羅祥海

【摘 要】文章分析了采用真空爐直接處理粗錫脫除鉛鉍及大部分砷銻的工藝，探索目前的氧化鍋-結(jié)晶機(jī)傳統(tǒng)工藝對(duì)粗錫中銻砷含量的經(jīng)濟(jì)臨界點(diǎn)，并對(duì)2種工藝的特點(diǎn)進(jìn)行初步的比較和分析。

【關(guān)鍵詞】真空爐；粗錫；砷銻；經(jīng)濟(jì)臨界點(diǎn)；比較分析

【中圖分類號(hào)】TF814 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）12-0076-03

1 真空爐進(jìn)行錫銻分離的背景

在傳統(tǒng)的錫火法精煉時(shí)，是采用氧化鍋除砷銻，利用結(jié)晶機(jī)除鉛鉍的冶煉技術(shù)。這種傳統(tǒng)的冶煉方式有著直收率偏低、會(huì)產(chǎn)出有毒物質(zhì)及勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，因此尋找一種安全可靠并經(jīng)濟(jì)節(jié)能的粗錫精煉技術(shù)是未來錫冶煉的發(fā)展方向。新型錫鉛銻分離真空爐是昆明理工大學(xué)為進(jìn)行高鉛銻錫合金分離而研制的一種新型真空爐。通過幾年來的生產(chǎn)實(shí)踐，新型真空爐已成功應(yīng)用于錫鉛銻合金的處理。在處理高銻粗錫時(shí)，用真空爐進(jìn)行錫銻分離已證明是目前最有效的方法。多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明真空爐用于處理高銻粗錫是成功并且成效顯著的，但真空爐能否應(yīng)用到含銻較低的粗錫的處理，工業(yè)上還沒有進(jìn)行實(shí)際的探索。近年來，昆明理工大學(xué)又進(jìn)行了用真空爐處理粗錫的探索，取得了用真空爐直接產(chǎn)出合格精錫的成果，從技術(shù)上已能證明真空爐處理含銻低的粗錫技術(shù)是完全可行的。真空爐能否在低銻粗錫的處理領(lǐng)域比傳統(tǒng)工藝更經(jīng)濟(jì)，對(duì)真空爐在錫冶煉中的推廣應(yīng)用起到關(guān)鍵的作用。本文對(duì)此問題進(jìn)行深入探索。

2 真空爐砷銻的蒸發(fā)與粗錫含砷銻品位的關(guān)系

合金中某一種元素i的蒸氣壓pi首先受其濃度的影響，然后受各種元素之間原子與分子間的相互作用，用公式表示如下：

pi=ai×pi*

上式中，pi*為合金中i組分的純物質(zhì)飽合蒸氣壓，ai為i在合金中的活度。

因此從理論上說，真空爐中元素的蒸發(fā)速度與粗錫中的元素的品位是呈正比關(guān)系的。根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，錫與鉛、鉍、砷、銻雜質(zhì)元素的揮發(fā)率之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1表明鉛和鉍可以通過真空蒸餾得到很好的分離，但銻和砷與錫的分離效果不佳，當(dāng)錫的蒸發(fā)量達(dá)10%時(shí)，鉛鉍已基本上完全脫除，銻砷的脫除率約80%，此時(shí)如繼續(xù)蒸發(fā)，銻砷的脫除率將明顯放慢。

來賓華錫冶煉有限公司曾采用昆明鼎邦公司的第二代真空爐進(jìn)行處理粗錫的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。真空爐按以下生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

工藝參數(shù)：真空度為5～10 Pa；蒸發(fā)盤溫度為

1 250～1 350 ℃；處理量為15 t/d。

實(shí)驗(yàn)累計(jì)處理了71 t粗錫，得到以下試驗(yàn)結(jié)果（見表1至表4）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和錫與鉛、鉍、砷、銻雜質(zhì)元素的揮發(fā)率之間的關(guān)系基本相符。當(dāng)粗錫中的鉛鉍已基本蒸發(fā)完后，砷銻的蒸發(fā)率也是在80%左右，若繼續(xù)蒸發(fā)，砷銻揮發(fā)率則明顯放慢，生產(chǎn)成本明顯增加，因此當(dāng)真空爐處理含砷銻高的粗錫要比處理含砷銻低的粗錫要有利得多，這意味著用同樣的生產(chǎn)成本，含砷銻高的粗錫將比含砷銻低的粗錫獲得更多砷銻的脫除。粗錫中砷銻的揮發(fā)特點(diǎn)決定了真空爐只能與氧化鍋相結(jié)合進(jìn)行精煉才能發(fā)揮最佳的經(jīng)濟(jì)效益，這是因?yàn)槿敉耆谜婵諣t將含銻1%左右粗錫蒸發(fā)到0.02%以下的1#錫標(biāo)準(zhǔn)，按錫與砷、銻雜質(zhì)元素的揮發(fā)率之間的關(guān)系，蒸發(fā)時(shí)間要增加2倍左右，即意味著處理量減少到1/3，電耗增加2倍。而真空爐能否代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝處理粗錫很大程度取決于粗錫含砷銻的品位。

3 真空爐處理粗錫含砷銻經(jīng)濟(jì)臨界點(diǎn)的探索

3.1 工藝流程

若采用真空爐代替結(jié)晶機(jī)，精煉的工藝流程與傳統(tǒng)的工藝流程比較如圖2、圖3所示。

3.2 經(jīng)濟(jì)成本比較

從工藝流程中看出，采用真空爐處理粗錫的工藝可以取代結(jié)晶機(jī)并將大部分砷銻在真空爐中除去，從而大幅度地減少鋁渣的產(chǎn)出量。在傳統(tǒng)的工藝中，鋁渣需單獨(dú)熔煉成高銻合金粗錫后進(jìn)入真空爐進(jìn)行脫銻處理。而采用新工藝后，鋁渣可直接返回還原爐與錫精礦搭配熔煉，徹底消除了單獨(dú)處理鋁渣的麻煩。由于真空爐的生產(chǎn)成本高，結(jié)晶機(jī)的生產(chǎn)成本不足以抵消真空爐的生產(chǎn)成本，還需要通過減少鋁渣的產(chǎn)出量從而提高精煉的直收率來降低生產(chǎn)成本從而彌補(bǔ)真空爐增加的生產(chǎn)成本，當(dāng)粗錫含砷銻高時(shí)，真空爐能減少的鋁渣量則越大，從而成本降低得越多，采用真空爐處理粗錫就越劃算。因此，確定傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝與真空爐生產(chǎn)工藝生產(chǎn)成本一樣的粗錫含砷銻的臨界點(diǎn)具有重要指導(dǎo)生產(chǎn)流程選擇的意義。

按目前真空爐處理粗錫的條件，一次處理1 t粗錫的用電約350 kW·h，按砷銻蒸發(fā)80%，錫蒸發(fā)10%，鋁渣含砷銻10%、含錫50%，鋁渣熔煉的生產(chǎn)成本為1 500元/t鋁渣，鋁渣返回錫金屬損失按3%進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)粗錫中砷銻含量為x%，傳統(tǒng)工藝處理焊錫及熔煉鋁渣產(chǎn)出的錫銻合金與真空爐工藝二次處理錫銻合金的費(fèi)用及其他相同的生產(chǎn)工序如離心機(jī)、氧化鍋的生產(chǎn)成本相同，按500元/t粗錫計(jì)，處理100 t粗錫的2種工藝生產(chǎn)成本如下。

3.2.1 傳統(tǒng)工藝

（1）鋁渣處理：成本處理100 t粗錫將產(chǎn)出10x t的鋁渣，鋁渣熔煉的成本為10x×1 500，按錫價(jià)150 000元計(jì)，金屬損失價(jià)值為10x×50%×3%×150 000；鋁渣的處理與金屬損失成本為10x×1 500+10x×50%×3%×150 000。

（2）鋁耗：加鋁量按砷銻∶鋁為1∶1計(jì)，加鋁為xt，按鋁價(jià)15 000元計(jì)，值x×15 000元。

（3）電耗：傳統(tǒng)工藝電耗主要相差在結(jié)晶機(jī)與真空爐之間，結(jié)晶機(jī)電耗為100 kW·h/t，按0.6元/ kW·h計(jì)，電耗為100×100×0.6=6 000元。

（4）其余成本：500元/t粗錫，100 t合計(jì)50 000元。

3.2.2 真空爐工藝

（1）鋁渣處理：而按真空爐處理工藝由于大部分銻已除去，鋁渣的產(chǎn)出量相應(yīng)為傳統(tǒng)工藝的25%，鋁渣的處理與金屬損失成本為（10x×1 500+10x×50%×3%×150 000）×20%。

（2）鋁耗：同理真空爐工藝鋁耗為x×15 000×20%元。

（3）電耗：真空爐電耗為350×100×0.6=21 000元。

（4）其余成本：500元/t粗錫，100 t合計(jì)50 000元。

3.2.3 2種工藝的生產(chǎn)成本對(duì)比

按以上計(jì)算，當(dāng)粗錫含砷銻從0.1%～1.0%時(shí)，2種工藝處理每噸粗錫的生產(chǎn)成本見表5。

從表5中可以看出，當(dāng)粗錫含砷銻高時(shí)傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)成本增加很大，當(dāng)粗錫含砷銻增加0.1%，生產(chǎn)成本增加52～53元/t，而真空爐工藝則成本增加較小，約11元/t。當(dāng)粗錫含砷銻達(dá)0.4%時(shí)，真空爐工藝生產(chǎn)成本已低于傳統(tǒng)工藝。

4 工藝分析與結(jié)論

雖然以上只是初步的分析，但從以上分析我們基本上可得出以下2種工藝的對(duì)比結(jié)論。

（1）含砷銻在0.4%以上的粗錫，真空爐直接處理工藝比傳統(tǒng)工藝的生產(chǎn)成本更有優(yōu)勢(shì)。

（2）采用真空爐直接處理粗錫工藝比傳統(tǒng)工藝還可減少70%～80%劇毒鋁渣的產(chǎn)出。

（3）傳統(tǒng)工藝對(duì)鋁渣需用電爐隔離熔煉，若集中在主還原熔煉爐處理則會(huì)污染主流程粗錫。采用真空爐工藝時(shí)，鋁渣直接返回與錫精礦還原熔煉即可，實(shí)際生產(chǎn)組織更簡(jiǎn)化、方便。

（4）真空爐除鉛鉍比結(jié)晶機(jī)更徹底，可達(dá)高純錫的標(biāo)準(zhǔn)，并且不受鉛鉍比例的影響。

（5）真空爐無法對(duì)銀富集，若處理含銀高的粗錫需另進(jìn)行富集分離。

（6）真空爐投資要高過傳統(tǒng)工藝。

綜合以上分析我們認(rèn)為，真空爐處理粗錫除鉛銻砷鉍對(duì)有一定的砷銻含量的粗錫具有一定的優(yōu)勢(shì)，若能將它應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)，將對(duì)錫冶煉的技術(shù)提升起到巨大的推動(dòng)作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楊斌，李一夫，劉大春，等.粗錫真空蒸餾提純工業(yè)實(shí)驗(yàn)研究[Z].全國錫銻汞冶煉技術(shù)及重金屬冶煉回收技術(shù)與裝備研討會(huì)，2016.

[2]戴永年，楊斌.有色金屬材料的真空冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

[3]蔣光佑.高銻粗錫真空蒸餾分離錫銻工藝實(shí)踐[J].有色金屬科學(xué)與工程，2011（10）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]