论文部分内容阅读
【摘 要】文章分析了采用真空炉直接处理粗锡脱除铅铋及大部分砷锑的工艺，探索目前的氧化锅-结晶机传统工艺对粗锡中锑砷含量的经济临界点，并对2种工艺的特点进行初步的比较和分析。
【关键词】真空炉；粗锡；砷锑；经济临界点；比较分析
【中图分类号】TF814 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）12-0076-03
1 真空炉进行锡锑分离的背景
在传统的锡火法精炼时，是采用氧化锅除砷锑，利用结晶机除铅铋的冶炼技术。这种传统的冶炼方式有着直收率偏低、会产出有毒物质及劳动强度大等缺点，因此寻找一种安全可靠并经济节能的粗锡精炼技术是未来锡冶炼的发展方向。新型锡铅锑分离真空炉是昆明理工大学为进行高铅锑锡合金分离而研制的一种新型真空炉。通过几年来的生产实践，新型真空炉已成功应用于锡铅锑合金的处理。在处理高锑粗锡时，用真空炉进行锡锑分离已证明是目前最有效的方法。多年的生产实践证明真空炉用于处理高锑粗锡是成功并且成效显著的，但真空炉能否应用到含锑较低的粗锡的处理，工业上还没有进行实际的探索。近年来，昆明理工大学又进行了用真空炉处理粗锡的探索，取得了用真空炉直接产出合格精锡的成果，从技术上已能证明真空炉处理含锑低的粗锡技术是完全可行的。真空炉能否在低锑粗锡的处理领域比传统工艺更经济，对真空炉在锡冶炼中的推广应用起到关键的作用。本文对此问题进行深入探索。
2 真空炉砷锑的蒸发与粗锡含砷锑品位的关系
合金中某一种元素i的蒸气压pi首先受其浓度的影响，然后受各种元素之间原子与分子间的相互作用，用公式表示如下：
pi=ai×pi*
上式中，pi*为合金中i组分的纯物质饱合蒸气压，ai为i在合金中的活度。
因此从理论上说，真空炉中元素的蒸发速度与粗锡中的元素的品位是呈正比关系的。根据相关的实验研究，锡与铅、铋、砷、锑杂质元素的挥发率之间的关系如图1所示。
图1表明铅和铋可以通过真空蒸馏得到很好的分离，但锑和砷与锡的分离效果不佳，当锡的蒸发量达10%时，铅铋已基本上完全脱除，锑砷的脱除率约80%，此时如继续蒸发，锑砷的脱除率将明显放慢。
来宾华锡冶炼有限公司曾采用昆明鼎邦公司的第二代真空炉进行处理粗锡的生产实验。真空炉按以下生产工艺条件进行实验。
工艺参数：真空度为5～10 Pa；蒸发盘温度为
1 250～1 350 ℃；处理量为15 t/d。
实验累计处理了71 t粗锡，得到以下试验结果（见表1至表4）。
实验结果和锡与铅、铋、砷、锑杂质元素的挥发率之间的关系基本相符。当粗锡中的铅铋已基本蒸发完后，砷锑的蒸发率也是在80%左右，若继续蒸发，砷锑挥发率则明显放慢，生产成本明显增加，因此当真空炉处理含砷锑高的粗锡要比处理含砷锑低的粗锡要有利得多，这意味着用同样的生产成本，含砷锑高的粗锡将比含砷锑低的粗锡获得更多砷锑的脱除。粗锡中砷锑的挥发特点决定了真空炉只能与氧化锅相结合进行精炼才能发挥最佳的经济效益，这是因为若完全用真空炉将含锑1%左右粗锡蒸发到0.02%以下的1#锡标准，按锡与砷、锑杂质元素的挥发率之间的关系，蒸发时间要增加2倍左右，即意味着处理量减少到1/3，电耗增加2倍。而真空炉能否代替传统工艺处理粗锡很大程度取决于粗锡含砷锑的品位。
3 真空炉处理粗锡含砷锑经济临界点的探索
3.1 工艺流程
若采用真空炉代替结晶机，精炼的工艺流程与传统的工艺流程比较如图2、图3所示。
3.2 经济成本比较
从工艺流程中看出，采用真空炉处理粗锡的工艺可以取代结晶机并将大部分砷锑在真空炉中除去，从而大幅度地减少铝渣的产出量。在传统的工艺中，铝渣需单独熔炼成高锑合金粗锡后进入真空炉进行脱锑处理。而采用新工艺后，铝渣可直接返回还原炉与锡精矿搭配熔炼，彻底消除了单独处理铝渣的麻烦。由于真空炉的生产成本高，结晶机的生产成本不足以抵消真空炉的生产成本，还需要通过减少铝渣的产出量从而提高精炼的直收率来降低生产成本从而弥补真空炉增加的生产成本，当粗锡含砷锑高时，真空炉能减少的铝渣量则越大，从而成本降低得越多，采用真空炉处理粗锡就越划算。因此，确定传统生产工艺与真空炉生产工艺生产成本一样的粗锡含砷锑的临界点具有重要指导生产流程选择的意义。
按目前真空炉处理粗锡的条件，一次处理1 t粗锡的用电约350 kW·h，按砷锑蒸发80%，锡蒸发10%，铝渣含砷锑10%、含锡50%，铝渣熔炼的生产成本为1 500元/t铝渣，铝渣返回锡金属损失按3%进行计算。假设粗锡中砷锑含量为x%，传统工艺处理焊锡及熔炼铝渣产出的锡锑合金与真空炉工艺二次处理锡锑合金的费用及其他相同的生产工序如离心机、氧化锅的生产成本相同，按500元/t粗锡计，处理100 t粗锡的2种工艺生产成本如下。
3.2.1 传统工艺
（1）铝渣处理：成本处理100 t粗锡将产出10x t的铝渣，铝渣熔炼的成本为10x×1 500，按锡价150 000元计，金属损失价值为10x×50%×3%×150 000；铝渣的处理与金属损失成本为10x×1 500+10x×50%×3%×150 000。
（2）铝耗：加鋁量按砷锑∶铝为1∶1计，加铝为xt，按铝价15 000元计，值x×15 000元。
（3）电耗：传统工艺电耗主要相差在结晶机与真空炉之间，结晶机电耗为100 kW·h/t，按0.6元/ kW·h计，电耗为100×100×0.6=6 000元。
（4）其余成本：500元/t粗锡，100 t合计50 000元。
3.2.2 真空炉工艺
（1）铝渣处理：而按真空炉处理工艺由于大部分锑已除去，铝渣的产出量相应为传统工艺的25%，铝渣的处理与金属损失成本为（10x×1 500+10x×50%×3%×150 000）×20%。
（2）铝耗：同理真空炉工艺铝耗为x×15 000×20%元。
（3）电耗：真空炉电耗为350×100×0.6=21 000元。
（4）其余成本：500元/t粗锡，100 t合计50 000元。
3.2.3 2种工艺的生产成本对比
按以上计算，当粗锡含砷锑从0.1%～1.0%时，2种工艺处理每吨粗锡的生产成本见表5。
从表5中可以看出，当粗锡含砷锑高时传统工艺生产成本增加很大，当粗锡含砷锑增加0.1%，生产成本增加52～53元/t，而真空炉工艺则成本增加较小，约11元/t。当粗锡含砷锑达0.4%时，真空炉工艺生产成本已低于传统工艺。
4 工艺分析与结论
虽然以上只是初步的分析，但从以上分析我们基本上可得出以下2种工艺的对比结论。
（1）含砷锑在0.4%以上的粗锡，真空炉直接处理工艺比传统工艺的生产成本更有优势。
（2）采用真空炉直接处理粗锡工艺比传统工艺还可减少70%～80%剧毒铝渣的产出。
（3）传统工艺对铝渣需用电炉隔离熔炼，若集中在主还原熔炼炉处理则会污染主流程粗锡。采用真空炉工艺时，铝渣直接返回与锡精矿还原熔炼即可，实际生产组织更简化、方便。
（4）真空炉除铅铋比结晶机更彻底，可达高纯锡的标准，并且不受铅铋比例的影响。
（5）真空炉无法对银富集，若处理含银高的粗锡需另进行富集分离。
（6）真空炉投资要高过传统工艺。
综合以上分析我们认为，真空炉处理粗锡除铅锑砷铋对有一定的砷锑含量的粗锡具有一定的优势，若能将它应用在工业生产，将对锡冶炼的技术提升起到巨大的推动作用。
参 考 文 献
[1]杨斌，李一夫，刘大春，等.粗锡真空蒸馏提纯工业实验研究[Z].全国锡锑汞冶炼技术及重金属冶炼回收技术与装备研讨会，2016.
[2]戴永年，杨斌.有色金属材料的真空冶金[M].北京：冶金工业出版社，2000.
[3]蒋光佑.高锑粗锡真空蒸馏分离锡锑工艺实践[J].有色金属科学与工程，2011（10）.
[责任编辑：陈泽琦]
【关键词】真空炉；粗锡；砷锑；经济临界点；比较分析
【中图分类号】TF814 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）12-0076-03
1 真空炉进行锡锑分离的背景
在传统的锡火法精炼时，是采用氧化锅除砷锑，利用结晶机除铅铋的冶炼技术。这种传统的冶炼方式有着直收率偏低、会产出有毒物质及劳动强度大等缺点，因此寻找一种安全可靠并经济节能的粗锡精炼技术是未来锡冶炼的发展方向。新型锡铅锑分离真空炉是昆明理工大学为进行高铅锑锡合金分离而研制的一种新型真空炉。通过几年来的生产实践，新型真空炉已成功应用于锡铅锑合金的处理。在处理高锑粗锡时，用真空炉进行锡锑分离已证明是目前最有效的方法。多年的生产实践证明真空炉用于处理高锑粗锡是成功并且成效显著的，但真空炉能否应用到含锑较低的粗锡的处理，工业上还没有进行实际的探索。近年来，昆明理工大学又进行了用真空炉处理粗锡的探索，取得了用真空炉直接产出合格精锡的成果，从技术上已能证明真空炉处理含锑低的粗锡技术是完全可行的。真空炉能否在低锑粗锡的处理领域比传统工艺更经济，对真空炉在锡冶炼中的推广应用起到关键的作用。本文对此问题进行深入探索。
2 真空炉砷锑的蒸发与粗锡含砷锑品位的关系
合金中某一种元素i的蒸气压pi首先受其浓度的影响，然后受各种元素之间原子与分子间的相互作用，用公式表示如下：
pi=ai×pi*
上式中，pi*为合金中i组分的纯物质饱合蒸气压，ai为i在合金中的活度。
因此从理论上说，真空炉中元素的蒸发速度与粗锡中的元素的品位是呈正比关系的。根据相关的实验研究，锡与铅、铋、砷、锑杂质元素的挥发率之间的关系如图1所示。
图1表明铅和铋可以通过真空蒸馏得到很好的分离，但锑和砷与锡的分离效果不佳，当锡的蒸发量达10%时，铅铋已基本上完全脱除，锑砷的脱除率约80%，此时如继续蒸发，锑砷的脱除率将明显放慢。
来宾华锡冶炼有限公司曾采用昆明鼎邦公司的第二代真空炉进行处理粗锡的生产实验。真空炉按以下生产工艺条件进行实验。
工艺参数：真空度为5～10 Pa；蒸发盘温度为
1 250～1 350 ℃；处理量为15 t/d。
实验累计处理了71 t粗锡，得到以下试验结果（见表1至表4）。
实验结果和锡与铅、铋、砷、锑杂质元素的挥发率之间的关系基本相符。当粗锡中的铅铋已基本蒸发完后，砷锑的蒸发率也是在80%左右，若继续蒸发，砷锑挥发率则明显放慢，生产成本明显增加，因此当真空炉处理含砷锑高的粗锡要比处理含砷锑低的粗锡要有利得多，这意味着用同样的生产成本，含砷锑高的粗锡将比含砷锑低的粗锡获得更多砷锑的脱除。粗锡中砷锑的挥发特点决定了真空炉只能与氧化锅相结合进行精炼才能发挥最佳的经济效益，这是因为若完全用真空炉将含锑1%左右粗锡蒸发到0.02%以下的1#锡标准，按锡与砷、锑杂质元素的挥发率之间的关系，蒸发时间要增加2倍左右，即意味着处理量减少到1/3，电耗增加2倍。而真空炉能否代替传统工艺处理粗锡很大程度取决于粗锡含砷锑的品位。
3 真空炉处理粗锡含砷锑经济临界点的探索
3.1 工艺流程
若采用真空炉代替结晶机，精炼的工艺流程与传统的工艺流程比较如图2、图3所示。
3.2 经济成本比较
从工艺流程中看出，采用真空炉处理粗锡的工艺可以取代结晶机并将大部分砷锑在真空炉中除去，从而大幅度地减少铝渣的产出量。在传统的工艺中，铝渣需单独熔炼成高锑合金粗锡后进入真空炉进行脱锑处理。而采用新工艺后，铝渣可直接返回还原炉与锡精矿搭配熔炼，彻底消除了单独处理铝渣的麻烦。由于真空炉的生产成本高，结晶机的生产成本不足以抵消真空炉的生产成本，还需要通过减少铝渣的产出量从而提高精炼的直收率来降低生产成本从而弥补真空炉增加的生产成本，当粗锡含砷锑高时，真空炉能减少的铝渣量则越大，从而成本降低得越多，采用真空炉处理粗锡就越划算。因此，确定传统生产工艺与真空炉生产工艺生产成本一样的粗锡含砷锑的临界点具有重要指导生产流程选择的意义。
按目前真空炉处理粗锡的条件，一次处理1 t粗锡的用电约350 kW·h，按砷锑蒸发80%，锡蒸发10%，铝渣含砷锑10%、含锡50%，铝渣熔炼的生产成本为1 500元/t铝渣，铝渣返回锡金属损失按3%进行计算。假设粗锡中砷锑含量为x%，传统工艺处理焊锡及熔炼铝渣产出的锡锑合金与真空炉工艺二次处理锡锑合金的费用及其他相同的生产工序如离心机、氧化锅的生产成本相同，按500元/t粗锡计，处理100 t粗锡的2种工艺生产成本如下。
3.2.1 传统工艺
（1）铝渣处理：成本处理100 t粗锡将产出10x t的铝渣，铝渣熔炼的成本为10x×1 500，按锡价150 000元计，金属损失价值为10x×50%×3%×150 000；铝渣的处理与金属损失成本为10x×1 500+10x×50%×3%×150 000。
（2）铝耗：加鋁量按砷锑∶铝为1∶1计，加铝为xt，按铝价15 000元计，值x×15 000元。
（3）电耗：传统工艺电耗主要相差在结晶机与真空炉之间，结晶机电耗为100 kW·h/t，按0.6元/ kW·h计，电耗为100×100×0.6=6 000元。
（4）其余成本：500元/t粗锡，100 t合计50 000元。
3.2.2 真空炉工艺
（1）铝渣处理：而按真空炉处理工艺由于大部分锑已除去，铝渣的产出量相应为传统工艺的25%，铝渣的处理与金属损失成本为（10x×1 500+10x×50%×3%×150 000）×20%。
（2）铝耗：同理真空炉工艺铝耗为x×15 000×20%元。
（3）电耗：真空炉电耗为350×100×0.6=21 000元。
（4）其余成本：500元/t粗锡，100 t合计50 000元。
3.2.3 2种工艺的生产成本对比
按以上计算，当粗锡含砷锑从0.1%～1.0%时，2种工艺处理每吨粗锡的生产成本见表5。
从表5中可以看出，当粗锡含砷锑高时传统工艺生产成本增加很大，当粗锡含砷锑增加0.1%，生产成本增加52～53元/t，而真空炉工艺则成本增加较小，约11元/t。当粗锡含砷锑达0.4%时，真空炉工艺生产成本已低于传统工艺。
4 工艺分析与结论
虽然以上只是初步的分析，但从以上分析我们基本上可得出以下2种工艺的对比结论。
（1）含砷锑在0.4%以上的粗锡，真空炉直接处理工艺比传统工艺的生产成本更有优势。
（2）采用真空炉直接处理粗锡工艺比传统工艺还可减少70%～80%剧毒铝渣的产出。
（3）传统工艺对铝渣需用电炉隔离熔炼，若集中在主还原熔炼炉处理则会污染主流程粗锡。采用真空炉工艺时，铝渣直接返回与锡精矿还原熔炼即可，实际生产组织更简化、方便。
（4）真空炉除铅铋比结晶机更彻底，可达高纯锡的标准，并且不受铅铋比例的影响。
（5）真空炉无法对银富集，若处理含银高的粗锡需另进行富集分离。
（6）真空炉投资要高过传统工艺。
综合以上分析我们认为，真空炉处理粗锡除铅锑砷铋对有一定的砷锑含量的粗锡具有一定的优势，若能将它应用在工业生产，将对锡冶炼的技术提升起到巨大的推动作用。
参 考 文 献
[1]杨斌，李一夫，刘大春，等.粗锡真空蒸馏提纯工业实验研究[Z].全国锡锑汞冶炼技术及重金属冶炼回收技术与装备研讨会，2016.
[2]戴永年，杨斌.有色金属材料的真空冶金[M].北京：冶金工业出版社，2000.
[3]蒋光佑.高锑粗锡真空蒸馏分离锡锑工艺实践[J].有色金属科学与工程，2011（10）.
[责任编辑：陈泽琦]