發(fā)布時(shí)間：所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：錫是全球有色金屬資源中最為緊缺的品種之一，而全球錫生產(chǎn)集中度較高，中國(guó)與印尼以全球約50%的儲(chǔ)量供應(yīng)全球60%以上的需求。我國(guó)90%的金屬錫是采用反射爐生產(chǎn)的。本文簡(jiǎn)要介紹了某冶煉廠反射爐冶煉粗錫工藝及主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，分析了反射爐的優(yōu)缺點(diǎn)，
摘要：錫是全球有色金屬資源中最為緊缺的品種之一，而全球錫生產(chǎn)集中度較高，中國(guó)與印尼以全球約50%的儲(chǔ)量供應(yīng)全球60%以上的需求。我國(guó)90%的金屬錫是采用反射爐生產(chǎn)的。本文簡(jiǎn)要介紹了某冶煉廠反射爐冶煉粗錫工藝及主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，分析了反射爐的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了相關(guān)的建議。
關(guān)鍵詞：錫冶煉,反射爐,技術(shù)指標(biāo)
1前言
我國(guó)錫資源豐富且高度集中，主要集中在云南、廣西地區(qū)，此外在湖南、江西、內(nèi)蒙古等地區(qū)也分布著不同規(guī)模的錫礦床。我國(guó)也是錫生產(chǎn)大國(guó)，主要生產(chǎn)區(qū)域集中在云桂地區(qū)，除了云南錫業(yè)、云南乘風(fēng)、廣西華錫等主要生產(chǎn)精錫企業(yè)，大多數(shù)的錫冶煉企業(yè)規(guī)模較小。錫冶煉具有非常悠久的歷史，大多數(shù)采用火法生產(chǎn)。主要以錫精礦為原料，還原煤做還原劑，石灰石、石英做熔劑，主要工藝過(guò)程為錫精礦煉前處理、還原熔煉、煙化爐吹煉、粗錫精煉四個(gè)環(huán)節(jié)。
粗錫生產(chǎn)工藝有很多，從古法地坑爐煉錫，到現(xiàn)在的富氧頂吹浸沒(méi)熔池熔煉技術(shù)(TSL)，歷經(jīng)幾次革新，已經(jīng)發(fā)展為比較成熟的冶煉技術(shù)。目前，我國(guó)主要用于粗錫冶煉的工藝有反射爐工藝、電爐工藝、TSL技術(shù)。電爐工藝對(duì)原料的要求較高，同時(shí)設(shè)備投資大，電能消耗大，因此，受地區(qū)供電限制與原料成分的限制很難被推廣。TSL技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)前粗錫冶煉的最理想技術(shù)，而TSL技術(shù)適用于萬(wàn)噸規(guī)模以上的大型企業(yè)。錫精礦主要含有As、S、Cu、Fe等雜質(zhì)，反射爐因其對(duì)原料要求不嚴(yán)，爐內(nèi)氣氛容易控制，設(shè)備操作方便，適用于各種規(guī)模生產(chǎn)而廣泛被應(yīng)用。
2粗錫冶煉原理
2.1反射爐結(jié)構(gòu)
反射爐由爐床、爐墻、爐頂構(gòu)成的長(zhǎng)方形熔煉爐。反射爐結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，由爐基、爐底、爐墻、爐頂、加料口、放出口、煙道等部分構(gòu)成，主要分為燃燒室、熔煉室、排氣煙道三大區(qū)域。該廠反射爐采用粉煤噴燒的方式加熱，燃燒器設(shè)置在爐頭，主要利用爐頂、爐墻、高溫氣體輻射傳熱的方式將燃料燃燒產(chǎn)生的熱傳遞給物料，為錫精礦的還原反應(yīng)提供熱量，煙氣經(jīng)過(guò)爐膛后從尾部上升煙道排出。
爐底是反射爐的重要組成部分，尤其是生產(chǎn)粗錫的反射爐，由于錫的熔點(diǎn)只有232℃，在高溫下錫的流動(dòng)性非常好，容易滲入爐底降低錫的直收率，因此煉錫反射爐必須強(qiáng)化爐底加固，以延長(zhǎng)爐底壽命。一般的，煉錫反射爐會(huì)架空爐底，以便于取出爐底漏錫。放出口使用鋁鉻磚，緩解液錫對(duì)放出口的侵蝕。物料從爐頂加入，完成熔煉后，由于粗錫熔體和熔渣不互溶，且兩者比重存在差異而分層，下層為粗錫熔體，上層為熔渣，由側(cè)墻放出口先后放出粗錫和熔渣。該廠使用的反射爐爐床面積為38.9m2，長(zhǎng)寬比為4∶1，爐內(nèi)高度為1.7m，爐床能率為1.2～1.4t/d·m2。
2.2粗錫冶煉原理
反射爐冶煉粗錫的主要原料是SnO2，在高溫條件下，無(wú)煙煤做還原劑與錫石發(fā)生還原反應(yīng)：C+CO2=2CO(1)SnO2+2CO=Sn+2CO2(2)無(wú)煙煤將錫石中的Sn還原出來(lái)，在反射爐底部匯集得到粗錫，高熔點(diǎn)的脈石與溶劑造渣浮于上層與粗錫分離。
錫精礦中的雜質(zhì)成分由于性質(zhì)不同參與不同的反應(yīng)：較錫易于還原的，如Cu、Pb、Bi、As、Sb等先于錫還原進(jìn)入粗錫;較錫難于還原的Si、Ca、Mg、Al、W等雜質(zhì)不被還原而進(jìn)入爐渣;FeO與SnO2的標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓比較接近，在強(qiáng)還原氣氛下，鐵的氧化物還原成金屬鐵進(jìn)入粗錫，當(dāng)還原氣氛較弱時(shí)，鐵的氧化物會(huì)參與造渣，但是部分Sn也會(huì)因?yàn)檫�原強(qiáng)度不夠進(jìn)入爐渣。因此，在粗錫冶煉中最難分離的雜質(zhì)是鐵。內(nèi)蒙古地區(qū)的錫精礦中，鐵的含量一般在10%以上，這種錫精礦并不適合直接用電爐冶煉，這也是該廠選擇反射爐冶煉粗錫的主要原因之一。
3生產(chǎn)實(shí)踐
3.1工藝流程圖
內(nèi)蒙古某冶煉廠設(shè)計(jì)產(chǎn)能為10000t·Sn/a，采用反射爐熔煉工藝，包括煉前處理、還原熔煉、粗錫精煉和煙化爐煉渣四個(gè)過(guò)程，工藝流程示意圖如圖2所示。錫精礦經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)窯脫硫、砷等，除去原料中對(duì)冶煉工藝有害的雜質(zhì)，得到錫品位較高的焙砂。焙砂與還原煤、熔劑按一定比例配料，入爐錫品位為48%～50%，在反射爐中進(jìn)行還原熔煉，得到甲錫、乙錫、富渣、硬頭、爐氣。乙錫經(jīng)過(guò)熔析爐處理產(chǎn)出甲錫和熔析渣，爐氣經(jīng)過(guò)收塵系統(tǒng)回收有用煙塵，煙氣凈化后排放。
最后，甲錫送精煉系統(tǒng)生產(chǎn)精爐吹煉，回收富渣中的錫，硬頭和熔析渣返回配料。工藝的綜合回收率為95.85%。
3.2錫精礦煉前處理
該冶煉廠生產(chǎn)粗錫的原料主要來(lái)自于我國(guó)內(nèi)蒙古及湘贛地區(qū)。錫精礦煉前處理的主要目的是除去原料中對(duì)冶煉和產(chǎn)品質(zhì)量有害的雜質(zhì)，降低精煉工序的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少錫的損失，同時(shí)也能夠在一定程度上提高錫精礦品位，降低熔煉成本。此工藝中采用的是回轉(zhuǎn)窯焙燒法進(jìn)行錫精礦的預(yù)處理。
冶煉過(guò)程中，原料中的S與錫會(huì)生成SnS揮發(fā)，As、Sb會(huì)被還原出來(lái)進(jìn)入粗錫，使精煉作業(yè)困難，費(fèi)用增加，必須在反射爐熔煉之前降低這些雜質(zhì)含量。將配好的原料用給料機(jī)定量給料，經(jīng)加料管入回轉(zhuǎn)窯。回轉(zhuǎn)窯通過(guò)煤氣加熱，窯頭溫度約850℃，窯尾溫度約350℃。錫精礦入窯后在窯內(nèi)受熱升溫，大部分的硫、砷、銻和鉛等硫化物雜質(zhì)進(jìn)行氧化揮發(fā)除去。
主要反應(yīng)式如下：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2(3)2FeAsS+5O2=Fe2O3+As2O3+2SO2(4)2Sb2S3+9O2=2Sb2O3+6SO2(5)2PbS+3O2=2PbO+2SO2(6)回轉(zhuǎn)窯焙燒可實(shí)現(xiàn)脫硫率93.62%，脫砷率85.99%，煙塵率7.2%。
3.3反射爐熔煉
反射爐熔煉為周期性作業(yè)，一般為配料、加料、熔煉、放錫、放渣幾個(gè)階段，放完渣后繼續(xù)下一爐作業(yè)，每個(gè)周期8～9h。3.3.1配料反射爐配料就是將各種原料和熔劑按照渣型要求進(jìn)行搭配，并按照還原反應(yīng)配入適量的還原劑。選擇無(wú)煙煤做還原劑，固定碳含量大于60%，灰分含量小于25%。還原劑的加入量應(yīng)保證物料中的錫充分還原，還原劑過(guò)少會(huì)導(dǎo)致錫進(jìn)入爐渣，過(guò)多會(huì)將大量的鐵被還原出來(lái)進(jìn)入粗錫生成硬頭。
一般的，根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：2SnO2+3C=2Sn+2CO+CO2(7)考慮雜質(zhì)元素影響，還原劑的加入量應(yīng)該適當(dāng)上浮，該廠控制還原劑量為Q煤=(0.35-0.4)Q錫。爐渣的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)渣金分離有很大影響，根據(jù)原料中含鐵為4%～15%，該廠選擇FeO-CaO-SiO2為主的低鐵質(zhì)渣型，石灰石、石英做熔劑。
石灰石氧化鈣含量大于50%，適應(yīng)SiO2含量大于90%。硅酸度控制在1.2左右，熔劑的使用量要能達(dá)到熔煉要求，同時(shí)要控制最少渣量的生成，渣量越多就會(huì)帶走越多的金屬錫。
3.3.2布料
布料方式不同，直接影響熔煉速度，該廠采用中間低、兩側(cè)高的方式布料。物料靠近兩側(cè)爐墻，中間留出較大的空間，保證粉煤噴燒路徑暢通，兩側(cè)形成料坡，物料熔化時(shí)較易形成中部熔池，在熔池內(nèi)部形成對(duì)流傳熱，強(qiáng)化傳熱效率，提高物料熔化速度，縮短熔煉時(shí)間與反射爐生產(chǎn)周期。
3.3.3熔煉
焙砂與還原煤、熔劑、后續(xù)工序的各類中間品配料后加入反射爐進(jìn)行熔煉，爐溫控制在1250～1350℃。為了加快熔煉速度，要求工人定時(shí)進(jìn)行扒爐翻料，每爐翻料兩三次，在翻料過(guò)程中，爐渣內(nèi)的氧化錫會(huì)加速還原。含錫物料在爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)后，生成粗錫和富渣，通過(guò)放出口放出。反射爐熔煉產(chǎn)出甲錫、乙錫、硬頭、煙塵、富渣，乙錫經(jīng)過(guò)熔析反應(yīng)生成甲錫和熔析渣。甲錫送往精煉工序生產(chǎn)品位為99.95%以上的精錫，硬頭、熔析渣、煙塵返回反射爐配料，富渣送往煙化爐回收錫。
3.3.4常見(jiàn)問(wèn)題
反射爐生產(chǎn)粗錫是間斷式生產(chǎn)，爐子承受冷料、熱料交替，爐膛溫度也發(fā)生激烈變化，同時(shí)每爐物料成分不一，因此反射爐常出現(xiàn)一系列的問(wèn)題。
(1)墻體垮塌。
反射爐爐膛溫度高溫時(shí)能夠達(dá)到1200℃以上，低溫時(shí)500℃，每生產(chǎn)一爐粗錫，爐膛溫度就會(huì)發(fā)生一次劇變，爐頂耐火材料容易損壞。另外，熔體對(duì)爐墻也有腐蝕，錫的熔點(diǎn)較低，在高溫下錫的流動(dòng)性很強(qiáng)，對(duì)爐墻的沖蝕嚴(yán)重。
(2)爐料熔化困難。
來(lái)自江西的錫精礦中含有鎢等高熔點(diǎn)金屬，爐溫難以達(dá)到其熔點(diǎn)，導(dǎo)致?tīng)t料熔化困難。另外，采購(gòu)的燃料煙煤灰分多，覆蓋在反射爐熔池表面，隔斷了燃料與熔體之間的熱傳遞，也是爐料難化的原因之一。
(3)易生成爐結(jié)。
這是反射爐生產(chǎn)最主要的問(wèn)題。內(nèi)蒙古錫礦中鐵、砷含量較高，粗錫精煉產(chǎn)生的AB渣等中間品返回反射爐配料，使砷形成閉路循環(huán)。鐵與砷在較強(qiáng)還原氣氛下易生成Fe2As、Fe3As2、Fe5As積于爐內(nèi)，稱之為黃渣。黃渣是爐結(jié)的主要成分，熔點(diǎn)較高，反射爐的熔煉溫度難以使其熔化，形成爐結(jié)。黃渣的成分不同，熔點(diǎn)也有差異。為降低爐結(jié)的影響，應(yīng)嚴(yán)格控制爐內(nèi)氣氛，精煉產(chǎn)生的中間品做開(kāi)路處理。
4結(jié)論
反射爐雖然是生產(chǎn)粗錫的主要冶煉設(shè)備，但其能源利用率低、環(huán)保水平差等特點(diǎn)已不適用于當(dāng)前冶煉行業(yè)清潔生產(chǎn)的需求，嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)已經(jīng)對(duì)冶煉設(shè)備提出更嚴(yán)格的要求。根據(jù)《錫冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能耗限額》(GB21348-2014)規(guī)定，現(xiàn)有和新建的錫冶煉企業(yè)還原熔煉工序單位產(chǎn)品綜合能耗的限定值和準(zhǔn)入值分別為1050kgce/t、850kgce/t。
2015年工信部發(fā)布的《錫行業(yè)規(guī)范條件》規(guī)定粗錫冶煉工藝應(yīng)采用生產(chǎn)效率高、能耗低、環(huán)保達(dá)標(biāo)、資源綜合利用效果好的先進(jìn)錫冶煉工藝，反射爐熔煉工藝應(yīng)在2020年底前逐步淘汰。因此，錫冶煉企業(yè)必須提高科技創(chuàng)新能力，提升技術(shù)裝備水平，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的粗錫冶煉工藝，實(shí)現(xiàn)粗錫冶煉的清潔生產(chǎn)，促進(jìn)企業(yè)的健康、穩(wěn)定發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]黃位森.錫[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.
[2]邱竹賢.有色金屬冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.
[3]翟秀靜.重金屬冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.
[4]雷霆，楊志鴻，余宇楠，等.錫冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.
[5]GB21348-2014，錫冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能耗限額[S].
相關(guān)刊物推薦：《河北冶金》Hebei Metallurgy(月刊)曾用刊名：鐵水長(zhǎng)流，1979年創(chuàng)刊，報(bào)道內(nèi)容：地質(zhì)、采礦、選礦、焦化、耐火材料、煉鐵、煉鋼、軋鋼、金屬材料、理化檢驗(yàn)、冶金機(jī)械、冶金能源環(huán)保等與冶金工業(yè)生產(chǎn)和科研相關(guān)的新成果以及生產(chǎn)過(guò)程中采用的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備等。