[科普中國(guó)]-硬頭

硬頭的生成機(jī)理和成分

由于鐵的低價(jià)氧化物（FeO）和錫的氧化物（SnO2和SnO）以及它們的硅酸鹽標(biāo)準(zhǔn)生成自由能接近，因此，在還原熔煉時(shí)有一部分鐵不可避免地和錫同時(shí)被還原出來(lái)溶入粗錫。還原氣氛越強(qiáng)，鐵被還原出來(lái)的越多，特別是當(dāng)精礦含鐵量高時(shí)，這種現(xiàn)象更為突出。鐵溶解在錫中形成液態(tài)合金，溶解度隨溫度的升高而增大，在1128℃時(shí)為20%，當(dāng)液態(tài)合金冷卻時(shí)，鐵在錫中的溶解度降低，過(guò)飽和的那部分鐵會(huì)析出來(lái)成為晶體，晶體的成分隨著析出溫度的不同而不同，溫度越高，晶體含鐵量越高。另外，砷與鐵的親和力大，能生成穩(wěn)定的化合物，所以砷的存在能促進(jìn)硬頭的形成，精礦含砷鐵量越高，硬頭的產(chǎn)出率也就越高。

由此可知，硬頭的成分以鐵和錫為主并含有較高的砷。處理硬頭的目的就是回收其中的錫并脫除砷，以消除砷在流程中的循環(huán)。我國(guó)某煉錫廠處理的精礦平均成分含鐵18%左右，含砷0.78%左右，硬頭產(chǎn)出率（硬頭的重量占所處理的物料重量的百分?jǐn)?shù)）為1.41%，入硬頭的錫占人爐物料所含錫的1.14%。

根據(jù)硬頭的物理化學(xué)性質(zhì)，已知的硬頭處理方法可分為兩類(lèi)：一類(lèi)屬于氧化過(guò)程，另一類(lèi)是根據(jù)鐵、錫在鉛、硅中溶解有限的原理制定的方法。

鐵在錫中的溶解及硬頭的生成根據(jù)Fe-Sn二元系狀態(tài)圖（下圖），鐵在錫中的溶解度隨溫度升高而增加。

在500~1128℃范圍內(nèi)鐵的溶解度列于下表

在1128℃以上，當(dāng)鐵的溶解超過(guò)20%時(shí)，出現(xiàn)二液相分層區(qū)，分層區(qū)的范圍隨溫度升高而縮小。在1200℃時(shí)，二液相中一層含F(xiàn)e51.1%和Sn48.9%，另一層含F(xiàn)e20.4%和Sn79.6%。

鐵溶解在錫中成為液態(tài)合金，當(dāng)液態(tài)合金冷卻時(shí)，則鐵的溶解度降低，析出過(guò)飽和的部分。由Fe-Sn二元系狀態(tài)圖看出，根據(jù)溫度不同，析出的晶體成分也就不同，如下表所示。

工廠粗錫冷卻時(shí)，也能得到上表所列的各種晶體，一般在900℃以上得到的塊狀晶體稱(chēng)為硬頭，其中大部分為α-Fe和少部分γ‘-Fe，因α-Fe含錫15%~20%，而γ’-Fe含錫約63%，所以工廠硬頭成分為35%~39%Sn，40%~50%Fe，10%~20%As，1%~2%S?？梢?jiàn)它實(shí)際上是α-Fe和γ‘-Fe的混合物。工廠的硬頭還含大量砷，這是由于砷和鐵的親和力大，砷還原出來(lái)，就可能與鐵化合而進(jìn)入硬頭。

如果工廠粗錫冷卻很快或含鐵不高（