一种从铅铋合金中分离提纯铋的工艺

摘要

本发明公开了一种从铅铋合金中分离提纯铋的工艺，该工艺是采用真空蒸馏炉系统对铅铋合金连续进行真空蒸馏分离提纯铋，所述的真空蒸馏炉系统包括熔化炉、虹吸槽和真空蒸馏炉；先将铅铋合金连续送入熔化炉炉体中进行熔化，再送入真空蒸馏炉中进行真空蒸馏分离提纯铋，分离得到的铋纯度达到99.9％以上，且生产的铅合金中无铋残留，实现了铅铋合金中的铋的连续分离；该工艺成本低、能耗低、环保，满足工业生产要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种从铅铋合金中分离提纯铋的工艺，属于铋冶炼分离提纯技术 领域。

背景技术

铋(铋)，原子序数83，银白色或微红色，有金属光泽。主要用于制造易熔 合金，用于焊锡、保险丝、消防装置、自动喷水器、锅炉安全塞等。同时，铋合 金具有凝固时不收缩的特性，用于铸造印刷铅字和高精度铸型。另外，碳酸氧铋 和硝酸氧铋用于治疗皮肤损伤和肠胃病。

铅铋合金，在有色冶炼或炼铁厂中，很多时候以副产品出现，其经济价值、 使用价值都不大，需将其分离、提纯，变成精铅、精铋，才能发挥其使用价值和 经济价值，经过科技工作者和技术专家的长期摸索，目前国内铅、铋分离技术主 要以氯化法和电解法为主。氯化法该法在大型有色金属冶炼厂使用较多。其生产 过程是将铅铋合金熔化，向熔体中通人氯气，铅优先与氯气化合形成氯化铅渣(铅 Cl2)，将氯化铅渣除去，从而达到分离铅铋。分出的铋再经火法处理，得到精铋。 同时，氯化铅渣另行处理，产出精铅。优点：(1)此法比较简单，适合大规模生 产。缺点：(1)此法法成本较高，需形规模化生产才产生经济价值。(2)当合金 中铋的含量≤12％时，此法成本会很高，工业生产应用。(3)操作要求严格，易 污染环境，环境毒害性大。(4)氯化后，铋和铅均需再次冶炼，造成总成本上升， 且继续造成环境污染。电解法，即将合金溶解后，配用一定母液后，根据铅、铋 的的标准电极电位不同采取电解法。在一定的电解电压等条件下，合金阳极板中 的铅形成离子溶入电解液，并随后在铅阴极板上还原析出电铅产品，一般铅 ≥99.5％；而铋比铅更具正电性，不发生电化溶解而形成阳极泥富集，一般铋≥95％， 即粗铋。粗铋再用火法精炼就可得到精铋。优点：(1)成本相对较低。(2)设备 投入相对较少。缺点：(1)母液选择比较关键，否则容易造成电铅杂质含量增高， 电解效率低等从而造成分离过程达不到要求。(2)由于是电解，其能耗相对较高。 (3)铋形成阳极泥后还需进一步加工，造成后续的环境污染。(4)由于电解废 液的水污染性，需作处理后才能排放。(5)电解法适用于含铋量较低的合金。

发明内容

针对现有技术中氯化法和电解法分离铅和铋的技术中存在的缺陷，本发明的 目的是在于提供一种通过简单工艺从铅铋合金中连续分离提纯出高纯度铋的工 艺，该工艺低成本、低能耗、环保，满足工业生产要求。

本发明提供了一种从铅铋合金中分离提纯铋的工艺，该工艺是采用真空蒸馏 炉系统对铅铋合金进行连续真空蒸馏分离提纯铋，所述的真空蒸馏炉系统包括熔 化炉、虹吸槽和真空蒸馏炉，真空蒸馏炉包括炉体和内胆；熔化炉下部设有出料 管，出料管一端伸入虹吸槽中，虹吸槽和真空蒸馏炉之间设有虹吸管，虹吸管一 端伸入虹吸槽底部，另一端伸入真空蒸馏炉炉体内部上端；所述内胆的顶部设有 金属液池，内胆内的中部设有多层蒸馏盘，下层蒸馏盘底部设有凹槽，凹槽底部 通过管道和炉体外部的出铅收集器连接，内胆内的底部设有出铋管；进行铅铋合 金蒸馏分离提纯铋时，开启真空泵和加热系统，使真空蒸馏炉内部呈负压状态， 熔化炉和虹吸槽的温度升高到500～550℃，蒸馏盘的温度升高到1550～1600℃； 此时，将铅铋合金连续送入熔化炉炉体中进行熔化，熔化所得金属液流入虹吸槽 中，虹吸槽中的金属液在真空蒸馏炉内的低压作用下，通过虹吸管虹吸到真空蒸 馏炉内注入内胆顶部的金属液池中，再进入内胆内部流到上层蒸馏盘上，并从上 层蒸馏盘逐层向下层蒸馏盘流动，维持真空蒸馏炉内部真空度＜8Pa，铋在各层 蒸馏盘中沸腾并蒸发，铋蒸汽碰到内胆内壁后冷凝聚集成液态，及时通过内胆底 部的出铋管排出收集，而包括铅在内的高沸点合金金属液沿着蒸馏盘逐层下流一 直进入到蒸馏盘底部的凹槽中，再通过凹槽底部管道进入铅收集器收集，完成从 铅铋合金中真空蒸馏分离出纯铋。

本发明的从铅铋合金中分离提纯铋的工艺还包括以下优选方案：

优选的方案中蒸馏盘的温度为1550～1575℃；最优选为1550℃。

优选的方案中熔化炉和虹吸槽的温度维持在520～540℃；最优选为520℃， 以保持金属液的最佳液态相。

优选的方案中真空蒸馏炉炉体底部设有溢流管；溢流管能将真空蒸馏炉内部 过量的金属液及时排出，保护炉体。

优选的方案中金属液池底部设有小孔和内胆内部连通。

优选的方案中当内胆顶部的金属液池中金属液过满时，溢流到炉体内的底 部，从溢流管排出炉体。

优选的方案中出铋管在真空蒸馏炉外部连接真空收集器。

优选的方案中内胆侧壁上设有抽真空管，抽真空管和炉体外部的真空泵连 接。

优选的方案中蒸馏盘设置为3～8层，最优选为3～5层。

本发明的有益效果：本发明首次设计出一种通过真空蒸馏炉系统装置，并结 合该装置设计出通过真空蒸馏分离从铅铋金属中提纯出高纯度金属铋的工艺。本 发明的工艺相对现有技术具有以下优点：1、工艺简单易行，可进行连续生产；2、 设备及投入更少，能耗低，成本低廉；3、对环境污染小，几乎没有废气，不产 生废水，废渣极少；3、分离效果好，分离出的铋纯度≥99.9％，无需后续精炼加 工，分离得到的金属铅中无铋残留。

附图说明

【图1】为本发明铋中铅含量与蒸馏温度关系曲线图。

【图2】为真空蒸馏炉系统设备结构简图；1为熔化炉，2为耐火砖，3为电热丝， 4为冷却水进口，5为底座，6为搅拌桨，7为冷却水出口，8为出料管阀门，9 为出料管，10为虹吸槽，11为虹吸管，12为虹吸管阀门，13为真空蒸馏炉炉体， 14为真空蒸馏炉内胆，15为蒸馏盘，16为电极，17为溢流管阀门，18为出铋 管阀门，19为溢流管，20为出铋管，21为铅收集器，22为抽真空管；23为凹 槽，24为金属液池。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明的保护范围。

实施例1

采用的铅铋合金来源于江西某冶炼厂，其中Fe、Cu、As和Cd含量在0.3wt％ 以下，Sb含量在0.5wt％以下，Ag含量在2wt％以内。采用原子吸收光谱法进行 检测；检测仪器：原子吸收分光光度计(含氢化物发生器)，AA320N。

参照附图2的真空蒸馏分离装置系统进行铅铋合金蒸馏分离提纯铋。所述的 真空蒸馏炉系统包括熔化炉、虹吸槽和真空蒸馏炉，真空蒸馏炉包括炉体和内胆； 熔化炉下部设有出料管，出料管另一端伸入虹吸槽中，虹吸槽和真空蒸馏炉之间 设有虹吸管，虹吸管一端伸入虹吸槽底部，另一端伸入真空蒸馏炉炉体内部上端； 所述内胆的顶部设有金属液池，内胆内的中部设有3～5层蒸馏盘，下层蒸馏盘底 部设有凹槽，凹槽底部通过管道和炉体外部的出铅收集器连接，内胆内的底部设 有出铋管，出铋管在真空蒸馏炉外部连接真空收集器；所述的真空蒸馏炉炉体底 部设有溢流管；溢流管能将真空蒸馏炉内部过量的金属液及时排出，保护炉体； 所述的金属液池底部设有小孔和内胆内部连通；当内胆顶部的金属液池中金属液 过满时，溢流到炉体内的底部，从溢流管排出炉体；所述的内胆侧壁上设有抽真 空管，抽真空管和炉体外部的真空泵连接。

物料以5.2～5.8kg/h的速率通过进料漏斗送入熔化炉体中，开启真空泵和加 热系统，在真空蒸馏炉内部的真空度＜20Pa时，将熔化炉温度升温到520℃，同 时虹吸槽的温度也维持在520℃，蒸馏盘的温度升高到1550℃，使铅铋合金在熔 化炉中进行熔化，熔化所得金属液流入虹吸槽中；虹吸槽中的金属液在真空蒸馏 炉内的低压作用下，通过虹吸管虹吸到真空蒸馏炉内注入内胆顶部的金属液池 中，再进入内胆流到上层蒸馏盘上，并从上层蒸馏盘逐层向下层蒸馏盘流动，维 持真空蒸馏炉内部真空度＜8Pa，铋在各层蒸馏盘中沸腾并蒸发，铋蒸汽碰到内 胆内壁后冷凝聚集成液态，及时通过内胆底部的出铋管排出炉外通过真空收集器 收集，而包括铅在内的高沸点合金金属液沿着蒸馏盘逐层下流一直进入到蒸馏盘 底部的凹槽中，再通过凹槽底部管道进入铅收集器收集，完成从铅铋合金中真空 蒸馏分离出纯铋。

对分离出的铋金属和铅金属进行检测，铋的纯度≥99.9％；且铅中检测不到 铋金属。

将真空蒸馏炉体的内蒸馏盘的温度在1550～1655℃之间每隔5℃取值重复上 述实验，并对铋金属和铅金属的纯度进行检测，铅的纯度大体不变，而铋的纯度 如图2所示，在1550～1575℃范围内，铋的纯度都在99.9％以上；而在1575～1600℃ 的范围内铋的纯度都在99.8％以上；而在1600～1625℃范围内铋的纯度降低到 99.6～99.7％之间；说明蒸馏温度过高则造成铋产品中铅(主要是铅)杂质显著偏 高。

另外实验还发现，当温度低于1550℃时，其产量低，有造成铅出料管口堵 死的隐患。而熔炼温度太低，试验中合金熔化缓慢甚至出现不熔化现象；熔炼温 度太高，则造成原料中部分金属挥发损失掉，同时也增加了能耗。以某铅铋合金 原料为例，其中铋63wt％、铅35 wt％、金银1.7 wt％、其他金属0.3 wt％以下， 当熔炼温度过低，低于325℃时，因铅的熔点为327.3℃，会出现部分原料不熔 化；当温度过高，高于765℃时，由于原料中部分金属沸点较低，会出现部分金 属(如镉、钾等)挥发掉，同时温度过高相应的能耗也增加了。因此熔炼温度不 宜过高，也不宜过低，经多次试验，熔炼温度为400～700℃较为合适，温度在 475～525℃为较佳。