一種含Sn99.99%等級錫的生產方法

2023-06-21 04:24:56

一種含Sn99.99%等級錫的生產方法
【專利摘要】一種含Sn99.99%等級錫的生產方法，包括如下步驟：將含Sn99.9%等級錫定量加入到設有6個溫度控制段的螺旋葉片結晶設備中，並控制溫度及溫度梯度，使物料連續不斷的反覆結晶與熔化，在結晶設備高溫段出口，產出富集了砷、銅、鐵、矽、鋁、鎂、鎳、鉈、硫元素的錫合金；接著，將結晶設備內的溫度和溫度梯度改變，使物料連續不斷的進行結晶與熔化，在設備低溫段出口，產出富集了銀、錫、鉛、鉍、鎘、鋅元素的錫合金，在結晶設備高溫段出口得到含Sn99.99%等級錫。
【專利說明】—種含Sn99.99%等級錫的生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有色金屬高等級產品生產領域，特別是一種含Sn99.99%等級錫的生產方法。
【背景技術】
[0002]含Sn99.99%等級錫，也稱四九錫、4N錫或高級錫，主成份Sn≤99.990%,主要雜質成分 Fe ≤ 0.0025%、Cu≤ 0.001%、Pb ≤0.0035%、Sb≤ 0.0020%、As ≤0.0007%、Bi ≤ 0.0025%、S ≤ 0.0005%、Ag ≤ 0.0005%、In ≤0.0025%。
[0003]含Sn99.99%等級錫，主要用於製備高等級無鉛焊料，還廣泛應用於製作氮化錫、銻化錫、砷化錫等半導體化合物和超導體合金，用作螢光體和高檔ITO靶材原料，半導體摻雜劑，半導體引出線等。
[0004]目前，含Sn99.99%等級錫的生產方法主要有以下四種:
[0005]1、電解法。電解法提純主要是利用錫金屬與其它雜質金屬存在著電位差，電位更正的雜質金屬留存在陽極泥中，電位更負的雜質金屬留存在溶液，只有錫金屬能夠從陽極進入溶液再從溶液中析出到陰極板，從而達到金屬錫與雜質金屬分離的目的。該方法先將原料99.9%等級錫澆鑄為陽極，然後在可溶錫離子溶液中進行電解，在陰極上得到的是純度較高的錫金屬。該方法能夠保證產品純度，錫冶煉回收率高，但工藝複雜、生產率低、生產周期長，流動資金佔用大，生產成本高。
[0006]2、區域熔煉法。利用金屬錫與雜質的溶解度在不同溫度下的差異，對金屬進行多次定向加熱熔化和定向冷卻結晶，使雜質最終富集在金屬合金體的兩端，中間段得到提純，將中間段與兩端分離後，得到高純金屬。該方法得到高級錫，產品質量好，工藝過程簡單。其缺點是產品產率低，通常只有50%，設備效率很低，單臺設備每天產量為0.1公斤左右，無法進行工業規模生產。
[0007]3、真空蒸餾法。在真空條件下，利用金屬錫和其它元素的沸點差，使沸點低的金屬元素揮發氣體相，沸點高的金屬元素不揮發留存在液體相，從而達到分離的目的。該方法能夠高效脫去低沸點金屬，如鋅、鎘、鉈、砷、鉛等，且生產效率高，每天的處理量可以達到I噸以上。但該方法不能脫除沸點高的金屬，如銦、鐵、銅、鎳、銀無法脫除，因此，該方法生產得到的產品質量無法達到要求。
[0008]4、火法深度精煉。該方法的工藝過程和傳統的粗錫火法精煉工藝相同，將含Sn99.9%的等級錫，再重新進行火法精煉；但在脫除每一種雜質過程中，脫雜試劑的加入過剩係數很大，且脫雜過程的溫度控制很嚴格，如脫銅時，硫磺的過剩系統達到200%，脫砷銻時，鋁片的過剩系統達到250%，且造高鋁渣和低鋁渣時，前後溫度波動必須控制在20°C以內，否則會導致銻的復熔而超標，結晶在分離鉛、鉍、銀時，進料速度和螺旋軸轉速為生產含Sn99.9%等級錫的50%左右。該方法生產含Sn99.99%等級錫時，具有不需要增加任何生產設施的優點，其缺點是技術條件控制要求嚴格，除雜試劑消耗量大，設備產能嚴重降低，產出的過程渣量大，冶煉回收率低。
【發明內容】

[0009]本發明的目的是提供一種含Sn99.99%等級錫的生產方法，該方法工藝流程短，只需要一臺主體設備就可以產出含Sn99.99%等級錫，生產效率高，設備產能達到I噸/天以上，一次產品率高達50%，生產過程清潔環保，沒有三廢產出。
[0010]本發明通過以下技術方案實現上述目的:一種含Sn99.99%等級錫的生產方法，包括如下步驟:
[0011](I)、包晶體或金屬化合物脫雜:將含Sn99.9%等級錫，在溫度為250~300°C條件下，定量加入到設有6個溫度控制段的螺旋葉片結晶設備中，並分別控制結晶設備內6個溫度段的溫度為 180 ~195°C、195 ~205°C、205 ~215°C、215 ~225°C、225 ~235°C、235 ~240°C，物料在結晶設備內通過連續不斷的反覆結晶與熔化，12~20小時後，在結晶設備高溫段出口，產出富集了砷、銅、鐵、矽、鋁、鎂、鎳、鉈、硫元素較高的錫合金；
[0012](2)、共晶體合金脫雜:將結晶設備內的溫度改變，分別控制結晶設備內6個溫度段的溫度為 210 ~215°C、215 ~220°C、220 ~225°C、225 ~230°C、230 ~233°C、233 ~235 °C，6~8小時後，在結晶設備低溫段出口，產出富集了銀、錫、鉛、鉍、鎘、鋅元素較高的共晶體合金，同時，在結晶設備高溫段出口，得到含Sn99.99%等級錫。
[0013]本發明的包晶體或金屬化合物脫雜過程和共晶體合金脫雜過程是在同一螺旋葉片結晶設備中完成，並直接產出含Sn99.99%等級錫。
[0014]除另有說明外，本發明所述的百分比均為質量百分比，各組分含量百分數之和為
100% O
[0015]本發明的突出優點·在於:
[0016]採用本發明具有工藝流程短，在一臺螺旋葉片結晶設備內，通過控制設備的溫度和溫度梯度，直接產出含Sn99.99%等級錫，生產效率高，設備產能達到I噸/天以上，一次產品率合格率達到50%，生產過程沒有發生化學反應，不產出廢渣、廢氣和廢水，清潔環保。
[0017]當為液體狀態的含Sn99.9%等級錫，定量加入到設有6個溫度控制段的螺旋葉片結晶設備中，錫金屬合金同時受到槽體底下的可控溫加熱器加熱而升溫熔化和槽體散熱而降溫結晶，並在結晶槽體內的螺旋葉片的推動下，不斷重複進行熔化和結晶，且熔化和結晶過程不斷相互交替，當結晶設備內6個溫度段的溫度分別控制為180~195°C、195~2050C >205~215°C、215~225°C、225~235°C、235~240°C時，物料通過連續不斷的反覆結晶與熔化後，砷、銅、鐵、矽、鋁、鎂、鎳、鉈、硫等元素與錫金屬形成包晶體或金屬化合物，包晶體或金屬化合物熔點高於金屬錫，富集在結晶設備高溫段出口，隨著螺旋葉片的推動，富集了砷、銅、鐵、矽、鋁、鎂、鎳、鉈、硫元素的包晶體或金屬化合物不斷從槽體內分離，最後達到主金屬錫與砷、銅、鐵、矽、鋁、鎂、鎳、鉈、硫分離的目的。
[0018]當雜質砷、銅、鐵、矽、鋁、鎂、鎳、鉈、硫與錫分離後，改變螺旋葉片結晶設備內的溫度和溫度梯度，則設備內的物料將重新建立另一種熔化與結晶相互交替的動態平衡過程，將結晶設備內6個溫度段的溫度為210~215°C、215~220°C、220~225°C、225~230°C、230~233 °C、233~235 °C，物料通過連續不斷的反覆結晶與熔化後，銀、銦、鉛、鉍、鎘、鋅元素與錫金屬形成共晶體合金，共晶體合金的熔點低於金屬錫，以熔融狀態富集在螺旋葉片結晶設備低溫段出口，定時將富集了銀、銦、鉛、鉍、鎘、鋅元素的低熔點共晶錫合金放出槽外，達到主金屬錫與雜質銀、銦、鉛、鉍、鎘、鋅分離的目的；與此同時，在螺旋葉片結晶設備高溫段出口，得到含Sn99.99%等級錫產品。
[0019]採用本方法生產含Sn99.99%等級錫，只需要一臺主體設備，即一臺螺旋葉片結晶設備，通過控制設備的溫度和溫度梯度，能夠一次產出合格的含Sn99.99%等級錫產品，工藝過程簡單。同時，在產品生產過程中，溫度在250°C以下，且整個工藝過程為結晶和熔化的物理過程，沒有添加任何脫雜試劑，沒有發生化學反應，物料在結晶設備內始終保持金屬態，因此，過程產出的渣量很小，金屬回收率高，現場條件好，能源消耗量小，生產成本低。另外，由於過程沒有發生化學反應，一次產品率高達50%。
[0020]螺旋葉片結晶設備，由外槽體、內槽體、螺旋軸、葉片、轉動機構、溫度控制系統組成，內槽體尺寸可以達到Φ680mmX 6400mm，每周期約24小時處理含Sn99.9%等級錫量可以達到12噸，並每天產出含Sn99.99%等級錫6噸，設備能夠滿足工業化批量生產要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發明所述的含Sn99.99%等級錫的生產方法的工藝流程圖。
[0022]圖2為本發明所述的螺旋葉片結晶設備的結構主視圖。
[0023]圖3為本發明所述的螺旋葉片結晶設備的結構俯視圖。
[0024]圖中標記為:1-電機、2-調速器、3-高溫段出口、4-可控溫加熱器、5-設備內槽體、6-螺旋軸、7-葉片、8-低溫段出口。【具體實施方式】
[0025]以下通過附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步說明。
[0026]實施例1
[0027]本實施例為本發明所述的含Sn99.99%等級錫的生產方法的第一實例，包括如下步驟:
[0028](I)、包晶體或金屬化合物脫雜:在溫度為250°C條件下，逐步將I噸含Sn99.92%、Fe0.005%、Cu0.0032%、Pb0.018%、Sb0.017%、As0.004%、Bi0.011%、S0.003%、Ag0.0005%、In0.018%的Sn99.9%等級錫加入到設備內槽體尺寸Φ280mmX2000mm並設有6個溫度控制段的螺旋葉片結晶設備中，同時分別控制結晶設備6個溫度段的溫度為180°C、195°C、205 °C、215 °C、225 °C、235 °C，螺旋葉片軸轉速為0.4n/min，使物料在結晶設備內實現連續不斷的結晶與熔化，12小時後，在結晶設備高溫段出口，產出含Sn99.73%、Fe0.015%、Cu0.010%、Pb0.021%、Sb0.051%, As0.012%, Bi0.019%、S0.009%、Ag0.0006%、In0.0005% 的錫合金0.3噸，返回粗錫火法精煉工序生產含Sn99.9%等級錫；
[0029](2)、共晶體合金脫雜:將結晶設備內的溫度改變，分別控制結晶設備內6個溫度段的溫度為 210°C、215°C、220°C、225°C、230°C、233°C，螺旋軸轉速為 0.4n/min，6 小時後，在結晶設備低溫段出口，以液態熔融體形式產出含Sn99.85%、Fe0.0009%、Cu0.0001%、Pb0.082%、Sb0.0011%、As0.0003%、Bi0.045%、S0.0009%、Ag0.0018%、In0.004% 的共晶體合金0.2噸，共晶體合金返回火法精煉工序生產含Sn99.9%等級錫；在結晶設備高溫段出口，得到含 Sn99.996%、Fe0.0014%、Cu0.0003%、Pb0.0018%、Sb0.0017%、As0.0004%、Bi0.0016%、S0.0003%、Ag0.0002%、In0.0014%的錫產品，達到含Sn99.99%等級錫的質量要求。[0030]實施例2
[0031]本實施例為本發明所述的含Sn99.99%等級錫的生產方法的第二實例，包括如下步驟:
[0032](I)、包晶體或金屬化合物脫雜:在溫度為270°C條件下，逐步將9噸含Sn99.93%、Fe0.006%、Cu0.0035%、Pb0.019%、Sb0.016%、As0.003%、Bi0.012%、S0.003%、Ag0.0005%、In0.0016%的Sn99.9%等級錫加入到設備內槽體尺寸Φ650πιπιΧ 6000mm並設有6個溫度控制段的螺旋葉片結晶設備中，同時分別控制結晶設備6個溫度段的溫度為190°C、20(TC、210 °C >220 °C >230 °C >238 V，螺旋葉片軸轉速為0.35n/min,使物料在結晶設備內實現連續不斷的結晶與熔化，16小時後，在結晶設備高溫段出口，連續產出Sn99.76%、Fe0.017%、Cu0.011%, Pb0.003%、Sb0.056%, As0.013%, Bi0.002%、S0.008%、Ag0.0001%、In0.0002% 的錫合金2.5噸，返回粗錫 火法精煉工序生產含Sn99.9%等級錫；
[0033](2)、共晶體合金脫雜:將結晶設備內的溫度改變，分別控制結晶設備內6個溫度段的溫度為 213°C、218°C、223°C、228°C、232°C、234°C，螺旋軸轉速為 0.35n/min，7 小時後，在結晶設備低溫段出口，以液態熔融體形式產出含Sn99.89%、Fe0.0007%、Cu0.0005%、Pb0.093%、Sb0.0006%、As0.0003%、Bi0.056%、S0.0001%、Ag0.0021%、In0.0034% 的共晶體合金2.0噸，共晶體合金返回火法精煉工序生產含Sn99.9%等級錫；在結晶設備高溫段出口，得到含 Sn99.994%、Fe0.0011%、Cu0.0006%、Pb0.0015%、Sb0.0012%、As0.0005%、Bi0.0013%、S0.0002%、Ag0.0003%、In0.0012%的產品4.5噸，達到含Sn99.99%等級錫的質量要求。
[0034]實施例3
[0035]本實施例為本發明所述的含Sn99.99%等級錫的生產方法的第三實例，包括如下步驟:
[0036](I )、包晶體或金屬化合物脫雜:在溫度為300°C條件下，逐步將12噸含Sn99.96%、Fe0.004%、Cu0.002%、Pb0.010%、Sb0.010%、As0.002%、Bi0.008%、S0.002%、Ag0.0002%、In0.0018%的Sn99.9%等級錫加入到設備內槽體尺寸Φ680πιπιΧ 6400mm並設有6個溫度控制段的螺旋葉片結晶設備中，同時分別控制結晶設備6個溫度段的溫度為195°C、205°C、215°C、225°C、235°C、240°C，螺旋葉片軸轉速為0.3n/min,使物料在結晶設備內實現連續不斷的結晶與熔化，20小時後，在結晶設備高溫段出口，連續產出含Sn99.88%、Fe0.010%、Cu0.046%、Pb0.002%、Sb0.025%、As0.005%、Bi0.002%、S0.005%、Ag0.0001%、In0.0003% 的錫合金3.4噸，返回粗錫火法精煉工序生產含Sn99.9%等級錫；
[0037](2)、共晶體合金脫雜:將結晶設備內的溫度改變，分別控制結晶設備內6個溫度段的溫度為 2151:、2201:、2251:、2301:、2331:、2351:，螺旋軸轉速為 0.3n/min，8 小時後，在結晶設備低溫段出口，以液態熔融體形式產出含Sn99.91%、Fe0.0012%、Cu0.0003%、Pb0.04%、Sb0.0009%、As0.0002%、Bi0.036%、S0.0002%、Ag0.0016%、In0.0023% 的共晶體合金2.6噸，共晶體合金返回火法精煉工序生產含Sn99.9%等級錫；在結晶設備高溫段出口，得到含 Sn99.993%、Fe0.0017%、Cu0.0005%、Pb0.0011%、Sb0.0016%、As0.0004%、Bi0.0015%、S0.0004%、Ag0.0004%、In0.0016%的產品6噸，達到含Sn99.99%等級錫的質量要求。
【權利要求】
1.一種含Sn99.99%等級錫的生產方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)、包晶體或金屬化合物脫雜:將含Sn99.9%等級錫，在溫度為250~300°C條件下，定量加入到設有6個溫度控制段的螺旋葉片結晶設備中，並分別控制結晶設備內6個溫度段的溫度為 180 ~195°C、195 ~205°C、205 ~215°C、215 ~225°C、225 ~235°C、235 ~240°C，物料在結晶設備內通過連續不斷的反覆結晶與熔化，12~20小時後，在結晶設備高溫段出口，產出富集了砷、銅、鐵、矽、鋁、鎂、鎳、鉈、硫元素的錫合金； (2)、共晶體合金脫雜:將結晶設備內的溫度改變，分別控制結晶設備內6個溫度段的溫度為 210 ~215°C、215 ~22(TC、220 ~225°C、225 ~23(TC、230 ~233°C、233 ~235?，6~8小時後，在結晶設備低溫段出口，產出富集了銀、錫、鉛、鉍、鎘、鋅元素的共晶體錫合金，同時，在結晶設備高溫段出口，得到含Sn99.99%等級錫。
2.根據權利要求1所述的含Sn99.99%等級錫的生產方法，其特徵在於，所述包晶體或金屬化合物脫雜過程和共晶體合金脫雜過程是在同一螺旋葉片結晶設備中完成。
3.一種適用於權利要求1所述的螺旋葉片結晶設備，其特徵在於，包括電機、調速器、高溫段出口、可控溫加熱器、設備內槽體、螺旋軸、葉片、低溫段出口，其結構和連接關係是:可控溫加熱器在設備內槽體的底部，設備內槽體的下部連接低溫段出口，設備內槽體上部連接高溫段出口，設備內槽體中間中螺旋軸，葉片焊接在螺旋軸上，螺旋軸的前端與調速器連接，調速器的另一端與電機連接。
【文檔編號】C22B9/02GK103667744SQ201310695333
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】陶政修, 陳光耀, 羅祥海, 潘久華, 蔣光佑, 劉波 申請人:來賓華錫冶煉有限公司