根據(jù)錫礦資源埋藏深度劃分,錫礦石開采流程可分為露天開采、地下開采兩類(見圖1、圖2)。全球錫礦開采方式以地下開采為主,其次是采砂船及水槍—沙礫泵采砂錫礦,硬巖礦物露天開采相對較少。

錫礦石開采流程可概括為采、剝、鏟、裝、運(yùn)五個(gè)環(huán)節(jié)。其中,涉及的核心技術(shù)為工程爆破技術(shù),該技術(shù)包括爆破方案設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工工藝和管控,具體實(shí)施方案需綜合考量所開采礦山巖石硬度及礦山結(jié)構(gòu)。爆破開采方案設(shè)計(jì)合理性及可實(shí)施性直接影響錫礦企業(yè)對開采進(jìn)度及開采成本的控制。在露天開采中,爆破施工方案為臺階爆破,主要涉及礦山臺階高度及底部抵抗線長度問題,具體設(shè)計(jì)參數(shù)包括爆破作業(yè)面孔網(wǎng)參數(shù)、炸藥單耗及布孔深度。在地下開采中,所采用工程爆破方案為巷道爆破,該方案除需要綜合考量所采礦山巖石硬度及礦山結(jié)構(gòu)外,還需結(jié)合巷道掘進(jìn)深度及斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)參數(shù)包括孔網(wǎng)參數(shù)、掏槽眼結(jié)構(gòu)、炸藥單耗及布孔方式。

圖1　露天錫礦開采流程

資料來源:Wind,頭豹研究院整理編輯。

圖2　地下錫礦開采流程

資料來源:Wind,頭豹研究院整理編輯。

錫的冶煉方法主要取決于精礦(或礦石)的物質(zhì)成分及其含量。一般以火法為主,濕法為輔。錫錠生產(chǎn)工藝主要可以分成以下三步:煉前處理/選礦、提取精煉/還原熔煉、熔渣廢渣再次利用。

1、煉前處理/選礦(Cassiterite Concentration)

煉前處理是為了除去對冶煉有害的硫、砷、銻、鉛、鉍、鐵、鎢、鈮、鉭等雜質(zhì),同時(shí)達(dá)到綜合回收各種有用金屬的目的。煉前處理的方法包括癬焙燒和浸出等,根據(jù)所含雜質(zhì)的種類不同,可采用一個(gè)或幾個(gè)作業(yè)組成的聯(lián)合流程。但是我國某些單純含鉛、鉍、鐵高的錫精礦也可不經(jīng)煉前處理。

選礦(Cassiterite Concentration):由于各礦區(qū)錫石質(zhì)量不同,好的錫精礦的錫含量可以達(dá)到70%~75%,這些錫精礦大部分不需要選礦的步驟。而對于一些質(zhì)量不好的錫礦,則需要通過選礦工藝來進(jìn)行提純,可以理解為把原礦變成錫精礦的過程。錫石濃縮一般有兩種方法:第一種是重力分離法(gravity separation methods),第二種是泡沫浮選法(froth flotation techniques)。

重力分離法是用重力來分離密度不同的物質(zhì),主要是用在較大型的錫石中。錫礦生產(chǎn)工藝流程重選工藝是利用礦物的密度和粒度的差異,借助于介質(zhì)流體和各種機(jī)械力的聯(lián)合作用造成適宜的松散分層和分離條件,從而獲得不同密度或不同粒度產(chǎn)品的工藝過程。由于錫礦物的密度較脈石礦物大得多,故含顆粒錫礦宜采用重選法處理。這里的大指的是微粒大小在45μm以上的錫石,一般是在水流附近。

選礦生產(chǎn)線的工藝流程為,錫礦經(jīng)裝載機(jī)給入圓筒洗礦機(jī)進(jìn)行洗礦,由于礦石中的黏性泥土含量較高,這些黏性泥土包裹著錫礦物和廢石,使之無法碎解,影響重選流程的正常進(jìn)行,所以須進(jìn)行洗礦。圓筒洗礦機(jī)可以把洗礦后的產(chǎn)品分為兩個(gè)粒級,8毫米以上的粒級進(jìn)入細(xì)碎機(jī)細(xì)碎,使物料粒度控制在重選流程有效的入選粒度范圍之內(nèi)。小于8毫米的物料經(jīng)螺旋輸送機(jī)輸送至料倉與細(xì)碎后的物料混合。料倉下設(shè)置自動給料裝置,將物料均勻給入往復(fù)式循環(huán)溜槽,或鼓動溜槽等其他重選設(shè)備(可根據(jù)顆粒度選擇)。往復(fù)式循環(huán)溜槽作為重選流程的設(shè)備,其作用就是將錫石和廢石分離,取得高純度的錫石,拋棄不含錫的廢石,達(dá)到選礦提純的目的。該設(shè)備自動排礦,精礦則直接進(jìn)入精礦池,尾礦自動排棄。

泡沫浮選也是較為常見的一種礦物分離的方法,通過錫石中不同元素親水性(affinity to water)和疏水性(water repelling)將礦物分離開。疏水性的物質(zhì)會以泡沫(froth)形式浮至水面,然后便可撈出,達(dá)到分離不同元素的目的。玻利維亞的錫石物質(zhì)比較復(fù)雜,所以一般會使用泡沫浮選法來處理錫石,但即使處理后,也只能提取50%~60%的錫含量。

2、提取精煉/還原熔煉

精煉是從錫精礦中提取錫的主要環(huán)節(jié),這個(gè)環(huán)節(jié)可以分為三個(gè)小步驟:熔前準(zhǔn)備(preparation before smelting)、熔煉(smelting)、精煉(refining)。

熔前準(zhǔn)備:低品質(zhì)的錫精礦會先送進(jìn)550℃~650℃的熔爐灼燒(roasting)去除硫元素。根據(jù)錫精礦品質(zhì)的不同,會采用氧化(oxidizing),還原(reducing)或者氯化(chlorinating)反應(yīng)。通常在灼燒之后,還會用水或者酸溶液來過濾錫精礦表面因氧化反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)。

熔煉:錫熔煉主要原理是把錫精礦(SnO2)和碳加熱通過化學(xué)反應(yīng)變成錫金屬和二氧化碳。在實(shí)踐中,熔爐里面會放入錫精礦,焦煤或者無煙煤(包含碳)及石灰?guī)r(熔融劑以幫助形成熔渣)。通常是用反應(yīng)爐加熱到1300℃~1400℃熔煉15個(gè)小時(shí)得到融化的錫,而熔渣(包含著大部分的雜質(zhì))會漂浮在熔漿最上層。熔煉結(jié)束后,不完全純凈的錫(impure tin)會出爐并鑄成厚片,而熔渣會倒進(jìn)水箱里凝固成熔渣顆粒。

精煉:不完全純凈的錫也可以叫粗錫。精煉粗錫一般有兩種方式:火法精煉(fire refining)和電解精煉(electrolytic refining)。火法精煉是最普遍的方法,精煉出的錫可用作商業(yè)用途,錫含量可達(dá)99.85%?；鸱ň珶掑a包括三種方法:沸騰(boiling)、熔融(liquation)、真空蒸餾(vacuum distillation)。沸騰是把粗錫在容器里用壓縮空氣加熱攪動,目的是氧化雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會浮到表面形成渣屑(dross)。熔融是利用錫和其他物質(zhì)熔點(diǎn)不同的特性,把粗錫放到有坡度的熔爐中,然后加熱到錫的熔點(diǎn),這樣錫漿就會因?yàn)橹亓α飨滦逼?而殘?jiān)鼤舸嬖谌蹱t中。真空蒸餾是利用錫和其他物質(zhì)沸點(diǎn)不同的特性,通過蒸餾方式把其他物質(zhì)蒸餾出去。

3、熔渣廢渣再次利用

熔渣和廢渣會在熔煉和精煉的過程中產(chǎn)出,在精煉過程中生成的渣可以通過還原劑和溶劑使其恢復(fù)成一開始的錫精礦,而熔煉中產(chǎn)生的富渣可以通過還原熔煉或者煙化爐揮發(fā)的方式還原成錫精礦(見圖3)。

圖3　錫的一般生產(chǎn)工藝

資料來源:安泰科。