يُعدّ صهر خام القصدير منخفض الجودة (عادةً خام يحتوي على نسبة قصدير أقل من 1%-3%) باستخدام الفرن الدوار طريقةً عالية الكفاءة، ومناسبةً بشكل خاص للخامات المعقدة أو صعبة الفرز أو ذات الحبيبات الدقيقة. ويلعب الفرن الدوار (المعروف أيضًا باسم الفرن الدوار أو فرن الصهر الدوار) دورًا حيويًا في معالجة خام القصدير منخفض الجودة بفضل قدرته الممتازة على خلط المواد، ونقل الحرارة والكتلة بكفاءة، وقدرته العالية على التكيف. فيما يلي أهم التقنيات وأبرز مميزات عملية صهر خام القصدير منخفض الجودة باستخدام الفرن الدوار:
تحضير المواد الخام:
تجهيز الخام وتخصيبه: يتطلب صهر الخامات منخفضة الدرجة التخصيب المسبق (الفصل بالجاذبية، التعويم، وما إلى ذلك) لزيادة درجة القصدير إلى مستوى صهر اقتصادي (مثل 5٪ -20٪ أو أعلى) وإزالة المعادن العالقة لتقليل التكاليف.
الدفعات: يُخلط مُركّز القصدير، ومواد الصهر (الحجر الجيري، إلخ، المُستخدمة في تكوين الخبث، وتعديل نوع الخبث، وخفض لزوجة نقطة الانصهار)، وعامل الاختزال (مسحوق الفحم أو مسحوق الكوك) بنسب دقيقة. تؤثر هذه النسب على كفاءة الاختزال، إلخ.
التحبيب/التكتل: تحويل المواد المختلطة إلى حبيبات أو قوالب لتحسين نفاذية الشحنة، وما إلى ذلك.
هيكل ومبدأ الفرن الدوار:
جسم الفرن: جسم أسطواني طويل من الفولاذ، مبطن بمادة مقاومة للحرارة، مثبت بزاوية (1-5 درجات)، مدعوم بواسطة بكرات، ويمكن أن يدور بسرعة منخفضة (0.5-5 دورة في الدقيقة).
طريقة التسخين: تُسخّن الشعلات الخارجية جدار الفرن مباشرةً، وتُشعّ الحرارة وتُوصل إلى الشحنة. كما تتوفر تصاميم لحقن الوقود مباشرةً أو الاحتراق المُخصّب بالأكسجين.
حركة المواد: يدور جسم الفرن لجعل الشحنة تتدحرج وتختلط وتتحرك نحو ذيل الفرن، مما يضمن التسخين المنتظم والاتصال الكافي بين الغاز والمواد الصلبة، وهو أمر مفيد لتفاعل الاختزال.
عملية الصهر (الصهر الاختزالي):
قسم التجفيف والتسخين المسبق: يتم إضافة الشحنة من رأس الفرن وتجفيفها أولاً وتجفيفها وتسخينها المسبق.
مرحلة الاختزال: ترتفع درجة الحرارة إلى ١١٠٠-١٣٥٠ درجة مئوية. في جوّ اختزالي، يُختزل أكسيد القصدير (SnO₂ بشكل رئيسي) إلى قصدير معدني. التفاعلات الرئيسية هي اختزال غازي وصلب.
تكوين الخبث وفصله: تتفاعل معادن العروق مع المواد المتدفقة لتكوين خبث ذي درجة انصهار منخفضة وسيولة جيدة. ينفصل القصدير المعدني السائل والخبث بفعل الجاذبية في حوض المصهور بسبب اختلاف الكثافة.
التحكم في جو الفرن: يعد الحفاظ على جو الاختزال المناسب (نسبة CO/CO₂) أمرًا بالغ الأهمية لكفاءة اختزال القصدير ومنع الاختزال المفرط للمعادن الشوائب، والتي يمكن أن تنتج رؤوسًا صلبة وتقلل العائدات المباشرة.
تصريف المنتج ومعالجته:
القصدير الخام: يُثبَّت في نهاية الفرن سيفون أو منفذ تفريغ قصدير لتصريف القصدير الخام المنصهر بانتظام أو باستمرار. يحتاج القصدير المحتوي على شوائب إلى مزيد من التكرير.
الخبث: يُوضع منفذ تفريغ الخبث فوق نهاية الفرن للتفريغ المستمر أو المتقطع. يحتوي الخبث الناتج عن صهر الخام منخفض الجودة على نسبة عالية من القصدير (1%-10% قصدير)، ويتطلب معالجة إضافية لتحسين معدل الاسترداد الإجمالي.
غازات المداخن: ينتج الصهر غازات مداخن عالية الحرارة تحتوي على غبار، وغاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) (عندما تحتوي المواد الخام على الكبريت)، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، وغيرها. يُسترد غبار القصدير بواسطة نظام جمع الغبار (إعادته إلى المكونات)، ثم يُصرف وفقًا للمعايير البيئية بعد إزالة الكبريت وإجراء معالجات أخرى لحماية البيئة. تُسترد الحرارة المهدرة عبر غلاية الحرارة المهدرة لاستعادة البخار.
