果，通過這三個表中元素含量的對比可以看出，合金中的金、銀等貴重元素得到有效分離并且富集到毛銀中，毛銀可以轉(zhuǎn)入相應(yīng)工藝中進行回收金、銀。

表5 毛銀主要元素分析結(jié)果

3 真空蒸餾爐的使用

3.1 常見的問題

（1）真空蒸餾爐內(nèi)真空度不足。真空蒸餾爐的使用需爐內(nèi)真空度達到30Pa以下，如果真空度達不到此數(shù)值，說明真空泵出問題或者設(shè)備有漏點。常見的漏點一是各密封圈安裝時未裝好；二是進料管焊口因敲打產(chǎn)生裂紋；三是進料管及出料管浸入液面深度不足，抽真空時合金熔液被抽入管中，導(dǎo)致管口露出液面。

（2）單相電流或者電壓出現(xiàn)跳動。正常工作時，三相電壓和電流應(yīng)趨于一致。當(dāng)某一相電壓或者電流出現(xiàn)跳動時，可能是電極大螺栓松動、發(fā)熱體斷裂或者爐內(nèi)漏料使電極短路。

（3）主體爐內(nèi)石墨件的損耗。爐內(nèi)蒸發(fā)盤、匯流盤、冷凝罩、發(fā)熱體等均為石墨件。高溫環(huán)境中與空氣接觸易氧化侵蝕，以及安裝過程中容易發(fā)生碰撞斷裂。

（4）粗鉍熔化后析出的渣會對放料閥和進料管堵塞，以及可能卡住壓桶，造成壓桶絲杠損壞。

3.2 日常使用中的注意事項

（1）設(shè)備正確使用以及維護保養(yǎng)，特別是核心設(shè)備系統(tǒng)的日常維護。如真空泵、磁性調(diào)壓器、主控制柜、電爐以及進料絲杠等。保證設(shè)備能夠正常運行。

（2）正確的拆裝爐體。拆爐時輕拿輕放，避免各石墨件損傷，同時清理爐內(nèi)積壓物料，檢查漏點及各石墨件的完整性。安裝時注意各部件的水平放置，有無破損，蒸發(fā)盤的中心孔與發(fā)熱體的間隙要均勻。安裝時各部件不要互相碰撞以免造成石墨件損壞。

（3）開爐前確保各冷卻水管路暢通，各個鍋、管加熱開關(guān)全部打開，進、出料鍋內(nèi)金屬全部融化，進、出料鍋內(nèi)液面高于管口90mm～100mm。開啟真空泵后，真空度小于30Pa。然后主爐進行升溫并按照要求進行烘爐，以便提高石墨發(fā)熱體的使用壽命。升溫過程中注意分水器的各個管路中水溫有無過熱問題，以及爐內(nèi)真空度有無變化。

（4）進料時調(diào)整后壓桶頻率，保證勻速進料，調(diào)整好電流電壓。投料過快或過慢都會導(dǎo)致設(shè)備出問題。投料過快會導(dǎo)致蒸發(fā)不及時，合金熔液滿溢，當(dāng)基座流滿后會導(dǎo)致電極間短路。投料過慢會使合金中的鉛鉍蒸發(fā)過快，剩余的合金因熔點上升導(dǎo)致凝固，堵塞設(shè)備。設(shè)備運行過程注意觀察電壓電流比例是否趨于一致，若出現(xiàn)跳動應(yīng)及時停爐進行拆爐檢查。觀察進料及出料系統(tǒng)是否正常，及時對化料鍋及進料鍋內(nèi)積渣進行清理，防止造成堵塞。觀察各冷卻水管水溫水壓是否正常。觀察真空度是否保持在正常范圍內(nèi)。

（5）停爐時將壓桶鍋內(nèi)物料壓干凈后，將壓桶提起。依次將各系統(tǒng)電源關(guān)閉。停爐12小時后，關(guān)閉真空泵，泄盡爐內(nèi)真空。然后對主爐進行拆卸清理。一定要避免提前拆爐，防止因爐溫過高，使石墨件與空氣中的氧氣接觸后造成氧化，損壞石墨件。

4 結(jié)語

目前真空蒸餾爐對粗鉍合金的處理量大約為12t/d。通過真空蒸餾爐，可以有效的對粗鉍中的貴金屬進行分離，實現(xiàn)了對貴金屬的回收。極大的簡化了生產(chǎn)流程，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，并有效的回收了貴金屬。相對于舊工藝的加鋅除銀，無論從人工成本、輔料消耗、能源消耗以及貴金屬直收率上來說，新工藝真空蒸餾都產(chǎn)生了質(zhì)的飛越。同時真空蒸餾爐還具備污染小，勞動強度小等等優(yōu)點，大大優(yōu)化了生產(chǎn)工藝。