直流电弧炉处理锡中矿工艺研究

李学鹏

（1.云南锡业集团（控股）有限责任公司研究设计院，云南 个旧 661000；2.昆明理工大学冶金与能源工程学院真空冶金国家工程实验室，云南 昆明 650093）

直流电弧炉处理锡中矿工艺研究

李学鹏1,2

（1.云南锡业集团（控股）有限责任公司研究设计院，云南 个旧 661000；2.昆明理工大学冶金与能源工程学院真空冶金国家工程实验室，云南 昆明 650093）

采用直流电弧炉烟化工艺处理锡中矿，考察了还原剂配比、挥发温度的影响。在锡中矿∶石灰∶焦粉∶黄铁矿=47.5∶8.5∶20∶5.6、反应温度1 200±30℃、反应时间5 h的条件下，烟尘中锡含量为53.01%，渣含锡0.25%，锡挥发率达到97.48%。

锡中矿；直流电弧炉；烟化；硫化挥发；硫化剂

随着锡矿床的不断开采，锡矿石的品位逐渐下降。锡矿石经过选矿，在产出锡精矿的同时，还产出部分锡中矿（含Sn 3%～7%）和贫锡中矿（含Sn 2%～3%）。锡中矿含锡较高，可加以利用。目前国内外锡中矿的处理主要采用硫化挥发法，1964年和1972年云南锡业公司采用烟化炉硫化挥发处理锡中矿取得成功，当前烟化炉硫化挥发工艺是处理锡中矿的主流工艺[1～4]。本试验采用直流电弧炉处理锡中矿，确定了直流电弧炉处理锡中矿的条件，寻找出锡中矿处理的新途径。

1 试验

1.1 试验原料及添加剂

本试验所处理的锡中矿产自哈萨克斯坦某选矿厂，添加剂为市售的石灰、焦丁、焦粉和黄铁矿。锡中矿及添加剂的成分分别如表1、表2所示。

表1 锡中矿成分(质量分数) %

表2 添加剂成分(质量分数) %

1.2 试验装置

采用100 kVA直流电弧炉，电炉内径330 mm，深440 mm，内衬镁铬砖。直流电弧炉为可倾倒式，采用单电极（电极直径150 mm）。收尘设备为布袋除尘器，布袋除尘器前段设有两个沉降室，每个沉降室各设有2个放尘口。试验设备示意图如图1所示。

1.3 试验方法

试验在100 kVA直流电弧炉内进行，每次投料47.5 kg，控制温度1 250±30℃（熔池温度），反应时间5 h（炉料熔化后）。采用原子吸收法测定产物中各元素的含量，挥发率按下式计算：

挥发率=烟尘中含锡量/原料中含锡量

2 结果与讨论

2.1 石灰加入量的影响

固定添加剂焦粉、黄铁矿的加入量不变，考察了石灰加入量的影响，试验结果如表3所示。

石灰量加入量从58.9 kg/t矿增加到178.9 kg/t矿，锡的挥发率从83.91%提高至97.48%，但是此后继续增加石灰量至209.2 kg/t矿，锡的挥发率下降至85.47%，并且试验过程中出现了结炉的现象。试验确定178.9 kg/t的石灰加入量比较合适。

图1 试验设备示意图

表3 石灰加入量影响的试验结果

2.2 焦粉加入量的影响

固定添加剂石灰、黄铁矿的加入量不变，考察了焦粉加入量的影响，试验结果如表4所示。

表4 焦粉加入量影响的试验结果

增加焦粉加入量，锡的挥发率提高，焦粉的加入量从31.57 kg/t矿增加到42.10 kg/t矿，锡的挥发率由90.43%提高至97.48%，但焦粉加入量提高至52.63 kg/t矿，锡的挥发率降至92.16%，原因是过多的焦粉使得炉内的还原气氛增强，锡中矿中部分锡和铁被还原成金属锡与铁，金属锡与铁形成锡、铁合金[5]，锡与铁在高温下完全互溶，该部分锡与铁以及一些其它杂质形成硬头[6]，难以挥发出来，从而降低了锡的挥发率。试验确定42.10 kg/t矿的焦粉加入量比较合适。

2.3 黄铁矿加入量的影响

固定添加剂石灰、焦粉的加入量不变，考察了黄铁矿加入量的影响。试验结果如表5所示。

表5 黄铁矿加入量影响的试验结果

黄铁矿的主要成分为FeS2，是本试验的硫化剂，黄铁矿的加入量从94.7 kg/t矿增加到117.9 kg/t矿，锡的挥发率由90.33%提高97.48%，继续提高黄铁矿的加入量至126.3 kg/t矿，锡的挥发率下降至92.16%。试验确定较合适的黄铁矿加入量为117.9 kg/t矿。

2.4 温度的影响

考察了温度的影响，试验结果如表6所示。

表6 温度影响的试验结果

本试验希望通过提高温度来提高锡的挥发率，但从表6可以看出，随着温度的提高，锡的挥发率没有太大的变化，烟尘含锡量下降较多，原因可能是温度升高，烟气的温度也随之升高，从而影响了布袋除尘器的回收率。受制于试验设备的功率（该100 kVA直流电弧炉只能将温度提升至1 300±30℃），因此温度试验仅做了两组。试验确定的温度为1250±30℃。

2.5 重现试验

通过以上试验确定了直流电弧炉处理锡中矿的试验条件：反应温度1 250±30℃，反应时间5 h，石灰加入量178.9 kg/t矿，焦粉加入量42.10 kg/t矿，黄铁矿加入量117.9 kg/t矿。在该试验条件下，锡的挥发率达到97.48%，渣含锡0.25%。为了验证其稳定性，在该试验条件下做重复试验2次。试验结果如表7所示。

表7 重现性试验结果

从表7可以发现，两次重现性试验结果相似，锡的挥发率分别相差0.32%和0.91%，证明了该试验是稳定的、可重现的。

2.6 直流电弧炉工艺与烟化炉工艺技术指标比较

表8为锡中矿直流电弧炉处理与国内外部分厂家烟化炉处理的技术指标对比。

表8 锡中矿直流电弧炉处理工艺与烟化炉处理工艺技术指标对比

通过对比可以看出，锡中矿直流电弧炉工艺与国内外烟化炉工艺的技术指标很接近。目前国内外对弃渣的含锡要求为0.1%～0.3%，其挥发率一般为90%～99%[9～10]。云锡公司烟化炉工艺代表着世界最先进的烟化炉处理锡中矿水平，其渣含锡0.07%～0.1%，锡挥发率为98%～99%。对比云锡公司冶炼厂的技术指标，直流电弧炉工艺渣含锡较高，但已经达到国内外对弃渣含锡的要求。

3 结论

（1）通过试验确定了直流电弧炉处理锡中矿的工艺条件：温度1 250±30℃（熔池温度），反应时间5 h（炉料融化后），添加剂加入量：石灰178.9kg/t矿、焦粉42.10 kg/t矿、黄铁矿117.9 kg/t矿（即：锡中矿∶石灰∶焦粉∶黄铁矿=47.5∶8.5∶20∶5.6）。在该条件下渣中含锡0.22%～0.30%，烟尘含锡53.01%，锡的挥发率为96.57%～97.48%。

（2）与国内外烟化炉工艺的技术指标相比，直流电弧炉工艺已经达到对弃渣含锡的要求。

4 展望

（1）直流电弧炉主要应用在炼钢行业[11]，云锡研究设计院创新性地将其用于锡冶炼，通过小型试验证明了其可行性。

（2）相对于传统的烟化炉工艺，直流电弧炉工艺具有温度高，可以处理高熔点物料，并且烟化过程中无需鼓入富氧等优点。其操作较简单，每班仅需要2名操作人员，操作过程冷却水循环，整个过程几乎不消耗水，而烟化炉处每理1t锡中矿需要耗水66～70 t、压缩空气 1 500～2 600 m3[1，10]。

（3）工作环境较清洁，与烟化炉相比，设备的腐蚀程度大为降低。

（4）直流电弧炉处理锡中矿是一种新技术，云锡研究设计院将继续做扩大试验，从经济角度考察该技术的可行性，如果可行，直流电弧炉处理锡中矿将具有良好的应用前景。

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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

李学鹏（1985—），男，江西宜春人，硕士，助理工程师。

2010-09-22

云南锡业集团（控股公司）一类科研项目