姚孝寒，趙志強，周康潔，周啟麟

（長沙科力威蒸餾技術有限公司，湖南 長沙 410000）

鎘在自然界中無單獨的礦床，也無單質態(tài)的鎘，鎘主要以硫鎘礦(CdS)的形態(tài)與鋅礦、鉛鋅礦和銅鉛鋅礦共生，所以鎘是鉛鋅礦冶煉時的副產品。鎘的世界儲量估計為900萬噸。目前，國內95%的鎘是從鋅的生產過程中回收的，鋅精礦中的鎘在燒結焙燒的過程中，優(yōu)先揮發(fā)富集在煙塵中，火法煉鋅時鎘富集于藍粉和高鎘鋅中，濕法煉鋅時富集于銅鎘渣中。煙塵和銅鎘渣經過浸出、置換得到海綿鎘。海綿鎘經壓團制成Φ220×80～150的鎘餅，以便在后續(xù)的生產中便于操作。

1 關鍵設備及配套設施

（1）還原爐。還原爐是一臺低溫熔鹽還原熔煉爐，是生產粗鎘的重點配置設備，是長沙科力威公司自行設計開發(fā)的第二代還原爐[1]。爐頂設有雙層攪拌器，材質為310S不銹鋼，轉速變頻可調。操作平臺面設置傾斜短皮帶輸送上料機，上料速度變頻可控。粗鎘液排放分為兩路控制：一路采用PLC控制電液推桿，粗鎘液排放至熔化爐；另一路由錐形閥人工控制，直接鑄成粗鎘錠。堿渣排放也采用PLC控制下電液推桿，堿渣流量可控，排放至結片機上冷卻。電熱元件選擇硅碳棒，功率可控，使用壽命不小于12個月。爐膽材質選用高耐熱材質310S不銹鋼。氧化鎘在還原過程中產生大量的二氧化碳和水蒸氣，反應速度非常快，所以在還原爐爐膽上部開了溢流槽。

（2）真空蒸餾爐。真空蒸餾爐為鎘項目的核心設備，主要功能是將粗鎘通過真空蒸餾工藝從純度97%提高至99.995%以上。真空蒸餾爐爐座選用Q235材質，爐膽選用Q345R，外殼選用304不銹鋼。電熱元件選用硅碳棒加熱，更換方便，使用壽命不小于12個月。真空蒸餾爐稱重系統(tǒng)配有三個重量傳感器，在人機界面上可直觀地確認爐內物料量和工作情況。真空爐工作溫度恒定在600℃，自主吸料，自主出料，裝機容量小于200kw，自動化程度高，生產過程無需人員參與管控。進料管、出料管、真空管選用電輔熱加熱，由PLC控制在恒溫。

圖1 還原爐圖二真空蒸餾爐

（3）輔助設備。真空泵，冷卻塔，切片機，自動壓鑄機、電氣自動化系統(tǒng)等。

（4）總裝圖

圖2 鎘的連續(xù)真空蒸餾示意圖

2 工藝控制

（1）入爐物料。海綿鎘在空氣中極易被氧化成氧化鎘，需要將氧化鎘還原為金屬鎘，還原過程在還原爐中完成。入爐海綿鎘的化學成分見表1。

表1 海綿鎘的化學成分表

（2）還原爐。首先通過皮帶機投入一定量的氫氧化鈉到還原爐中，升溫，待氫氧化鈉熔融之后，投入一定比例的鎘餅，熔化之后機械攪拌，同時加入一定比例的煤粉，還原過程中用熔融的氫氧化鈉覆蓋在表面，氫氧化鈉的作用是用于絕氧、傳熱和造渣。還原溫度控制在550～600℃，還原時間約2～3小時。這一過程中氧化鋅也參與了碳的熱還原，Zn則以鋅酸鈉方式留在堿渣中。堿渣和粗鎘通過不同的排放口進行先后排放。海綿鎘經過低溫熔鹽還原熔煉，經過化學檢測，得到表二所示的粗鎘：

表2 粗鎘化學成分表

還原后的堿渣排放至切片機上切成碎片，化驗堿渣中含鎘量小于1%，含鋅20%左右。堿渣重新投入鼓風爐中進行冶煉。

（3）熔化爐。在生產過程中，還原爐中的粗鎘液通過過料管排放到熔化爐，熔化爐溫度控制在400℃左右，表面用氫氧化鈉覆蓋，粗鎘錠也可直接投入熔化爐進行熔化。

（4）真空蒸餾爐。在真空作用下，粗鎘自動吸入真空蒸餾爐。真空蒸餾爐坩堝溫度控制在580～600℃，真空度控制在≤20Pa條件下鎘大量汽化，此時鎘的蒸汽壓有10000Pa，鎘蒸汽在分餾柱通道中不斷上升，部分鎘蒸汽冷凝回流，鉛銅鍺鉈少量雜質蒸汽被冷凝回流下來，純凈的鎘蒸汽在爐頂溫度450℃條件下冷凝下來，得到精鎘液。

（5）保溫爐。在生產過程中，保溫爐儲存從真空蒸餾爐冷凝下來的精鎘液，在真空作用下，保溫爐與自動壓鑄機的2個坩堝液面保持在同一水平面。

（6）自動鑄錠系統(tǒng)。精鎘的鑄錠選擇伊之密的自動壓鑄機自動鑄錠，鑄成7kg小錠，精鎘錠經取件機械手取出并放至鏈板機上輸送冷卻，再由機器人自動切邊、打碼、碼垛裝箱。

3 試產結果

對精鎘錠進行檢測，檢測結果見表3。

此系統(tǒng)24小時連續(xù)作業(yè)，產能4～5噸，每月按22天計，月產量達到100～120噸。

表3 精鎘化學成分表（%）

能耗控制在2000Kwh/t。堿耗控制在200Kg/t。

4 結論

此套系統(tǒng)在半年時間內完成安裝、調試、整改和試生產，現已在云南馳宏資源綜合利用有限公司正常運轉，現已正式投入生產。產品質量符合《鎘錠》（YS/T 72-2014），牌號Cd99.995要求，合格率到達100%。產能滿足客戶要求。

該系統(tǒng)為全自動連續(xù)真空蒸餾爐，在中控室能實現對整條生產線的控制，與國內半連續(xù)作業(yè)的真空鎘蒸餾爐相比較，節(jié)省人力資源，環(huán)境友好，工藝簡單，設備先進，處于國內先進水平，已經在國外建立生產線，推廣前景廣闊。