錫冶煉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

王紅彬

(云南錫業(yè)股份有限公司， 云南 紅河 661000)

錫冶煉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

王紅彬

(云南錫業(yè)股份有限公司， 云南 紅河 661000)

從煉前處理、還原熔煉、錫精煉、錫渣煙化、錫綜合回收技術(shù)及清潔生產(chǎn)等方面介紹了錫冶煉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，重點介紹了高雜錫精礦富氧焙燒、澳斯麥特富氧熔煉、錫渣富氧煙化、大型真空爐等新技術(shù)的應(yīng)用，闡述了新技術(shù)應(yīng)用對冶金爐窯各項指標的影響，對錫冶煉技術(shù)多個方面的發(fā)展方向進行了展望。

錫冶煉技術(shù)； 富氧熔煉； 煙化揮發(fā)； 發(fā)展方向

錫的冶煉歷史悠久，特別是近代工業(yè)革命后，錫的冶煉規(guī)模逐漸從分散式向集約化發(fā)展，從作坊式向集團化發(fā)展；冶煉裝備從簡陋、手工作業(yè)向大型化、機械化、自動化發(fā)展；冶煉技術(shù)從粗放式向精細化、標準化發(fā)展。錫冶煉技術(shù)經(jīng)濟指標持續(xù)改善，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升，品種不斷豐富，冶煉流程不斷優(yōu)化。隨著錫資源的消耗，原料不斷貧化，成分越來越復雜，錫冶煉技術(shù)面臨著新的挑戰(zhàn)。本文闡述了錫冶煉技術(shù)的現(xiàn)狀，對其發(fā)展進行了展望。

1 錫冶煉技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 錫煉前處理技術(shù)

煉前處理的技術(shù)較多，其中多膛爐焙燒、酸浸等因效率及環(huán)保等問題逐漸淘汰。目前，應(yīng)用較為廣泛的是錫精礦沸騰爐流態(tài)化焙燒及回轉(zhuǎn)窯焙燒。近年來，隨著高品質(zhì)錫資源的消耗，原料雜質(zhì)成分更加復雜，煉前處理技術(shù)對物料的適用性逐漸增強。云錫公司、來賓華錫公司、玻利維亞文托煉錫廠等大型煉錫廠均開發(fā)出了用以處理高雜錫精礦、高雜熔析渣、硬頭等中間返回品的煉前處理技術(shù)。其中，沸騰爐流態(tài)化富氧焙燒技術(shù)通過提高鼓風的氧濃度，效果較為突出，爐床能力提高近20%，產(chǎn)出的焙砂含砷、硫均能滿足熔煉爐的要求，且生產(chǎn)穩(wěn)定，指標良好。圖1為國內(nèi)某廠流態(tài)化焙燒爐的主要技術(shù)經(jīng)濟指標。

圖1 國內(nèi)某廠流態(tài)化焙燒爐的 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

1.2 錫精礦還原熔煉技術(shù)

還原熔煉的設(shè)備主要有反射爐、電爐、澳斯麥特爐等。反射爐歷史最為悠久，產(chǎn)錫量曾經(jīng)占全世界的85%，由于熔煉強度低，傳熱效率低，勞動強度大，環(huán)保條件差等缺點，已逐漸被淘汰。

電爐的突出優(yōu)勢在于錫冶煉直接回收率高，投資較低，較適用于小型冶煉廠，且熔煉溫度較高，可處理高熔點物料。我國電爐熔煉錫精礦始于1958年[1]，起步較晚但發(fā)展迅速，在處理高雜物料方面優(yōu)勢明顯，一些錫冶煉廠開發(fā)的電爐熔煉鋁渣技術(shù)，生產(chǎn)的高銻粗錫品位可達85%以上。

澳斯麥特技術(shù)發(fā)展迅速，推廣很快。從1978年聯(lián)合錫冶煉廠(ATS)建成首家商業(yè)化的塞羅熔煉廠(錫渣還原—錫精礦冶煉)開始，到目前為止采用澳斯麥特技術(shù)的有：荷蘭HMIB(1988年)，秘魯馮蘇爾冶煉廠Funsur(1996年)，中國云錫公司(2000年)，中國華錫集團China Tin(2013年)，玻利維亞文托冶煉廠Vinto(2014年)。另外，有資料顯示，中國南康市開源礦業(yè)有限公司業(yè)已正式簽約引進澳斯麥特爐錫冶煉項目[2]。

表1為反射爐、電爐、澳斯麥特爐的主要技術(shù)經(jīng)濟指標。

表1 不同熔煉爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標

從表1可以看出，澳斯麥特技術(shù)的指標優(yōu)勢明顯。澳斯麥特技術(shù)的發(fā)展對錫冶煉技術(shù)帶來了新的突破，其主要表現(xiàn)在：

(1)錫冶煉的指標持續(xù)優(yōu)化。圖2為某大型冶煉廠澳斯麥特爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標，可以看出，在入爐錫品位呈下降趨勢的情況下，爐床指數(shù)和錫直收率平穩(wěn)且有提升。

圖2 某大型冶煉廠澳斯麥特爐 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

(2)富氧熔煉技術(shù)的應(yīng)用，對澳斯麥特技術(shù)的發(fā)展起到了極大的促進作用。世界上第一座采用澳斯麥特技術(shù)的秘魯馮蘇爾冶煉廠于1998年改用富氧鼓風后，年精礦處理能力提升了30%左右。2008年云錫公司進行了升級改造，采用富氧強化熔煉技術(shù)。圖3為采用富氧前后主要技術(shù)經(jīng)濟指標，可以看出，澳斯麥特爐產(chǎn)能進一步釋放，指標優(yōu)化，能耗降幅明顯。

圖3 澳斯麥特爐采用富氧前后 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

1.3 粗錫精煉技術(shù)

錫精煉通常采用火法冶金和濕法冶金(電解)兩種方法，其中，火法精煉技術(shù)應(yīng)用較廣?；鸱ň珶捁に嚵鞒炭珊喪鰹椋捍皱a→凝析法除鐵、砷→加硫除銅→加鋁除砷、銻→機械結(jié)晶除鉛、鉍→合錫鍋合錫→澆鑄精錫產(chǎn)品。近年來粗錫精煉技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在錫真空精煉技術(shù)、高雜粗錫電解新技術(shù)、電熱機械連續(xù)結(jié)晶機、懸臂式離心機、核心裝備自動化和機械化等幾個方面。

錫真空精煉技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在：一是真空爐產(chǎn)能大幅提升。從表2可以看出，20世紀80年代以來，真空爐處理能力倍數(shù)遞增，電單耗下降，其它指標均有優(yōu)化。二是真空爐功能多元化。傳統(tǒng)的真空爐主要處理單純的錫鉛合金，目前處理錫銻鉛合金、錫鉍合金等物料，用真空爐直接或與結(jié)晶機聯(lián)動生產(chǎn)“四九”錫，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟指標。

表2 真空爐處理能力及電單耗

在粗錫脫鐵砷工藝中廣泛采用高速離心分離機，大幅降低了操作人員的勞動強度，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了作業(yè)效率和技術(shù)經(jīng)濟指標。

電熱機械連續(xù)結(jié)晶機重構(gòu)了錫精煉工藝，成為錫精煉工廠脫鉛鉍的標準配置。

由于原料成分越來越復雜，錫冶煉過程中產(chǎn)生的大量高雜粗錫亟需處理，高雜粗錫和錫銅渣隔膜電解技術(shù)得到了開發(fā)和應(yīng)用。

在精錫澆鑄方面，由于精錫產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求高，很長一段時期只能人工澆鑄，云錫公司、MSC、秘魯馮蘇爾冶煉廠開發(fā)的自動澆鑄機徹底結(jié)束了人工澆鑄時代，實現(xiàn)了機械自動脫模、自動打碼、機械堆垛打包，產(chǎn)品外觀質(zhì)量較好。

精煉鍋加熱系統(tǒng)用清潔能源代替燃煤加熱，全程自動化控制，勞動強度降低，作業(yè)環(huán)境改善，產(chǎn)品能耗下降，實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。

1.4 錫煙化揮發(fā)技術(shù)

錫冶煉爐渣和錫中礦煙化揮發(fā)技術(shù)以箱式煙化爐煙化為主，近年來也有其它錫煙化揮發(fā)技術(shù)的研究，如澳斯麥特頂吹爐煙化和回轉(zhuǎn)窯煙化，但其在煙化效率、硫的利用率和終渣含錫方面不太理想。錫煙化揮發(fā)技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面：富氧熔煉技術(shù)的應(yīng)用、過程控制自動化、選冶聯(lián)合處理錫尾礦再選產(chǎn)出的錫中礦、錫銅渣處理技術(shù)的開發(fā)。

1.4.1 富氧熔煉技術(shù)的應(yīng)用

爐料熔化速度直接決定著煙化爐的處理能力，富氧技術(shù)屬于強化熔煉，提高熔煉強度，從而提高煙化爐的處理能力。圖4為煙化爐采用富氧前后的主要技術(shù)經(jīng)濟指標，可以看出，采用富氧后煙化爐的主要技術(shù)經(jīng)濟指標均有不同程度的優(yōu)化。

圖4 煙化爐采用富氧前后主要技術(shù)經(jīng)濟指標

1.4.2 熔煉過程控制自動化

多家大型煉錫廠采用DCS控制系統(tǒng)，使入爐鼓風量、給煤量、氧氣量、煙氣參數(shù)、冷卻水位等關(guān)鍵參數(shù)實現(xiàn)了在線監(jiān)控和聯(lián)鎖控制，過程控制更加精確，操作更加安全可靠。

1.4.3 選冶聯(lián)合處理錫尾礦

采用選礦和冶煉聯(lián)合流程，通過高效選礦設(shè)備對長期堆存的錫尾礦進行再選，產(chǎn)出4%左右的錫中礦，在富氧箱式煙化爐中進行全冷料強化熔煉產(chǎn)出高品位錫煙塵，實現(xiàn)錫尾礦資源的經(jīng)濟利用。

1.4.4 錫銅渣煙化揮發(fā)技術(shù)的開發(fā)

錫精煉加硫除銅產(chǎn)生的含錫渣即為錫銅渣，生產(chǎn)實踐中平均每產(chǎn)1 t精錫約產(chǎn)生50 kg銅渣，錫銅渣成分復雜，數(shù)量較大，無論火法還是濕法技術(shù)都難以處理。云錫公司開展了煙化爐處理錫銅渣的試驗研究，試驗結(jié)果顯示采用煙化爐處理錫銅渣工藝技術(shù)上可行，成本上合理，是一種可期待的銅渣處理新技術(shù)。

1.5 錫冶煉綜合回收技術(shù)

原料當中含有各種雜質(zhì)，若在錫冶煉過程中直接丟棄，會對環(huán)境造成嚴重的污染，同時也是極大的資源浪費。云錫公司長期以來致力于各種有價金屬的回收利用研究，并取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。公司目前圍繞錫冶煉開展的綜合回收工作包括：利用直流電爐和化工工藝回收砷，產(chǎn)出金屬砷、白砷和苯基砷酸；采用銅渣火法造锍熔煉技術(shù)回收銅，產(chǎn)出冰銅；利用真空爐真空蒸餾技術(shù)回收鉛，實現(xiàn)鉛與錫分離；利用電爐處理含錫高銻物料回收銻，產(chǎn)出高銻粗錫送精煉除雜生產(chǎn)合金母料，最后制售巴氏合金條；采用有機胺液吸收解析技術(shù)處理低濃度、非穩(wěn)態(tài)二氧化硫—兩轉(zhuǎn)兩吸回收硫制取硫酸，實現(xiàn)硫的有效利用；通過浸出、萃取和還原技術(shù)回收銦，提煉出高純銦。

1.6 清潔環(huán)保技術(shù)

傳統(tǒng)錫冶煉生產(chǎn)行業(yè)被列為重污染行業(yè)。為適應(yīng)環(huán)境保護要求，各錫冶煉生產(chǎn)企業(yè)加大了污染治理力度。通過不斷改進生產(chǎn)工藝，從源頭上削減污染物產(chǎn)生量，通過采用先進的污染治理工藝和設(shè)備治理老污染源，污染防控水平不斷提高，污染物排放量大幅下降，廢氣污染物實現(xiàn)長期穩(wěn)定達標排放，廢水閉路循環(huán)零排放，形成了較為完善的污染防控體系，達到清潔生產(chǎn)先進水平。

水污染治理方面：按照清污分流、分級處理、分質(zhì)使用、一水多用的原則進行分類收集處理，循環(huán)使用，實現(xiàn)污水零排放。危廢渣治理方面：一般固體廢物、危廢渣暫存庫、“三防”渣場，分門別類，有效防止固體廢物造成的環(huán)境污染。SO2排放控制方面：采用再生胺吸收—解吸工藝對錫冶煉系統(tǒng)頂吹爐、煙化爐和沸騰爐煙氣進行脫硫，產(chǎn)出純凈、高濃度的SO2氣體進行制酸，SO2排放總量大幅削減，實現(xiàn)了錫冶煉清潔生產(chǎn)和SO2的綜合回收利用，同時解決了拋棄法脫硫工藝存在的二次污染問題。

2 錫冶煉技術(shù)展望

2.1 趨向作業(yè)設(shè)備大型化、工藝流程集成化、過程控制自動化

作業(yè)設(shè)備大型化，可以使生產(chǎn)過程集中管理，污染物集中治理，單位產(chǎn)量占地面積減少，通過規(guī)模經(jīng)濟降低能耗及人工成本。工藝流程集成化更適合大批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。過程控制自動化可最大程度地減少人力，提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的標準化，提高產(chǎn)品一致性，降低生產(chǎn)成本，最終提升錫冶煉技術(shù)的發(fā)展質(zhì)量。因此，作業(yè)設(shè)備大型化、工藝流程集成化、過程控制自動化是煉錫企業(yè)一直追求的目標。

2.2 富氧強化熔煉技術(shù)進一步完善

實踐已經(jīng)證明了錫冶煉系統(tǒng)中富氧強化熔煉的巨大優(yōu)勢，錫冶煉沸騰爐、澳斯麥特爐、煙化爐等冶金爐窯的富氧工藝技術(shù)應(yīng)用，對進一步強化冶煉過程，提高冶煉效率，提升或優(yōu)化爐窯產(chǎn)能、指標，降低成本和排放等具有重大的意義。

2.3 原料的適應(yīng)性不斷增強

隨著錫資源的不斷消耗，傳統(tǒng)的含錫物料必將越來越短缺，因此提高對各種含錫物料的適應(yīng)能力將是錫冶煉技術(shù)的發(fā)展趨勢。

2.4 錫尾礦和難選錫原礦的煙化揮發(fā)技術(shù)廣泛應(yīng)用

隨著錫資源的逐步減少和開采難度的增加，錫尾礦和復雜難選錫礦的利用價值逐步地被重視，如何經(jīng)濟環(huán)保地利用這部分錫資源成為錫行業(yè)關(guān)注的焦點。通過對煙化爐錫硫化揮發(fā)技術(shù)和裝備不斷創(chuàng)新，實現(xiàn)了煙化爐的DCS控制、富氧熔煉、煙氣低濃度二氧化硫( SO2濃度小于2%)制酸、沖渣水閉路循環(huán)、熱渣水淬水蒸汽治理，煙化爐系統(tǒng)在原料適應(yīng)性、生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗、污染治理和加工成本等方面得到優(yōu)化，其成為高效利用錫尾礦和難選錫原礦的首選技術(shù)。

2.5 新材料、新技術(shù)得到開發(fā)及應(yīng)用

研發(fā)和使用耐沖刷、耐腐蝕、耐高溫、耐熱震的高效耐火材料。目前較低品位(<40%)的錫精礦不太適宜直接熔煉，如何充分發(fā)揮澳斯麥特爐爐床能力大、冶煉強度高的優(yōu)勢處理較低品位的精礦，實現(xiàn)一爐三段(熔煉、還原、煙化)，值得研究。

3 結(jié)語

在科技工作者的不懈努力下，世界錫冶煉技術(shù)取得了長足進步，但與其它有色行業(yè)先進水平相比，錫冶煉整體技術(shù)尚存在較大差距，特別是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的工程技術(shù)需進一步提升，包括核心裝備的制造、關(guān)鍵附屬設(shè)備的研發(fā)、工藝過程的自動化控制系統(tǒng)等方面。錫冶煉技術(shù)的發(fā)展更需高校、科研院所、企業(yè)進行廣泛深入的技術(shù)交流及合作。

[1] 云南錫業(yè)公司、昆明工學院《錫冶金》編寫組.錫冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1977：427.

[2] 南康市引進澳斯麥特爐精錫冶煉項目[J].中國有色冶金，2013，(5)：113.

Status-quo and prospect of tin smelting technology development

WANG Hong-bin

The paper introduces the status-quo of tin smelting technology development in terms of pre-treatment before smelting, reduction smelting, tin refining, fuming of tin slag, tin recovery technology and clean production and focuses on introducing application of new technologies, such as oxygen-enriched roasting of high-impurity tin concentrate, Ausmelt oxygen-enriched smelting, oxygen-enriched fuming of tin slag and large-sized vacuum furnace. The paper elaborates influence of the new technology application on indices of metallurgical furnaces and kilns and makes prospect on trend of tin smelting technology development.

tin smelting technology; oxygen-enriched smelting; fuming evaporation; development direction

王紅彬(1981—)，湖北鐘祥人，碩士，冶煉工程師，從事錫冶煉技術(shù)研究開發(fā)工作。

2016-01-12

TF814

B

1672-6103(2017)01-0019-04