采用真空爐處理粗錫與傳統工藝對粗錫中銻砷含量經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-結晶機傳統工藝對粗錫中銻砷含量的經濟臨界點，并對2種工藝的特點進行初步的比較和分析。

【關鍵詞】真空爐；粗錫；砷銻；經濟臨界點；比較分析

【中圖分類號】TF814 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）12-0076-03

1 真空爐進行錫銻分離的背景

在傳統的錫火法精煉時，是采用氧化鍋除砷銻，利用結晶機除鉛鉍的冶煉技術。這種傳統的冶煉方式有著直收率偏低、會產出有毒物質及勞動強度大等缺點，因此尋找一種安全可靠并經濟節能的粗錫精煉技術是未來錫冶煉的發展方向。新型錫鉛銻分離真空爐是昆明理工大學為進行高鉛銻錫合金分離而研制的一種新型真空爐。通過幾年來的生產實踐，新型真空爐已成功應用于錫鉛銻合金的處理。在處理高銻粗錫時，用真空爐進行錫銻分離已證明是目前最有效的方法。多年的生產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，但真空爐能否應用到含銻較低的粗錫的處理，工業上還沒有進行實際的探索。近年來，昆明理工大學又進行了用真空爐處理粗錫的探索，取得了用真空爐直接產出合格精錫的成果，從技術上已能證明真空爐處理含銻低的粗錫技術是完全可行的。真空爐能否在低銻粗錫的處理領域比傳統工藝更經濟，對真空爐在錫冶煉中的推廣應用起到關鍵的作用。本文對此問題進行深入探索。

2 真空爐砷銻的蒸發與粗錫含砷銻品位的關系

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速度與粗錫中的元素的品位是呈正比關系的。根據相關的實驗研究，錫與鉛、鉍、砷、銻雜質元素的揮發率之間的關系如圖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，當錫的蒸發量達10%時，鉛鉍已基本上完全脫除，銻砷的脫除率約80%，此時如繼續蒸發，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行處理粗錫的生產實驗。真空爐按以下生產工藝條件進行實驗。

工藝參數：真空度為5～10 Pa；蒸發盤溫度為

1 250～1 350 ℃；處理量為15 t/d。

實驗累計處理了71 t粗錫，得到以下試驗結果（見表1至表4）。

實驗結果和錫與鉛、鉍、砷、銻雜質元素的揮發率之間的關系基本相符。當粗錫中的鉛鉍已基本蒸發完后，砷銻的蒸發率也是在80%左右，若繼續蒸發，砷銻揮發率則明顯放慢，生產成本明顯增加，因此當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。粗錫中砷銻的揮發特點決定了真空爐只能與氧化鍋相結合進行精煉才能發揮最佳的經濟效益，這是因為若完全用真空爐將含銻1%左右粗錫蒸發到0.02%以下的1#錫標準，按錫與砷、銻雜質元素的揮發率之間的關系，蒸發時間要增加2倍左右，即意味著處理量減少到1/3，電耗增加2倍。而真空爐能否代替傳統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濟臨界點的探索

3.1 工藝流程

若采用真空爐代替結晶機，精煉的工藝流程與傳統的工藝流程比較如圖2、圖3所示。

3.2 經濟成本比較

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出量。在傳統的工藝中，鋁渣需單獨熔煉成高銻合金粗錫后進入真空爐進行脫銻處理。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。由于真空爐的生產成本高，結晶機的生產成本不足以抵消真空爐的生產成本，還需要通過減少鋁渣的產出量從而提高精煉的直收率來降低生產成本從而彌補真空爐增加的生產成本，當粗錫含砷銻高時，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，確定傳統生產工藝與真空爐生產工藝生產成本一樣的粗錫含砷銻的臨界點具有重要指導生產流程選擇的意義。

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80%，錫蒸發10%，鋁渣含砷銻10%、含錫50%，鋁渣熔煉的生產成本為1 500元/t鋁渣，鋁渣返回錫金屬損失按3%進行計算。假設粗錫中砷銻含量為x%，傳統工藝處理焊錫及熔煉鋁渣產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工序如離心機、氧化鍋的生產成本相同，按500元/t粗錫計，處理100 t粗錫的2種工藝生產成本如下。

3.2.1 傳統工藝

（1）鋁渣處理：成本處理100 t粗錫將產出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：傳統工藝電耗主要相差在結晶機與真空爐之間，結晶機電耗為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，鋁渣的產出量相應為傳統工藝的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種工藝的生產成本對比

按以上計算，當粗錫含砷銻從0.1%～1.0%時，2種工藝處理每噸粗錫的生產成本見表5。

從表5中可以看出，當粗錫含砷銻高時傳統工藝生產成本增加很大，當粗錫含砷銻增加0.1%，生產成本增加52～53元/t，而真空爐工藝則成本增加較小，約11元/t。當粗錫含砷銻達0.4%時，真空爐工藝生產成本已低于傳統工藝。

4 工藝分析與結論

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工藝的生產成本更有優勢。

（2）采用真空爐直接處理粗錫工藝比傳統工藝還可減少70%～80%劇毒鋁渣的產出。

（3）傳統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，實際生產組織更簡化、方便。

（4）真空爐除鉛鉍比結晶機更徹底，可達高純錫的標準，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行富集分離。

（6）真空爐投資要高過傳統工藝。

綜合以上分析我們認為，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勢，若能將它應用在工業生產，將對錫冶煉的技術提升起到巨大的推動作用。

參 考 文 獻

[1]楊斌，李一夫，劉大春，等.粗錫真空蒸餾提純工業實驗研究[Z].全國錫銻汞冶煉技術及重金屬冶煉回收技術與裝備研討會，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].有色金屬科學與工程，2011（10）.

[責任編輯：陳澤琦]