根據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、運五個環(huán)節(jié)。其中,涉及的核心技術為工程爆破技術,該技術包括爆破方案設計及現(xiàn)場施工工藝和管控,具體實施方案需綜合考量所開采礦山巖石硬度及礦山結構。爆破開采方案設計合理性及可實施性直接影響錫礦企業(yè)對開采進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,具體設計參數包括爆破作業(yè)面孔網參數、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構外,還需結合巷道掘進深度及斷面結構進行方案設計。具體設計參數包括孔網參數、掏槽眼結構、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)的物質成分及其含量。一般以火法為主,濕法為輔。錫錠生產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,同時達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,根據所含雜質的種類不同,可采用一個或幾個作業(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煉前處理。

選礦(Cassiterite Concentration):由于各礦區(qū)錫石質量不同,好的錫精礦的錫含量可以達到70%~75%,這些錫精礦大部分不需要選礦的步驟。而對于一些質量不好的錫礦,則需要通過選礦工藝來進行提純,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,主要是用在較大型的錫石中。錫礦生產工藝流程重選工藝是利用礦物的密度和粒度的差異,借助于介質流體和各種機械力的聯(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。

選礦生產線的工藝流程為,錫礦經裝載機給入圓筒洗礦機進行洗礦,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行,所以須進行洗礦。圓筒洗礦機可以把洗礦后的產品分為兩個粒級,8毫米以上的粒級進入細碎機細碎,使物料粒度控制在重選流程有效的入選粒度范圍之內。小于8毫米的物料經螺旋輸送機輸送至料倉與細碎后的物料混合。料倉下設置自動給料裝置,將物料均勻給入往復式循環(huán)溜槽,或鼓動溜槽等其他重選設備(可根據顆粒度選擇)。往復式循環(huán)溜槽作為重選流程的設備,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,達到選礦提純的目的。該設備自動排礦,精礦則直接進入精礦池,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。疏水性的物質會以泡沫(froth)形式浮至水面,然后便可撈出,達到分離不同元素的目的。玻利維亞的錫石物質比較復雜,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),這個環(huán)節(jié)可以分為三個小步驟:熔前準備(preparation before smelting)、熔煉(smelting)、精煉(refining)。

熔前準備:低品質的錫精礦會先送進550℃~650℃的熔爐灼燒(roasting)去除硫元素。根據錫精礦品質的不同,會采用氧化(oxidizing),還原(reducing)或者氯化(chlorinating)反應。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產生的雜質。

熔煉:錫熔煉主要原理是把錫精礦(SnO2)和碳加熱通過化學反應變成錫金屬和二氧化碳。在實踐中,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)。通常是用反應爐加熱到1300℃~1400℃熔煉15個小時得到融化的錫,而熔渣(包含著大部分的雜質)會漂浮在熔漿最上層。熔煉結束后,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。這些雜質會浮到表面形成渣屑(dross)。熔融是利用錫和其他物質熔點不同的特性,把粗錫放到有坡度的熔爐中,然后加熱到錫的熔點,這樣錫漿就會因為重力流下斜坡,而殘渣會留存在熔爐中。真空蒸餾是利用錫和其他物質沸點不同的特性,通過蒸餾方式把其他物質蒸餾出去。

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成一開始的錫精礦,而熔煉中產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　錫的一般生產工藝

資料來源:安泰科。