CN1676638A - 金属锑的提纯方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属锑的提纯方法及其装置。是将工业锑装满氯化塔；在氯化塔的中部通入氯气，在氯化塔的下段1/3部分加热使五氯化锑分解；氯气与塔内过量的金属块反应生成三氯化锑。贮液罐中的三氯化锑自流入再沸器中，并使其蒸发进入精馏1；通过回流控制阀门调节三氯化锑流出量与回流量，所得的三氯化锑送入精馏2的再沸器中；精馏塔头的下出液口用管道与贮液罐进料口连接，贮液罐设2个出料口，用管道分别和还原罐的计量罐、下级精馏***的再沸器连接；塔头的上出液口用管道与残液罐连接；依次将多级精馏塔用管道连接，实现连续精馏。精馏所得的三氯化锑分别连续送入还原罐中，连续通入过量的氢气，使其还原，可分别得到品位为99.999％、99.9999％和99.99999％以上的金属锑。

Description

金属锑的提纯方法及装置

                          技术领域

本方法涉及湿法冶金的方法，更具体地说，是一种关于金属锑的提纯方法以及实现该方法的装置。本发明的方法和装置特别适于规模化工业生产。

                          背景技术

在金属锑的提纯过程中，由于对生产设备的材质要求十分苛刻，工艺条件复杂，迄今为止任何一种湿法提纯金属锑的方法均为间断式生产，要形成工业化生产难度较大。因此，现有技术一直是通过氯化→脱氯→精馏→还原等工序小批量生产。在精馏过程中加盐酸先除去低沸点杂质，再将三氯化锑通过精馏提出，高沸点杂质留在精馏釜中，每精馏一釜精洗一次，达到提纯三氯化锑的目的。经精馏的三氯化锑送入还原罐，并通入氢气还原成纯度为99.999％～99.9999％的金属锑。

现有技术由于工艺方法和设备的限制有如下缺点：①生产不能连续化，只能间断生产，精馏产品回收率低，劳动强度大；②除去低沸点杂质与三氯化锑的提纯时间、温度难以掌握，无法形成标准化工业生产。由于生产过程凭经验操作，人为因素多，稳定性差，产品指标难以控制。③精馏过程中，常常因金属杂质氯化物造成跳釜现象，导致设备损坏。尤其是扩大生产量时更为明显。因此，很难实现工业化、规模化、连续生产。

                          发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种金属锑的提纯方法。该方法能实现生产过程连续化，克服人为因素，进而采用计算机控制整个生产工艺，操作安全，产品质量稳定，有效节约能源，降低原材料消耗。

本发明提供了一种金属锑的提纯方法，该方法采用下述顺序的步骤：

(1)将工业锑碎至φ20～30φ不规则块状，装满氯化塔；在氯化塔的中部通入氯气，控制量以局部不产生火花为原则；氯化过程中有部分五氯化锑生成： ；在氯化塔的下段1/3部分加热至100℃～150℃，使五氯化锑分解： ；氯气与塔内过量的金属块反应生成三氯化锑： ；得到的三氯化锑送入贮液罐中。

(2)贮液罐中的三氯化锑自流入再沸器中，在200℃～250℃下使其蒸发进入精馏1；精馏柱温度控制为180℃～230℃，塔头温度分为两段控制即：下段温度为170℃～210℃上段，温度为120℃～180℃。

(3)通过回流控制阀门调节三氯化锑流出量与回流量之比为2∶1～6∶1，所得的三氯化锑送入精馏2的再沸器中。

(4)精馏2的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同，得到品位为99.999％以上的三氯化锑，并将其送至精馏3继续精馏。

(5)精馏3的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同，得到品位为99.9999％以上的三氯化锑，并将其送至精馏4继续精馏。

(6)精馏4的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同，得到品位为99.99999％以上的三氯化锑，送入贮液罐。

(7)将步骤(3)、(4)、(5)、(6)所述的三氯化锑分别连续送入还原罐中，在控制温度为550℃～900℃，常压条件下，连续通入过量的氢气，使其还原，可分别得到品位为99.999％、99.9999％和99.99999％以上的金属锑，即为所需的金属锑产品。

本发明的工艺特点：①精馏柱与精馏釜分开，改用再沸器；②间断生产改为连续生产，并利用调节回流阀提高产品质量；③生产全过程采用计算机工业控制；④塔头温度分上、下二段控制；⑤在同一条生产线，根据市场要求，连续生产99.999％至99.99999以上不同纯度的金属锑。

用于实现本发明的方法的装置包括：一个氯化塔，一个贮液瓶，五个精馏塔，一个还原罐，一个残液罐，一个贮液罐。氯气管道分左右两个方向与氯化塔中部进气口连接；氯化塔的氯化物流出口，用管道与贮液瓶上方的进料口连接；贮液瓶底部出料口，用管道与精馏1的再沸器顶部的进料口连接；精馏塔包括塔柱和塔头两部份组成，塔头与塔柱用平面法兰连接；精馏柱提馏段的进料口，用管道与再沸器顶部氯化物蒸汽出口连接；精馏柱底部液体流出口，用管道与再沸器顶部的另一个端口连接；精馏塔头的下出液口用管道与贮液罐进料口连接，贮液罐设2个出料口，用管道分别和还原罐的计量罐、下级精馏***的再沸器连接；塔头的上出液口用管道与残液罐连接；如上所述，依次将精馏1、精馏2、精馏3、精馏4用管道连接起来，达到连续精馏之目的。

所述的氯化塔其温度控制设在塔下段1/3部份，氯气通过管道在塔的中部进入，三氯化锑流出口设在塔下段的1/3处。该结构的特点是，金属锑和过量的氯气反应后，有一部份五氯化锑产生。流入氯化塔下段，在100℃～150℃的温度条件下，五氯化锑很容易分解为三氯化锑和氯气；此时氯气很容易同塔内下段过量的锑块反应生成三氯化锑，从而节省了脱氯的工序，提高了设备的利用；实现了氯化、脱氯在同一装置完成，不需要另外再设置脱氯设备。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.采用氯化→精馏→还原的工序生产高纯度金属锑，在氯化过程中，使氯化、脱氯同在氯化塔中完成，完全控制了五氯化锑的生成，保证了精馏效果，节省了操作工序和设备，提高了设备使用效率，减小了劳动强度。

2.一般试验室小型金属锑提纯设备在精馏过程中均采用塔头、塔柱、塔釜为一体，塔头温度为一段控制，塔柱多采用填料塔或筛板塔，塔釜用球型釜外加热方式，直接与塔柱连接。此结构有以下缺点：①塔头温度为一段控制，势必采取先除低沸点氯化物，再将所需三氯化锑精馏分放入贮液罐，难以形成工业控制。②塔柱采用单一的填料塔或筛板塔，金属锑提纯效果较差，一般提纯三氯化锑小于99.9999％。③塔柱和塔釜直接连接为一体，并且塔釜是球形的，用外加热方法，这种结构需要经常停止生产清浸塔釜，在精馏过程中由于金属杂质氯化物的物理性质造成“跳釜”现象，导致设备损坏。

本发明是在常规有机物精馏方法的基础上，经过试验后进行设备改进，形成目前所应用的精馏装置，并应用在高纯金属锑的提纯工艺中。根据结构特点所述，解决了以上影响工业化、规模化的技术难题，实现了工业化连续生产、扩大了单套设备生产能力。提高了产品技术指标，根除了生产过程中的跳釜现象。

3.在生产中通过调节回流比控制精馏效果，实现了连续性精馏，从而使计算机控制生产成为可能，结束了传统的人工操作和间断式生产方式，操作安全可靠，工艺条件稳定，对现有技术取得重大突破。

4.本发明的技术特征带来的直接的技术效果：①解决了高纯锑生产不能连续化的技术难题，提高了设备利用率和回收率，由试验室间断生产的30～40％提高到60～80％。②改善了设备的完好率，由半年检修一次到一年检修一次。③生产能力大幅度提高，单套设备年生产能力99.999％的锑40吨，99.9999％的锑10吨，99.99999的锑5吨。相当于间断性生产单套设备10～12倍。高纯锑产业化过程中，在技术瓶径上是一个质的突破。尤其是产品质量稳定，纯度提高。用辉光放电质谱仪检测14个元素锑的纯度达到99.99999％以上。

                          附图说明

图1是本发明的精馏塔塔头结构示意图；

图2是图1中A-A视图；

图3是本发明的精馏塔塔柱结构示意图；

图4是图3中泡罩的放大图；

图5是图4中B-B视图；

图6是图3中塔板的放大图；

图7是本发明的工艺流程示意图；

图1～图6中：1塔头联接法兰，2塔头下接液盘，3控制点温度计套管，4塔头筒体，5塔头内支架，6塔头冷却水套，7塔头上接液盘，8塔头阻流器，9塔头冷却进水管，10温度计控制点套管，11塔头冷却出水管，12塔头放空管，13塔头上出液管，14塔头下出液管，15精馏塔筒体，16精馏塔溢液管，17精馏塔塔板，18精馏塔泡罩，19精馏塔连接法兰。

设备结构上的特点：①精馏柱的塔板采用筛板17和泡罩18相结合；②精馏塔头的温度分二段控制即下段和上段控制；③精馏塔头设下接液盘2和上接液盘7；④精馏塔头在上接液盘上方设有阻流器8；

                          具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的内容作进一步详细说明，但本发明的内容不限于实施例。

实施例1

将1#工业锑锭碎至φ20～30φ的不规则块状，装入氯化塔200公斤，将氯化塔下段加热至130℃，以每小时0.5立方米的速度连续通入氯气，使锑块逐步生成三氯化锑，由氯化塔流出口自流到贮液罐，以每小时5升的速度由贮液罐将三氯化锑放入精馏1的再沸器中，将再沸器升温到230℃，控制塔头下段温度在210℃，塔头上段温度为150℃。在常压条件下，进行连续精馏，调节回流阀使三氯化锑流出量与回流量之比为5.5∶1，精馏出的三氯化锑经贮液罐，以每小时4升的流量进入精馏2的再沸器。在与精馏1温度、压力相同的条件下继续精馏，调节回流阀使三氯化锑流量与回流量之比为5.0∶1。精馏出的三氯化锑经贮液罐，进入还原***的计量罐待用。

用氩气将还原罐中的空气赶净，并升温至850℃，缓慢通入氢气，同时以每小时3升的流量将计量罐中的三氯化锑放入还原罐，氢气量调整为每小时1.5立方米，连续通入还原罐，使三氯化锑还原成金属锑。每4小时除一次料即金属锑19，纯度达到99.999％以上。用辉光放电质谱仪分析结果见表1。

表1.  精馏2三氯化锑还原结果

杂质名称	Ag	Au*	Cd	Cu	Fe	Mg	Ni	Pb	Zn	Mn	As	S	Si	Bi
															含量≤PPm	0.03	0.05	0.5	0.005	0.08	0.04	0.10	0.07	0.3	0.05	1.3	0.2	0.8	0.09

*存在干扰

实施例2

将实施例1中，精馏2的三氯化锑，由贮液罐放入精馏3的再沸器中，温度、压力的控制条件与精馏1相同，继续精馏、调节回流阀使三氯化锑流出量与回流量之比为3.0∶1，精馏出的三氯化锑经贮液罐，放入还原***中的计量罐中备用。

用氩气将还原罐中的空气赶净，升温至850℃，缓慢通入氢气，同时以每小时1升的流量，将计量罐中的三氯化锑，连续放入还原罐，氢气量调整为每小时0.6立方米，连续通入还原罐，使三氯化锑还原成金属锑，每8小时除一次料，即金属锑1.4，纯度达到99.9999％以上，用辉光放电质谱仪分析结果见表2

表2.  精馏3三氯化锑还原锑分析结果

杂质名称	Ag	Au*	Cd	Cu	Fe	Mg	Ni	Pb	Zn	Mn	As	S	Si	Bi
															含量≤PPm	0.005	0.03	0.01	0.01	0.01	0.05	0.05	0.05	0.01	0.01	0.16	0.08	0.06	001

*存在干扰

实施例3

将实施例2中，精馏3的三氯化锑，由贮液罐放入精馏4的再沸器中，温度、压力的控制条件与精馏1相同，继续精馏，调节回流阀使三氯化锑流出量与回流量之比为2.0∶1，精馏出的三氯化锑经贮液罐，放入还原***中的计量罐中备用。

用氩气将还原罐中的空气赶净，并升温到850℃，缓慢通入氢气，同时以每小时0.5升的流量，将计量罐中的三氯化锑，连续放入还原罐。氢气量调整为每小时0.4立方米，连续通入还原罐，使三氯化锑还原成金属锑，每8小时除一次料，得金属锑0.6，纯度达到99.99999％以上，用辉光放电质谱仪分析结果见表3。

表3.  精馏4三氯化锑还原锑分析结果

杂质名称	Ag	Au	Cd	Cu	Fe	Mg	Ni	Pb	Zn	Mn	As	S	Si	Bi
															含量≤PPm	0.001	0.002	0.005	0.002	0.001	0.001	0.005	0.005	0.005	0.001	0.05	0.005	0.005	0.005

Claims (3)

1.一种金属锑的提纯方法，该方法采用下述顺序的步骤：

(1)将工业锑碎至φ20～30φ不规则块状，装满氯化塔；在氯化塔的中部通入氯气，氯化过程中有部分五氯化锑生成；在氯化塔的下段1/3部分加热至100℃～150℃，使五氯化锑分解；氯气与塔内过量的金属块反应生成三氯化锑；得到的三氯化锑送入贮液罐中；

(2)贮液罐中的三氯化锑自流入再沸器中，在200℃～250℃下使其蒸发进入精馏1；精馏柱温度控制为180℃～230℃，塔头温度分为两段控制即：下段温度为170℃～210℃上段，温度为120℃～180℃；

(3)通过回流控制阀门调节三氯化锑流出量与回流量之比为2∶1～6∶1，所得的三氯化锑送入精馏2的再沸器中；

(4)精馏2的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同，得到品位为99.999％以上的三氯化锑，并将其送至精馏3继续精馏；

(5)精馏3的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同，得到品位为99.9999％以上的三氯化锑，并将其送至精馏4继续精馏；

(6)精馏4的操作方法和控制条件与步骤(2)、(3)相同，得到品位为99.99999％以上的三氯化锑，送入贮液罐；

(7)将步骤(3)、(4)、(5)、(6)所述的三氯化锑分别连续送入还原罐中，在控制温度为550℃～900℃，常压条件下，连续通入过量的氢气，使其还原，可分别得到品位为99.999％、99.9999％和99.99999％以上的金属锑，即为所需的金属锑产品。

2.一种金属锑的提纯装置，该装置包括：一个氯化塔，一个贮液瓶，多个精馏塔，一个还原罐，一个残液罐，一个贮液罐；氯气管道分左右两个方向与氯化塔中部进气口连接；氯化塔的氯化物流出口，用管道与贮液瓶上方的进料口连接；贮液瓶底部出料口，用管道与精馏1的再沸器顶部的进料口连接；精馏塔包括塔柱和塔头两部份组成，塔头与塔柱用平面法兰连接；精馏柱提馏段的进料口，用管道与再沸器顶部氯化物蒸汽出口连接；精馏柱底部液体流出口，用管道与再沸器顶部的另一个端口连接；精馏塔头的下出液口用管道与贮液罐进料口连接，贮液罐设2个出料口，用管道分别和还原罐的计量罐、下级精馏***的再沸器连接；塔头的上出液口用管道与残液罐连接；如上所述，依次将多级精馏用管道连接起来，实现连续精馏。

3.根据权利要求2所述的金属锑的提纯装置，其特征在于所述的氯化塔其温度控制设在塔下段1/3部份，氯气通过管道在塔的中部进入，三氯化锑流出口设在塔下段的1/3处。

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