連續(xù)生產(chǎn)精鎘真空蒸餾爐

姚孝寒，趙志強(qiáng)，周康潔，周啟麟

（長(zhǎng)沙科力威蒸餾技術(shù)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

鎘在自然界中無(wú)單獨(dú)的礦床，也無(wú)單質(zhì)態(tài)的鎘，鎘主要以硫鎘礦(CdS)的形態(tài)與鋅礦、鉛鋅礦和銅鉛鋅礦共生，所以鎘是鉛鋅礦冶煉時(shí)的副產(chǎn)品。鎘的世界儲(chǔ)量估計(jì)為900萬(wàn)噸。目前，國(guó)內(nèi)95%的鎘是從鋅的生產(chǎn)過(guò)程中回收的，鋅精礦中的鎘在燒結(jié)焙燒的過(guò)程中，優(yōu)先揮發(fā)富集在煙塵中，火法煉鋅時(shí)鎘富集于藍(lán)粉和高鎘鋅中，濕法煉鋅時(shí)富集于銅鎘渣中。煙塵和銅鎘渣經(jīng)過(guò)浸出、置換得到海綿鎘。海綿鎘經(jīng)壓團(tuán)制成Φ220×80～150的鎘餅，以便在后續(xù)的生產(chǎn)中便于操作。

1 關(guān)鍵設(shè)備及配套設(shè)施

（1）還原爐。還原爐是一臺(tái)低溫熔鹽還原熔煉爐，是生產(chǎn)粗鎘的重點(diǎn)配置設(shè)備，是長(zhǎng)沙科力威公司自行設(shè)計(jì)開發(fā)的第二代還原爐[1]。爐頂設(shè)有雙層攪拌器，材質(zhì)為310S不銹鋼，轉(zhuǎn)速變頻可調(diào)。操作平臺(tái)面設(shè)置傾斜短皮帶輸送上料機(jī)，上料速度變頻可控。粗鎘液排放分為兩路控制：一路采用PLC控制電液推桿，粗鎘液排放至熔化爐；另一路由錐形閥人工控制，直接鑄成粗鎘錠。堿渣排放也采用PLC控制下電液推桿，堿渣流量可控，排放至結(jié)片機(jī)上冷卻。電熱元件選擇硅碳棒，功率可控，使用壽命不小于12個(gè)月。爐膽材質(zhì)選用高耐熱材質(zhì)310S不銹鋼。氧化鎘在還原過(guò)程中產(chǎn)生大量的二氧化碳和水蒸氣，反應(yīng)速度非常快，所以在還原爐爐膽上部開了溢流槽。

（2）真空蒸餾爐。真空蒸餾爐為鎘項(xiàng)目的核心設(shè)備，主要功能是將粗鎘通過(guò)真空蒸餾工藝從純度97%提高至99.995%以上。真空蒸餾爐爐座選用Q235材質(zhì)，爐膽選用Q345R，外殼選用304不銹鋼。電熱元件選用硅碳棒加熱，更換方便，使用壽命不小于12個(gè)月。真空蒸餾爐稱重系統(tǒng)配有三個(gè)重量傳感器，在人機(jī)界面上可直觀地確認(rèn)爐內(nèi)物料量和工作情況。真空爐工作溫度恒定在600℃，自主吸料，自主出料，裝機(jī)容量小于200kw，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)需人員參與管控。進(jìn)料管、出料管、真空管選用電輔熱加熱，由PLC控制在恒溫。

圖1 還原爐圖二真空蒸餾爐

（3）輔助設(shè)備。真空泵，冷卻塔，切片機(jī)，自動(dòng)壓鑄機(jī)、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)等。

（4）總裝圖

圖2 鎘的連續(xù)真空蒸餾示意圖

2 工藝控制

（1）入爐物料。海綿鎘在空氣中極易被氧化成氧化鎘，需要將氧化鎘還原為金屬鎘，還原過(guò)程在還原爐中完成。入爐海綿鎘的化學(xué)成分見表1。

表1 海綿鎘的化學(xué)成分表

（2）還原爐。首先通過(guò)皮帶機(jī)投入一定量的氫氧化鈉到還原爐中，升溫，待氫氧化鈉熔融之后，投入一定比例的鎘餅，熔化之后機(jī)械攪拌，同時(shí)加入一定比例的煤粉，還原過(guò)程中用熔融的氫氧化鈉覆蓋在表面，氫氧化鈉的作用是用于絕氧、傳熱和造渣。還原溫度控制在550～600℃，還原時(shí)間約2～3小時(shí)。這一過(guò)程中氧化鋅也參與了碳的熱還原，Zn則以鋅酸鈉方式留在堿渣中。堿渣和粗鎘通過(guò)不同的排放口進(jìn)行先后排放。海綿鎘經(jīng)過(guò)低溫熔鹽還原熔煉，經(jīng)過(guò)化學(xué)檢測(cè)，得到表二所示的粗鎘：

表2 粗鎘化學(xué)成分表

還原后的堿渣排放至切片機(jī)上切成碎片，化驗(yàn)堿渣中含鎘量小于1%，含鋅20%左右。堿渣重新投入鼓風(fēng)爐中進(jìn)行冶煉。

（3）熔化爐。在生產(chǎn)過(guò)程中，還原爐中的粗鎘液通過(guò)過(guò)料管排放到熔化爐，熔化爐溫度控制在400℃左右，表面用氫氧化鈉覆蓋，粗鎘錠也可直接投入熔化爐進(jìn)行熔化。

（4）真空蒸餾爐。在真空作用下，粗鎘自動(dòng)吸入真空蒸餾爐。真空蒸餾爐坩堝溫度控制在580～600℃，真空度控制在≤20Pa條件下鎘大量汽化，此時(shí)鎘的蒸汽壓有10000Pa，鎘蒸汽在分餾柱通道中不斷上升，部分鎘蒸汽冷凝回流，鉛銅鍺鉈少量雜質(zhì)蒸汽被冷凝回流下來(lái)，純凈的鎘蒸汽在爐頂溫度450℃條件下冷凝下來(lái)，得到精鎘液。

（5）保溫爐。在生產(chǎn)過(guò)程中，保溫爐儲(chǔ)存從真空蒸餾爐冷凝下來(lái)的精鎘液，在真空作用下，保溫爐與自動(dòng)壓鑄機(jī)的2個(gè)坩堝液面保持在同一水平面。

（6）自動(dòng)鑄錠系統(tǒng)。精鎘的鑄錠選擇伊之密的自動(dòng)壓鑄機(jī)自動(dòng)鑄錠，鑄成7kg小錠，精鎘錠經(jīng)取件機(jī)械手取出并放至鏈板機(jī)上輸送冷卻，再由機(jī)器人自動(dòng)切邊、打碼、碼垛裝箱。

3 試產(chǎn)結(jié)果

對(duì)精鎘錠進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表3。

此系統(tǒng)24小時(shí)連續(xù)作業(yè)，產(chǎn)能4～5噸，每月按22天計(jì)，月產(chǎn)量達(dá)到100～120噸。

表3 精鎘化學(xué)成分表（%）

能耗控制在2000Kwh/t。堿耗控制在200Kg/t。

4 結(jié)論

此套系統(tǒng)在半年時(shí)間內(nèi)完成安裝、調(diào)試、整改和試生產(chǎn)，現(xiàn)已在云南馳宏資源綜合利用有限公司正常運(yùn)轉(zhuǎn)，現(xiàn)已正式投入生產(chǎn)。產(chǎn)品質(zhì)量符合《鎘錠》（YS/T 72-2014），牌號(hào)Cd99.995要求，合格率到達(dá)100%。產(chǎn)能滿足客戶要求。

該系統(tǒng)為全自動(dòng)連續(xù)真空蒸餾爐，在中控室能實(shí)現(xiàn)對(duì)整條生產(chǎn)線的控制，與國(guó)內(nèi)半連續(xù)作業(yè)的真空鎘蒸餾爐相比較，節(jié)省人力資源，環(huán)境友好，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備先進(jìn)，處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，已經(jīng)在國(guó)外建立生產(chǎn)線，推廣前景廣闊。