高杂锡物料电炉处理试验 研究

马海春 刘云鹏

[摘要]焙烧锡烟尘粒子品位整体偏低并且成分复杂，杂质元素含量较高，投入电炉将导致炉况不稳定，指标波动大，对电炉的生产造成较大的困难。本文通过对焙烧锡烟尘粒子成分进行分析，得出了电炉处理焙烧锡烟尘粒子的理论备料方法，利用电炉冶炼工艺进行熔炼产出粗锡的试验，并进行生产实践，取得了较好的效果，为拓宽电炉熔炼工艺对原料的适应性探索出新的处理方法。

[关键词] 电炉熔炼 焙烧锡烟尘粒子 理论备料 二次锡原料 粗锡

1.前言

电炉熔炼是锡冶炼工艺的一个重要组成部分。电炉熔炼的目的是从矿石和锡渣等含锡物料中，通过熔炼-还原的方式，使锡与炉渣分离的过程，将锡金属提取出来。随着锡资源的减少，市场的剧烈竞争，锡精矿价格越来越高，含锡物料锡品位的不断下降，二次高杂锡物料已经成为电炉熔炼物料的主导。焙烧锡烟尘粒子是锡冶炼过程中产生的烟尘经制粒后高温焙烧后的产物，在锡原料市场存量较大，是供给量稳定的二次锡物料，也是实现电炉熔炼降低原料成本，效益最大化的一个有效途径。为了确保电炉在处理焙烧锡烟尘粒子时，能够保证电炉粗锡质量，在备料计算中主要是控制电炉投入物料的相关元素（如：Fe、Si、Ca和As、Zn等含量较大的元素）。

本文通过对二次高杂锡原料的分析，调整物料搭配比例，经过生产试验，来探索处理二次高杂锡原料的方法。

2.焙烧锡烟尘粒子的主要成分

焙烧锡烟尘粒子杂质较高，成分复杂，原料商在处理锡烟尘时还加入硬头（铁锡合金）参与焙烧，各成分的变化较大，增加熔炼难度。焙烧锡烟尘粒子与电炉正常投入的物料对比如表1：

表1 物料成分对比表（%）

物料	Sn	Pb	As	Fe	S	Cu	Sb	Zn	Si	Ca
正常生产物料	45.77	1.51	0.75	9.22	1.63	0.3	0.21	0.3	2.9	0.6
焙烧锡烟尘粒子	39.55	13.01	2.33	7.41	1.94	0.38	1.75	4.09	3.02	0.48

表1中可以看出，在能够化验的常规数据中，与正常生产时的电炉物料相比，焙烧锡烟尘粒子中的Sn和Fe的含量有所下降，Pb、As、Sb、Zn的含量都大幅度上升，其余元素的含量变化不大。会导致入炉物料的杂质元素升高，特别是影响粗锡质量的As、Sb和影响电炉炉况的Zn上升较大。

3.渣型的选择和备料各元素含量的控制

3.1渣型的选择

为降低炉渣熔点，增强炉渣流动性，尽可能实现渣锡分离，在渣型上选择弱碱性的渣型。电炉采用渣型为FeO-SiO₂-CaO三元系渣，硅酸度K控制在0.9～1.1。降低炉渣的温度，在电炉生产时采用图1中红色区域的渣型，炉渣成份暂定为：FeO为34～42%，SiO₂为18～25%，CaO为10～15%。

图1 FeO-SiO₂-CaO三元系相图

3.2备料时各元素含量的控制

在电炉的正常生产中，含锡物料的入炉品位在45%左右，正常生产时产出的炉渣重量一般在投入量的30%左右，在生产熔炼时，所投入的物料中90%的Fe、Si、Ca都进入炉渣，在备料时，所配入的Fe为9～10%，Si为2.7～3.3%，Ca为2.7～3.3%。

由于焙烧锡烟尘粒子的As、Sb、Zn的比例较高，参照电炉以前的生产经验，As元素会导致硬头的产生，同时和Sb元素存在粗锡当中，导致粗锡的粘度增大，锡品位下降，在备料时As和Sb一般控制在1%以下；Zn元素的挥发性较大，挥发后会附着在电极上，导致电极导电性增强，电流增大，为了保证电板电流不过载，电极就得大幅度向上提升，电极插入渣液的部分减少，热利用率降低，在备料时Zn一般控制在1.5%以下。

4.电炉处理焙烧锡烟尘粒子的试验

对于焙烧锡烟尘粒子的试验，按照上述的备料和操作方法，在一台1000KVA交流电炉上开展试验研究，共进行10天的生产试验，试验过程如下：

4.1备料计算

焙烧锡烟尘粒子由于在焙烧时搭配硬头等熔点较高的原料，硬头主要是铁锡合金，含有大量的Fe元素。在熔炼初期，硬头不易融化，会导致渣液中Fe元素含量不足，导电性降低。在备料时适当增加Fe元素以改善渣液的导电性，根据备料时各元素含量的控制，作以下备料计算（见表2）：

表2 投入物料的备料计算表
物料		比例（%）	Sn（%）	Pb（%）	Fe（%）	Si（%）	Ca（%）	Sb（%）	Zn（%）	As（%）
低精矿		25.00	37	2	10	1	1.5	0.21	0.03	0.03
高精矿		13.46	58	0.1	1.5	4	1.2	0.07	0.14	1.4
焙烧渣		34.62	50	1.7	15	5	0.5	1.3	0.15	0.15
焙烧锡烟尘粒子		26.92	39.55	13.01	7.41	3	0.5	1.75	4.09	2.33
石灰石							240
无烟煤
综合		100	45.01	4.60	9.89	3.33	3.24	0.98	1.18	0.88
重量			3745.12	383.104
入炉硅酸度	0.92

从表2中可以看出，投入的焙烧锡烟尘粒子的搭配比例为26.92%，此搭配比例是满足As和Sb控制在1%以下，焙烧锡烟尘粒子最高的搭配比例，如果生产正常运行，则说明上述理论计算能够满足实际生产。

4.2电炉处理焙烧锡烟尘粒子时的操作控制

4. 2. 1进料的时间方式

电炉进料过程应采用少量多批次均匀进料，进料时机的掌握应从操作电流表上二次电流的变化及炉温结合而判定。若每次进料后二次电流上升1500～2000A，炉温有明显的升高就可及时进料，且每次进料量和进料速度应视炉况及物料特性而定，通常每次进料量控制在1～2吨，在30～40分钟内进完。生产过程中采用变频调速螺旋进料机均匀进料，控制螺旋进料机转速在一定范围内，尽量避免进料过程大起大落，能够有效利用炉堂内的热能，使物料脱水预热，确保电炉还原熔炼的稳定性，保证生产的顺利进行。

4.2.2电板工操作

在电板操作时，要求电板工对炉子的情况有一定的了解，因为电炉熔炼过程中的炉况变化，直接从电板电流变化的异常情况可判断。当电流出现异常变化时，应采取相应的有效措施进行调整补救。在熔炼过程中，熔炼开始初期或进料期间应适当降低档位至2～3档，有效减缓渣液的沸腾程度，使之不易形成渣壳或炉结，更好的保证炉膛容积，保证处理量。进完每批次料10～20分钟，预热脱水后方可调高档位，使物料加速熔化。一般情况下在物料熔化、造渣、熔化炉结时应提高档位，高电流操作，强化熔炼过程，提高产能。在正常熔炼过程中，电极的调整应根据炉内物料的熔化情况适时升降，保持电流平稳，确保物料能够均匀、稳定地熔化，保证热能的有效利用，使生产能够顺利进行，增加电炉的粗锡产量。

4.3生产试验中炉渣的情况

在试验期间，生产情况和产出的炉渣成分及硅酸度如下表3：

表3 试验期间生产情况和炉渣硅酸度表
时间	生产情况	炉渣成分			硅酸度
		FeO（%）	SiO2（%）	CaO（%）
第一天	正常	36.87	20.96	13.34	0.93
第二天	正常	36.72	20.33	13.12	0.91
第三天	正常	37.69	21.36	13.81	0.92
第四天	正常	38.12	21.42	13.61	0.92
第五天	正常	37.36	20.96	13.26	0.92
第六天	正常	36.34	20.84	13.28	0.94
第七天	正常	36.28	20.88	14.04	0.92
第八天	正常	36.45	20.82	13.37	0.93
第九天	正常	36.38	20.41	13.67	0.91
第十天	正常	37.13	20.97	13.3	0.93

从表3中可以看出，试验期间电炉生产情况正常，产出炉渣硅酸度均小于1，属于碱性渣，并且波动不大，从炉渣成分可以说明电炉能够保持稳定的生产，试验生产效果较好。

4.4投入产出和主要指标的分析

在试验期间，电炉保证了物料处理量的稳定，电炉的投入产出情况如下表4：

表4 试验期间投入产出情况表
时间	处理量 （吨/天）	产量 （吨/天）	硬头率（%）	烟尘率（%）	直收率（%）	炉渣率（%）	渣含锡（%）
第一天	49.92	22.54	3.14	9.18	0.87	30.39	6.61
第二天	49.92	22.67	4.08	8.94	0.87	31.28	6.29
第三天	49.92	22.17	3.61	8.77	0.86	29.45	7.56
第四天	49.92	22.36	4.30	9.10	0.86	29.86	7.54
第五天	49.92	22.53	5.63	8.68	0.87	29.96	5.52
第六天	49.92	22.87	4.45	8.49	0.88	30.7	7.03
第七天	49.92	22.45	4.51	8.62	0.86	29.52	7.95
第八天	49.92	22.43	5.26	9.23	0.86	28.95	7.42
第九天	49.92	22.78	5.12	8.94	0.88	30.16	6.68
第十天	49.92	22.46	6.23	8.42	0.86	29.13	6.84
综合	49.92	22.53	4.63	8.84	0.87	29.94	6.94

从表4中可以看出，运用上述理论进入试验时，电炉生产是比较顺利的，在处理量不变的基础上，产出的各种产品相对稳定，各项指标变化不大，说明生产波动较小，电炉生产正常。

4.5产出粗锡质量分析

在试验过程中，对产出粗锡取样化验，得到以下化验结果见表5：

表5：产出粗锡成分表
时间	所产出粗锡成分
	Sn（%）	Pb（%）	As（%）	Fe（%）	Bi（%）	Sb（%）	（Sn+Pb）（%）
第一天	85.93	7.43	1.58	0.29	0.54	2.19	93.36
第二天	85.45	7.86	1.54	0.12	0.59	2.18	93.31
第三天	85.76	7.71	1.63	0.24	0.47	2.15	93.47
第四天	85.73	7.95	1.53	0.37	0.54	2.08	93.68
第五天	85.6	7.86	1.51	0.27	0.44	2.19	93.46
第六天	85.32	7.87	1.55	0.22	0.66	2.31	93.19
第七天	85.45	7.53	1.45	0.32	0.57	2.53	92.98
第八天	85.43	7.21	1.66	0.29	0.64	2.42	92.64
第九天	85.78	7.33	1.57	0.27	0.46	2.37	93.11
第十天	85.15	7.81	1.66	0.36	0.55	2.32	92.96
综合	85.56	7.66	1.57	0.28	0.55	2.27	93.22

从表5中可以看出，在生产条件没有发生变化的情况下，电炉所生产的粗锡中化验出的元素变化不大，特别是锡铅金属总量（Sn+Pb）总体平稳，粗锡质量得到了保障。

5.试验过程中遇到的问题及解决的措施

5.1存在的问题

（1）焙烧锡烟尘粒子成分复杂，含铅、锑、锌、砷等元素较高，在处理过程中出现电板电流波动大，渣含锡不稳定的情况，同时锑、砷等元素进入粗锡，导致整体粗锡质量下降。

（2）试验用焙烧锡烟尘粒子大块状较多，块状烟尘不能通过进料机进入炉体熔炼，需要把大块烟尘隔离出来以后通过回渣孔投入炉子，导致投入物料不均匀，同时增加喷料冒烟的环保问题。

（3）有很大一部分焙烧锡烟尘粒子夹杂大量硬头，硬头的熔点较高，在炉子中不容易熔化，导致电炉处理量下降，电炉生产稳定性差，不利于电炉生产。

5.2采取的措施

（1）先后采用了捞乙粗锡，降低放锡温度，用网状桶对粗锡进行过滤等方式，在一定程度上减少了粗锡中的杂质，粗锡的质量有所改善。

（2）加强对焙烧锡烟尘粒子元素成分的分析，严格控制入炉物料的Fe、Si、Ca比例，加强对电炉生产时炉况的掌控。最终使电炉的生产稳定性有所加强，粗锡产量提高，各项指标比较稳定。

6. 试验中存在的不足

（1）处理焙烧锡烟尘粒子后，粗锡中存在有很多小颗粒，经过化验主要是铁、锡合金，影响了粗锡质量。

（2）投入的焙烧锡烟尘粒子中大部分Sb元素和少部分As元素是进入粗锡中，会对粗锡质量有所影响，正常生产时的粗锡和处理焙烧烟尘时的粗锡对比如下表6：

表6：正常生产时的粗锡和处理焙烧烟尘时的粗锡对比表
粗锡	Sn（%）	Pb（%）	As（%）	Sb（%）	Fe（%）	Sn+Pb （≥90% ）	锅渣率（%）
正常生产时粗锡	91.71	3.54	0.45	0.77	0.54	95.25	11.9
处理焙烧锡烟尘粒子时粗锡	85.56	7.66	1.57	2.27	0.28	93.24	22.48

表中可以看出，处理焙烧锡烟尘粒子时粗锡中As、Sb元素所占比例有所上升，特别是Sb元素上升较大，Sn+Pb品位相比下降了2.01%，锅渣率上升了10.58%，粗锡质量下降。下一步将调整焙烧锡烟尘粒子的搭配比例，探索提高粗锡质量的方法。

7. 结论

经过10天的生产试验，搭配焙烧锡烟尘粒子的备料方式和操作控制都能够满足电炉的生产。虽然在生产中出现电板电流低、粗锡质量下降、锅渣率上升等问题，但总体来说，生产试验过程中渣型稳定，炉况正常，投入产出的各项指标和粗锡质量相对平稳，能够确保电炉高效稳定的生产。通过理论计算和实际生产情况验证，在备料时所配入的Fe为9～10%，Si为2.7～3.3%，Ca为2.7～3.3%，以及As和Sb控制在1%以下，Zn控制在1.5%以下时，用电炉熔炼焙烧锡烟尘粒子是完全可行的，为电炉熔炼工艺拓宽对锡原料的适应性探索出一条新的处理方法。

参考文献

[1] 彭容秋主编.锡冶金.长沙：中南大学出版社，2005：36-72

[2] 黄位森主编.锡 .北京：冶金工业出版社，2009:464-541