连续生产精镉真空蒸馏炉

镉在自然界中无单独的矿床，也无单质态的镉，镉主要以硫镉矿(CdS)的形态与锌矿、铅锌矿和铜铅锌矿共生，所以镉是铅锌矿冶炼时的副产品。镉的世界储量估计为900万吨。目前，国内95%的镉是从锌的生产过程中回收的，锌精矿中的镉在烧结焙烧的过程中，优先挥发富集在烟尘中，火法炼锌时镉富集于蓝粉和高镉锌中，湿法炼锌时富集于铜镉渣中。烟尘和铜镉渣经过浸出、置换得到海绵镉。海绵镉经压团制成Φ220×80～150的镉饼，以便在后续的生产中便于操作。

1 关键设备及配套设施

（1）还原炉。还原炉是一台低温熔盐还原熔炼炉，是生产粗镉的重点配置设备，是长沙科力威公司自行设计开发的第二代还原炉[1]。炉顶设有双层搅拌器，材质为310S不锈钢，转速变频可调。操作平台面设置倾斜短皮带输送上料机，上料速度变频可控。粗镉液排放分为两路控制：一路采用PLC控制电液推杆，粗镉液排放至熔化炉；另一路由锥形阀人工控制，直接铸成粗镉锭。碱渣排放也采用PLC控制下电液推杆，碱渣流量可控，排放至结片机上冷却。电热元件选择硅碳棒，功率可控，使用寿命不小于12个月。炉胆材质选用高耐热材质310S不锈钢。氧化镉在还原过程中产生大量的二氧化碳和水蒸气，反应速度非常快，所以在还原炉炉胆上部开了溢流槽。

（2）真空蒸馏炉。真空蒸馏炉为镉项目的核心设备，主要功能是将粗镉通过真空蒸馏工艺从纯度97%提高至99.995%以上。真空蒸馏炉炉座选用Q235材质，炉胆选用Q345R，外壳选用304不锈钢。电热元件选用硅碳棒加热，更换方便，使用寿命不小于12个月。真空蒸馏炉称重系统配有三个重量传感器，在人机界面上可直观地确认炉内物料量和工作情况。真空炉工作温度恒定在600℃，自主吸料，自主出料，装机容量小于200kw，自动化程度高，生产过程无需人员参与管控。进料管、出料管、真空管选用电辅热加热，由PLC控制在恒温。

图1 还原炉图二真空蒸馏炉

（3）辅助设备。真空泵，冷却塔，切片机，自动压铸机、电气自动化系统等。

（4）总装图

图2 镉的连续真空蒸馏示意图

1-皮带机；2-还原炉；3-熔化炉；4-真空蒸馏炉；5-保温炉；6-自动压铸机

2 工艺控制

（1）入炉物料。海绵镉在空气中极易被氧化成氧化镉，需要将氧化镉还原为金属镉，还原过程在还原炉中完成。入炉海绵镉的化学成分见表1。

表1 海绵镉的化学成分表

（2）还原炉。首先通过皮带机投入一定量的氢氧化钠到还原炉中，升温，待氢氧化钠熔融之后，投入一定比例的镉饼，熔化之后机械搅拌，同时加入一定比例的煤粉，还原过程中用熔融的氢氧化钠覆盖在表面，氢氧化钠的作用是用于绝氧、传热和造渣。还原温度控制在550～600℃，还原时间约2～3小时。这一过程中氧化锌也参与了碳的热还原，Zn则以锌酸钠方式留在碱渣中。碱渣和粗镉通过不同的排放口进行先后排放。海绵镉经过低温熔盐还原熔炼，经过化学检测，得到表二所示的粗镉：

表2 粗镉化学成分表

还原后的碱渣排放至切片机上切成碎片，化验碱渣中含镉量小于1%，含锌20%左右。碱渣重新投入鼓风炉中进行冶炼。

（3）熔化炉。在生产过程中，还原炉中的粗镉液通过过料管排放到熔化炉，熔化炉温度控制在400℃左右，表面用氢氧化钠覆盖，粗镉锭也可直接投入熔化炉进行熔化。

（4）真空蒸馏炉。在真空作用下，粗镉自动吸入真空蒸馏炉。真空蒸馏炉坩埚温度控制在580～600℃，真空度控制在≤20Pa条件下镉大量汽化，此时镉的蒸汽压有10000Pa，镉蒸汽在分馏柱通道中不断上升，部分镉蒸汽冷凝回流，铅铜锗铊少量杂质蒸汽被冷凝回流下来，纯净的镉蒸汽在炉顶温度450℃条件下冷凝下来，得到精镉液。

（5）保温炉。在生产过程中，保温炉储存从真空蒸馏炉冷凝下来的精镉液，在真空作用下，保温炉与自动压铸机的2个坩埚液面保持在同一水平面。

（6）自动铸锭系统。精镉的铸锭选择伊之密的自动压铸机自动铸锭，铸成7kg小锭，精镉锭经取件机械手取出并放至链板机上输送冷却，再由机器人自动切边、打码、码垛装箱。

3 试产结果

对精镉锭进行检测，检测结果见表3。

此系统24小时连续作业，产能4～5吨，每月按22天计，月产量达到100～120吨。

表3 精镉化学成分表（%）

能耗控制在2000Kwh/t。碱耗控制在200Kg/t。

4 结论

此套系统在半年时间内完成安装、调试、整改和试生产，现已在云南驰宏资源综合利用有限公司正常运转，现已正式投入生产。产品质量符合《镉锭》（YS/T 72-2014），牌号Cd99.995要求，合格率到达100%。产能满足客户要求。

该系统为全自动连续真空蒸馏炉，在中控室能实现对整条生产线的控制，与国内半连续作业的真空镉蒸馏炉相比较，节省人力资源，环境友好，工艺简单，设备先进，处于国内先进水平，已经在国外建立生产线，推广前景广阔。