一种用于分离金属的石墨蒸发盘的制作方法

本实用新型涉及一种有色金属冶炼设备，具体是一种用于分离金属的石墨蒸发盘。

背景技术：

在有色金属火法冶炼过程中，得到的粗金属产品，往往熔解了其它不同的金属，如粗锡中熔解了铁、铅、银，粗锌中熔解了铜、镉、铅，粗铅中熔解了银、锡、锌，利用粗金属产品中不同的金属存在着沸点差，进行蒸馏分离，能够达到分离金属、产出合格品的目的，如火法粗锌蒸馏分离，能够分离粗锌中的铅、镉、铜、铁、锡、铟，产出合格锌锭产品。根据金属沸点的温度，蒸馏分离能够在常压下进行，也能够在真空下进行，真空蒸馏分离具有现场环境好、金属损失少、设备能力大、占地面积小、资金投入省等优点，是金属蒸馏分离的发展趋势。目前，常压下蒸馏分离主要用于粗锌的蒸馏分离，典型的代表设备是铅塔和镉塔；真空下蒸馏分离主要用于焊锡的蒸馏分离和锡基合金的蒸馏分离，典型的代表设备是用于石墨真空炉。

石墨真空炉，炉子核心部件为石墨加工件，如发热电极、蒸发盘、冷凝盘、集液盘等。工作时，采用石墨电阻作为发热体，以辐射方式直接对蒸发盘加热，由于发热电极周边布满了蒸发盘，发热石墨电极辐射的热量绝大部分被蒸发盘接收，因而热利率高，同时，通过外界真空系统的作用，炉内真空度大，有利于加快金属的分离速度，因此，石墨真空炉的设备占地较小，1台每天处理20吨焊锡的真空炉，包括其附属设备，总占地面积不到30平方米。

石墨真空炉，以辐射方式直接对蒸发盘加热，热效率高，金属分离在真空密闭条件下进行，现场环境好，金属损失小。但目前投入生产使用的石墨真空炉，通常只在炉内的中心处设置一个发热电极，即石墨蒸发盘只设置一个电极孔，电能提供的热量有限，石墨真空炉在大型化上的使用受到了限制；此外，现有的石墨蒸发盘，没有蒸汽孔，在金属蒸馏分离过程中，金属蒸汽是从上下两个蒸发盘的间隙中直接挥发到冷凝系统，上蒸发盘与下蒸发盘之间无法实现蒸汽的二次冷凝与冷凝液的二次蒸发，即挥发的蒸汽不能够在真空炉内实现精馏和提馏功能，实际上降低了金属分离系数，导致蒸馏分离效果差，第一次分离得到的产物，需要进行后续的多次蒸馏分离后，才能达到理想的分离效果，这无形中增加了人力、物力和财务消耗，增加了真空分离的成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于分离金属的石墨蒸发盘，使用本发明所述的蒸发盘，具有设备产能大、生产效率高、生产成本低、金属损失小、分离系数大、分离效果好的优点。

本实用新型通过以下技术方案实现上述目的：一种用于分离金属的石墨蒸发盘，包括外环凸槽、外环凹槽、外环、蒸汽孔、蒸汽孔溢流墙、底盘、蒸发区、电极孔凸槽、电极孔凹槽、电极孔隔离墙以及电极孔，具体结构和连接关系为：

所述石墨蒸发盘的底部为底盘，外环设在底盘上部最外端的圆周上，外环边圆上部为外环凹槽，外环边圆下部为外环凸槽，蒸发盘设有电极孔，电极孔周边为电极孔隔离墙，电极孔隔离墙内圆下部有电极孔凸槽，电极孔隔离墙内圆上部有电极孔凹槽，蒸发盘设有蒸汽孔，蒸汽孔上方设有蒸汽孔溢流墙，由外环、电极孔隔离墙、蒸汽孔溢流墙和底盘共同构成蒸发区。

所述石墨蒸发盘内设有5～40个不对称分布的蒸汽孔。

所述石墨蒸发盘内设有3个在同圆周上平均分布的电极孔。

所述石墨蒸发盘的电极孔直径120～300mm。

所述石墨蒸发盘为石墨整体结构。

所述石墨蒸发盘的外环直径500～1000mm。

所述石墨蒸发盘安装在电极额定功率300～1000kVA的石墨真空蒸馏炉内。

工作原理及过程：

在1台电极额定功率为300～1000kVA的石墨真空蒸馏炉内，从上到下安装了20个以上本发明所述的蒸发盘，当金属合金以液体方式加入到本实用新型所述的最上方的第一个蒸发盘内，蒸发盘受到3个石墨电阻电极的辐射加热温度上升，蒸发盘通过电极孔隔离墙和底盘将大部分热量传导给粗金属，粗金属温度升高，在真空条件下，低沸点的金属部分挥发到气相中，没有挥发的液体在重力作用下经过第一个蒸发盘的蒸汽孔溢流墙流到第二个蒸发盘内；流到第二个蒸发盘的合金液体继续受到第二个蒸发盘电极孔隔离墙和底盘加热升温，再将部分低沸点的金属挥发到气相中，没有挥发的液体继续在重力作用下经过第二个蒸发盘的蒸汽孔溢流墙流到第三个蒸发盘内；如此继续，没有挥发的液体，每流经一个蒸发盘，低沸点的金属挥都有部分挥发到气相中；这样，如果蒸发盘的数量足够多时，流到最下方的最后一个蒸发盘，将不再有沸点低的金属，实现了低沸点金属的完全蒸馏。相反，由于最下方的最后一个蒸发盘金属液体的温度较高，有部分高沸点的金属也挥发到气相中，最后一个蒸发盘的蒸汽，在真空作用下，从倒数第二个蒸发盘的蒸汽孔，进入倒数第二个蒸发盘的蒸发区；在倒数第二个蒸发盘的蒸发区内，由于最后一个蒸发盘的蒸汽温度高于倒数第二个蒸发盘的金属液体，最后一个蒸发盘的蒸汽对倒数第二个蒸发盘的金属液体进行加热，同时最后一个蒸发盘的蒸汽温度降低，蒸汽中高沸点的金属有部分被冷凝为液体，流回到最后一个蒸发盘，没有冷凝的蒸汽和倒数第二个蒸发盘产出的蒸汽混合，在真空作用下，一起经过倒数第三个蒸发盘的蒸发孔，进入到倒数第三个蒸发盘的蒸发区内；在倒数第三个蒸发盘的蒸发区内，由于倒数第二个蒸发盘的混合蒸汽温度高于倒数第三个蒸发盘的金属液体温度，倒数第二个蒸发盘的混合蒸汽对倒数第三个蒸发盘的金属液体进行加热，同时倒数第二个蒸发盘的混合蒸汽温度降低，混合蒸汽中高沸点的金属又有部分被冷凝液体，流回到倒数第二个蒸发盘，没有冷凝的蒸汽和倒数第三个蒸发盘产出的蒸汽混合，继续在真空作用下，一起经过倒数第四个蒸发盘的蒸发孔，进入到倒数第四个蒸发盘的蒸发区内；经过多个蒸发盘的降温冷凝，高沸点的金属蒸汽到最上方的第一个蒸发盘时，已经完全被冷凝为液体，这样，从最上方的第一个蒸发盘内挥发到气相中的蒸汽，已经不含有高沸点的金属。最后，达到了从最上方的第一个蒸发盘内挥发到气相中的蒸汽，不含有高沸点的金属，从最下方的最后一个蒸发盘流出的金属液体不再有沸点低的金属，达到了金属合金的高效分离。

本实用新型的突出优点是：

(1)、分离效率高、分离效果好。由于蒸发盘设有蒸汽孔，使蒸汽与溶液不断在蒸发盘的蒸馏区进行传热与传质，蒸发盘具有了精馏和提馏功能，在同一台真空炉内安装的蒸发盘越多，精馏与提馏功能越强，不同沸点的金属分离越彻底，同时由于设置了5～40个蒸汽孔，使蒸汽与溶液之间的传热与传质途径增加，传热与传质路径缩短，进一步增强了精馏与提馏能力。因此，在一台真空蒸馏炉内，安装20个以上蒸发盘，双金属合金经过一次蒸馏分离后，金属分离系数大，分离效率高，通常不需要再进行二次蒸馏，就能够达到理想的分离效果。如分离含Sn75％、Pb25％的焊锡合金，采用所述的25个蒸发盘，在石墨真空炉，进行25级真空蒸馏分离后，底液含Sn99.992％、Pb0.004％，达到精锡产品标准要求，蒸汽冷凝物含Pb99.996％、Sn0.001％，达到铅锭产品标准要求。

(2)、设备产能大。蒸发盘设置了三个电极孔，由三个电极同时加热，增大了蒸发盘的受热面积，提高了蒸发盘的受热能力，为提升设备产能奠定了基础。现有的石墨真空炉，处理Sn75％、Pb25％的焊锡合金时，每天处理约20吨，而安装了40个本发明所述的石墨蒸发盘，每天能够处理含Sn75％、Pb25％的焊锡合金50吨。

(3)节能。首先，由于蒸发盘设置了三个孔，能够同时受到三个发热电极加热，不仅增加了受热面积，提高了受热能力，同时还能够使蒸发盘的受热更平衡，蒸发盘内的温度更均匀，金属的蒸发更均衡；其次，蒸发盘设有蒸汽孔，蒸发孔不仅使蒸发盘具有了精馏和提馏功能，还能够将高温蒸汽的热量，在不断的传热与传质过程中，传给低温溶液，使热量更多用于低沸点金属的蒸发，实现了能量的梯级利用；最后，设备及设备产能的大型化，降低了额外损耗的分摊，减少了能源额外损耗。现有的石墨真空炉，处理Sn75％、Pb25％的焊锡合金时，电能消耗为350千瓦时/吨焊锡合金，而安装了所述的石墨蒸发盘，电能消耗为280千瓦时/吨焊锡合金，节能达到20％。

(4)、适用范围广。所述的蒸发盘既能够用于锡铅合金分离，也能够用于锡铋合金分离、锡锑合金分离、锡砷合金分离、锡锌合金分离、锌铅合金分离、铅银合金分离、锌镉合金分离、锌铟合金分离等，还能够用于多种合金的初步分离，如锡铅铋砷合金分离、锡铟银铅合金分离，甚至能够用于沸点差很小的铅铋分离合金分离、锡铟合金分离、锡银合金分离等。

附图说明

图1为本实用新型所述的用于分离金属的石墨蒸发盘的结构示意图。

图2为本实用新型所述的用于分离金属的石墨蒸发盘的俯视图。

图中标记为：外环凸槽1、外环凹槽2、外环3、蒸汽孔4、蒸汽孔溢流墙5、底盘6、蒸发区7、电极孔凸槽8、电极孔凹槽9、电极孔隔离墙10、电极孔11。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述。

实施例1

如图1所示，本实施例为本实用新型所述的用于分离金属的石墨蒸发盘，包括外环凸槽1、外环凹槽2、外环3、蒸汽孔4、蒸汽孔溢流墙5、底盘6、蒸发区7、电极孔凸槽8、电极孔凹槽9、电极孔隔离墙10以及电极孔11。具体结构和连接关系为：

所述石墨蒸发盘的底部为底盘6，外环3设在底盘6上部最外端的圆周上，外环3边圆上部为外环凹槽2，外环3边圆下部为外环凸槽1，蒸发盘设有电极孔11，电极孔11周边为电极孔隔离墙10，电极孔隔离墙10内圆下部有电极孔凸槽8，内圆上部有电极孔凹槽9，蒸发盘设有蒸汽孔4，蒸汽孔4上方设有蒸汽孔溢流墙5，由外环3、电极孔隔离墙10、蒸汽孔溢流墙5和底盘6共同构成蒸发区7。

所述石墨蒸发盘外环直径为500～1000mm，内设有5～40个不对称分布的蒸汽孔4，设有3个在同圆周上平均分布的电极孔11，电极孔11直径为120～300mm。石墨蒸发盘为石墨整体结构，安装在电极额定功率为300～1000kVA的石墨真空蒸馏炉内。

实施例2

本实施例为本实用新型所述的用于分离金属的石墨蒸发盘的第一应用实例。

在石墨发热电极额定功率为300kVA的石墨真空蒸馏炉内，共安装20个本实用新型所述的石墨蒸发盘。石墨蒸发盘外环凹槽高5mm、宽5mm，外环外直径500mm、高40mm、厚10mm，外环凸槽高5mm、宽5mm，底盘厚15mm，蒸汽孔5个、孔内径40mm、溢流墙高5mm、宽5mm，电极孔3个、孔直径120mm，电极孔凸槽高5mm、宽5mm，电极孔凹槽高5mm、宽5mm。

将温度300℃含Sn80％、Pb20％的金属合金液体，以真空虹吸方式按1.0t/h的速度连续加入真空炉内最上方的本实用新型所述的第一个蒸发盘上，在炉内真空度50Pa、石墨发热电极实际功率280kW的条件下，进行真空蒸馏，得到含Sn99.995％、Pb0.005％的锡液0.8t/h和含Pb99.996％、Sn0.004％的铅液0.0.2t/h。锡液和铅液分别浇铸冷却后得到锡锭产品和铅锭产品，对外销售。

实施例3

本实施例为本实用新型所述的用于分离金属的石墨蒸发盘的第二应用实例。

在石墨发热电极额定功率为600kVA的石墨真空蒸馏炉内，共安装40个本实用新型所述的石墨蒸发盘。石墨蒸发盘外环凹槽高8mm、宽8mm，外环外直径700mm、高40mm、厚20mm，外环凸槽高8mm、宽8mm，底盘厚20mm，蒸汽孔10个、孔内径50mm、溢流墙高8mm、宽8mm，电极孔3个、孔直径180mm，电极孔凸槽高8mm、宽8mm，电极孔凹槽高8mm、宽8mm。

将温度350℃含Sn95％、Sb5％的金属合金液体，以真空虹吸方式按1.5t/h的速度连续加入真空炉内最上方的本实用新型所述的第一个蒸发盘上，在炉内真空度30Pa、石墨发热电极实际功率570kW的条件下，进行真空蒸馏，得到含Sn99.987％、Sb0.013％的锡液1.425t/h和含Sb99.91％、Sn0.09％的锑液0.075t/h。锡液和锑液分别浇铸冷却后得到锡锭产品和锑锭产品，对外销售。

实施例4

本实施例为本实用新型所述的用于分离金属的石墨蒸发盘的第三应用实例。

在石墨发热电极额定功率为1000kVA的石墨真空蒸馏炉内，共安装50个本实用新型所述的石墨蒸发盘。石墨蒸发盘外环凹槽高10mm、宽10mm，外环外直径1000mm、高50mm、厚30mm，外环凸槽高10mm、宽10mm，底盘厚30mm，蒸汽孔40个、孔内径40mm、溢流墙高10mm、宽10mm，电极孔3个、孔直径300mm，电极孔凸槽高10mm、宽10mm，电极孔凹槽高10mm、宽10mm。

将温度450℃含Pb90％、Zn10％的金属合金液体，以真空虹吸方式按2.5t/h的速度连续加入真空炉内最上方的本实用新型所述的第一个蒸发盘上，在炉内真空度100Pa、石墨发热电极实际功率900kW的条件下，进行真空蒸馏，得到含含Pb99.991％、Zn0.009％的铅液2.25t/h和Zn99.97％、Pb0.03％的锌液0.25t/h。铅液和锌液分别浇铸冷却后得到铅锭产品和锌锭产品，对外销售。