吳紅星

(云南錫業(yè)股份有限公司冶煉分公司， 云南 紅河 661000)

氧煉錫采用新型真空爐蒸餾除Pb、Bi的工藝研究

吳紅星

(云南錫業(yè)股份有限公司冶煉分公司， 云南 紅河 661000)

研究了氧煉錫采用新型真空爐處理除Pb、Bi過(guò)程中，不同流量和爐內(nèi)功率對(duì)產(chǎn)品中Pb、Bi含量的影響。通過(guò)單因素分析法確定了最佳工藝：爐內(nèi)功率185 kW，流量0.2 kg/s，產(chǎn)品中Pb、Bi含量達(dá)到Sn99.90標(biāo)準(zhǔn)；爐內(nèi)功率185 kW，流量0.18 kg/s，產(chǎn)品中Pb、Bi含量可達(dá)到Sn99.90D標(biāo)準(zhǔn)。

氧煉錫； 新型真空爐； Pb； Bi； 標(biāo)準(zhǔn)

粗錫精煉過(guò)程中脫除砷、鐵后的粗錫業(yè)界習(xí)慣稱(chēng)之為氧煉錫，為了系統(tǒng)的研究新型真空爐對(duì)各種物料的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)真空爐生產(chǎn)Sn99.90精錫或高品級(jí)精錫，利用新型真空爐開(kāi)展了氧煉錫真空爐進(jìn)行脫P(yáng)b、Bi的生產(chǎn)試驗(yàn)。按照試驗(yàn)條件，共處理氧煉錫151.63 t，產(chǎn)出不同品級(jí)真空錫130.984 t，真空鉛20.161 t，氧化渣0.494 5 t，高砷灰0.017 6 t。產(chǎn)品真空錫中Pb、Bi含量均達(dá)到精錫標(biāo)準(zhǔn)。

為方便論述，產(chǎn)品以Pb為標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到Sn99.90

精錫標(biāo)準(zhǔn)的為1#真空錫，達(dá)到低鉛1#精錫標(biāo)準(zhǔn)的為低鉛1#真空錫，達(dá)到高級(jí)錫標(biāo)準(zhǔn)的為高級(jí)真空錫。

1 試驗(yàn)原理

雜質(zhì)元素與Sn能否實(shí)現(xiàn)真空分離可以考察雜質(zhì)元素與Sn的分離系數(shù)，也可以考察其與Sn的蒸氣壓比，本文采用蒸氣壓比值大小進(jìn)行判定。同一溫度下，雜質(zhì)元素與Sn的蒸氣壓比值越大，越容易分離。主要雜質(zhì)元素與Sn的蒸氣壓比如表1所示。

表1 1 273 K、1 473 K溫度下各元素與Sn的蒸氣壓比[1]

注：溫度973 K時(shí)Cd與Sn的蒸氣壓比為1.1×105，Ni與Sn的蒸氣壓比遠(yuǎn)小于1。

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，氧煉錫采用真空爐處理在1 273 K～1 473 K溫度下，As、Sb、Bi、Pb、In、Cd、Ag能揮發(fā)與Sn分離；Cu、Fe、Ni不能揮發(fā)與Sn分離。

2 原料

試驗(yàn)所用原料為熔甲錫經(jīng)過(guò)氧化鍋脫除As、Fe后的氧煉錫，由于生產(chǎn)過(guò)程中氧煉錫鑄錠供給下道工序，為確保原料成分的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，將試驗(yàn)所需原料進(jìn)行了集中熔化，其成分如表2所示。

從表2可以看出，原料中除Fe到達(dá)精錫標(biāo)準(zhǔn)以外，其它元素均未達(dá)到精錫標(biāo)準(zhǔn)，真空爐熔化樣與氧煉錫在上道工序化驗(yàn)成分基本吻合。

3 試驗(yàn)

試驗(yàn)采用20 t新型真空爐及其配套設(shè)備設(shè)施。

新型真空爐開(kāi)動(dòng)后，爐內(nèi)殘壓在低于10 Pa后基本穩(wěn)定，因此工藝參數(shù)需要確定的主要是爐內(nèi)功率和粗錫熔體流量，采用單因素法，通過(guò)確定其中一個(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)另一個(gè)參數(shù)來(lái)考察兩個(gè)工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響。

表2 原料成分 %

3.1 流量的影響

為了確定合適流速，本試驗(yàn)固定爐內(nèi)功率為185 kW，流量調(diào)整如表3所示。

試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

從表4試驗(yàn)結(jié)果可以看出，同一功率，流量越大，雜質(zhì)的脫除率降低，相應(yīng)的產(chǎn)品品級(jí)越低，電單耗、焊錫品位和焊錫產(chǎn)出率越低，但臺(tái)班處理量、臺(tái)班產(chǎn)品量、產(chǎn)品產(chǎn)出率和Sn直收率越高。爐內(nèi)功率為185 kW時(shí)，控制流量0.2 kg/s，取得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)。

表3 流速試驗(yàn)條件

表4 流速試驗(yàn)結(jié)果 %

3.2 功率的影響

為了確定流量，固定流量為640 kg/s，功率確定如表5所示。

試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

從試驗(yàn)結(jié)果看，功率超過(guò)185 kW，功率升高，產(chǎn)品Pb含量均達(dá)到精錫標(biāo)準(zhǔn)，但指標(biāo)差別不大。

表5 爐內(nèi)功率試驗(yàn)條件

表6 爐內(nèi)功率試驗(yàn)結(jié)果 %

3.3 As、Sb最大脫除能力試驗(yàn)

據(jù)文獻(xiàn)[2]報(bào)道，在973 K～1 493 K溫度下，處理含Sb34.1%的原料，當(dāng)溫度達(dá)到1 493 K時(shí)，殘留液中含Sb僅0.62%，試驗(yàn)表明溫度越高，Sn-Sb合金中Sb越容易揮發(fā)。

楊斌等[3]采用真空蒸餾的方法, 在蒸餾溫度～1 573 K, 真空度小于13 Pa, 蒸餾時(shí)間大于30 min條件下使銻鉛從含銻～10%、含鉛～5%、含錫～85%的錫銻合金中揮發(fā), 得到含錫>99%的粗錫和錫銻鉛三元合金，1 573 K時(shí)Sb的揮發(fā)效果明顯提高。

為了考察As、Sb能否通過(guò)真空爐一次脫除到精錫標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)功率和流量對(duì)雜質(zhì)脫除的影響，試驗(yàn)在真空爐滿(mǎn)負(fù)荷功率195 kW，控制流量分別為0.19 kg/s、0.17 kg/s、0.15 kg/s，產(chǎn)品真空錫成分如表7所示。

從真空錫成分可以看出,195 kW功率條件下，降低流量，As、Sb在真空錫中的含量逐漸降低，但是始終未達(dá)到精錫標(biāo)準(zhǔn)。一方面是由于各種雜質(zhì)與Sn發(fā)生作用，或者雜質(zhì)之間發(fā)生作用，實(shí)際的蒸氣壓會(huì)有所偏差，其中As、Sb即為負(fù)偏差，As與Sn生成較穩(wěn)定的SnAs和Sn3As2，而Sb與Sn易形成固溶體，雖然As、Sb與Sn的飽和蒸氣壓比高于Pb、Bi，但其分離效果可能會(huì)與蒸氣壓比大小不一致；另一方面，隨著原料中Sb含量的降低，其活度也隨之降低，因此揮發(fā)更加困難。

3.4 產(chǎn)品情況及分析

3.4.1 真空錫

在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)真空錫進(jìn)行分段考察取樣，為確定真空錫的實(shí)際成分，對(duì)試驗(yàn)所產(chǎn)物料全部進(jìn)行熔化綜合取樣，真空爐取樣與熔化取樣情況對(duì)比如表8。

真空錫成分與溶化后化驗(yàn)成分對(duì)比可以得出，真空錫在真空爐取樣結(jié)果與熔化后取樣化驗(yàn)結(jié)果基本一致，表明本次試驗(yàn)過(guò)程控制基本穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠，雖有少量差異，但以Pb為標(biāo)準(zhǔn)，都在一個(gè)品級(jí)范圍內(nèi)。產(chǎn)品真空錫含Pb、Bi品位達(dá)到了精錫國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而Sn、As、Sb尚未達(dá)到精錫標(biāo)準(zhǔn)。

3.4.2 真空鉛

試驗(yàn)所產(chǎn)真空鉛成分與熔化后取樣成分如表9所示。

表7 真空錫成分 %

表8 真空錫實(shí)際成分 %

表9 真空鉛成分 %

真空鉛含Sn在28%～68.64%之間，In含量高，沒(méi)有進(jìn)行二次蒸餾，送電解進(jìn)一步處理。真空鉛化驗(yàn)成分與熔化后實(shí)際情況基本相符，也說(shuō)明試驗(yàn)流量控制基本穩(wěn)定。

3.4.3 收集物

新型真空爐配置了特有的砷收集裝置，對(duì)試驗(yàn)所用Sn99.90真空爐收集器拆除進(jìn)行清理，發(fā)現(xiàn)收集器中上段幾乎沒(méi)有物料，在收集器的下段清理出砷灰0.017 6 t，其成分如表10所示。

從表10中可以看出，收集器內(nèi)物料含砷較高，Bi、Sb有所收集，而Sn、Pb含量也較高，主要是由于部分試驗(yàn)爐內(nèi)溫度過(guò)高造成的。

表10 收集器砷灰主要成分 %

3.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

生產(chǎn)不同品級(jí)真空脫雜錫的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表11。

從表11中可以看出，隨著產(chǎn)品品級(jí)的升高，As、Sb、Ag、In脫除率升高，Sn直收率降低，主要是隨著品級(jí)升高，產(chǎn)品中鉛、鉍含量降低，導(dǎo)致部分錫的揮發(fā)增加。Pb、Bi脫除率變化不明顯，主要是蒸餾后兩種元素含量已經(jīng)較低，因此脫除率接近。

表11 生產(chǎn)不同品級(jí)真空脫雜錫的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) %

4 結(jié)論及展望

通過(guò)氧煉錫采用新型真空爐處理脫除Pb、Bi試驗(yàn)可得出以下結(jié)論：

(1)氧煉錫采用新型真空爐處理脫除Pb、Bi至精錫標(biāo)準(zhǔn)是可行的。

(2)氧煉錫采用真空爐處理將其中的As、Sb一次脫除到精錫標(biāo)準(zhǔn)難度較大,需進(jìn)行二次處理；

(3)氧煉錫采用真空爐處理，在爐內(nèi)殘壓為10 Pa條件下，控制爐內(nèi)功率185 kW，流量0.2 kg/s，產(chǎn)品中Pb、Bi含量可達(dá)到Sn99.90精錫標(biāo)準(zhǔn)；控制爐內(nèi)功率185 kW，流量0.18 kg/s，產(chǎn)品中Pb、Bi含量可達(dá)到Sn99.9D精錫標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)所產(chǎn)真空錫可送脫雜工序進(jìn)一步除去As、Sb等雜質(zhì)，生產(chǎn)出合格的精錫產(chǎn)品。

通過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)存在一些問(wèn)題，如As、Sb、Cu等雜質(zhì)可以再采用化學(xué)法進(jìn)一步脫除，而In和Ag只能在真空鉛富集一部分，大部分仍進(jìn)入產(chǎn)品精錫當(dāng)中，回收率較低；由于氧煉錫采用真空爐生產(chǎn)的高級(jí)真空脫雜錫中In、Ag含量較高，可以通過(guò)脫雜除As、Sb，但難以進(jìn)一步脫除In、Ag，生產(chǎn)出高級(jí)錫。因此，In和Ag的脫除需做進(jìn)一步的研究，考慮進(jìn)一步提高爐內(nèi)功率，提高In和Ag在真空鉛中的富集程度，產(chǎn)出貴鉛銷(xiāo)售。

[1] 傅崇說(shuō).有色冶金原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1983.

[2] ICHNM'2002 a New Century International Conference on Metallurgical High Technology and New Materialsof Heavy Nonferrous Metals.Huang Zhanchao,Yang BinandLin Zhiqun.Vaccum SeperationOf Sn-Pb-Bi Multi-Componets Alloy[C]∥Peng Jinhui.ICHNM'2002 a New Century International Conference on Metallurgical High Technology and New Materials of Heavy Nonferrous Metals,2002. Kunming,China.The Nonferrous Metals Society of China (NFsoc).2002.205-209.

[3] 楊斌，戴永年等.真空蒸餾分離錫銻合金的研究[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，23(3)：104-107.

秘魯成為世界第二大銅礦產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)

2016年，秘魯共生產(chǎn)銅礦產(chǎn)品235萬(wàn)t，一舉超過(guò)中國(guó)(174萬(wàn)t)成為全球第二大銅礦產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)。智利出產(chǎn)銅礦產(chǎn)品550萬(wàn)t，依然牢牢占據(jù)全球第一。礦業(yè)是秘魯?shù)闹匾еa(chǎn)業(yè)之一，產(chǎn)值占GDP總值的12%，出口額占總出口的59%。

Process study on Pb and Bi removal with new vacuum furnace in tin refining

WU Hong-xing

This paper studies the impact of different flow and furnace power on the contents of Pb and Bi in the product with the adoption of new vacuum furnace in tin refining. The best process is determined based on the single factor analysis method: with the furnace power of 185 kW and flow of 0.2 kg/s, the contents of Pb and Bi in the product satisfy Sn99.90 standard, with the furnace power of 185 kW and flow of 0.18 kg/s, the contents of Pb and Bi in the product can satisfy Sn99.90D standard.

tin refining; new vacuum furnace; Pb; Bi; standard

吳紅星(1972—)， 云南石屏人， 工程師， 從事錫冶煉生產(chǎn)管理工作。

2016-- 11-- 13

TF814

B

1672-- 6103(2017)02-- 0029-- 04