熔池熔炼_连续烟化法处理高钨电炉锡渣工业试验研究_雷霆.pdf

熔池熔炼—— 连续烟化法处理高钨 电炉锡渣工业试验研究* * 雷霆 * 王吉坤 (昆明冶金研究院 昆明市 650031) 王日星 (江西赣南炼锡厂 赣州市 341006) 摘 要 介绍了国内外对锡炉渣或低品位锡矿的处理方法 ,论述了用熔池熔炼—— 连续烟 化法处理高钨电炉锡渣的可能性、反应机理及工艺特点 经 4m2炉工业试验 ,取得了锡挥发率 96 % 、回收率 93. 5 % 、抛渣含锡低于 0. 2 % 、烟尘含锡 60 % 的较好指标,现已投入工业生产 ,作业正 常 ,指标稳定 该工艺技术先进 ,为高钨电炉锡渣的处理开辟了一条有效途径 关键词 熔池熔炼 连续烟化法 高钨电炉锡渣 1 前言 我国锡资源一般为多金属共生矿 ,其中 不少是钨锡共生 ,特别是在广东、广西、江西、 湖南及云南等地矿区由于钨锡分选困难 ,锡 精矿通常含有钨 此类锡矿一般采用电炉熔 炼 ,其电炉渣除含锡外 ,还含有钨 ,而且一般 含硅含铝都较高 ,炉渣粘度大 ,在熔融状态形 成泡沫 ,难以处理 多年来 ,一些科研单位和 锡冶炼厂曾对此含钨和高硅的锡电炉渣进行 试验研究 ,也取得一定进展 ,但未能投入正常 工业生产。

江西省赣南炼锡厂电炉渣的钨、铝、硅含 量均较高每年产 1200多吨 ,一直无法处 理 ,造成该厂锡回收率低 ,影响了企业的经 济效益昆明冶金研究院受赣南炼锡厂委 托 ,对该电炉渣先后进行了固态硫化挥发和 液态烟化两种工艺试验在后者取得较好 结果基础上 ,于 1994年在赣南炼锡厂建 成 4m 2炉 ,进行熔池熔炼—— 连续烟化法处 * 昆明冶金研究院副院长 ,博士生 ,高级工程师 * * 云南省中青年学术和技术带头人培养经费资助 理高钨电炉渣工业试验 至 1995年 ,工业试 验取得锡挥发率 96 %、回收率 93. 51 %、抛渣 含锡低于 0. 2 % 、煤耗为 4. 6t /t金属锡、黄铁 矿率 20. 1 %的较好指标现已投入工业生产 该项目试验成功并投入工业生产 ,为我 国高钨、高硅锡渣的处理开辟了一条途径 ,有 较大的经济效益和推广价值 据云南省科技 情报研究所检索查新中心检索结果 ,本课题 具有国内外新颖性 2 试验方案选择 对于锡炉渣或低品位锡矿的处理方法 , 国内外在工业上应用或已进行过半工业试验 的可以分为下列几类 [1]: ( 1)还原挥发和还原硫化挥发法 该法 是使锡渣或低品位锡矿中的锡成为 SnO或 SnS挥发出来 ,富集到烟尘中回收; ( 2)酸浸法 用盐酸将含锡物料中可溶 杂质溶解 ,留下含锡高的精矿; ( 3)氯化挥发法 使锡生成氯化物挥发 出来 ,富集在烟尘中回收; ( 4)气体还原—— 水冶法在锡渣不熔 ·9· 化的温度下使锡还原成金属粒 ,再用溶剂溶 解锡 ,由溶液中提取锡。

在上述几种方法中 , 酸浸出法在美国和 日本曾进行过工业生产 , 能有效地处理低品 位锡矿 , 从而能够一定程度地解决选冶总回 收的问题 , 但由于含锡物料品位低 ,杂质多、 耗酸很大氯化挥发法在我国已投入工业生 产 , 但氯化物对设备有较强的腐蚀性 , 和还 原硫化烟化法相比 , 加工成本较高 , 还原 —— 水冶法研究早 , 但一直未在工业生产上 应用 其特点是用氢作还原剂 ,还原锡作用 快 ,所需温度较低 ,已还原的矿于微氧压下用 硫酸浸出 ,浸出液水解再生硫酸和产出 SnO2 沉淀 还原挥发和还原硫化挥发法处理锡渣 和低锡物料应用最多 ,发展较快 ,该法又分为 固态挥发和液态挥发 固态挥发是使锡渣或 低锡物料中的锡在固态情况下以 SnO或 SnS的形态挥发出来 ,在烟尘中回收主要适 用于在液态挥发时难以作业的物料 ,但成本 高 ,直收率低 液态挥发又分为以下几种方 法: ( 1)烟化法 经过数十年实践 ,已成为国 内外处理锡炉渣及低锡物料行之有效的方 法 ,它具有生产能力大、废渣含锡低、铁锡分 离较为彻底、加工成本低等特点 ,昆明冶金研 究院在常规烟化炉基础上进行熔池熔炼连续 烟化试验 ,并和个旧市有色金属加工厂合作 , 建成 2m2和 4m2炉 ,进行工业试验 ,取得较 好效果 ,现已工业应用多年 [2]。

熔池熔炼—— 连续烟化炉以固体冷料为主要原料 ,熔炼和 挥发两个作业在同一炉内完成 ,作业按加料 - 熔化 - 吹炼 - 放渣的程序在同一炉内循环 连续进行 由于炉内液体处于翻腾状态 ,冷料 一入炉就被熔池内的高温熔体所包裹 ,迅速 脱水和升温熔化、挥发 熔池熔炼—— 连续烟 化法省去了常规烟化炉必需的化料和保温设 备 ,基建投资大幅度下降 ,工艺简单 ,能耗低 , 加工成本低 ( 2)赛罗熔炼法 ( Sirosmelt) 是由澳大 利亚联邦与工业研究组织 ( CSIRO)发展起来 的一项喷射熔炼新技术 它具反应速度快、热 效率高、燃料消耗低、金属回收率高等优点 , 能用于锡渣的还原挥发和硫化挥发 ,现还处 于工业试验阶段昆明冶金研究院曾在 1986 ～ 1990年进行过试验研究 ,半工业试验取得 较好结果 ( 3)卡尔多熔炼工艺 美国得克萨斯城 冶炼厂的卡尔多炉 ,既能处理含锡大于 3 % 的炉渣、中矿 ,也可以处理各种高品位精矿 , 炉料熔化快 ,热利用率高 ,气氛易控制 由于 炉体靠摩擦回转 ,钢环磨损快 ,受炉体转动和 喷枪喷吹作用 ,炉衬易损坏 ,使用寿命短 ,耐 火材料消耗大。

( 4)旋涡炉挥发 玻利维亚文托冶炼厂 采用旋涡炉挥发处理含锡 10 % ～ 15 % 低品 位锡矿 ,得锡烟尘送电炉熔炼 旋涡炉所产炉 渣 (含 Sn7 % )和电炉所产炉渣一并送烟化炉 处理 旋涡熔炼特点是处理能力大 经过对上述各种方案对比 ,处理赣南炼 锡厂的高钨、高硅锡渣以熔池熔炼—— 连续 烟化法较为适宜 3 试验理论依据 3. 1 液态硫化挥发法机理 锡炉渣在炉内 熔化 ,在微还原气氛下 ,以黄铁矿为硫化剂 , 锡渣中的锡以 SnS和 SnO的形式挥发出来 , 在烟尘中富集回收 ,其主反应式如下: 2C + O 2 = 2CO ( 1) SnO2+ CO= SnO+ CO2( 2) FeS2= FeS + 1/2S2( 3) SnO+ FeS= FeO+ SnS( 4) 2SnO+ 3/2S2= 2SnS + SO2( 5) 2Sn + S2= 2SnS( 6) 3. 2 渣型选择 赣南炼锡厂电炉渣成分复 杂 , 其中 WO3达 6% ～8% , 铝 、硅 也 较 高 ,粘度较大 ,熔融时会产生泡沫 ,引起体积 膨胀 ,静置后泡沫逐渐消失 ,体积回缩 ,此类 渣无法进行正常烟化作业。

根据炉渣离子理 ·10· 论 , SiO2呈复杂的硅氧阴离子存在 ,依硅氧 比的减少 ,其存在形式从简单的阴离子逐渐 过渡到连续链状、立体网状等结构 ,阴离子的 尺寸逐渐增大 ,粘度也不断提高 ,加入碱性物 质破坏硅氧阴离子键 ,则炉渣粘度下降 如添 加 FeO,可与 SiO2结合成铁橄榄石 ,能降低 渣熔点和粘度 添加 CaO,可与 SiO2结合为 硅酸钙化合物 ,能降低炉渣粘度 Al2O3含量 大时 ,能与 MgO、 ZnO结合为难熔的尖晶石 , 在远离凝固点之前就结晶出来 ,呈悬浮状态 分布于炉渣中 ,形成稀粥状 根据昆明冶金研 究院分析结果 ,渣中的钨是以 CaWO4的形 态存在 ,呈弥散状分布在渣中 ,明显地提高渣 的熔点和粘度 ,要使高钨的电炉渣适合烟化 作业的要求 ,必须调低渣的粘度和熔点根 据炉渣理论和小型试验结果 ,加入黄铁矿烧 渣或加入硬头和石灰石 ,可明显降低炉渣粘 度 ,减轻炉渣发泡程度 ,使液态烟化法处理电 炉渣成为可行 4 试料的理化性质 试料电炉渣及硬头的化学成分见表 1, 渣 - 1 # 铁物相组成见表 2 所用黄铁矿成分 为 (% ): Fe36. 08 ～40. 13 、 SiO25. 48 ～7. 15 、 S27. 5 ～ 32. 11 、 H2O5. 6 ～ 14. 98 。

粉煤成分为 (% ): 固定碳 64. 38 ～77. 2 、挥发分 17. 3～ 20. 43 、灰分 4. 8 ～ 14. 98 、 H2O0. 37 ～ 0. 7 烧 渣成分 (% ): SiO22. 14 ～ 3. 22 、 Fe57. 6 ～ 61. 0 、 H2O14. 98～18. 60 石灰石 成分 (% ): CaO46. 7 、MgO8. 8 、 SiO20. 97 、 Fe0. 3 表 1 电炉渣及硬头的化学成分 (% ) 炉 次WO3 Sn Al2O3 AS SiO2 CaOFeMgO 144- 148(电炉渣 )6. 775. 2214. 10. 1522. 459. 5115. 02. 7 渣 - 1#7. 185. 9514. 4223. 9912. 4015. 82. 42 144- 148(硬头 )4. 428. 364. 514. 08. 951. 5132. 00. 99 表 2 电炉渣 - 1 # 铁物相分析结果 (% ) 金属铁游离 FeO 含 Fe 硅酸盐 含 Fe 磁性氧化 铁含铁 赤褐铁矿 含 Fe 0. 651. 655. 500. 746. 36 5 工艺流程 见下图。

图 1 工艺流程图 6 试验内容及结果 6. 1 合理渣型试验 小型试验结果表明 ,以 该厂堆积的硬头和熔析渣为原料 ,用黄铁矿 烧渣、石灰石进行配料、采用烟化法处理 ,既 可以将锡有效的挥发回收 ,又利用了硬头中 的铁 根据小型试验结果 ,确定了工业试验最 佳料配比 6. 2 风煤比试验 风煤比是炉内正常作业 的关键之一 ,为了保证锡渣中的锡能较好的 挥发 ,炉内要保持弱还原气氛 ,但在化矿阶 段 ,为了加快化矿速度和使硬头中的铁氧化 造渣 ,风煤比可适当偏大 6. 3 吹炼时间试验 吹炼时间长 ,渣含锡 低 ,但成本高 ,吹炼时间和渣含锡关系见图 2 可结合作业成本 ,确定合理的吹炼时间 6. 4 试验结果 以 57- 148炉连续试验的 数据统计 ,共处理锡金属量 27. 8582t,产出 烟尘金属量 26. 0508t,回收率 93 % 以每炉 ·11· 图 2 吹炼时间与渣含锡的关系 放出渣的含锡计 ,平均锡挥发率 96. 04 % 渣 含锡最低达 0. 05 %以电炉渣和硬头为入炉 料计 (不计石灰石、烧渣、黄铁矿 ) ,煤耗为 0. 525t /t炉料; 如以入炉锡金属量计 ,煤耗为 4. 6t /t金属锡 ,黄铁矿率 20. 1 %。

7 结论 ( 1)江西赣南炼锡厂电炉锡渣 ,含钨、铝 高 ,硅酸度高 ,经配入适当的碱性熔剂用熔 池熔炼—— 连续烟化法处理 ,取得了锡挥发 表 3 烟化渣及产出烟尘化学成分 (% ) 炉 次 WO3SnMgOAsSiO2CaOAl2O3FeSBi 烟化渣 954. 620. 072. 930. 1019. 0112. 2411. 3029. 80 974. 370. 13. 570. 1019. 6913. 8610. 1829. 80 1004. 550. 053. 760. 1019. 6312. 478. 8128. 80 烟尘 95- 071. 6362. 521. 602. 020. 84( Pb)1. 52. 340. 2 95- 100. 9961. 521. 301. 981. 20( Pb)1. 402. 850. 26 率 96 %、直收率 93. 5 % 、抛渣含锡低于 0. 2 % 、烟尘含锡 60 %的较好技术经济指标 ,经 100炉连续试验后 ,现已投入工业生产 ,作业 正常 ,指标稳定 ,工艺先进 ( 2)高钨电炉锡渣粘度大 ,属泡沫渣 ,过 去我国一直无法处理 ,该工业试验为高钨电 炉锡渣的处理开辟了一条有效途径 ,是液态 烟化法的一大发展 ,有较大的实用意义和推 广价值。

根据国际联机检索 ,该项技。