青铜与锡合金混杂屑末的分离

黄开国  徐文贤

   一、分离方案选择

    曾试图利用这两种合金熔点的差别（ZQSn663青铜熔点为967℃；ZChSn 116锡合金熔点为370℃）控温熔化分离，但因熔融的锡合金难以从不熔的青铜屑末表面完全清除，分离得不到满意的结果。用火法或湿法冶金，也不能将此复杂且示稳定的混杂料直接分离出青铜和锡合金来再利用。只能熔化为某种低级合金，或提取出某些金属来使用，而且工艺过程复杂、成本高、有废气或废水污染，不可取。

    根据青铜、锡合金屑末的物理、化学性质差别，利用选矿的方法，在保持铜、锡屑末原有组分、结构、性能的前提下进行分离，分别得到青铜屑末和锡合金屑末，进一步熔炼、调优，用于轴瓦生产，或铸造成青铜锭和锡合金锭出售，乃是一种简便、而行之有效的方法。混杂屑末中的铁屑，可用磁选清除。浮选可将细粒的铜末与锡末分离，但这种混杂屑末的粒度是-5mm，远远超过了浮选的有效粒度（-0.2mm）范围。又因为这种物料延展性很好，不能细磨。而且，青铜是含有铜、锡、铅、锌的合金，锡合金中又有易浮的铜、锑等，常规的浮选分离效果很不好。重选能将比重差别大的两种物料分离，但这种混杂肩末中，青铜屑末的比重是7.46，锡合金屑末的比重为6.89，两者差别小。按重选等降比判别式 ，式中 为重物料比重， 为轻物料比重，△为分离介质比重。则 ，属于重选极难分离的两种物料。而且物料形状不规则，分离更困难。

    本研究试验成功了一种新的“分级－台式浮选分离法”，原则流程见下图，即将混杂的物料除铁、除杂、筛分分级后，加水，加分离剂（F₃、F7等），在一台专用的设备上，按一定的工艺条件操作，就可以分离得到纯净的青铜屑末和纯净的锡合金屑末两个产品。

    二、分离条件试验

    混杂屑末除铁、除杂后，筛分为-5+3、-3+1、-1mm三个粒级，分别进行9个工艺因素的条件试验。其中以-3+1mm粒级进行2因素2水平正交设计试验为代表的条件试验如下：

    2因素是：A、分离剂F3，B、分离剂F7。它们的用量各有2个水平，分别为500、700和100、150克/吨，列入2²析因试验安排表1，析因试验结果及其效应见表2.

表1  2²析因试验安排

    表2中，试点①的试验条件为A500g/t、B100g/t；试点②为A500g/t，B150g/t；试点③、④类推。AB为交互作用。试点①的试验结果：分离获得锡末（a）的重量百分数（产率γ%）为38.0%，化验结果含Sn 80.86%；获得的铜末（b）产率为56.1%，含Cu 86.06%。试点②、③、④类推。效应γa^A是因素A高水平（用量）试点③、④的锡末平均产率与低水平试点①、②锡末平均产率的差值，即

    同理：

    效应 是因素A高水平试点③、④的锡末平均含锡量（品位）与低水平试点①、②的锡末平均含锡量的差值，即  

 同理：

    从表2中的析因试验结果及效应计算结果可以看出：

    （1）A（分离剂F3）用量增加时，铜末（b）的产率增加（+2.5），效应大，而锡末（a）的产率相应减少，效应为-2.25。

    （2）B（分离剂F7）用量增加，对b的效应明显（+0.60），产率增加，但对a的产率影响较小，效应为+0.05。

    （3）A与B对a和b的产率交互作用（AB）明显，a为负（-0.65），b为正（+0.70）。

    （4）A和B的用量增加都有利于锡末中锡含量的增加，即锡末质量提高。表中它们的效应分别为+1.10，+0.17。它们的交互作用（AB）为正（+0.25），即相互促进。

    （5）A用量增加，有利于铜末中铜含量提高，效应为正（+0.44），但B的用量增加，不利于铜末质量的提高，效应为负（-0.84）。A、B两者对铜末的交互作用相反（-0.12）。

    很明显，试点③、A高水平（F3为700g/t），B低水平（F7为100g/t）时，试验结果最好，青铜屑末含铜86.38%，锡合金屑末含锡82.21%。

    为了进一步提高锡合金屑末的质量，在保持A为700g/t的基础上，B的用量增加到200g/t时，果然获得了质量较高的锡合金屑末，含Sn 82.40%，产率为39.3%。但这时青铜屑末的质量有所降低，含Cu 84.46%，产率是56.5%。

    上述两因素（分离剂F3和F7）在析因试验中产生的效应，正好反映了这两种药剂的性能。

    同样，对其它7个因素采用一次一因素试验法或多因素组合试验法分别进行试验，寻找最佳的工艺条件。各粒级最佳的分离工艺条件见表3。从表中可看出，随着混杂屑末粒度增大，分离剂用量和用水量也相应增加。大于1mm的混杂屑末，经过一次粗选分离就能获得优质的青铜屑末；而小于1mm的混杂屑末，则需要再精选一次才能获得质量较好的青铜屑末。而各粒级的锡合金屑末都需要经过2～3次精选，才能获得较好的质量，且往往混入砂子。不过这些砂子在锡屑末熔炼时能漂浮在表面，起保温作用，有益无害。

表3  最佳分离条件

    三、分离试验结果

    各粒级的混杂屑末分别在最佳分离条件下的小型试验结果见表4。很明显，各粒级都能获得很好的分离效果。其中-3+1mm粒级的分离物：青铜屑末和锡合金屑末分别进行多元素化验结果见表5。这与标准的ZQSn663青铜和ZChSnSb116锡合金各元素含量相比非常接近，通过熔炼、组分优化，就能完全符合标准。

    本分离工艺首次进行工业试验，一举获得成功，取得令人满意的结果。工业试验指标见表6。

表4  各粒级混杂屑末分离结果

表5  -3+1mm粒级分离产物及标准青铜和锡合金各元素含量（%）

表6  各粒级混杂屑末分离工业试验结果

   四、效益比较

    本技术工艺流程很简单，实施容易，分离效果好，经济效益高。现有分离设备一台（1万元/台），年生产能力20吨，每分离一吨铜、锡混杂屑末仅需耗电200度，水100m³，分离剂0.7kg。生产费用低，包括分离及熔炼调优费用，每吨低于0.1万元。所需人员少，每班2人。若原废料中青铜屑末与锡合金屑末之比为3∶2，则分离一吨混杂屑末获得的两个产品分别熔炼、调优、铸锭后出售，可以增值1～2万元/吨。原废料中的锡合金比例越大，则分离获得的锡合金屑末产率越大，经济价值越高。若扩大混杂屑末分离的生产规模，并直接用于轴瓦生产，则经济效益非常可观。这与开发地下资源（采矿），加工、冶炼出金属来相比较就更显出开发、利用再生资源的优越性了。据了解，建设一座年生产200吨金属铜和锡的采-选-冶小联合企业，至少需要投资2000多万元，建设3～5年。而兴办这样一座利用“废料”－金属混杂末来生产出200吨金属的小厂，只要投资10多万元，建设3～5个月，便可投产。很明显，开发、利用再生资源，具有投资省、周期短、见效快等优点，具有十分重要的实际意义。

    据国内调查，国际联机检索，这种分离青铜与锡合金混杂屑末的技术，国内外尚无先例，是一项非常成功、效益显著的先进技术。已申请中国专利。

    五、结语

    （1）台式浮选是实现青铜与锡合金混杂屑末分离的一种极其简单、有效的方法。它能将粒度小于5mm的混杂屑末完全分离成为青铜屑末和锡合金屑末两个产品，达到接近标准青铜和锡合金各元素含量的要求。这在国内外尚无先例。

    （2）混杂屑末需要通过筛分分级，分别在不同的最佳工艺条例下进行分离，才能获得最佳效果。

    （3）分离剂F3和F7是一对关键因素，两者合理使用，适当配合，效果最好。

    （4）本工艺流程简单，实施容易，投资少，成本低，分离效果好，经济效益大。

    （5）本技术为青铜与锡合金混杂屑末的分离，为金属再生资源的开发、利用，开辟了新的途径，有广阔的应用前景。

本文中文版发表于1991年10月《第三届全国选矿学术会》，会议文集P.316～321

    英文版发表于1993年《韩国EARTH 93’东亚再生资源利用学术会》,会议文集P.422～429  ☺