вакуумный аппарат для выделения висмута из оловянных сплавов

Формула изобретения

Вакуумный аппарат для выделения висмута из оловянных сплавов посредством дистилляции, состоящий из цилиндрической вакуумной камеры, внутри которой на подине установлена колонна испарительных кольцевых тарелей, окруженная цилиндрическим многослойным перфорированным экраном, установленного по продольной оси графитового нагревателя, смонтированного на верхней крышке вакуумной камеры, и барометрических труб для отвода продуктов из камеры, отличающийся тем, что испарительные тарели выполнены с периферийными или центральными окнами, плотно установлены попеременно в колонну, и по средней линии кольца тарели выполнены отверстия для стока сплава, при этом в верхней тарели выполнены дополнительные боковые окна для выхода паров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рафинированию металлов, в частности к аппаратам для рафинирования цветных металлов.

Известен вакуумный аппарат для непрерывного рафинирования металлов дистилляцией примесей из олова, включающий колонку тарелей, окруженную многослойным перфорированным экраном, центральный нагреватель, барометрические металлопроводы для подачи металла в аппарат и выпуска продуктов дистилляции из него. [1] (прототип).

Недостатком аппарат является недостаточное разделение висмута при перегонке сложных оловянно-свинцово-висмутовых сплавов, т.к. висмут концентрируется вместе со свинцом. Олово получают в виде чистого продукта, а в конденсате получается сплав олова, свинца с 1-7% висмута. Такой сплав не пригоден для производства припоев, т.к. содержание висмута в припое должно быть не более 0,2%. Многократная перегонка приводит к повышенному расходу электроэнергии для рафинирования высокосвинцовых оловянно-висмутовых сплавов.

Целью изобретения является отделение висмута из свинцово-оловянного сплава и снижение расхода энергии при рафинировании высокосвинцовистых оловянно-висмутовых сплавов.

Цель достигается тем, что в известном вакуумном аппарате для рафинирования металлов посредством дистилляции, состоящем из цилиндрической вакуумной камеры, внутри которой установлена колонка испарительных тарелей, окруженная цилиндрическим многослойным перфорированным экраном, по продольной оси установлен графитовый нагреватель, смонтированный на верхней крышке вакуумной камеры и барометрических труб для отвода продуктов из камеры, дополнительно испарительные тарели выполнены с периферийными и центральными окнами, плотно попеременно установлены в колонну и по середине кольца тарели снабжены отверстиям стока сплава, а в верхней части колонны установлены тарели с боковыми окнами выхода паров.

Такое конструктивное исполнение аппарата дает возможность повысить разделение висмута и свинца и снизить расход электроэнергии при рафинировании сложных свинцово-оловянно-висмутовых сплавов.

На фиг. 1 изображен вакуумный аппарат, продольный разрез.

Устройство состоит из цилиндрической вакуумной камеры 1 с крышкой 2, через которую герметично введены токоподводы 3, подведенные к осевому графитовому нагревателю 4. Внутри вакуумной камеры 1 помещены кольцевые испарительные тарели 5 с периферийным окном 6 (фиг. 2) и тарелки 7 с центральным окном 8, которые плотно поставлены друг на другом. Тарелки 5, 7 изготовлены из электродного графита. Верхняя тарель 9 (фиг. 1) для подогрева исходного металла закрыта крышкой 10, в которую вставлена воронка 11, соединенная трубой 12 подачи исходного металла, погруженной в обогреваемый котел 13 исходного материала. По оси кольцевых тарелок 5, 7 вставлен графитовый нагреватель 4. Графитовый нагреватель 4 представляет собой стержень, который имеет продольный паз и на верхнем конце утолщение поперечного сечения для резьбового соединения с медными водоохлаждаемыми токоподводами 3, закрепленными на верхней крышке 2.

Внутри рабочего пространства вакуумной камеры 1 между кольцевыми тарелками 5, 7 и стенками вакуумной камеры 1 размещаются теплоизолирующие экраны 14, которые являются перфорированными цилиндрическими обечайками из графита и предусмотрены для уменьшения теплопотерь и для осуществления конденсации паров металла по пути к вакуумпроводу 15.

Экраны 14 имеют отверстия 16, которые смещены относительно оси друг друга, для снижения теплопотерь излучением, повышения отдачи тепла от паров и достижения конденсации.

Кольцевые тарели 5 и 7 по середине кольца снабжены отверстиями 17 (фиг. 2 и 3) диаметром 1-3 мм стока рафинируемого сплава. Отверстия подобраны таким образом, что на каждой тарели накапливается слой 0,5-1 см металла. В верхней части колонны установлены отгонные тарели 18 с боковыми окнами 19 для вывода паров из колонны тарелей.

Кольцевые тарелки 5, 7 и экраны 14 (фиг. 1) смонтированы на графитовой сдвоенной подине 20, которая снабжена пазами 21 сбора конденсата с каналами 22 с двух сторон в теле сдвоенной подины 20 для перетока конденсата с экранов и каналом 23 перетока олова от тарелей. Каналы 22, 23 соединены с воронками 24, 25, вставленными в барометрические трубы 26, 27.

Нижние концы барометрических труб погружены в обогреваемые приемные котлы 28.

Вакуумный аппарат действует следующим образом.

Рафинируемый от свинца и висмута оловянный сплав из котла 13 (фиг. 1) исходного металла по трубе питателю 12 поступает через воронку 11 в крышке 10 в верхнюю тарелку 9 и подогревается до 900-800^oC. Из-за низкого остаточного давления в аппарате 1 при этой температуре свинец и висмут начинают испаряться. Металл последовательно протекает по кольцевым тарелкам 5, 7, перетекая через отверстия 17 на нижнюю тарель.

Пары свинца, висмута перемещаются через периферийные окна 6 (фиг. 2) и через центральные окна 8 (показано стрелкой) и орошаются сплавом, стекающим через отверстия 17, и конденсируют свинец, олово. Пары, обогащенные висмутом, поднимаясь по колонне, обогащаются висмутом и отводятся через окна 19 (показано стрелкой) с отгонной тарели 18 на экран 14, где конденсируются.

Отрафинированный сплав попадает из нижней кольцевой тарелки 7 по каналу 23 (фиг. 1) в воронку 25, по барометрической трубе 27 сливается в приемный котел 28 для сплава. Пары висмута и частично свинца конденсируются в жидкое состояние преимущественно на экране 14, стекают в пазы 21, по каналу 22 стекают в воронку 24 и по барометрической трубе 26 - в приемный котел 28 конденсата.

При поведении испытаний вакуумного аппарата (в вакууме 0,1 мм рт. ст. при температуре 1100^oC, силе тока 2000 А, напряжении 20 В на электроде) для рафинирования сплава, содержащего 33,1% свинца, 5,3% висмута, 61,2% олова были получены следующие продукты: сплав с содержанием свинца 26,5%, олова 72,8 мас.%, висмута 0,12 мас.%, который пригоден для припоев марки ПОС61, и конденсат с содержанием 4,7 мас.% олова, 30,6% висмута, 64,7% свинца, который может использоваться для висмутовых сплавов типа Розе, ПОСВи-36-14. Выход конденсата 17%. Производительность вакуумного аппарата 0,1-0,3 т/ч.

Конструкция аппарат для рафинирования металла согласно изобретению обеспечивает выделение висмута в отдельный продукт и обеспечивает получение продуктов, пригодных для получения сплавов, и тем самым повышает оперативность переработки разносортного сырья, улучшает качество получаемого металла и снижает стоимость продукции.