Восстановительная плавка оловянных концентратов

Концентраты, поступающие на плавку, обычно содержат, %: 45—75 Sn, 1—4Fe, до 0,1 Pb, до 0,01 Bi, 0,2—0,5 As, 0,1—0,4 S, 0,4—2 WO3, до 25 SiO2, 0,1—4СаО, 0,2—3Аl2O3 и т. д. Олово легко восстанавливается из касситерита окисью углерода уже при 500—600° С по схеме:

т. е. сначала до низшего окисла, а затем до металла.
Основная проблема восстановительной плавки оловянных концентратов связана с присутствием в них железа. Условия восстановления окислов олова и железа достаточно близки и при плавке с избытком восстановителя в расчете на полное извлечение олова, железо также полностью переходит в черновой металл, загрязняя его. Ранее в металлургии олова практиковалась добавка к шихте восстановительной плавки металлического кремния, связывающего железо в сплав (ферросилиций), нерастворимый в олове. Однако это экономически невыгодно, поскольку из-за тугоплавкости ферросилиция приходилось вести процесс при высоких температурах (1400—1500° С), что сопровождалось повышенными безвозвратными потерями олова.
Сейчас проблему получения сравнительно чистого по железу чернового металла при достаточно высоком извлечении олова на большинстве зарубежных заводов решают проведением плавки в две стадии. В первой стадии плавку ведут при недостатке восстановителя, что позволяет получить черновое олово, содержащее не более 0,2—1 % Fe. Часть олова (одновременно с основным количеством железа), в этом случае не восстанавливается и остается в шлаковом расплаве (10—30%Sn) Во вторую стадию шлак дорабатывают с избытком восстановителя, вследствие чего он обедняется оловом до 1—3% и получается черновой сплав (гартлинг), содержащий 15—10% железа. Последний является оборотным продуктом, т. е. его возвращают в первую стадию плавки. Все железо, поступающее с концентратом, выводят со шлаком второй стадии плавки, обычно направляемым в отвал.
В России технология восстановительной плавки оловянных концентратов несколько отличается от описанной выше: благодаря точной дозировке восстановителя шлаки первой стадии плавки содержат, как правило, не более 5—8% олова и дорабатываются обычно не плавкой с избытком восстановителя, а фьюмингованием.
Восстановительную плавку оловянных концентратов в России осуществляют только в электротермических печах, а за рубежом — также и в отражательных, барабанных вращающихся и других печах.
Электропечи для плавки оловянных концентратов имеют мощность 350—3000 кВА при площади пода 2—11 м2. Площадь пода отражательных печей 24—47 м2.
Шихта восстановительной плавки состоит из концентратов, реагента-восстановителя (угля или мелкого кокса) и флюсов (обычно извести или известняка), служащих для ошлакования пустой породы.
Расход восстановителя на 1 т олова в концентратах задается равным: при электросплавке 200—300 кг, при отражательной плавке 400—650 кг. Расход флюса рассчитывается на получение шлака, %: 25—55 SiO2, 10—25 CaO, 10—30 FeO, 10—20 Al2O3. Практически в случае использования извести ее расход составляет 50—100 кг на 1 т концентрата.
Восстановительную плавку оловянных концентратов в электропечах и отражательных печах ведут при температуре 1150—1350° С. Наиболее целесообразен полунепрерывный режим плавки, освоенный на отечественном заводе: непрерывная загрузка шихты и периодический (по мере накопления) выпуск продуктов плавки — чернового олова и шлака.
Удельная производительность электропечей по концентрату составляет 3—7 т/(м2*сут), удельный расход электроэнергии 800—1200 кВт*ч/т, графитированных электродов 3—10 кг/т. Удельный проплав концентрата в отражательных печах не превышает 1—2 т/(м2*сут), удельный расход мазута достигает 100—300 кг на 1 т концентрата. Прямое извлечение олова в черновой металл при восстановительной плавке составляет 90—95%; остальное количество распределяется между оборотными пылями, содержащими 25—55% Sn, и шлаком, направляемым на доработку с целью доизвлечения из него олова.