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摘 要： 摘要：錫是全球有色金屬資源中最為緊缺的品種之一，而全球錫生產集中度較高，中國與印尼以全球約50%的儲量供應全球60%以上的需求。我國90%的金屬錫是采用反射爐生產的。本文簡要介紹了某冶煉廠反射爐冶煉粗錫工藝及主要生產技術指標，分析了反射爐的優缺點，
摘要：錫是全球有色金屬資源中最為緊缺的品種之一，而全球錫生產集中度較高，中國與印尼以全球約50%的儲量供應全球60%以上的需求。我國90%的金屬錫是采用反射爐生產的。本文簡要介紹了某冶煉廠反射爐冶煉粗錫工藝及主要生產技術指標，分析了反射爐的優缺點，并提出了相關的建議。
關鍵詞：錫冶煉,反射爐,技術指標
1前言
我國錫資源豐富且高度集中，主要集中在云南、廣西地區，此外在湖南、江西、內蒙古等地區也分布著不同規模的錫礦床。我國也是錫生產大國，主要生產區域集中在云桂地區，除了云南錫業、云南乘風、廣西華錫等主要生產精錫企業，大多數的錫冶煉企業規模較小。錫冶煉具有非常悠久的歷史，大多數采用火法生產。主要以錫精礦為原料，還原煤做還原劑，石灰石、石英做熔劑，主要工藝過程為錫精礦煉前處理、還原熔煉、煙化爐吹煉、粗錫精煉四個環節。
粗錫生產工藝有很多，從古法地坑爐煉錫，到現在的富氧頂吹浸沒熔池熔煉技術(TSL)，歷經幾次革新，已經發展為比較成熟的冶煉技術。目前，我國主要用于粗錫冶煉的工藝有反射爐工藝、電爐工藝、TSL技術。電爐工藝對原料的要求較高，同時設備投資大，電能消耗大，因此，受地區供電限制與原料成分的限制很難被推廣。TSL技術被認為是當前粗錫冶煉的最理想技術，而TSL技術適用于萬噸規模以上的大型企業。錫精礦主要含有As、S、Cu、Fe等雜質，反射爐因其對原料要求不嚴，爐內氣氛容易控制，設備操作方便，適用于各種規模生產而廣泛被應用。
2粗錫冶煉原理
2.1反射爐結構
反射爐由爐床、爐墻、爐頂構成的長方形熔煉爐。反射爐結構比較簡單，由爐基、爐底、爐墻、爐頂、加料口、放出口、煙道等部分構成，主要分為燃燒室、熔煉室、排氣煙道三大區域。該廠反射爐采用粉煤噴燒的方式加熱，燃燒器設置在爐頭，主要利用爐頂、爐墻、高溫氣體輻射傳熱的方式將燃料燃燒產生的熱傳遞給物料，為錫精礦的還原反應提供熱量，煙氣經過爐膛后從尾部上升煙道排出。
爐底是反射爐的重要組成部分，尤其是生產粗錫的反射爐，由于錫的熔點只有232℃，在高溫下錫的流動性非常好，容易滲入爐底降低錫的直收率，因此煉錫反射爐必須強化爐底加固，以延長爐底壽命。一般的，煉錫反射爐會架空爐底，以便于取出爐底漏錫。放出口使用鋁鉻磚，緩解液錫對放出口的侵蝕。物料從爐頂加入，完成熔煉后，由于粗錫熔體和熔渣不互溶，且兩者比重存在差異而分層，下層為粗錫熔體，上層為熔渣，由側墻放出口先后放出粗錫和熔渣。該廠使用的反射爐爐床面積為38.9m2，長寬比為4∶1，爐內高度為1.7m，爐床能率為1.2～1.4t/d·m2。
2.2粗錫冶煉原理
反射爐冶煉粗錫的主要原料是SnO2，在高溫條件下，無煙煤做還原劑與錫石發生還原反應：C+CO2=2CO(1)SnO2+2CO=Sn+2CO2(2)無煙煤將錫石中的Sn還原出來，在反射爐底部匯集得到粗錫，高熔點的脈石與溶劑造渣浮于上層與粗錫分離。
錫精礦中的雜質成分由于性質不同參與不同的反應：較錫易于還原的，如Cu、Pb、Bi、As、Sb等先于錫還原進入粗錫;較錫難于還原的Si、Ca、Mg、Al、W等雜質不被還原而進入爐渣;FeO與SnO2的標準生成自由焓比較接近，在強還原氣氛下，鐵的氧化物還原成金屬鐵進入粗錫，當還原氣氛較弱時，鐵的氧化物會參與造渣，但是部分Sn也會因為還原強度不夠進入爐渣。因此，在粗錫冶煉中最難分離的雜質是鐵。內蒙古地區的錫精礦中，鐵的含量一般在10%以上，這種錫精礦并不適合直接用電爐冶煉，這也是該廠選擇反射爐冶煉粗錫的主要原因之一。
3生產實踐
3.1工藝流程圖
內蒙古某冶煉廠設計產能為10000t·Sn/a，采用反射爐熔煉工藝，包括煉前處理、還原熔煉、粗錫精煉和煙化爐煉渣四個過程，工藝流程示意圖如圖2所示。錫精礦經過回轉窯脫硫、砷等，除去原料中對冶煉工藝有害的雜質，得到錫品位較高的焙砂。焙砂與還原煤、熔劑按一定比例配料，入爐錫品位為48%～50%，在反射爐中進行還原熔煉，得到甲錫、乙錫、富渣、硬頭、爐氣。乙錫經過熔析爐處理產出甲錫和熔析渣，爐氣經過收塵系統回收有用煙塵，煙氣凈化后排放。
最后，甲錫送精煉系統生產精爐吹煉，回收富渣中的錫，硬頭和熔析渣返回配料。工藝的綜合回收率為95.85%。
3.2錫精礦煉前處理
該冶煉廠生產粗錫的原料主要來自于我國內蒙古及湘贛地區。錫精礦煉前處理的主要目的是除去原料中對冶煉和產品質量有害的雜質，降低精煉工序的勞動強度，減少錫的損失，同時也能夠在一定程度上提高錫精礦品位，降低熔煉成本。此工藝中采用的是回轉窯焙燒法進行錫精礦的預處理。
冶煉過程中，原料中的S與錫會生成SnS揮發，As、Sb會被還原出來進入粗錫，使精煉作業困難，費用增加，必須在反射爐熔煉之前降低這些雜質含量。將配好的原料用給料機定量給料，經加料管入回轉窯。回轉窯通過煤氣加熱，窯頭溫度約850℃，窯尾溫度約350℃。錫精礦入窯后在窯內受熱升溫，大部分的硫、砷、銻和鉛等硫化物雜質進行氧化揮發除去。
主要反應式如下：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2(3)2FeAsS+5O2=Fe2O3+As2O3+2SO2(4)2Sb2S3+9O2=2Sb2O3+6SO2(5)2PbS+3O2=2PbO+2SO2(6)回轉窯焙燒可實現脫硫率93.62%，脫砷率85.99%，煙塵率7.2%。
3.3反射爐熔煉
反射爐熔煉為周期性作業，一般為配料、加料、熔煉、放錫、放渣幾個階段，放完渣后繼續下一爐作業，每個周期8～9h。3.3.1配料反射爐配料就是將各種原料和熔劑按照渣型要求進行搭配，并按照還原反應配入適量的還原劑。選擇無煙煤做還原劑，固定碳含量大于60%，灰分含量小于25%。還原劑的加入量應保證物料中的錫充分還原，還原劑過少會導致錫進入爐渣，過多會將大量的鐵被還原出來進入粗錫生成硬頭。
一般的，根據下式進行計算：2SnO2+3C=2Sn+2CO+CO2(7)考慮雜質元素影響，還原劑的加入量應該適當上浮，該廠控制還原劑量為Q煤=(0.35-0.4)Q錫。爐渣的物理化學性質對渣金分離有很大影響，根據原料中含鐵為4%～15%，該廠選擇FeO-CaO-SiO2為主的低鐵質渣型，石灰石、石英做熔劑。
石灰石氧化鈣含量大于50%，適應SiO2含量大于90%。硅酸度控制在1.2左右，熔劑的使用量要能達到熔煉要求，同時要控制最少渣量的生成，渣量越多就會帶走越多的金屬錫。
3.3.2布料
布料方式不同，直接影響熔煉速度，該廠采用中間低、兩側高的方式布料。物料靠近兩側爐墻，中間留出較大的空間，保證粉煤噴燒路徑暢通，兩側形成料坡，物料熔化時較易形成中部熔池，在熔池內部形成對流傳熱，強化傳熱效率，提高物料熔化速度，縮短熔煉時間與反射爐生產周期。
3.3.3熔煉
焙砂與還原煤、熔劑、后續工序的各類中間品配料后加入反射爐進行熔煉，爐溫控制在1250～1350℃。為了加快熔煉速度，要求工人定時進行扒爐翻料，每爐翻料兩三次，在翻料過程中，爐渣內的氧化錫會加速還原。含錫物料在爐內進行反應后，生成粗錫和富渣，通過放出口放出。反射爐熔煉產出甲錫、乙錫、硬頭、煙塵、富渣，乙錫經過熔析反應生成甲錫和熔析渣。甲錫送往精煉工序生產品位為99.95%以上的精錫，硬頭、熔析渣、煙塵返回反射爐配料，富渣送往煙化爐回收錫。
3.3.4常見問題
反射爐生產粗錫是間斷式生產，爐子承受冷料、熱料交替，爐膛溫度也發生激烈變化，同時每爐物料成分不一，因此反射爐常出現一系列的問題。
(1)墻體垮塌。
反射爐爐膛溫度高溫時能夠達到1200℃以上，低溫時500℃，每生產一爐粗錫，爐膛溫度就會發生一次劇變，爐頂耐火材料容易損壞。另外，熔體對爐墻也有腐蝕，錫的熔點較低，在高溫下錫的流動性很強，對爐墻的沖蝕嚴重。
(2)爐料熔化困難。
來自江西的錫精礦中含有鎢等高熔點金屬，爐溫難以達到其熔點，導致爐料熔化困難。另外，采購的燃料煙煤灰分多，覆蓋在反射爐熔池表面，隔斷了燃料與熔體之間的熱傳遞，也是爐料難化的原因之一。
(3)易生成爐結。
這是反射爐生產最主要的問題。內蒙古錫礦中鐵、砷含量較高，粗錫精煉產生的AB渣等中間品返回反射爐配料，使砷形成閉路循環。鐵與砷在較強還原氣氛下易生成Fe2As、Fe3As2、Fe5As積于爐內，稱之為黃渣。黃渣是爐結的主要成分，熔點較高，反射爐的熔煉溫度難以使其熔化，形成爐結。黃渣的成分不同，熔點也有差異。為降低爐結的影響，應嚴格控制爐內氣氛，精煉產生的中間品做開路處理。
4結論
反射爐雖然是生產粗錫的主要冶煉設備，但其能源利用率低、環保水平差等特點已不適用于當前冶煉行業清潔生產的需求，嚴峻的環保形勢已經對冶煉設備提出更嚴格的要求。根據《錫冶煉企業單位產品能耗限額》(GB21348-2014)規定，現有和新建的錫冶煉企業還原熔煉工序單位產品綜合能耗的限定值和準入值分別為1050kgce/t、850kgce/t。
2015年工信部發布的《錫行業規范條件》規定粗錫冶煉工藝應采用生產效率高、能耗低、環保達標、資源綜合利用效果好的先進錫冶煉工藝，反射爐熔煉工藝應在2020年底前逐步淘汰。因此，錫冶煉企業必須提高科技創新能力，提升技術裝備水平，開發具有自主知識產權的粗錫冶煉工藝，實現粗錫冶煉的清潔生產，促進企業的健康、穩定發展。
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相關刊物推薦：《河北冶金》Hebei Metallurgy(月刊)曾用刊名：鐵水長流，1979年創刊，報道內容：地質、采礦、選礦、焦化、耐火材料、煉鐵、煉鋼、軋鋼、金屬材料、理化檢驗、冶金機械、冶金能源環保等與冶金工業生產和科研相關的新成果以及生產過程中采用的新工藝、新技術、新設備等。
