一种含Sn99.99%等级锡的生产方法
【专利摘要】一种含Sn99.99%等级锡的生产方法，包括如下步骤：将含Sn99.9%等级锡定量加入到设有6个温度控制段的螺旋叶片结晶设备中，并控制温度及温度梯度，使物料连续不断的反复结晶与熔化，在结晶设备高温段出口，产出富集了砷、铜、铁、硅、铝、镁、镍、铊、硫元素的锡合金；接着，将结晶设备内的温度和温度梯度改变，使物料连续不断的进行结晶与熔化，在设备低温段出口，产出富集了银、锡、铅、铋、镉、锌元素的锡合金，在结晶设备高温段出口得到含Sn99.99%等级锡。
【专利说明】—种含Sn99.99%等级锡的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及有色金属高等级产品生产领域，特别是一种含Sn99.99%等级锡的生产方法。
【背景技术】
[0002]含Sn99.99%等级锡，也称四九锡、4N锡或高级锡，主成份Sn≤99.990%,主要杂质成分 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%等级锡，主要用于制备高等级无铅焊料，还广泛应用于制作氮化锡、锑化锡、砷化锡等半导体化合物和超导体合金，用作荧光体和高档ITO靶材原料，半导体掺杂剂，半导体引出线等。
[0004]目前，含Sn99.99%等级锡的生产方法主要有以下四种:
[0005]1、电解法。电解法提纯主要是利用锡金属与其它杂质金属存在着电位差，电位更正的杂质金属留存在阳极泥中，电位更负的杂质金属留存在溶液，只有锡金属能够从阳极进入溶液再从溶液中析出到阴极板，从而达到金属锡与杂质金属分离的目的。该方法先将原料99.9%等级锡浇铸为阳极，然后在可溶锡离子溶液中进行电解，在阴极上得到的是纯度较高的锡金属。该方法能够保证产品纯度，锡冶炼回收率高，但工艺复杂、生产率低、生产周期长，流动资金占用大，生产成本高。
[0006]2、区域熔炼法。利用金属锡与杂质的溶解度在不同温度下的差异，对金属进行多次定向加热熔化和定向冷却结晶，使杂质最终富集在金属合金体的两端，中间段得到提纯，将中间段与两端分离后，得到高纯金属。该方法得到高级锡，产品质量好，工艺过程简单。其缺点是产品产率低，通常只有50%，设备效率很低，单台设备每天产量为0.1公斤左右，无法进行工业规模生产。
[0007]3、真空蒸馏法。在真空条件下，利用金属锡和其它元素的沸点差，使沸点低的金属元素挥发气体相，沸点高的金属元素不挥发留存在液体相，从而达到分离的目的。该方法能够高效脱去低沸点金属，如锌、镉、铊、砷、铅等，且生产效率高，每天的处理量可以达到I吨以上。但该方法不能脱除沸点高的金属，如铟、铁、铜、镍、银无法脱除，因此，该方法生产得到的产品质量无法达到要求。
[0008]4、火法深度精炼。该方法的工艺过程和传统的粗锡火法精炼工艺相同，将含Sn99.9%的等级锡，再重新进行火法精炼；但在脱除每一种杂质过程中，脱杂试剂的加入过剩系数很大，且脱杂过程的温度控制很严格，如脱铜时，硫磺的过剩系统达到200%，脱砷锑时，铝片的过剩系统达到250%，且造高铝渣和低铝渣时，前后温度波动必须控制在20°C以内，否则会导致锑的复熔而超标，结晶在分离铅、铋、银时，进料速度和螺旋轴转速为生产含Sn99.9%等级锡的50%左右。该方法生产含Sn99.99%等级锡时，具有不需要增加任何生产设施的优点，其缺点是技术条件控制要求严格，除杂试剂消耗量大，设备产能严重降低，产出的过程渣量大，冶炼回收率低。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种含Sn99.99%等级锡的生产方法，该方法工艺流程短，只需要一台主体设备就可以产出含Sn99.99%等级锡，生产效率高，设备产能达到I吨/天以上，一次产品率高达50%，生产过程清洁环保，没有三废产出。
[0010]本发明通过以下技术方案实现上述目的:一种含Sn99.99%等级锡的生产方法，包括如下步骤:
[0011](I)、包晶体或金属化合物脱杂:将含Sn99.9%等级锡，在温度为250~300°C条件下，定量加入到设有6个温度控制段的螺旋叶片结晶设备中，并分别控制结晶设备内6个温度段的温度为 180 ~195°C、195 ~205°C、205 ~215°C、215 ~225°C、225 ~235°C、235 ~240°C，物料在结晶设备内通过连续不断的反复结晶与熔化，12~20小时后，在结晶设备高温段出口，产出富集了砷、铜、铁、硅、铝、镁、镍、铊、硫元素较高的锡合金；
[0012](2)、共晶体合金脱杂:将结晶设备内的温度改变，分别控制结晶设备内6个温度段的温度为 210 ~215°C、215 ~220°C、220 ~225°C、225 ~230°C、230 ~233°C、233 ~235 °C，6~8小时后，在结晶设备低温段出口，产出富集了银、锡、铅、铋、镉、锌元素较高的共晶体合金，同时，在结晶设备高温段出口，得到含Sn99.99%等级锡。
[0013]本发明的包晶体或金属化合物脱杂过程和共晶体合金脱杂过程是在同一螺旋叶片结晶设备中完成，并直接产出含Sn99.99%等级锡。
[0014]除另有说明外，本发明所述的百分比均为质量百分比，各组分含量百分数之和为
100% O
[0015]本发明的突出优点·在于:
[0016]采用本发明具有工艺流程短，在一台螺旋叶片结晶设备内，通过控制设备的温度和温度梯度，直接产出含Sn99.99%等级锡，生产效率高，设备产能达到I吨/天以上，一次产品率合格率达到50%，生产过程没有发生化学反应，不产出废渣、废气和废水，清洁环保。
[0017]当为液体状态的含Sn99.9%等级锡，定量加入到设有6个温度控制段的螺旋叶片结晶设备中，锡金属合金同时受到槽体底下的可控温加热器加热而升温熔化和槽体散热而降温结晶，并在结晶槽体内的螺旋叶片的推动下，不断重复进行熔化和结晶，且熔化和结晶过程不断相互交替，当结晶设备内6个温度段的温度分别控制为180~195°C、195~2050C >205~215°C、215~225°C、225~235°C、235~240°C时，物料通过连续不断的反复结晶与熔化后，砷、铜、铁、硅、铝、镁、镍、铊、硫等元素与锡金属形成包晶体或金属化合物，包晶体或金属化合物熔点高于金属锡，富集在结晶设备高温段出口，随着螺旋叶片的推动，富集了砷、铜、铁、硅、铝、镁、镍、铊、硫元素的包晶体或金属化合物不断从槽体内分离，最后达到主金属锡与砷、铜、铁、硅、铝、镁、镍、铊、硫分离的目的。
[0018]当杂质砷、铜、铁、硅、铝、镁、镍、铊、硫与锡分离后，改变螺旋叶片结晶设备内的温度和温度梯度，则设备内的物料将重新建立另一种熔化与结晶相互交替的动态平衡过程，将结晶设备内6个温度段的温度为210~215°C、215~220°C、220~225°C、225~230°C、230~233 °C、233~235 °C，物料通过连续不断的反复结晶与熔化后，银、铟、铅、铋、镉、锌元素与锡金属形成共晶体合金，共晶体合金的熔点低于金属锡，以熔融状态富集在螺旋叶片结晶设备低温段出口，定时将富集了银、铟、铅、铋、镉、锌元素的低熔点共晶锡合金放出槽外，达到主金属锡与杂质银、铟、铅、铋、镉、锌分离的目的；与此同时，在螺旋叶片结晶设备高温段出口，得到含Sn99.99%等级锡产品。
[0019]采用本方法生产含Sn99.99%等级锡，只需要一台主体设备，即一台螺旋叶片结晶设备，通过控制设备的温度和温度梯度，能够一次产出合格的含Sn99.99%等级锡产品，工艺过程简单。同时，在产品生产过程中，温度在250°C以下，且整个工艺过程为结晶和熔化的物理过程，没有添加任何脱杂试剂，没有发生化学反应，物料在结晶设备内始终保持金属态，因此，过程产出的渣量很小，金属回收率高，现场条件好，能源消耗量小，生产成本低。另外，由于过程没有发生化学反应，一次产品率高达50%。
[0020]螺旋叶片结晶设备，由外槽体、内槽体、螺旋轴、叶片、转动机构、温度控制系统组成，内槽体尺寸可以达到Φ680mmX 6400mm，每周期约24小时处理含Sn99.9%等级锡量可以达到12吨，并每天产出含Sn99.99%等级锡6吨，设备能够满足工业化批量生产要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明所述的含Sn99.99%等级锡的生产方法的工艺流程图。
[0022]图2为本发明所述的螺旋叶片结晶设备的结构主视图。
[0023]图3为本发明所述的螺旋叶片结晶设备的结构俯视图。
[0024]图中标记为:1-电机、2-调速器、3-高温段出口、4-可控温加热器、5-设备内槽体、6-螺旋轴、7-叶片、8-低温段出口。【具体实施方式】
[0025]以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0026]实施例1
[0027]本实施例为本发明所述的含Sn99.99%等级锡的生产方法的第一实例，包括如下步骤:
[0028](I)、包晶体或金属化合物脱杂:在温度为250°C条件下，逐步将I吨含Sn99.92%、Fe0.005%、Cu0.0032%、Pb0.018%、Sb0.017%、As0.004%、Bi0.011%、S0.003%、Ag0.0005%、In0.018%的Sn99.9%等级锡加入到设备内槽体尺寸Φ280mmX2000mm并设有6个温度控制段的螺旋叶片结晶设备中，同时分别控制结晶设备6个温度段的温度为180°C、195°C、205 °C、215 °C、225 °C、235 °C，螺旋叶片轴转速为0.4n/min，使物料在结晶设备内实现连续不断的结晶与熔化，12小时后，在结晶设备高温段出口，产出含Sn99.73%、Fe0.015%、Cu0.010%、Pb0.021%、Sb0.051%, As0.012%, Bi0.019%、S0.009%、Ag0.0006%、In0.0005% 的锡合金0.3吨，返回粗锡火法精炼工序生产含Sn99.9%等级锡；
[0029](2)、共晶体合金脱杂:将结晶设备内的温度改变，分别控制结晶设备内6个温度段的温度为 210°C、215°C、220°C、225°C、230°C、233°C，螺旋轴转速为 0.4n/min，6 小时后，在结晶设备低温段出口，以液态熔融体形式产出含Sn99.85%、Fe0.0009%、Cu0.0001%、Pb0.082%、Sb0.0011%、As0.0003%、Bi0.045%、S0.0009%、Ag0.0018%、In0.004% 的共晶体合金0.2吨，共晶体合金返回火法精炼工序生产含Sn99.9%等级锡；在结晶设备高温段出口，得到含 Sn99.996%、Fe0.0014%、Cu0.0003%、Pb0.0018%、Sb0.0017%、As0.0004%、Bi0.0016%、S0.0003%、Ag0.0002%、In0.0014%的锡产品，达到含Sn99.99%等级锡的质量要求。[0030]实施例2
[0031]本实施例为本发明所述的含Sn99.99%等级锡的生产方法的第二实例，包括如下步骤:
[0032](I)、包晶体或金属化合物脱杂:在温度为270°C条件下，逐步将9吨含Sn99.93%、Fe0.006%、Cu0.0035%、Pb0.019%、Sb0.016%、As0.003%、Bi0.012%、S0.003%、Ag0.0005%、In0.0016%的Sn99.9%等级锡加入到设备内槽体尺寸Φ650πιπιΧ 6000mm并设有6个温度控制段的螺旋叶片结晶设备中，同时分别控制结晶设备6个温度段的温度为190°C、20(TC、210 °C >220 °C >230 °C >238 V，螺旋叶片轴转速为0.35n/min,使物料在结晶设备内实现连续不断的结晶与熔化，16小时后，在结晶设备高温段出口，连续产出Sn99.76%、Fe0.017%、Cu0.011%, Pb0.003%、Sb0.056%, As0.013%, Bi0.002%、S0.008%、Ag0.0001%、In0.0002% 的锡合金2.5吨，返回粗锡 火法精炼工序生产含Sn99.9%等级锡；
[0033](2)、共晶体合金脱杂:将结晶设备内的温度改变，分别控制结晶设备内6个温度段的温度为 213°C、218°C、223°C、228°C、232°C、234°C，螺旋轴转速为 0.35n/min，7 小时后，在结晶设备低温段出口，以液态熔融体形式产出含Sn99.89%、Fe0.0007%、Cu0.0005%、Pb0.093%、Sb0.0006%、As0.0003%、Bi0.056%、S0.0001%、Ag0.0021%、In0.0034% 的共晶体合金2.0吨，共晶体合金返回火法精炼工序生产含Sn99.9%等级锡；在结晶设备高温段出口，得到含 Sn99.994%、Fe0.0011%、Cu0.0006%、Pb0.0015%、Sb0.0012%、As0.0005%、Bi0.0013%、S0.0002%、Ag0.0003%、In0.0012%的产品4.5吨，达到含Sn99.99%等级锡的质量要求。
[0034]实施例3
[0035]本实施例为本发明所述的含Sn99.99%等级锡的生产方法的第三实例，包括如下步骤:
[0036](I )、包晶体或金属化合物脱杂:在温度为300°C条件下，逐步将12吨含Sn99.96%、Fe0.004%、Cu0.002%、Pb0.010%、Sb0.010%、As0.002%、Bi0.008%、S0.002%、Ag0.0002%、In0.0018%的Sn99.9%等级锡加入到设备内槽体尺寸Φ680πιπιΧ 6400mm并设有6个温度控制段的螺旋叶片结晶设备中，同时分别控制结晶设备6个温度段的温度为195°C、205°C、215°C、225°C、235°C、240°C，螺旋叶片轴转速为0.3n/min,使物料在结晶设备内实现连续不断的结晶与熔化，20小时后，在结晶设备高温段出口，连续产出含Sn99.88%、Fe0.010%、Cu0.046%、Pb0.002%、Sb0.025%、As0.005%、Bi0.002%、S0.005%、Ag0.0001%、In0.0003% 的锡合金3.4吨，返回粗锡火法精炼工序生产含Sn99.9%等级锡；
[0037](2)、共晶体合金脱杂:将结晶设备内的温度改变，分别控制结晶设备内6个温度段的温度为 2151:、2201:、2251:、2301:、2331:、2351:，螺旋轴转速为 0.3n/min，8 小时后，在结晶设备低温段出口，以液态熔融体形式产出含Sn99.91%、Fe0.0012%、Cu0.0003%、Pb0.04%、Sb0.0009%、As0.0002%、Bi0.036%、S0.0002%、Ag0.0016%、In0.0023% 的共晶体合金2.6吨，共晶体合金返回火法精炼工序生产含Sn99.9%等级锡；在结晶设备高温段出口，得到含 Sn99.993%、Fe0.0017%、Cu0.0005%、Pb0.0011%、Sb0.0016%、As0.0004%、Bi0.0015%、S0.0004%、Ag0.0004%、In0.0016%的产品6吨，达到含Sn99.99%等级锡的质量要求。
【权利要求】
1.一种含Sn99.99%等级锡的生产方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)、包晶体或金属化合物脱杂:将含Sn99.9%等级锡，在温度为250~300°C条件下，定量加入到设有6个温度控制段的螺旋叶片结晶设备中，并分别控制结晶设备内6个温度段的温度为 180 ~195°C、195 ~205°C、205 ~215°C、215 ~225°C、225 ~235°C、235 ~240°C，物料在结晶设备内通过连续不断的反复结晶与熔化，12~20小时后，在结晶设备高温段出口，产出富集了砷、铜、铁、硅、铝、镁、镍、铊、硫元素的锡合金； (2)、共晶体合金脱杂:将结晶设备内的温度改变，分别控制结晶设备内6个温度段的温度为 210 ~215°C、215 ~22(TC、220 ~225°C、225 ~23(TC、230 ~233°C、233 ~235?，6~8小时后，在结晶设备低温段出口，产出富集了银、锡、铅、铋、镉、锌元素的共晶体锡合金，同时，在结晶设备高温段出口，得到含Sn99.99%等级锡。
2.根据权利要求1所述的含Sn99.99%等级锡的生产方法，其特征在于，所述包晶体或金属化合物脱杂过程和共晶体合金脱杂过程是在同一螺旋叶片结晶设备中完成。
3.一种适用于权利要求1所述的螺旋叶片结晶设备，其特征在于，包括电机、调速器、高温段出口、可控温加热器、设备内槽体、螺旋轴、叶片、低温段出口，其结构和连接关系是:可控温加热器在设备内槽体的底部，设备内槽体的下部连接低温段出口，设备内槽体上部连接高温段出口，设备内槽体中间中螺旋轴，叶片焊接在螺旋轴上，螺旋轴的前端与调速器连接，调速器的另一端与电机连接。
【文档编号】C22B9/02GK103667744SQ201310695333
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】陶政修, 陈光耀, 罗祥海, 潘久华, 蒋光佑, 刘波 申请人:来宾华锡冶炼有限公司