采用真空爐處理粗錫與傳統(tǒng)工藝對粗錫中銻砷含量經(jīng)濟臨界點探索及工藝比較分析

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)晶機傳統(tǒng)工藝對粗錫中銻砷含量的經(jīng)濟臨界點，并對2種工藝的特點進(jìn)行初步的比較和分析。

【關(guān)鍵詞】真空爐；粗錫；砷銻；經(jīng)濟臨界點；比較分析

【中圖分類號】TF814 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】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，是采用氧化鍋除砷銻，利用結(jié)晶機除鉛鉍的冶煉技術(shù)。這種傳統(tǒng)的冶煉方式有著直收率偏低、會產(chǎn)出有毒物質(zhì)及勞動強度大等缺點，因此尋找一種安全可靠并經(jīng)濟節(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，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，對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)的實驗研究，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，鉛鉍已基本上完全脫除，銻砷的脫除率約80%，此時如繼續(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)實驗。真空爐按以下生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行實驗。

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。

實驗累計處理了71 t粗錫，得到以下試驗結(jié)果（見表1至表4）。

實驗結(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)濟效益，這是因為若完全用真空爐將含銻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)濟臨界點的探索

3.1 工藝流程

若采用真空爐代替結(jié)晶機，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，徹底消除了單獨處理鋁渣的麻煩。由于真空爐的生產(chǎn)成本高，結(jié)晶機的生產(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)成本從而彌補真空爐增加的生產(chǎn)成本，當(dāng)粗錫含砷銻高時，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用及其他相同的生產(chǎn)工序如離心機、氧化鍋的生產(chǎn)成本相同，按500元/t粗錫計，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150 000元計，金屬損失價值為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，加鋁為xt，按鋁價15 000元計，值x×15 000元。

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

（4）其余成本：500元/t粗錫，100 t合計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50 000元。

3.2.3 2種工藝的生產(chǎn)成本對比

按以上計算，當(dāng)粗錫含砷銻從0.1%～1.0%時，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，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。

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

（4）真空爐除鉛鉍比結(jié)晶機更徹底，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有一定的砷銻含量的粗錫具有一定的優(yōu)勢，若能將它應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)，將對錫冶煉的技術(shù)提升起到巨大的推動作用。

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)實驗研究[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，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踐[J].有色金屬科學(xué)與工程，2011（10）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]