阅读说明：本技术 一种三氧化二砷提纯系统及提纯方法 (Arsenic trioxide purification system and purification method ) 是由 刘维 刘积社 彭红葵 谢龙臣 陈程 张力攀 梁超 李文华 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种三氧化二砷提纯系统及提纯方法,包括1个提纯炉、2个操作室、2个顶部开口的载料箱和2个投料机构,所述提纯炉的两端分别设有第一开口,2个操作室对称地分布于提纯炉的两端；一个载料箱设于操作室内,另一个载料箱设于提纯炉内,2个载料箱的一端通过连接件连接,2个载料箱的另一端分别连接有索,2个操作室内分别设有卷绕机构；操作室靠近提纯炉的侧壁上设有与第一开口相对的第二开口,提纯炉内设有承载台,操作室内设有与承载台等高的冷却床；2个投料机构对称地设置于提纯炉的两端。本发明的三氧化二砷提纯系统结构紧凑,可实现提纯炉的不间断提纯作用,处理效率高；无需直接喷水冷却,大大减少了烟尘的产生量,节能环保。(The invention relates to a purification system and a purification method of arsenic trioxide, comprising 1 purification furnace, 2 operation chambers, 2 material loading boxes with openings at the tops and 2 feeding mechanisms, wherein two ends of the purification furnace are respectively provided with a first opening, and the 2 operation chambers are symmetrically distributed at two ends of the purification furnace; one material loading box is arranged in the operation chamber, the other material loading box is arranged in the purification furnace, one ends of 2 material loading boxes are connected through a connecting piece, the other ends of 2 material loading boxes are respectively connected with a cable, and winding mechanisms are respectively arranged in 2 operation chambers; a second opening opposite to the first opening is arranged on the side wall of the operation chamber close to the purifying furnace, a bearing table is arranged in the purifying furnace, and a cooling bed with the same height as the bearing table is arranged in the operation chamber; the 2 feeding mechanisms are symmetrically arranged at two ends of the purifying furnace. The arsenic trioxide purification system has a compact structure, can realize the uninterrupted purification effect of the purification furnace, and has high treatment efficiency; the direct water spraying cooling is not needed, the smoke dust generation amount is greatly reduced, and the energy conservation and environmental protection are realized.)

一种三氧化二砷提纯系统及提纯方法

技术领域

本发明涉及一种三氧化二砷提纯系统及提纯方法，尤其涉及一种箱式三氧化二砷提纯系统及提纯方法，属于冶炼设备领域。

背景技术

砷是一种非金属元素，通过高温后形成三氧化二砷（俗称砒霜）。

砷的用途广泛，常用作农药制剂、木材防腐、饲料添加剂、中西医药制剂等配方原料。可用三氧化二砷为主材冶炼成金属砷，用于半导体电子软件、硬质合金、军工企业等，物质本性剧毒，污染严重，冶炼工业技术复杂，真正从事该职业研究的科研人员、工作人员极少，因而，导致长期以来都未实现淘汰和取缔土法炼砷的愿望。国家***、环保部、工信部等有关部门曾多次发布取缔土法炼砷、节能减排保护环境等政策，这表明还没有新的技术出现，新技术的研发迫在眉睫。近年来也有小部分企业厂家，作了技术和工艺上的改进，仍未得到实质性改善。有待更进一步科技改造，实现节能减排保护环境的目标。

针对三氧化二砷的提纯，现有以下两种技术：（1）链条带式工艺炉，（2）钢带输送式工艺炉。

上述两种技术都存在各自的工艺技术上的关键性疑难杂症问题未得到解决。无法正常生产故障频发，产品质量不稳定，生产成本剧增，劳动强度大，环境污染得不到有效控制，直接参与生产的工人难以长期工作下去，经改进后仍无法正常生产的主要原因是以下。

1、未全面掌握三氧化二砷在高中低温时段的物理化学性质变化，未科学掌握提纯三氧化二砷工艺过程的控制条件。

2、相关工艺设计人员缺乏一线生产实践工作经验，无法理解实际生产的痛点和难点。

3、缺乏对产品有害元素超标的控制性技术。

4、缺乏收砷、制砷、冶砷、防砷的实践性经验。

具体的，链条带式工艺炉的主要特点及缺陷如下：

1.该炉型状为卧式，全长约30米，外观主体钢架支撑，宽约1.8米，高约2米，分两层结构，1.3米以下层为链条环绕通道。上层为三氧化二砷提纯燃烧室，燃烧室内构造是四周各约30厘米厚的耐火砖墙体，顶部耐火板铺盖，板上层保温材料，板下层安装发热电炉丝。作用是供应三氧化二砷提纯的热量。燃烧室内底部结构从炉头到炉尾用耐火板铺设平整，用途是在链条上安装多个小原料斗进入炉内提纯燃烧时平坦顺利通过。此工艺类似于常用皮带运输送机。将三氧化二砷提纯原料连续性进炉生产。

2.该工艺提纯炉工段附属设施齐全，炉头进料处设有全自动输送器和全自动给料机。炉尾设有快速冷渣水笼头。渣料包装机等。

3.生产步骤：检查各个生产阶段的安全设施正常，先将炉内升温至700℃，启动带斗链条输送器，启动全自动给料机进行加料，物料进入炉内进行反应，输出炉尾，放水冷却渣料，渣料包装，砷产品收集包装。

4.评论：该工艺从流程上看是合理可行的。但实际生产当中存在严重缺陷，导致无法正常生产，所导致的主要原因是设计前未周密考虑三氧化二砷在700℃高温下物理化反应性质的呈现状态是否与设计的设备适应性。

该工艺生产缺陷：

1.原料装入链斗进入炉内高温后发生强烈的化学与物理反应，形成油泥液状态。黏连着链斗内壁不脱壳，出炉后残渣倒不出无法连续循环地进行生产。

2.渣料出炉尾后需立即放水冷却，产生巨大的有毒性烟气和含砷雾霾，环境严重受到破坏。

3.链条料斗之间空间面积大，出入炉头炉尾间隙过大无法密封，泄露污染大影响作业环境污染。

4.由于密封性能不好，生产时需加足负压抽风机强度，因而将炉内炉外的部分尘扬吸入产品中去，导致有害物质超标。

5.链条带斗加上装载的原料，负载量高，在高温下连续作业，钢材软化速度快，不耐用，断炼现象时常发生。

6. 电炉丝和一些高温中的设施一旦发生故障无法立即更换。

具体地，钢带输送带式工艺炉主要存在如下特点和缺陷：

该工艺的炉型体为卧式，横卧在生产车间的地平面上，全长约有50米、外观主体钢架支撑，全宽2.1米，高2米，分三层结构形式，分别有各层的工艺任务，下层用于整条钢带环绕运行通道。中层用于炉底部发热传热，和炉内钢带输送时起畅通作用，中层总厚约50cm，从头至尾耐火砖铺平，从头至尾每相距30cm安放一根电炉丝，再在电炉丝上面铺盖耐火板。此板起保护电炉丝的作用，同时又将电炉丝所发的热能传给耐火板面上，连续传给钢带上铺放的原料。

上层结构与作用：

从炉头至炉尾的两侧墙采用耐火砖砌成。顶部再用耐火板铺盖严实。整个上层形成一条高温通道。顶部耐火板以下相距30cm悬挂一根电炉丝，将热量辐射到钢带上的原料，进行提纯，再将三氧化二砷产品烟气从炉顶部出口送入产品收集仓。

钢带炉的附属设施：

钢带的附属设施设在炉内进料口和出渣口两端，是协同本工艺流水作业的主要组成部分，其中有自动给料条，出渣冷却条，和防尘设施等。

生产步骤：

1.检查生产前的所有安全设备和设施；

2.启动炉内升温按钮升温至700℃；

3.启动全程自动化设施运转；

4.生产开始启动钢带运行，将三氧化二砷的提纯原料由自动化给料机添加到钢带、输入高温炉内燃烧，经约一小时的炉内输送行程，渣料基本烧透，输出炉外在进入放水冷却过程，初步流程完毕。

工艺实用性能总结：

该工艺流程的总体布局看起来符合于工业化工艺流程，但缺乏理论与实践相结合的经验，在工艺设计当中未能意识到三氧化二砷在高中低温条件下的物理状态和化学反应状态是否与该工艺的设备设施相融合，因而导致生产时相继出现诸多缺陷无法改善，绝大部分故障因钢带而引起。

工艺缺陷：

1.三氧化二砷提纯的原料来自冶炼烟尘，烟尘中除砷外还含有其他金属和非金属，且具有一定的腐蚀性，在提纯过程中，高温条件下对钢带的腐蚀性非常严重，很容易造成钢带磨穿和断裂。同时，在高温作用下，物料熔化，形成熔融状态，容易流出钢带，渗透到耐火板造成炉底电阻丝短路。要将电炉丝更换是一件很难的事，必须待炉冷却后，更换损失大。

2.能耗大，炉内所产生的热量只利用上60%，其余40%全部浪费。原因是钢带的总宽度是1.5米，为避免钢带上的原料变液后不流出钢带以外，应向下层电炉丝断路。所以钢带面左右两侧必须各留0.3米宽的位置不能添加原料。这是耗能40%的主要原因。

3.污染严重根本无法解决。原因是三氧化二砷的烟气是无孔不入的，在生产当中钢带是要不停地进行运转，炉头炉尾需留间隙，间隙的大小都有严重后果。若小了，物料容易进入钢带，导致钢带坏死，若大了，则容易导致烟气泄露严重，环保过不了关。此难题也有很多专业人士作出判断，加大抽风量直到整过程不冒烟气为止，这也是内行做了外行的判断。实际上三氧化二砷的节能和产品质量完全与风量风速有直接关系的，风抽大了很明显把大量冷空气带入炉内降温度耗能，风抽大了会把炉内的大量染尘吸入产品，造成产品质量纯度不合格，有害元素超标。抽风大了，风速快影响产品结晶时间，造成产品的结晶，颗粒不佳，很难达到国家质量要求。

综上，上述两种技术隐患严重，很难实现工业化生产要求，难以满足节能减排和环境保护的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种节能、环保且处理效率高的三氧化二砷提纯系统；本发明的目的之二在于提供一种三氧化二砷的提纯方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种三氧化二砷提纯系统，包括1个提纯炉、2个操作室、2个顶部开口的载料箱，所述提纯炉的两端分别设有第一开口和2个投料机构，所述2个操作室对称地分布于提纯炉的两端；一个载料箱可活动地设于操作室内，另一个载料箱可活动地设于提纯炉内，所述2个载料箱的一端通过连接件连接，2个载料箱的另一端分别连接有索，2个操作室内分别设有用于对相应索进行收放的卷绕机构；所述操作室靠近提纯炉的侧壁上设有与第一开口相对的第二开口，所述提纯炉内设有承载台，所述操作室内设有与承载台等高的冷却床，所述冷却床的顶面、第二开口、第一开口、承载台形成供载料箱在操作室、提纯炉之间相互转移的通道；所述2个投料机构对称地设置于提纯炉的两端，所述投料机构具有投料口，所述投料口位于提纯炉相应侧的操作室内，所述投料口位于通道的正上方。

如此，通过卷绕机构可控制2个载料箱在相应操作室和提纯炉内不断转移，在转移的同时，可通过投料机构向正在进入提纯炉的载料箱投料，使得载料箱一进入提纯炉即可开始提纯工作，载料箱一离开提纯炉即运行至冷却床顶面，开始冷却，如此，提纯炉基本处于不间歇的连续工作状态，炉内热量得到有效利用，热量利用率高；每次转换后，可根据冷却情况，对冷却床上的载料箱中的物料进行清理，在提纯炉内物料完成提纯前清理完毕即可。提纯、冷却、清理互不影响，可保证整个系统的连续工作生产，提升处理效率。另外，载料箱内物料的冷却在冷却床上进行，无需向高温物料内喷水，有效避免了烟尘的产生，有利于保护环境。

进一步地，所述卷绕机构包括驱动机和与驱动机传动连接的轴，所述索的一端固定于轴上。通过控制提纯炉两端侧的卷绕机构的正、反转，即可使得载料箱沿目标方向移动。

进一步地，所述提纯炉内设有多根棒状发热元件，所述发热元件位于载料箱的上方，一方面，棒状发热元件的拆装方便，另一方面，发热元件位于载料箱上方，可直接对载料箱内物料进行辐射加热，热量损失小，加热效果好。

优选地，发热元件与载料箱的距离为3-8cm。

优选地，所述发热元件为硅碳棒。

进一步地，所述载料箱的长度与提纯炉的2个第一开口之间的距离相等，第一开口与位于提纯炉内的载料箱的端面间隙配合，形成抽屉式结构；所述连接件的长度与相邻的第一开口和第二开口之间的距离相等，第二开口与位于操作室内的载料箱的端面间隙配合，形成抽屉式结构。如此，载料箱位置转移完毕后，操作室、提纯炉均处于相对密闭状态，无需担心环境污染，也无需另外在开口位置设置阻烟措施；另外，可保证连接件、索始终不进入提纯炉内，避免高温损伤。可选的，所述间隙宽度为0.5-10mm。

进一步地，所述2个载料箱之间通过至少2个连接件连接，提升连接稳定性，避免由于原料在载料箱分布不均而导致载料箱运行轨迹偏移。

可选的，连接件可以为挂钩、杆等构件，具体可根据需要选择。

优选地，所述连接件为硬质杆状件。

可选的，第一开口与第二开口直接对接，此时，通过挂钩等部件将2个载料箱连接即可。

可选的，第一开口与第二开口的距离为5-50cm，进一步为5-35cm。

进一步地，一个载料箱上索的数量至少为2条。

进一步地，所述投料口呈扁平状，宽度为载料箱的宽度的0.6-0.8倍，方便向载料箱内均匀铺料，形成原料层，使得原料在提纯炉快速、充分受热、燃烧。

进一步地，所述载料箱具有用于载料的腔体和围绕腔体设置的冷却通道，所述载料箱的侧壁上开设有进气口和出气口；所述提纯炉内设有可与进气口对接的注***。如此，待载料箱进入提纯炉内目标位置后，可通过注***向冷却通道内注入冷却气体，保护载料箱侧壁免受高温损伤。

进一步地，所述提纯炉具有燃烧腔，提纯炉的顶部设有与燃烧腔连通的烟气管。

利用如上所述的三氧化二砷提纯系统进行的提纯方法，包括如下步骤：

S1、控制提纯炉升温至目标提纯温度；可选的，目标提纯温度为680-750℃；

S2、驱使2个载料箱沿通道运动，同时，通过投料机构向正在进入提纯炉的载料箱投放待提纯的三氧化二砷原料，在该载料箱内形成原料层，待1个载料箱运动到承载台上，另1个载料箱运动到冷却床上后，对冷却床上的载料箱进行冷却后，清理冷却床上的载料箱内的物料；

S3、达到预设提纯时间后，重复S2，实现三氧化二砷原料的连续提纯。

可选的，预设提纯时间可根据需要设定，一般以满足载料箱内原料充分燃烧、提纯为准。

本发明人为了消除三氧化二砷生产工作当中环境污染严重隐患，实现节能减排，提高生产效率，研发工作中总结了许许多多的三氧化二砷提纯工艺技术的优点和缺陷，更彻底地摸索了三氧化二砷冶炼技术复杂，污染隐患严重，谈砷色变等一系列存在的原因，深入研究了三氧化二砷在高温条件下所呈现的种种形态和性质。在此基础上，研发提出了本发明的提纯系统，有效解决了三氧化二砷的复杂性技术难题。本发明的工艺设备简单，机械化程度高、操作灵活，且经久耐用节能环保，能有效解决砷环境污染隐患。

本发明的三氧化二砷提纯系统结构紧凑，实现了提纯炉的不间断提纯作用，处理效率高。同时，无需直接喷水冷却，大大减少了烟尘的产生量，节能环保。

本发明还具有如下优点：

（1）载料箱中铺设原料面积与炉内发热面积几乎相等，热能利用率高，有利于节能.

（2）载料箱材质扎实，冷却通道的设置使得载料箱科学经久耐用无故障，降低生产成本。

（3）载料箱制作精良密封严格无渗漏现象，改善了生产当中的环境污染隐患。

（4）载料箱装容量大，出渣进料速度快，每批次的进料出渣近两分钟，节省时间提高生产效益。

（5）处理量大，且进料、出料工作时间短，每天的动力机械工作近2 小时，无需连续工作，节省动力耗电。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式的三氧化二砷提纯系统的结构示意图。

图2是本发明第一种实施方式的载料箱的俯视图。

具体实施方式

以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域普通技术人员如何实施和再现本明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域普通技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域普通技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

参见图1，一种三氧化二砷提纯系统，包括1个提纯炉1、2个操作室2、2个顶部开口的载料箱4，以及对称地设置于提纯炉1两端的2个投料机构7。所述提纯炉1的两端分别设有第一开口，所述2个操作室2对称地分布于提纯炉1的两端；一个载料箱4可活动地设于操作室2内，另一个载料箱4可活动地设于提纯炉1内，所述2个载料箱4的一端通过连接件5连接，2个载料箱4的另一端分别连接有索6，2个操作室2内分别设有用于对相应索6进行收放的卷绕机构A；所述操作室2靠近提纯炉1的侧壁上设有与第一开口相对的第二开口，所述提纯炉1内设有承载台，所述操作室2内设有与承载台等高的冷却床3，所述冷却床3的顶面、第二开口、第一开口、承载台形成供载料箱4在操作室2、提纯炉1之间相互转移的通道。，所述投料机构7具有投料口，所述投料口位于提纯炉1相应侧的操作室2内，所述投料口位于通道的正上方。

所述卷绕机构包括驱动机和与驱动机传动连接的轴8，所述索6的一端固定于轴8上。可选的，所述轴8的两端可转动地安装于操作室内壁上。

提纯炉1具有燃烧腔101，承载台设置于燃烧腔101内，所述提纯炉1内设有多根棒状发热元件9，发热元件的主体部分位于燃烧腔101内，所述发热元件9位于载料箱4的上方；发热元件9与载料箱4的距离为5cm，所述发热元件9为硅碳棒。可选的，硅碳棒的功率为18kWh，总共45根，沿提纯炉的长度方向均匀分布，硅碳棒的延伸方向为在水平面内沿垂直于通道的方向，一般的，硅碳棒的两端用于接线，分别向提纯炉外露出10cm。采用硅碳棒，如发生故障，容易更换，不影响生产；硅碳棒与载料箱距离控制为5cm，相当节能。

所述载料箱4的长度与提纯炉1的2个第一开口之间的距离相等，第一开口与位于提纯炉内的载料箱4的端面间隙配合，形成抽屉式结构；所述连接件5的长度与相邻的第一开口和第二开口之间的距离相等，第二开口与位于操作室2内的载料箱4的端面间隙配合，形成抽屉式结构。可选的，所述间隙宽度为1mm。

所述2个载料箱4之间通过3个连接件5连接；所述连接件5为金属杆。

一个载料箱4上索6的数量为3条。索6为金属制成的链条。

所述投料口呈扁平状，且沿载料箱4的宽度方向延伸，其宽度为载料箱4的宽度的0.8倍，投料的同时完成铺料，在载料箱4形成原料层。

所述提纯炉1上设有烟气管10，用于收集含砷烟气。

操作室2整体呈长方体状，其3个侧壁上分别设有门201，以方便操作，并保证操作安全。

所述冷却床3由金属材料制成，其内部具有冷却腔，冷却床3的侧部设有与冷却腔连通的进水管301和出水管302，所述进水管301和出水管302分别位于冷却床3的一端侧。

参见图2，所述载料箱4具有用于载料的腔体401和围绕腔体设置的冷却通道402，所述载料箱4的两端侧开设有进气口403和出气口404；所述提纯炉1内设有可与进气口403对接的注***。

提纯炉用于提供热能，呈卧式。提纯炉的长度为15m，宽2.2m，高1.8m，提纯炉内腔的宽度为1.6m，内腔高度为0.3m。

载料箱用于承载待提纯的三氧化二砷原料，以方便原料进入提纯炉燃烧，提纯。由于砷进入高温后会形成半熔融状态，渗漏严重，因而采用箱体式避免外泄造成炉内堵塞。

载料箱外观类似常用抽箱，工作时2个载料箱连接，一节在提纯炉内燃烧，另一节在冷却床接受渣料冷却和入炉备准备，互相轮换出入炉内生产。

2个载料箱的规格一致，载料箱的底板长15.5米，宽1.5米，箱边高为0.1米，总平方23.25m²，实用生产面积21平方米，结合2.1立方米能装载原料2.5吨，具体地，可选的，将载料箱用高0.1米的金属板分隔，形成具有2个腔体401，腔体401四周环绕有冷却通道402结构，2个腔体401之间的冷却通道402的宽度为20厘米，一般的，箱边在炉内高温下，会持续升温，钢材质软化快不耐用，焊缝易渗透，本发明中可将高压冷风压入冷却通道，把箱边热量送出炉外，使箱边在强烈的高温下保持在较低温度状态。箱体制作的材质可采用通用国标20毫米厚的、310不锈钢材质。

上述载料箱具有如下优点：1.载料箱中铺设原料面积与炉内发热面积几乎相等，热能利用率高，有利于节能。2.载料箱材质扎实，冷却通道的设置使得载料箱科学经久耐用无故障，降低生产成本。3.制作精良密封严格无渗漏现象，改善了生产当中的环境污染隐患。4.装容量大，出渣进料速度快，每批次的进料出渣近两分钟，节省时间提高生产效益。5.处理量大，且进料、出料工作时间短，每天的动力机械工作近2 小时，无需连续工作，节省动力耗电。

冷却床可用于载料箱内渣料冷却，设立在提纯炉的两端侧，2个冷却床为同一类别、与提纯炉内承载台处于同一平面。床面十分平整，与载料箱底面贴紧无缝，床板面下是一个循环冷冰箱，可很快把箱内热量带走。

冷却床的散热面积大，散热速度快，不需直接把水放进料中，避免产生水汽和污染。

本发明的提纯系统专用于三氧化二砷提纯，是目前国内外先进的工艺设施，结构合理，工艺精良，密封性能好，机械化作业程度高，实现了节能减排消除砷污染隐患的理想。

利用如上所述的三氧化二砷提纯系统进行的提纯方法，包括如下步骤：

S1、控制提纯炉1升温至目标提纯温度；

S2、驱使2个载料箱4沿通道运动，同时，通过投料机构向正在进入提纯炉1的载料箱4投放待提纯的三氧化二砷原料，在该载料箱4内形成原料层，待1个载料箱4运动到承载台上，另1个载料箱4运动到冷却床3上后，对冷却床3上的载料箱4进行冷却后，清理冷却床3上的载料箱4内的物料；

S3、达到预设提纯时间后，重复S2，实现三氧化二砷原料的连续提纯。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。