【文章內(nèi)容簡介】 產(chǎn)品SnAg系無鉛焊料162SnZn系無鉛焊料143SnBi系無鉛焊料124其它無鉛焊料125副產(chǎn)品精鉛2第四章 建設內(nèi)容及產(chǎn)品方案第一節(jié) 主要建設內(nèi)容一、本項目建設內(nèi)容為：根據(jù)原材料的特點和研究成果以及國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)實踐，設計合理的工藝流程，選擇合適的工藝設備并進行合理的配置，根據(jù)工藝要求設計適宜的廠房結(jié)構(gòu)和輔助設施，配備必要的勞動定員，確保生產(chǎn)正常進行。本項目的建設內(nèi)容主要包括生產(chǎn)車間3棟、其中1廠房為熔煉生產(chǎn)車間，2廠房為擠壓加工車間，3廠房焊錫合金車間、成品倉庫1棟、綜合辦公樓1棟，宿舍附屬食堂及其它生活設施1棟。根據(jù)用地規(guī)劃，項目同時建設相應的總圖運輸、圍墻大門、綠化等建設內(nèi)容。并完成廠區(qū)給排水、供電等工程。項目建設必須做到技術上先進可靠，經(jīng)濟上合理，既要為生產(chǎn)獲得較好的技術經(jīng)濟指標創(chuàng)造條件，又要為生產(chǎn)工人提供良好勞動場所，使建設投資能最大限度地發(fā)揮效果。二、具體要求廠區(qū)內(nèi)廠房安排主要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點、廠區(qū)面積、廠區(qū)地形及地質(zhì)條件等來全盤考慮車間各廠房、露天場地及各建筑物的相對位置和布局。車間內(nèi)設備配置要滿足生產(chǎn)工藝的要求外，還要便于安裝和維修，保證良好的操作條件，保障安全生產(chǎn)，符合建筑要求，節(jié)省基建投資，留有發(fā)展余地。車間配置。① 根據(jù)生產(chǎn)流程、生產(chǎn)性質(zhì)、各專業(yè)的要求及車間在全廠總平面圖上的位置，確定廠房的整體布置（分散式或集中式），劃分生產(chǎn)、輔助和生活區(qū)的分隔及位置；② 根據(jù)設備的開關形狀、大小及數(shù)量，確定車間廠房的結(jié)構(gòu)形式、輪廓、層數(shù)、柱距、門窗開設方式及尺寸等。道路、供電、環(huán)保等項目因地制宜，優(yōu)化組合。第二節(jié) 產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模本項目為利用含錫礦渣及其它含錫廢料中回收精錫并年產(chǎn)量2000噸錫基無鉛焊料的生產(chǎn)車間、倉庫、辦公研發(fā)檢驗大樓、配套的生活設施，以及道路、綠化、水電設施。產(chǎn)品方案：表41 產(chǎn)品方案表 根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和市場需求情況分析，本項目設計年生產(chǎn)規(guī)模為2000噸無鉛錫基焊料產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)可進行調(diào)整。本項目設計產(chǎn)品生產(chǎn)原料采用以含錫礦渣為前端原料（將其它含量錫廢料的前處理工序委托其它企業(yè)完成），經(jīng)熔煉除鉛、精錫生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，最后錫基無鉛焊條為終端產(chǎn)品。由于項目按照循環(huán)經(jīng)濟理念，原料為含錫礦渣及其它含錫廢料，生產(chǎn)環(huán)節(jié)緊湊，使項目經(jīng)濟效益更為顯著。第六章 工程技術方案第一節(jié) 技術方案一、設計原則工藝技術的選擇參照國際同類廠家的生產(chǎn)工藝特點進行設計，力求做到工藝技術可靠先進、設備選型合理，并注意其靈活性、適用性和替代性，生產(chǎn)過程盡量做到連續(xù)。項目生產(chǎn)的各種錫基無鉛焊條產(chǎn)品性能應符合國標的規(guī)定。如需方有特殊要求，供需雙方可另行協(xié)商。無鉛焊料特性如下：①不含有對環(huán)境有污染的物質(zhì)，毒性要小。②焊料的熔融溫度要接近SnPb共晶焊的融點，通常在200℃左右。⑧具有良好的導電性和可檢修性。④可使用現(xiàn)有設備，有較好的潤濕性。⑤有足夠的強度，可加工性好。⑥供給充足，成本低等。目前，在對替代SnPb共晶焊料的無鉛焊料的研究，一般是在原有的無鉛焊料(表61)的基礎上，添加某種金屬元素或者進行金屬間比例的調(diào)正等進行的，通常都是集中在以下幾種體系進行研究。 SnAg系無鉛焊料SnAg系焊料作為高融點焊料已被實用化了。特別是該合金具有良好的金屬特性，認為是有力的替代焊料之一。據(jù)報導該合金是數(shù)pm以下的微細Ag3Sn化合物分散在Sn鉅陣中的分數(shù)強化合金。這種微細的Ag3Sn化合物很穩(wěn)定，即使在高溫下也不容易粗大化。所以該合金具有良好的耐熱疲勞性和很高強度，其強度是SnPb共晶焊料的2倍。在要求接合部長期可靠性的機器中使用最合適。合金的蠕變性也很好?？杉庸こ删€料，即使采用現(xiàn)有的助焊劑也可得到較好的焊接性。SnAg系無鉛焊料合金目前存在的最大問題是，如用于替代SnPb共晶焊料，融點偏高?！妫瑸榻档腿邳c，通常是添加微量的Bi、in、Cu和Zn等元素。例如目前公開發(fā)表的焊料合金組成有：，融點是217～219℃。，融點是217℃。結(jié)果融點還是比SnPb共晶焊料要高30℃左右。如果用于表面安裝，再流焊接溫度要在250～260℃，這樣，元件和基板的耐熱性就成問題了。再有，在SnAg系合金中，隨著Zn元素添加量的增多，會使該焊料合金的耐氧化性劣化，潤濕性下降。如果把7．5％的Bi元素添加到SnAg合金中，組成新合金的融點可降到188～215℃，但是，合金中隨著Bi元素的加入，又會使焊料合金的延展性變環(huán)，加工性差?？傊?，對SnAg系無鉛焊料來說，存在的主要問題是融點高。在能保持SnAg系焊料原有特性下，把該焊料的融點降下來是今后研究的主要課題。 SnZn系無鉛焊料在研究替代SnPb共晶焊料的SnZn系無鉛焊料中，是以融點為199℃的Sn一9Zn共晶焊料為基本。Sn一9Zn共晶的融點與SnPb共晶比稍為偏高。如果添加微量的Bi、In或Ag等元素把融點舉下來是可能的?，F(xiàn)已公開發(fā)表的合金組成有：sn～9Zn一5in，、。上述合金主要特點是融點很接近，SnPb共晶的融點，而且融點的溫度范圍也很窄。例如Sn一10Bi一8Zn合金的融點是186～188℃，～198℃。這就意味著如果該焊料潤濕性能夠得到改善，完全可以使用現(xiàn)有設備和工藝條件進行表面安裝。SnZn系焊料與SnAg系相比毒性小，成本也低。關于SnZn系焊料的金屬特性，研究結(jié)果表明，拉伸強度優(yōu)于SnPb共晶焊料。延展性；初期值偏低，長時間變化顯示出與SnPb共晶焊料具有相同值，可以作成線材。蠕變特性與SnPb共晶比變形緩慢，到斷裂的時間長，表現(xiàn)出良好的蠕變性。SnZn系無鉛焊料如果替代SnPb共晶焊料使用，下面的問題必須給予注意；合金中的Zn元素離子化傾向相當大，抗氧化能力差，易形成穩(wěn)定的氧化物，對焊料的潤濕性產(chǎn)生很不利的影響。再有，在配制的焊膏中，Zn元素與助焊劑中的活性劑等成分易發(fā)生反應，使焊膏在短期內(nèi)出現(xiàn)增粘現(xiàn)象，難以印刷。針對SnZn系無鉛焊料上述問題，在使用SnZn系焊料時選用與SnPb共晶焊料不同的特殊助焊劑，在N2等不活性氣氛中進行焊接是必要的。同時，對基板和元件引線等管理方法系統(tǒng)化等，對改善SnZn系無鉛焊料的潤濕性是可能的。 SnBi系無鉛焊料已知的SnBi系無鉛焊料，通常是作為低溫焊料使用，如Sn一58Bi焊料，融點是139℃、Sn一40Bi焊料，融點是139～170℃。由于焊料的融點低，限制了制品的使用溫度范圍。在替代SnPb共晶焊料的SnBi系無鉛焊料的研究中，通常是以Sn一58Bi共晶焊料為基本，適量的添加Ag、Cu等元素組成的替代SnPb共晶的snBj系無鉛焊料?，F(xiàn)已公開的焊料合金有：Sn～～221℃，Sn一5BilAg融點是198～205℃，等等。IT產(chǎn)業(yè)用錫基無鉛焊條產(chǎn)品目前尚無通用標準，具體性能根據(jù)市場需求而設計，質(zhì)量需達到國際同類產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)水平。 材料的性能參數(shù)如下表。表6—1錫基無鉛焊條性能參數(shù)表融點組(℃)焊料的組成熔融溫度(℃)120～180Sn58Bi139118～125Sn50In139～170Sn40Bi %26180～200Sn9Zn199220～230221227綜上所述項目所生產(chǎn)的各類硬質(zhì)合金質(zhì)量都能達國際先進水平。本項目錫冶煉工藝主要分為五步：電阻爐還原熔煉、甲錫火法精煉、爐渣煙化、粗錫電解精煉、焊條制作。經(jīng)電阻爐還原后的甲錫依次經(jīng)過熔化鍋、凝析除砷和鐵、加硫除銅、結(jié)晶除鉛鉍、加鋁除砷和銻、鑄錠后制得精錫錠及副產(chǎn)品精鉛外售。焊錫采用真空熔煉，電阻爐中產(chǎn)生的爐渣依次經(jīng)過篩分、熔化、保溫、煙化等工序，熔化爐和煙化爐煙塵經(jīng)制粒后返回電阻爐中熔煉，煙化爐爐渣經(jīng)水萃后外售作建材用料。以初步除去雜質(zhì)的粗錫為陽極，精錫為陰極進行電解。在電解槽中加入硅氟亞錫和硅氟酸溶液通入電流進行電解。陰極錫經(jīng)過洗滌后經(jīng)熔鑄制得錫錠外售，熔鑄產(chǎn)生的精煉渣返回電阻爐中熔煉。本項目采用的錫制備技術是資源再生、污染小的環(huán)保技術，明顯具有循環(huán)經(jīng)濟特點，符合“科學發(fā)展觀”的理念。生產(chǎn)工藝流程如下:（1）電爐還原熔煉電爐還原熔煉爐，為電阻爐式電爐，是靠導電石墨電極與埋入的深度的大小改變電阻值，調(diào)節(jié)電流的大小，過大電壓使電極爐料起電弧。含錫礦渣、石灰石和煤按一定的比例進行配比與收集煙塵、精煉渣、熔析渣一并加入電爐。電弧是熱源，爐料是受熱體，而爐襯的絕熱體，與外界隔離開構(gòu)成一個封閉體系。采用石灰石為熔劑進行造渣，以煤為還原劑進行還原熔煉。電爐中熔煉后的錫分布在硬頭、甲錫、乙錫、爐渣和煙氣中。熔煉中部分氧化鐵被還原成金屬鐵，并與錫生成合金，稱為硬頭。硬頭返回電爐重新熔煉，甲錫和乙錫送火法精煉，%，錫渣進煙化爐進一步提錫，電爐產(chǎn)生的煙氣進入收塵系統(tǒng)，收集的煙塵返回電爐熔煉。在電爐主要發(fā)生如下反應：2SnO2+3C=2Sn+2CO+CO2（2）甲錫、乙錫的火法精煉從電爐中出來的甲錫依次經(jīng)過熔化鍋、凝析除砷和鐵、加硫除銅、結(jié)晶除鉛鉍、加鋁除砷和銻、鑄錠后制得精錫錠外售。① 凝析除砷和鐵。向錫精煉鍋中的粗錫液面噴水，降溫到略高于232℃，加鋸木屑攪拌。粗錫中的砷和鐵以化合物形態(tài)凝析出來，隨部分炭化木屑上浮成渣，稱為砷鐵渣，撈出后錫中含鐵量即可達到要求，％左右，凝析好后進入下一個工序。② 加硫除銅。往320℃的錫液中加硫粉，攪拌，硫與錫液中的銅生成硫化亞銅浮渣，錫中含銅量即能達到要求。銅硫渣從放渣口排出，除硫銅后的錫進入下一個工序。③ 結(jié)晶除鉛、鉍。采用螺旋結(jié)晶機結(jié)晶除鉛鉍，螺旋結(jié)晶機主要由螺旋器、電爐體、電氣控制和傳動機構(gòu)等組成。采用通電加熱，溫度容易控制，因而精錫和焊錫質(zhì)量穩(wěn)定。在工作中，使粗錫逐步降溫到183℃，粗錫中的鐵、砷、銻、銅、硫等雜質(zhì)與錫生成的合金或化合物，以及各雜質(zhì)相互作用形成的化合物，熔點較高，大部分留在爐內(nèi)，成為固體渣，可獲得含鉛較高和含錫62%的共晶，即焊錫。所產(chǎn)出的共晶體逐漸升溫接近232℃，%的精錫。結(jié)晶機用于粗錫精煉過程中的錫與其它金屬的分離，從結(jié)晶機頭產(chǎn)出精錫，機尾產(chǎn)出焊錫?；驹頌橐簯B(tài)含鉛粗錫溫度降至略低于液相線時，開始析出含錫高的結(jié)晶體，然后將結(jié)晶體緩慢移向溫度較高處，使它部分熔化，再降溫結(jié)晶，晶體得以提純，液體流向溫度略低的地方，又部分結(jié)晶，提高液體的含鉛量，如此反復，即可除去錫中的鉛。同時，鉛在液相中富集，當液相溫度接近于共晶溫度（183℃）時，可得含鉛約35％的“焊錫”。④ 加鋁除砷和銻。將鋁片加到錫液中，經(jīng)過攪拌，使鋁熔化在錫中，與砷、銻生成熔點較高的化合物，然后降溫，加鋸木屑再攪拌，化合物隨鋸木屑上浮成渣，稱為銻鋁渣。渣撈出后，錫中砷、銻的含量即可達到要求，精錫經(jīng)鑄錠后得精錫產(chǎn)品。⑤ 焊錫的真空熔煉。真空爐采用密封結(jié)構(gòu)，真空熱處理工藝主要是提高機械零部件的工作性能和可靠性，其次是回收焊錫中的鉛。真空爐用于焊錫部分地脫除鉛、鉍，在1000~1200℃~，~%~%的精鉛，以及含錫94~97%和含鉛3~5%的粗錫。真空爐產(chǎn)出的粗錫進入螺旋結(jié)晶機產(chǎn)出產(chǎn)品精錫，真空爐產(chǎn)出的精鉛外售。乙錫的火法精煉從電爐中出來的乙錫經(jīng)過熔析爐除鐵、砷后得到甲錫和熔析渣，甲錫進入上述過程，熔析渣經(jīng)煉前處理后返回電爐熔。將高鐵粗錫錠堆放在熔析爐內(nèi)，加熱到232℃后緩慢地升溫，錫開始熔化并沿斜底流入粗錫鍋內(nèi)，加熱保溫。粗錫中的鐵、砷、銻、銅、硫等雜質(zhì)與錫生成的合金或化合物，以及各雜質(zhì)相互作用形成的化合物，熔點較高，大部分留在爐內(nèi)，成為固體渣，使粗錫初步提純。（3）爐渣煙化電爐中產(chǎn)生的爐渣依次經(jīng)過篩分、熔化、保溫、煙化等工序，熔化爐和煙化爐煙塵經(jīng)制粒后返回電爐中熔煉，煙化爐爐渣經(jīng)水萃后外售水泥廠。煙化爐吹煉：吹煉包括還原過程和硫化過程，煙化爐加入煤粉，煤與二氧化碳反應生成一氧化碳以維持爐中的還原氣氛，加入錫渣和硫化亞鐵。煙氣經(jīng)余熱回收、布袋除塵后排放，布袋收塵器收集的煙塵送電爐熔煉。① 錫的還原過程：錫渣物料的SnO2必須還原成SnO或少量Sn后，才能發(fā)生硫化反應，生成易揮發(fā)的SnS。還原過程發(fā)生如下反應：C+CO2=2CO SnO2(S)+CO=SnO(S)+CO2 SnO(S)+CO=Sn(S)+CO2② 錫的硫化反應：SnO+FeS=FeO+SnS 2SnO+3/2S2=2SnS+SO2 Sn+1/2S2=SnS（4）粗錫電解精煉以初步除去雜質(zhì)的粗錫為陽極，精錫為陰極進行電解。在電解槽中加入硅氟亞錫和硅氟酸溶液通入電流進行電解。電解過程中，電位序位于錫之后的Sb、As、Bi、Cu、Ag等殘留于陽極泥中，Pb生成鉛化合物沉淀并粘附在陽極板上也進入陽極泥，鐵、銦以離子態(tài)進入電解液。由于氫有較大的超電壓，不在陽極放電，唯有錫在陽極溶解，在陰極析出，達到錫與雜質(zhì)分離的目的。電極反應方程式為：陽極Sn—2e Sn2+；陰極Sn2++2e Sn。陰極錫經(jīng)過洗滌后經(jīng)熔鑄制得錫錠外售，熔鑄產(chǎn)生的精煉渣返回電爐中熔煉。電解槽中產(chǎn)生的殘陽極板經(jīng)洗滌后返回電解，洗滌后所得陽極泥經(jīng)壓濾以后外售，各工段洗滌水和濾液流到沉清池，沉清池上清液用于洗滌，下部液泵入集液池與電解液混合加入甲酚、萘酚重新配得電解液。（5）無鉛焊條生產(chǎn)無鉛焊料合金無鉛化的核心和首要任務是無鉛焊料。無鉛焊料特性如下：①不含有對環(huán)境有污染的物質(zhì)，毒性要小。②焊料的熔融溫度要接近SnPb共晶焊的融點。③具有良好的導電性和可檢修性。④可使用現(xiàn)有設備，有較好的潤濕性。⑤有足夠的強度，可加工性好。⑥供給充足，成本低等。為避免焊料起泡等，無鉛焊料一般不采用傳統(tǒng)的含鉛焊料的生產(chǎn)工藝，而是根據(jù)無鉛焊料的特殊性能，將錫與其它金屬元素按一定的配方，在一定的條件下真空熔煉而成。將真空熔煉成的無鉛焊料，通過擠壓、拉絲成型，成為項目的終端產(chǎn)品：錫基無鉛焊條。本項目各類產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝主要流程如下：第二節(jié) 設備采購一、