在SMM主办的2023SMM（第十三届）锡产业链峰会上，昆明理工大学教授、博士生导师李一夫表示，锡是重要的战略资源，是现代工业不可或缺的关键材料。云南个旧是世界锡都，锡产量占全球34%，全国78%。云南锡业是世界唯一百年炼锡企业，锡产量占全球18%，全国42%。全球锡矿资源探明储量仅可再使用17年；锡矿石品位降低，开采难度变大；随着新兴产业发展，精锡供应存在巨大缺口。
研究背景
锡的重要性
锡是重要的战略资源，是现代工业不可或缺的关键材料。
传统领域：焊料、化工、镀锡板占锡总用量80%左右。
新用途：新材料、新能源、生物医药等。
锡的储量、产量、消费量
云南个旧是世界锡都，锡产量占全球34%，全国78%。云南锡业是世界唯一百年炼锡企业，锡产量占全球18%，全国42%。
资源现状
全球锡矿资源探明储量仅可再使用17年；锡矿石品位降低，开采难度变大；随着新兴产业发展，精锡供应存在巨大缺口。
研究思路
针对粗锡精炼砷铝渣
真空挥发-分级冷凝
砷铝渣：铝6%-12%，锑10%-15%，砷1%-3%， 锡55%-70%。
原理：粗锡中锡、锑、砷、铅等元素饱和蒸气压和露点差异。
通过真空挥发和分级冷凝，获得固态金属砷以及液态锑铅合金等。
针对粗锡精炼硫渣
常压硫化-真空气化
硫渣：铜15%~25%，含锡约60%，余量主要为硫。
原理：锡铜硫化能力及其硫化物饱和蒸气压差异。
关键技术创新
锡熔体中组元砷、锑真空挥发和冷凝分离技术：基于杂质元素低于高温条件下，挥发与冷凝特性差异，开发采用粗锡真空蒸馏定向分离砷锑技术，实现砷铝渣的源头减量。
硫渣组元真空硫化及挥发分离技术：基于低压下组元硫化差异原理，开发定向硫化技术，通过一步真空处理生产硫化亚锡，实现硫渣的高值化利用。
研究内容
砷铝渣源头减量
砷、锑等杂质在锡熔体中的相态分布：
开展Sn-As和Sn-Sb合金团簇及熔体的分子动力学模拟计算，研究了Sn-As-Sb 体系组元间的微观相互作用；分析表征了砷、锑等杂质在锡熔体中的相态分布。
锡熔体中Sn-Sb原子间的相互作用强于Sn-As原子间的相互作用，真空蒸馏过程砷更易挥发，一定条件下砷、锑将挥发进入气相与锡分离。
锡基合金微观相互作用及其扩散迁移行为规律：
利用量子化学手段，计算了Sn-As和Sb-As合金熔体不同温度和成分时态密度、径向分布函数等参数，阐明了砷、锑与锡原子间的微观相互作用及其扩散迁移行为规律。
真空下金属砷、锑蒸气冷凝特性研究：
研究了真空条件下不同温度和时间对砷、锑冷凝形核的影响及金属蒸气的冷凝方式和结构，掌握了砷、锑冷凝的温度区域。
控制冷凝区温度可实现砷、锑定向冷凝回收，为真空气化分离炉工业设计提供依据。
高锑粗锡真空分离小型实验：
挥发过程中铅、锑、砷先于锡挥发出来，在气相中富集，锡则留在残留物中。系统压力为1-105Pa时，饱和蒸气压为As > Sb > Bi ≈ Pb > Ag > Sn ≈ Cu > Fe ≈ Ni。
1400℃时，二级挥发物和三级挥发物中Sb含量超过98%，质量占比超过65%；120min时，Sb的分离率96.6%，金属综合回收率99.2%，挥发物中粗Sb的质量占比达63.08%。
真空气化-定向冷凝炉设计与制造：
为进一步开展粗锡中杂质元素Pb、Sb、As分离的研究，设计、制造了真空气化-定向冷凝炉。设备采用人工智能调节技术，具有PID 调节、PLC 触摸屏界面，自动收集数据。八段独立控温，最高工作温度为1200℃，长期工作温度为1150℃。
粗锡大型连续真空蒸馏工业化装备设计与制造：
课题组开展了大型真空蒸馏装备的设计、制造以及炉体的安装，完成了50吨/天粗锡真空蒸馏设备炉体设计、制造与现场布局安装。
50吨/天粗锡真空蒸馏炉主要包括支撑底板、壳体、耐火材料层、电加热装置、锅体、顶部盖板等部件；进料方法为锡熔炼锅熔化的锡液通过进液口转移到锅体内储存保温，锅体内的锡液通过上部回流口进入到直线铸锭机。
砷铝渣真空冶金源头减量工程示范线技术指标先进性：
硫渣高值化利用
硫渣元素赋存状态：硫渣中主要物质为Sn、Cu2S、SnS和FeAs；硫渣的平均粒径为251 μm；硫渣中As和Fe以化合物形式存在。
硫渣中各组元真空硫化挥发特性及机理研究：
开展了硫渣体系热力学计算，研究了硫渣中Sn-Cu-S间化合物形成过程及典型杂质砷、锑、铅等元素硫化行为，分析了不同条件下Sn-S、Cu-S 间的化学键热稳定性和微观结构演变规律。
低压下硫渣中锡优先与硫反应生成硫化亚锡、挥发进入气相，与铜分离。
直接真空气化处理硫渣工艺研究：
开展了硫渣直接真空气化实验研究，探究了不同真空气化温度、时间、体系压强对锡、铜分离的影响。
硫渣直接真空气化实验挥发物中硫化亚锡的纯度大于98%。
常压硫化-真空气化处理硫渣工艺研究：
开展了硫渣常压硫化-真空气化处理实验，考察探究了不同加硫量、硫化温度、硫化时间以及不同气化温度与气化时间对锡、铜分离的影响。
硫化产物中S与Sn、Cu、As、Fe赋存区域一致，实现了金属化合物的改性硫化。
真空硫化挥发处理硫渣工艺研究：
开展了硫渣真空硫化挥发处理实验，考察探究了不同硫铁矿添加量、反应温度、体系压强以及不同保温时间对锡、铜分离的影响。
经真空硫化挥发处理，锡和铜的直收率分别为99.95%和99.77%。
硫渣除杂半工业试验研究：
针对硫渣物料小型实验及公斤级实验硫化效率低的问题，设计加工了密闭搅拌硫化设备，开展了硫渣规模为26公斤（配入4公斤硫磺）的扩大试验。
取280公斤硫渣配入40公斤硫磺，控制螺杆转速为3r/min，三段加热温度分别为320℃、350℃、380℃，将得到的硫化产物利用0.5吨/炉真空分离炉进行处理。
挥发物中Cu含量明显高于小试结果，硫渣高值化利用率仅82.8%，主要原因为Sn硫化物挥发后无法快速冷凝，导致挥发物损失较大，蒸气将Cu等高沸点金属及硫化物带出，挥发物中Cu含量相对较高。
针对螺旋杆卡死现象，在现有的硫化设备上加以改进，设计了连续硫化炉，降低硫渣传送机构温度，使其作用仅为匀速送料以及进一步混合。
在硫渣传送机构槽头加装反应转盘，转盘下方有加热装置，使硫渣的在转盘上进行深度硫化，反应完成后硫化产物掉落到收集仓内。
连续硫化炉设备处理能力为8吨/天。
结论展望
结论
真空气化挥发方法可以部分脱除粗锡中锑、砷，实现锑开路，砷铝锑渣的源头减量，形成短流程锡精炼技术。
真空气化挥发处理硫渣，能够实现锡、铜的高效分离，硫渣的高值化利用。
展望
硫化挥发与分级冷凝手段可进一步应用于铅锑分离、金银等贵金属收回方面。
