我国粗锡冶炼技术现状及发展前景

邓兆磊， 杨亚峰

(1.中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038; 2.中国稀有稀土有限公司， 北京 100082)



我国粗锡冶炼技术现状及发展前景

邓兆磊1， 杨亚峰2

(1.中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038; 2.中国稀有稀土有限公司， 北京 100082)

简要介绍了我国粗锡冶炼的生产状况和技术现状，从锡行业准入条件等国内产业政策出发，通过能耗指标、环保等多角度论证了几项技术的推广应用前景，指出开发我国自主知识产权的粗锡冶炼工艺尤为必要和迫切。

锡冶炼； 反射炉； 电炉； TSL技术； 技术现状； 应用前景

锡是中国十大有色金属中资源最为紧缺的品种。长期以来，中国每年需进口大量锡及锡制品(含锡精矿)，同时执行严格的精锡出口限制，包括10%的出口关税以及出口配额的管制。

2013年，中国精锡产量158 503 t，占全球精锡产量的47%，已连续多年位居世界第一。中国的锡产业布局具有高度集中的特点，滇湘赣桂四省区的产量占到全国总产量的99%以上，详见表1。

表1 2013年中国分省精锡产量 t

和产能的地域集中布局情况相似，主要的精锡产能也集中分布在几家大企业。表2给出了国际锡研究会(ITRI)统计的2012年中国主要炼锡企业的生产状况。

如统计口径一致，这四家企业的产量占到2012年全国总产量的69.5%，其他30.5%的产量分布在数量众多的中小企业。

表2 2012年中国主要企业精锡产量 t

1 粗锡冶炼技术现状

锡被称为史前金属，具有非常悠久的冶炼历史。从古法地坑炉炼锡，到反射炉、电炉，再到现代的富氧顶吹浸没熔池熔炼(TSL)技术，锡冶炼工艺经历了几次大的技术革新。图1为锡冶炼技术发展示意图。但与铜铅锌等重有色金属冶炼工艺相比，粗锡冶炼仍存在行业整体技术装备水平落后、技术品种相对单一、国内自有知识产权技术利用率不高等突出问题。国内除云锡和华锡两大国有企业集团引进了TSL技术外，其他生产企业均是以反射炉和电炉为主的生产工艺。

图1 锡冶炼技术发展示意图

1.1 反射炉冶炼

反射炉冶炼是一种非常古老的冶炼工艺，18世纪初在英国开始应用于粗锡冶炼。在2000年以前，反射炉熔炼产出的锡占到世界锡总产量的近90%，中国绝大部分工厂也使用反射炉炼锡，但其产量仅占到国内总产量的约40%。

1.2 电炉冶炼

电炉炼锡于1934年首先在非洲原扎伊尔的马诺诺炼锡厂使用，后在法国、加拿大等发达国家推广。由于电炉炼锡具有效率高、升温快、气量小等优点，2000年左右及以后，我国越来越多的新建锡冶炼厂倾向于使用该工艺。

1.3 TSL技术

TSL技术于20世纪70年代由澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)发明，并于1996年在秘鲁建成了首个TSL锡冶炼厂，中国云锡和华锡的TSL生产线也分别于2002年和2013年建成投产。TSL技术被认为是现今粗锡冶炼的最理想工艺。

2 锡行业产业政策

任何锡生产企业、新建或改扩建锡冶炼项目都必须遵循相应国家的法律法规要求。就目前而言，锡行业最直接相关的约束性产业政策有《锡行业准入条件》和《锡冶炼企业单位产品能源消耗限额》，《锡锑汞工业污染物排放标准》正处于征求意见阶段，尚未正式颁布实施。

(1)《锡行业准入条件》(国家发改委2006年第94号公告)部分条文摘录如下：

项目投资中自有资金比例不得低于50%；

新建、改扩建以矿产原料为主的锡冶炼项目年产锡锭(或粗锡)不得低于8 000 t；

粗炼向强化熔炼发展，采用氧气顶吹炉或大型反射炉等先进工艺，反射炉炉床面积不得低于25 m2；

锡金属综合回收率≥95%，单位产品综合能耗≤2 400 kgce/t，有价金属的综合回收率≥80%；

二氧化硫排放低于960 mg/m3。

(2) 《锡冶炼企业单位产品能源消耗限额》(GB21348—2008)中现有锡冶炼企业单位产品能耗限额限定值见表3，新建锡冶炼企业单位产品能耗限额限定值见表4。

表3 现有锡冶炼企业单位产品能耗限额限定值

表4 新建锡冶炼企业单位产品能耗限额限定值

(3) 《锡锑汞工业污染物排放标准》征求意见稿中大气污染物排放浓度限值及监控位置见表5。

2.1 粗铅冶炼产业政策

粗铅冶炼与粗锡冶炼类似，主要是金属氧化物的还原熔炼。与锡冶炼同期出台了铅冶炼的几项标准规范，其中一些关键数据或指标显示，铅冶炼行业的整体水平要高于锡冶炼行业。

(1) 《铅锌行业准入条件》国家发改委2007年第13号公告中要求：

单系列铅冶炼能力必须达到5万t/a(不含5万t)以上；

粗铅冶炼须采用先进的具有自主知识产权的富氧底吹强化熔炼或者富氧顶吹强化熔炼等先进

表5 大气污染物排放浓度限值及监控位置

工艺；

粗铅冶炼综合能耗低于450 kgce/t；

铅总回收率达到96.5%、粗铅熔炼回收率大于97%；

总硫利用率大于95%、硫捕集率大于99%。

(2) 《铅冶炼企业单位产品能源消耗限额》GB21348—2008：

新建铅冶炼企业单位产品能耗限额准入值：粗铅工艺≤400 kgce/t；

新建铅冶炼企业单位产品能耗限额先进值：粗铅工艺≤330 kgce/t；

(3) 《铅、锌工业污染物排放标准》GB25466—2010：

现有企业大气污染物排放浓度限值：二氧化硫960 mg/m3；

新建企业大气污染物排放浓度限值：二氧化硫400 mg/m3。

2.2 产业政策比较

(1) 铅冶炼较之锡冶炼更能够体现大产能规模化的优势，锡冶炼限定产能不低于8 000 t，但需建设多台反射炉或电炉，用于锡冶炼的TSL单系列产能均在15 000 t/年以上。

(3) 上述产业政策的发布均基于当时国内铅、锡行业的技术现状。近几年来，铅冶炼技术发展迅猛，液态铅渣直接还原技术开发成功并得到快速推广，实际的粗铅单位产品综合能耗水平已降至220 kgce/t，甚至200以内。而锡冶炼行业多多少少照顾到了绝大部分生产企业使用反射炉、电炉工艺的事实，且TSL技术由于其昂贵的投资和技术费用，以及其更适用于万吨规模以上的特点，并未得到广泛推广，故锡冶炼单位产品综合能耗水平远高于铅。

(4) 从铅、锡冶炼的反应实质看，粗锡单位产品的煤耗约为粗铅单位产品煤耗的2倍。

(5) 就铅冶炼而言，通常情况下，煤耗占到能源消耗总量的约45%，其他约55%为电耗。锡冶炼(TSL技术)煤耗占到能源消耗总量的约75%，其他约25%为电耗。按照现有粗铅单位产品综合能耗220 kgce/t计，粗锡单位产品综合能耗应为其1.5～2倍，即330～440 kgce/t。即使考虑到粗铅冶炼硫化物放热的情况，粗锡单位产品综合能耗也应大大小于现有900 kgce/t的准入值。

(6) 冶炼工艺从很大程度上决定了有价金属的回收率和环保水平，单就综合回收率而言，铅准入条件中的数值(考虑烟化炉铅的回收)比锡高出近3个百分点，且对于硫的利用率和捕集率有明确要求，锡准入条件中仅明确了二氧化硫排放低于960 mg/m3，比《铅、锌工业污染物排放标准》高出560 mg/m3。考虑到现有铅厂二氧化硫排放普遍可以低于200 mg/m3，甚至100 mg/m3，锡行业的整体环保水平相比铅行业仍比较落后。

3 技术应用前景

3.1 反射炉工艺

反射炉用于粗锡冶炼已有近300年历史，由于众所周知的诸如能源利用率低、环保水平差、劳动强度高等缺点，反射炉已在铜冶炼等行业被禁止使用，仅在锡、锑冶炼等行业仍在大量使用。反射炉工艺被其他更为先进的冶炼工艺所替代是一种趋势。

以100 kg含Sn49%、Fe15%的锡精矿为计算基础，得到其热平衡见表6，其近83.6%的总热量是无效的。

表6 反射炉还原熔炼热平衡

*还原煤可燃成分和过量碳燃烧热

计算得生产1 t粗锡所需的无烟煤量为340 kg(26 061 kJ/kg)，所需的烟煤量为950 kg(23 272 kJ/kg)，折算成标煤为1 057 kg，不计其他消耗，已远远超过了熔炼工序工艺能耗850 kgce/t的限值，且熔炼得到的粗锡品位仅有80%左右。

由于反射炉传热量的80%～90%为辐射传热，其热利用率仅为20%～30%，且其还原气氛较难控制、烟气量居高不下、锡直收率低，很难再进一步降低其煤耗。又由于其装备水平造成的环保水平差、劳动强度高等突出问题，该工艺已很难再有生存空间。

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3.2 电炉工艺

电炉炼锡具有效率高、烟气量小、升温快、还原气氛强等优点，尤其适合处理高锡低铁物料，但需控制入炉物料含水在2%以下。

某工厂使用1 400 kVA的电炉处理含Sn>65%的高锡低铁锡精矿，热利用率在50%左右，其热平衡分布见表7。

表7 电炉还原熔炼热平衡

粗略计算其生产1 t粗锡所消耗的电量为1 800 kW·h，消耗的焦炭量为180 kg，折算成标煤为396 kg，不计其他消耗，显示了电炉炼锡在处理高锡低铁物料方面的优势。

如入炉物料含铁过高，由于电炉内过强的还原性气氛，大量铁被还原，形成比例高达30%以上的乙锡，造成能耗大幅升高，甚至有可能因为铁大量沉积炉底而使生产中断，或造成重大损失。

此外，电炉烟气中含有40%左右的CO，是生产过程中非常大的安全隐患。

电炉工艺非常适合冶炼高锡低铁物料，如能提高装备水平和自动化水平，采取完备的安全生产措施，则电炉工艺本身将更趋完善。但考虑到处理原料品质的限制，和现今锡精矿品位降低和杂质含量增高的现实，电炉工艺将很难得到广泛推广。

3.3 TSL技术

富氧强化熔池熔炼技术是火法冶炼技术的发展趋势，TSL技术即是其中的代表之一。1996年首座TSL炼锡厂建成投产。2002年世界上最大的TSL炼锡厂在云锡公司建成投产，初期炉寿较短，且工艺过程尚不完善。经不懈努力，改变了其生产作业制度，推动TSL技术在锡冶炼领域进入了富氧熔炼时代，创新了中国特有的顶吹炼锡技术。

某工厂处理含Sn43.2%、Fe14%的锡精矿，使用TSL技术熔炼段+还原段的作业制度，其热平衡分布见表8、表9。

表8 TSL熔炼段热平衡 %

表9 TSL还原段热平衡 %

TSL技术的热利用率在30%以上，如考虑到烟气中的大量潜热被结构先进的余热锅炉回收生产蒸汽，可用于余热发电，则其实际热利用率应高一些。通常情况下，烟气中的热量最终转化为电能的转换效率为15%～25%，故TSL技术的热利用率在40%左右。计算该厂的综合能耗为1 717 kgce/t，远低于GB21348中2 100 kgce/t的限额先进值。如除去炼前处理、精炼和炼渣工序的能耗，则其熔炼工序的综合能耗为709 kgce/t。

TSL技术具有熔炼效率高、强度大、物料适应性强、环保好、自动化水平高等优点，非常适合在行业内推广。但如本文第一节所述，我国锡冶炼企业众多，但大多规模较小，实力不强，对于动则几百万美元的技术转让费和工艺包费用，以及整体偏高的投资，恐难以负担。较高的自动化控制水平要求更高的人员素质，这对于我国大多数锡冶炼企业都是一个挑战。

4 结论

中国是世界上最大的锡生产国，锡产能布局具有地域高度集中的特性，且主要分布在几大生产企业，其他数量众多的中小企业产能仅占30.5%。

锡行业的整体技术装备水平不高，我国目前常用的粗锡冶炼工艺有：反射炉工艺、电炉工艺和TSL技术。反射炉工艺已处于被淘汰的边缘，很难有生存空间；电炉工艺在处理高锡低铁锡精矿时优势明显，但仍需加强自动化水平和安全生产措施建设，受处理原料品质的限制其很难广泛推广；TSL技术是现今最先进的粗锡冶炼工艺，尤其适合万吨规模以上的大型企业，其推广受投资和技术费用高昂的影响，结合我国锡冶炼企业产能集中、数量众多的现状，将遇到一定的困难。

由此看来，开发具有我国自主知识产权的粗锡冶炼工艺尤为必要和迫切，我国绝大多数使用反射炉和电炉的锡冶炼厂必须使用更为先进的工艺进行改造，方能满足国家环保、节能等方面的要求，赢得生存空间。

[1] 黄位森.锡[M].北京：冶金工业出版社，2000.

[2] 北京有色冶金设计研究总院等.重有色金属冶炼设计手册锡锑汞贵金属卷[M].北京：冶金工业出版社，1995.

Status and development prospects of crude tin smelting process in China

DENG Zhao-lei, YANG Ya-feng

The production condition and technology status of crude tin smelting in China was briefly introduced in this paper. Based on industrial policies like access conditions for tin industry, promoted application trend of several technologies was demonstrated from such points of view as their consumption indicators and environmental performances. The paper also pointed out that it is of great necessity and urgency to develop new tin smelting process with Chinese intellectual property.

tin smelting; reverberatory; electric furnace; TSL technology; technology status; application prospect.

邓兆磊(1984—)，男，山东梁山人，本科，工程师，主要从事重有色金属冶炼设计和管理工作。

2014-- 06-- 30

TF814

B

1672-- 6103(2015)02-- 0034-- 05