顶吹炉处理高铁锡精矿的方法研究及应用_杨佐帝.pdf

Feb.2023Vol.52.No.1(Sum 298)2023 年 2 月第 52 卷第 1 期(总第 298 期)云南冶金YUNNAN METALLURGY锡是人类最早使用的金属之一，它始终与人类的技术进步相关，从古时青铜时代到如今高科技时代，锡的重要性应用范围不断显现和扩大，成为先进技术中不可缺少的材料，因其具有质地柔软、熔点低、展性强、塑性强和无毒等优良特性，成为具有广泛工业用途的金属之一。锡一般采用锡精矿还原熔炼、粗锡精炼的工艺生产。近年来随着高品位锡精矿的逐年减少，贫锡矿的开发利用越来越多，锡精矿中铁、镉、砷、硫、锌等杂质含量不断升高，其中含铁上升*收稿日期：2022-04-27作者简介：杨佐帝（1974-），男，贵州凯里人，工程师，主要从事锡冶炼技术管理工作。通讯作者：袁海滨（1984-），男，江西吉安人，高级工程师，主要从事有色金属冶炼技术及综合回收技术研究，E-mail：。基金项目：云南省科技厅技术创新人才资助项目（202205AD160028）。Feb.2023Vol.52.No.1（Sum 298）2023 年 2 月第 52 卷第 1 期（总第 298 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY顶吹炉处理高铁锡精矿的方法研究及应用*杨佐帝，谢云华，孔梅，袁海滨（云南锡业股份有限公司，云南 个旧 661000）摘要：近年来锡精矿变化较大，贫锡矿的开发利用越来越多，锡精矿中的杂质含量不断升高，其中含铁上升较为突出，对锡精矿还原熔炼带来较大影响，造成直收率下降、煤单耗上升和耐火材料寿命下降等，针对以上问题采取选择合理渣的密度和控制铁元素的走向、炉内空气过剩系数及渣量控制，适当地控制渣的硅酸度及渣的温度等措施，直收率从 76.54%升到 77.69%，煤单耗由 0.123 t/t 下降到 0.09 t/t，炉内耐火材料寿命由 10 个月提升到 11 个月。关键词：锡；还原熔炼；高铁锡精矿；炉渣；沉降分离中图分类号：TD451文献标识码：A文章编号：1006-0308（2023）01-0162-05Study and Application on Treatment of High Iron-bearing Tin Concentrateby Top-blow ConverterYANG Zuo-di,XIE Yun-hua,KONG Mei,YUAN Hai-bing(Yunnan Tin Co.,Ltd.,Gejiu,Yunnan 661000,China)ABSTRACT：Tin concentrate has larger changes in recent years,the development and utilization of tin-lean ore is more often,theimpurities content in tin concentrates were rising constantly,among the impurities,the increasing of iron content is more prominent,it hasbig influence to reduction smelting of tin concentrates,it makes decreasing of direct recovery rate,increasing of unit consumption of coal,and decreasing of life time of refractory material and so on,for the above mentioned problems,the reasonable slag density shall beselected,and the trend of iron element shall be controlled,the coefficient of excess air inside the furnace and slag volume shall becontrolled,the silica acidity and the temperature shall be controlled properly,then the direct recovery rate was increased from 76.54%to77.69%,coal unit consumption was decreased from 0.123 t/t to 0.09 t/t,the life time of refractory material inside the furnace wasincreased from 10 months to 11 months.KEY WORDS：tin;reduction smelting;high iron-bearing tin concentrate;furnace slag;sedimentation separation162张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用较为突出，给顶吹炉还原熔炼造成了较大的困难，如炉渣密度升高、粘度变大、金属锡与炉渣的分离困难，机械夹杂损失锡加大，炉渣带走的锡量增大，锡直收率下降1，煤耗增高，耐火材料周期短。为此，本文对高铁锡精矿还原熔炼过程中的问题及其影响因素进行分析，找到了影响锡直收率降低、煤耗增高、耐火材料周期短的原因并采取有力措施，解决了高铁锡精矿还原熔炼的困难，为后续高铁锡物料的处理提供了一定的技术参考。1顶吹炼锡原理顶吹炉熔炼技术被称为“顶吹沉没”熔池熔炼技术。其作业时将一根经特殊设计的喷枪由炉顶垂直放置至呈圆筒型炉膛内的熔体之中，空气和燃料从喷枪末端喷入熔体，在炉内造成一个剧烈翻腾的熔池。在熔池中，控制一定的反应温度，由炉顶加料口加入的炉料与喷枪加入的燃料、还原剂及氧气进行一系列的气-气、气-固、气-液、液-固反应，将锡精矿中的 SnO2还原为 Sn，同时FeO 与加入的熔剂 SiO2造渣反应，其冶炼反应过程式2见式（1）至式（5）。SnO2（s）+C（s）=Sn（l）+CO2（g）（1）SnO2（s）2CO（g）Sn（l）2CO2（g）（2）C（s）CO2（g）2CO（g）（3）Fe2O3（s）+CO（g）=2FeO（s）+CO2（g）（4）FeO（s）+SiO2（s）=FeO SiO2（s）（5）在持续的熔炼过程中，熔池液位不断提高、喷枪也逐步提高，由于炉渣与粗锡的密度不同，而实现粗锡与炉渣的沉降分离。一定时间后，将炉渣和粗锡放出，并转入下一炉期，继续还原熔炼。2入炉锡精矿成分分析我国矿产资源较为丰富，但是贫矿多，富矿少，复杂矿和难处理矿多。含锡复杂铁矿是一种典型的难处理矿，我国含铁矿资源较为丰富，集中分布在内蒙古、湖南、广东、广西、云南等地区。某冶炼厂历年入炉锡精矿的成分分析见表 1。由表 1 可知，近四年锡精矿含铁由 14.68%上升至 18.37%，随着含铁的升高，锡品位也呈下降趋势。一般地，铁的含量高于 15%则为高铁锡精矿，因此近三年入炉的均为高铁锡精矿。3高铁锡精矿对锡还原熔炼的影响锡铁矿普遍存在锡铁共生关系复杂、铁细粒嵌布或包裹于锡矿物中的问题，致使锡铁选矿分离难度较大，锡精矿中出现大量高铁锡精矿。高铁锡精矿在顶吹炉锡还原熔炼过程中存在较大的困难，分析如下。3.1对锡直收率的影响炉渣是炼锡中的重要产品，为了提高炉窑的生产率与锡的回收率，获得较好的技术经济指标，必须正确选择炉渣的组成，以便熔炼过程顺利进行，渣中的 SnO 被还原后产生的液态金属锡滴，悬浮在液态炉渣中，因此造成小液滴聚合并从渣中沉下的条件，否则渣锡得不到很好的分离，小液滴聚合与沉下的条件与炉渣的熔点、粘度、密度和表面张力有关，物料含铁升高，出现炉渣密度增大，金属锡与炉渣难以分离，使炉渣带走的锡量增大，影响锡的直收率，见表 2。时间SnPbAsFeSCuZn第四年49.580.0420.08818.3730.5850.0870.135第一年54.940.5720.33214.6771.2570.1100.122第二年52.960.0640.89815.2832.8500.0500.048第三年50.860.0510.99316.4332.9400.1270.026表 1入炉锡精矿成分表Ta.1Composition of tin concentrate%炉期Sn/%FeO/%SiO2/%CaO/%密度/（g/cm3）直收率/%硅酸度/k57.1542.7720.665.323.8976.540.99913.0239.3221.496.043.7177.691.09545.5541.7019.905.423.8376.890.98124.5039.9721.137.573.7577.351.02035.1040.0220.946.733.8077.031.033表 2高铁渣型与直收率对照表Tab.2Comparison table for high iron-bearing slag and itsdirect recovery rate杨佐帝，等：顶吹炉处理高铁锡精矿的方法研究及应用163Feb.2023Vol.52.No.1(Sum 298)2023 年 2 月第 52 卷第 1 期(总第 298 期)云南冶金YUNNAN METALLURGY表 2 是几个不同炉期渣中氧化铁含量与直收率比较，从表中看出随着氧化铁含量升高，硅酸度慢慢降底（硅酸度就是渣中酸性氧/碱性氧），渣型密度也随之增高，锡的密度与渣型密度相差较小，锡在渣中难以沉清分离3。放渣时，造成渣中带走锡增多，影响锡的直收率，使得锡直收率下降。3.2对炉内空气过剩系数及煤的单耗的影响在还原熔炼过程中，当锡铁氧化物还原反应独自完成，互不相熔、并且不与精矿中其它组分发生反应时（活度为 1），在一定温度下，控制炉中 CO 的含量，就可以把 SnO2、Fe2O3还原为 Sn、FeO。物料含铁升高，影响熔炼过程 Fe2O3的还原，造成煤单耗升高，严格控制炉内空气过剩系数，控制不当，会产生泡沫渣危险，见表 3。表 3 是几个不同炉期高铁物料中铁含量与煤耗的比较，一方面在上述锡冶炼原理方程式（4）不难看出，随着物料含铁量上升，从 3 价铁还原成 2 价铁所用的还原剂也随之升高，所用还原煤耗量也相应的上升，造成煤耗增加；另一方面在高铁物料熔炼过程中，为了得到合理的渣型，需要加一定量的 SiO2来调节渣的硅酸度，这些熔剂熔化加大煤量的消耗，造成煤耗增加。3.3对耐火材料的影响物料含铁升高会使液渣流动性增强，在喷枪搅动液渣的作用下，造成炉体内壁挂渣困难，高温熔渣直接冲刷耐火材料表面，会加速耐火材料损失，高铁物料产生的碱性炉渣向耐火材料内部渗透并与耐火材料反应生成变质，产生结构剥落4。渣向耐火材料内部渗透的途径有：1）通过开口气孔或裂纹等毛细通道向耐火材料内部渗透；2）炉渣经由晶界进入耐火材料内部的渗透方式多存在于由多晶相构成的耐火材料中。炉渣沿晶界进入，取决于材料中各相各晶体同炉渣间的各种界面张力；3）渣组分中的离子进入耐火材料晶格内，随着晶格扩散的方式进入耐火材料。4应对措施根据原因分析，要处理高铁锡精矿，应从合理地控制好炉渣密度和合理的控制渣量，控制好炉内空气过剩系数，防止高铁炉渣对炉内耐火材料的冲刷三个方面着手。4.1选择合理渣的密度和控制铁元素的走向选择合理的渣型密度，对熔炼过程的顺利进行并获得较满意的技术经济指标有着很大的意义。掌握入炉物料的准确成分，选择的渣的密度同时要考虑渣型应能最大限度溶解精矿中的脉石成分及有害杂质，又很少溶解或夹带金属锡。所选渣型的性质应满足熔炼过程的要求。对炼锡炉渣要达到熔点要低但要适应熔炼方法的要求，温度控制在（1 1001 200）。炉渣粘度要小，以不超过 0.2 Pa s 为好（在 1 200 及 1 300 下，碱度1.5 时，工业炉渣粘度