李學(xué)鵬

（1.云南錫業(yè)集團(tuán)（控股）有限責(zé)任公司研究設(shè)計(jì)院，云南 個(gè)舊 661000；2.昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院真空冶金國家工程實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093）

直流電弧爐處理錫中礦工藝研究

李學(xué)鵬1,2

（1.云南錫業(yè)集團(tuán)（控股）有限責(zé)任公司研究設(shè)計(jì)院，云南 個(gè)舊 661000；2.昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院真空冶金國家工程實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093）

采用直流電弧爐煙化工藝處理錫中礦，考察了還原劑配比、揮發(fā)溫度的影響。在錫中礦∶石灰∶焦粉∶黃鐵礦=47.5∶8.5∶20∶5.6、反應(yīng)溫度1 200±30℃、反應(yīng)時(shí)間5 h的條件下，煙塵中錫含量為53.01%，渣含錫0.25%，錫揮發(fā)率達(dá)到97.48%。

錫中礦；直流電弧爐；煙化；硫化揮發(fā)；硫化劑

隨著錫礦床的不斷開采，錫礦石的品位逐漸下降。錫礦石經(jīng)過選礦，在產(chǎn)出錫精礦的同時(shí)，還產(chǎn)出部分錫中礦（含Sn 3%～7%）和貧錫中礦（含Sn 2%～3%）。錫中礦含錫較高，可加以利用。目前國內(nèi)外錫中礦的處理主要采用硫化揮發(fā)法，1964年和1972年云南錫業(yè)公司采用煙化爐硫化揮發(fā)處理錫中礦取得成功，當(dāng)前煙化爐硫化揮發(fā)工藝是處理錫中礦的主流工藝[1～4]。本試驗(yàn)采用直流電弧爐處理錫中礦，確定了直流電弧爐處理錫中礦的條件，尋找出錫中礦處理的新途徑。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料及添加劑

本試驗(yàn)所處理的錫中礦產(chǎn)自哈薩克斯坦某選礦廠，添加劑為市售的石灰、焦丁、焦粉和黃鐵礦。錫中礦及添加劑的成分分別如表1、表2所示。

表1 錫中礦成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表2 添加劑成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

1.2 試驗(yàn)裝置

采用100 kVA直流電弧爐，電爐內(nèi)徑330 mm，深440 mm，內(nèi)襯鎂鉻磚。直流電弧爐為可傾倒式，采用單電極（電極直徑150 mm）。收塵設(shè)備為布袋除塵器，布袋除塵器前段設(shè)有兩個(gè)沉降室，每個(gè)沉降室各設(shè)有2個(gè)放塵口。試驗(yàn)設(shè)備示意圖如圖1所示。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在100 kVA直流電弧爐內(nèi)進(jìn)行，每次投料47.5 kg，控制溫度1 250±30℃（熔池溫度），反應(yīng)時(shí)間5 h（爐料熔化后）。采用原子吸收法測定產(chǎn)物中各元素的含量，揮發(fā)率按下式計(jì)算：

揮發(fā)率=煙塵中含錫量/原料中含錫量

2 結(jié)果與討論

2.1 石灰加入量的影響

固定添加劑焦粉、黃鐵礦的加入量不變，考察了石灰加入量的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

石灰量加入量從58.9 kg/t礦增加到178.9 kg/t礦，錫的揮發(fā)率從83.91%提高至97.48%，但是此后繼續(xù)增加石灰量至209.2 kg/t礦，錫的揮發(fā)率下降至85.47%，并且試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了結(jié)爐的現(xiàn)象。試驗(yàn)確定178.9 kg/t的石灰加入量比較合適。

圖1 試驗(yàn)設(shè)備示意圖

表3 石灰加入量影響的試驗(yàn)結(jié)果

2.2 焦粉加入量的影響

固定添加劑石灰、黃鐵礦的加入量不變，考察了焦粉加入量的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 焦粉加入量影響的試驗(yàn)結(jié)果

增加焦粉加入量，錫的揮發(fā)率提高，焦粉的加入量從31.57 kg/t礦增加到42.10 kg/t礦，錫的揮發(fā)率由90.43%提高至97.48%，但焦粉加入量提高至52.63 kg/t礦，錫的揮發(fā)率降至92.16%，原因是過多的焦粉使得爐內(nèi)的還原氣氛增強(qiáng)，錫中礦中部分錫和鐵被還原成金屬錫與鐵，金屬錫與鐵形成錫、鐵合金[5]，錫與鐵在高溫下完全互溶，該部分錫與鐵以及一些其它雜質(zhì)形成硬頭[6]，難以揮發(fā)出來，從而降低了錫的揮發(fā)率。試驗(yàn)確定42.10 kg/t礦的焦粉加入量比較合適。

2.3 黃鐵礦加入量的影響

固定添加劑石灰、焦粉的加入量不變，考察了黃鐵礦加入量的影響。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 黃鐵礦加入量影響的試驗(yàn)結(jié)果

黃鐵礦的主要成分為FeS2，是本試驗(yàn)的硫化劑，黃鐵礦的加入量從94.7 kg/t礦增加到117.9 kg/t礦，錫的揮發(fā)率由90.33%提高97.48%，繼續(xù)提高黃鐵礦的加入量至126.3 kg/t礦，錫的揮發(fā)率下降至92.16%。試驗(yàn)確定較合適的黃鐵礦加入量為117.9 kg/t礦。

2.4 溫度的影響

考察了溫度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 溫度影響的試驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)希望通過提高溫度來提高錫的揮發(fā)率，但從表6可以看出，隨著溫度的提高，錫的揮發(fā)率沒有太大的變化，煙塵含錫量下降較多，原因可能是溫度升高，煙氣的溫度也隨之升高，從而影響了布袋除塵器的回收率。受制于試驗(yàn)設(shè)備的功率（該100 kVA直流電弧爐只能將溫度提升至1 300±30℃），因此溫度試驗(yàn)僅做了兩組。試驗(yàn)確定的溫度為1250±30℃。

2.5 重現(xiàn)試驗(yàn)

通過以上試驗(yàn)確定了直流電弧爐處理錫中礦的試驗(yàn)條件：反應(yīng)溫度1 250±30℃，反應(yīng)時(shí)間5 h，石灰加入量178.9 kg/t礦，焦粉加入量42.10 kg/t礦，黃鐵礦加入量117.9 kg/t礦。在該試驗(yàn)條件下，錫的揮發(fā)率達(dá)到97.48%，渣含錫0.25%。為了驗(yàn)證其穩(wěn)定性，在該試驗(yàn)條件下做重復(fù)試驗(yàn)2次。試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 重現(xiàn)性試驗(yàn)結(jié)果

從表7可以發(fā)現(xiàn)，兩次重現(xiàn)性試驗(yàn)結(jié)果相似，錫的揮發(fā)率分別相差0.32%和0.91%，證明了該試驗(yàn)是穩(wěn)定的、可重現(xiàn)的。

2.6 直流電弧爐工藝與煙化爐工藝技術(shù)指標(biāo)比較

表8為錫中礦直流電弧爐處理與國內(nèi)外部分廠家煙化爐處理的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比。

表8 錫中礦直流電弧爐處理工藝與煙化爐處理工藝技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

通過對(duì)比可以看出，錫中礦直流電弧爐工藝與國內(nèi)外煙化爐工藝的技術(shù)指標(biāo)很接近。目前國內(nèi)外對(duì)棄渣的含錫要求為0.1%～0.3%，其揮發(fā)率一般為90%～99%[9～10]。云錫公司煙化爐工藝代表著世界最先進(jìn)的煙化爐處理錫中礦水平，其渣含錫0.07%～0.1%，錫揮發(fā)率為98%～99%。對(duì)比云錫公司冶煉廠的技術(shù)指標(biāo)，直流電弧爐工藝渣含錫較高，但已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)外對(duì)棄渣含錫的要求。

3 結(jié)論

（1）通過試驗(yàn)確定了直流電弧爐處理錫中礦的工藝條件：溫度1 250±30℃（熔池溫度），反應(yīng)時(shí)間5 h（爐料融化后），添加劑加入量：石灰178.9kg/t礦、焦粉42.10 kg/t礦、黃鐵礦117.9 kg/t礦（即：錫中礦∶石灰∶焦粉∶黃鐵礦=47.5∶8.5∶20∶5.6）。在該條件下渣中含錫0.22%～0.30%，煙塵含錫53.01%，錫的揮發(fā)率為96.57%～97.48%。

（2）與國內(nèi)外煙化爐工藝的技術(shù)指標(biāo)相比，直流電弧爐工藝已經(jīng)達(dá)到對(duì)棄渣含錫的要求。

4 展望

（1）直流電弧爐主要應(yīng)用在煉鋼行業(yè)[11]，云錫研究設(shè)計(jì)院創(chuàng)新性地將其用于錫冶煉，通過小型試驗(yàn)證明了其可行性。

（2）相對(duì)于傳統(tǒng)的煙化爐工藝，直流電弧爐工藝具有溫度高，可以處理高熔點(diǎn)物料，并且煙化過程中無需鼓入富氧等優(yōu)點(diǎn)。其操作較簡單，每班僅需要2名操作人員，操作過程冷卻水循環(huán)，整個(gè)過程幾乎不消耗水，而煙化爐處每理1t錫中礦需要耗水66～70 t、壓縮空氣 1 500～2 600 m3[1，10]。

（3）工作環(huán)境較清潔，與煙化爐相比，設(shè)備的腐蝕程度大為降低。

（4）直流電弧爐處理錫中礦是一種新技術(shù)，云錫研究設(shè)計(jì)院將繼續(xù)做擴(kuò)大試驗(yàn)，從經(jīng)濟(jì)角度考察該技術(shù)的可行性，如果可行，直流電弧爐處理錫中礦將具有良好的應(yīng)用前景。

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Abstract:This paper introduced the treatment of tin middling by fuming process of DC electric arc furnace.The nfluence of mixture ratio of reducing agent and volatilization temperature were studied.The tin content is 53.01%in fume,0.25%in slag,and the volatilization rate reaches 97.48%under the following conditions:the ratio of tin middling:lime:coke powder:pyrite is 47.5:8.5:20:5.6,reaction temperature is 1200±30℃,and reaction time is 5 hours.

Key words:tin middling;DC electric arc furnace;fuming;sulphuration volatilization;vulcanizing agent

Study on treatment of tin middling by DC electric arc furnace

LI Xue-peng

TF814；TF803.11＋3

B

1672-6103（2011）02-0032-03

李學(xué)鵬（1985—），男，江西宜春人，碩士，助理工程師。

2010-09-22

云南錫業(yè)集團(tuán)（控股公司）一類科研項(xiàng)目