<<
>>

5.2.8. УТИЛИЗАЦИЯ БЕЛОЙ ЖЕСТИ

  Белая жесть — сталь, покрытая оловом, поступает на утилизацию в разнообразных формах. Из нее изготовляют банки для овощных, фруктовых, мясных, рыбных и молочных консервов, кронен-пробки, используемые в бутылках для пива и других напитков; винтовые крышки стеклянных бутылок, а также боковые и нижние грани жестяных банок напитков.
К оловосодержащим отходам относится также промышленный и бытовой лом цветных металлов, вышедшие из употребления паяные и луженые изделия, отходы химических производств и др.
Для производства белой жести сталь прокатывается (вальцуется) в тонкую жесть, затем на нее обычно электролитическим (гораздо реже горячим) способом наносят олово. Отечественные предприятия при электролитическом покрытии стальной основы оловом средней толщины 0,2 мм расходуют от 10 до 20 г/м2 этого металла, что соответствует толщине покрытия от 0,7 до 1,4 мкм и массе олова в 1 т жести Sn от 6,5 до 13 кг. Существуют технологии получения более тонкой жести толщиной от 0,05 мм со средним расходом Sn 2 г/м2. Большинство банок и бутылок после формования белой жести в емкости и перед заполнением изнутри лакируются, чтобы избежать коррозии и исключить влияние металла на вкусовые качества продукта.
Использованная упаковка из белой жести до поступления на рециклинг должна быть отсортирована. В качестве основной технологической операции используется магнитная сепарация. Белая жесть как ферромагнитный продукт сначала намагничивается, а затем удаляется с помощью магнитов с конвейерной ленты, по которой движутся смешанные твердые отходы.
В ЕС отсортированные отходы сбрасываются в сборную шахту, затем прессуются в кипы массой до 200 кг и направляются на металлургические заводы, где добавляются при производстве стали.
Отсортированные отходы белой жести в РФ поступают на дальнейшую переработку, которую обычно проводят, используя один из трех основных способов: хлорирование; применение кислых растворов; применение щелочных растворов.
Первый из этих способов основан на реакции
(5.2)
Хлорное олово реагирует с металлическим оловом по реакции
(5.3)
Процесс необходимо проводить при полном отсутствии влаги на обрабатываемом материале, используя только сухой хлор, так как в противном случае в присутствии воды хлор реагирует с железом, образуя FeCl3.
Хлорное олово, полученное по реакции (5.2), применяется в текстильной и других отраслях промышленности. Этот процесс экзотермический и обязательным условием его проведения является непрерывный отвод тепла. Переработку отходов жести ведут в железных реакторах в течение 10-12 ч при давлении газа 0,0735-0,196 МПа при температуре 38-40°С. Существует и высокотемпературная модификация процесса, проводимая при температуре до 300°С.
Полученное хлорное олово очищают от избыточного свободного хлора и примесей железа дистилляцией. В дальнейшем при необходимости оно может быть переработано на металлическое олово или оловянные соли.
Применение кислых растворов основано на том факте, что олово находится в них в виде двухвалентных катионов, поэтому при одной и той же плотности тока их кислых растворов выделяется в два раза больше олова, чем из щелочных.
В результате снижается расход энергии, что является существенным преимуществом кислых ванн перед щелочными.
Кроме того, в кислых растворах возможно применение высокой плотности тока. Электролиз в 10%-ном растворе серной кислоты — один из основных способов, применяемых для снятия олова с отходов жести. Возможно использование модифицированного электролита на основе

H2S04 следующего состава: 200 г/л серной кислоты, 40 г/л олова, 10 г/л двухромокислого калия, 1-1,5 г/л желатина, 2,5 г/л поваренной соли.
Осадок олова поступает на брикетирование. Подготовленные брикеты, которые могут долго храниться, не подвергаясь окислению, поступают на переплавку.
К достоинству описанного способа можно отнести возможность применения большой плотности тока, до 1000 А/м2. Кроме того, по этому способу можно работать при комнатной температуре и получить легко проплавляемые осадки олова.
Этот способ, однако, не получил широкого распространения из-за сложности изготовления раствора, необходимости частой корректировки ванн и большого расхода серной кислоты.
Кроме предложений снимать олово с отходов жести в кислых растворах, был предложен ряд способов регенерации олова, основанных на применении щелочных растворов. Щелочные растворы по сравнению с кислыми имеют то преимущество, что не растворяют железа, поэтому при их использовании можно применять обычную стальную аппаратуру, которая корродирует в кислых растворах.
В качестве растворителя олова применяют едкий натр NaOH (каустическая сода).
Растворение олова в растворе едкого натра протекает с образованием станнита натрия по реакции
(5.4)
Однако эта реакция протекает медленно из-за высокого перенапряжения водорода на олове.
Ускорение перехода олова в раствор едкого натра происходит в присутствии кислорода, так как деполяризацией кислородом достигается нужный эффект. При этом образуется станнат натрия:
(5.5)
В водных растворах попыиподвергаются гидролизу с образованием              i

В слабощелочных растворах станниты распадаются по схеме:
(5.6)
При избытке щелочи станниты переходят в станнаты:
(5.7)
Олово при этом частично выпадает в осадок. В качестве окислителей при растворении олова в щелочах применяют различные соединения.
Согласно одному из предложений для обработки отходов жести применяют раствор ацетата свинца: отходы обрабатывают горячим щелочным раствором РЬ(С2Н302)2, олово переходит в раствор, а эквивалентное количество свинца — в осадок. Осадок свинца растворяют в уксусной кислоте и вновь используют. Олово щелочного раствора осаждают различными реагентами: диоксидом углерода, известковым молоком и др.
Процесс осуществляют в перфорированном вращающемся барабане, помещенном в ванну, наполненную щелочным раствором.
Вместоприменяют оксид свинца РЬО:
(5.8)
В качестве окислителей применяют также Мп02 или NaN03. Осадок, содержащий до 35% Sn, отделяют от раствора на фильтре и промывают. Из него различными способами может быть получено металлическое олово. Отфильтрованный раствор после добавки щелочи вновь используют для снятия олова.
При действии на олово растворов NaOH в присутствии NaN03 происходят следующие реакции: селитра легко отдает свой кислород и образуется азотистокислый натрий:
(5.9)
Кислород участвует в реакции
(5.10)

Азотистокислый натрий, образовавшийся из селитры, служит деполяризатором:
4NaN02 + 6Н2 -gt; 2N2 + 4NaOH + 4Н20              (5.11)
или
2NaN02 + 6Н2 -gt; 2NH3 + 2NaOH + 2Н20.              (5.12)
Из этих реакций следует, что при взаимодействии водорода с азотистокислым натрием возможно выделение азота или аммиака.
Суммарная реакция с образованием аммиака может быть представлена следующим уравнением:
4Sn + 6NaOH + 2NaN03 -> 4Na2Sn03 + 2NH3. (5.13)
Из раствора станната натрия олово может быть выделено различными способами: электролизом с нерастворимыми анодами, осаждением: с помощью С02, КаНС03или Са(ОН)2, а также действием кислот, например серной.
При обработке растворов станната натрия углекислотой или двууглекислой содой олово осаждается в виде Sn02 по реакциям:
Na2Sn03 -I- С02 -gt; Sn02 + Na2C03;              (5.14)
Na2Sn03 + 2NaHC03 -gt; Sn02 + 2Na2C03 + H20. (5.15)
Осаждение олова известью происходит по реакции
Na2Sn03 -I- Са(ОН)2 -gt; CaSn03 -I- 2Na2OH. (5.16)
При обработке раствора станната натрия серной кислотой олово осаждается в виде гидроксида:
Na2Sn03 + H2S04 + 2Н20 —gt;
-> Sn(OH)4 + Na2S04 + H20.              (5.17)
Содержание едкого натра в растворах, применяемых для снятия олова с отходов жести, обычно составляет около 10-12%.
Чтобы ускорить растворение олова, иногда через раствор барботируется воздух как источник кислорода. Однако барботаж щелочных растворов воздухом приводит к ускорению карбонизации растворов за счет С02, содержащегося в воздухе:
2NaOH + С02 -gt; Na2C03 + Н20,              (5.18)
что требует частой регенерации растворов.
Селитру добавляют примерно из расчета 1 часть на 10 частей NaOH.
При осаждении олова с помощью С02 или NaHC03 образуется раствор соды, который вновь можно использовать в процессе после его каустификации, которая идет по реакции
Na2C03 + Са(ОН)2 -> СаС03 + 2NaOH. (5.19)
При этом регенерируется около 80% NaOH от расчетного количества.
Обработку растворов для осаждения олова углекислым газом С02 ведут в различной аппаратуре в зависимости от масштабов производства.
Оксид олова из пульпы выделяют на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах или центрифугах. Отфильтрованный осадок оксида олова после сушки можно либо использовать в промышленности (например, керамической), либо подвергнуть восстановительной плавке для получения металла.
Достоинствами этого способа следует считать несложную аппаратуру, простоту обслуживания и возможность использования различных видов отходов жести; недостатками — необходимость работать с большими объемами растворов, а также обязательную предварительную очистку растворов от выщелачивания для получения чистого диоксида олова.
В качестве примера рассмотрим схему цепи аппаратов технологического процесса снятия олова на заводе «Уайтон Стил и Ко» (США), показанную на рисунке 5.24.
Жестяной скрап поступает на установку в виде рулонов кромочной обрези электролитически луженой жести, а также в виде других отходов (например, бракованных листов горячего лужения). Подаваемая на установку кромочная обрезь плотно наматывается на мотовило, образуя рулоны шириной 1 м и диаметром 0,75 м. Масса каждого

Рис. 5.24
Схема цепи аппаратов для снятия олова с отходов жести на заводе «Уайтон Стил и Ко»:


1 — рулон кромочной обрези; 2 — пила; 3 — листовой скрап; 4 — бак с раствором для снятия олова и барабан; 5 — бак для промывки; 6 — пакетировочный пресс; 7 — центрифуга; 8 — бак для растворения станната натрия; 9 — бак для осаждения гидроокиси олова; 10 — фильтр; 11 — газовая сушильная печь; 12 — электропечь для восстановления.
рулона — от 680 до 815 кг. Содержание олова в отходах колеблется в широких пределах — от 2,5 до 10 кг на 1 т обрези в зависимости от качества жести.
Рулоны с отходами жести доставляются в цех регенерации олова в вагонах и выгружаются электромагнитным краном. Для резки рулонов на мелкую обрезь применяют дисковую пилу толщиной 3 мм, диаметром 1,5 м, которая приводится в действие от мотора мощностью 265 кВт со скоростью 1800 об/мин.
Во время распиловки на пилу под высоким давлением подается вода, предупреждающая оплавление концов обрези.
Мелкую обрезь, полученную в результате распиловки, в рыхлом виде загружают электромагнитным краном в
барабаны для снятия олова, длина которых 3,3 м, диаметр 2,4 м; они обшиты толстой железной сеткой.
Каждый барабан вмещает от 2,3 до 3,0 т скрапа. Насыпная масса садки из кромочной обрези меньше, чем плоских обрезков жести. По возможности барабаны загружают смесью обоих сортов скрапа.
Барабан опирается на четыре колеса с ребордами, установленные на днище бака. Он приводится во вращение от мотора мощностью 2,2 кВт со скоростью 1 об/мин.
После снятия олова барабан поднимают краном и оставляют подвешенным над баком в течение 30 с, чтобы дать стечь раствору. Затем барабан последовательно погружают в два бака для промывки скрапа и извлечения приставшего к нему станната натрия. После этого снимают торцовую крышку, барабан помещают на гидравлический подъемник, которым он наклоняется, и скрап разгружается в приямок.
Из приямка скрап выгружается электромагнитным краном (диаметр плиты 140 см) в приемный бункер пакетировочного пресса, который превращает его в плотно спрессованные пакеты массой 250-300 кг. Пакеты выбрасываются прессом на ленточный транспортер, подающий их в железнодорожные вагоны для доставки к мартеновским печам.
Из раствора осаждают гидроксид и пульпу направляют на фильтрование.
Фильтрация гидроксида улучшается при нагреве пульпы до 60°С. При этом за 2,5 ч на пластинах фильтра накапливается слой кека толщиной около 25 мм, что соответствует около 180 кг сухого гидроксида.
Кек промывают горячей водой для более полного удаления сульфата натрия и передают в газовую сушильную печь, которая при 425-540°С выдает в час 545 кг сухого оксида.
Высушенный оксид смешивают с дробленым антрацитом крупностью примерно 3 мм из расчета 16 кг угля на 100 кг оксида. Эту смесь загружают в электропечь: садка состоит из 270 кг окиси и 40 кг угля. Температура в электропечи 1200-1260°С.
Из 270 кг оксида получается примерно 180 кг металлического олова. Расход электроэнергии на восстановление 270 кг оксида олова составляет 250 кВт ч, расход угольных электродов (диаметр 63,5 мм, длина 735 мм, масса 4 кг) 30 шт. в месяц, или 1 кг на 100 кг восстановленного олова.
Металл имеет следующий состав, %: 0,01 РЬ; 0,018 Sb; 0,001 Bi; 0,003 Al; 0,010 As; 0,015-0,027 Си; остальное —
ОЛОВО.
Расход реагентов на получение 1 кг олова из отходов электролитической луженой жести составлял, кг: 4,25 каустической соды (100% NaOH), 2,5 серной кислоты, 0,85 нитрата натрия, 0,10 углекислого натрия, 0,01 угольных электродов.
<< | >>
Источник: Кривошеин Д. А., Дмитренко В. П, Федотова Н. В.. Основы экологической безопасности производств: Учебное пособие. 2015 {original}

Еще по теме 5.2.8. УТИЛИЗАЦИЯ БЕЛОЙ ЖЕСТИ:

  1. Ускоренная утилизация
  2. 4.4.3. Утилизация осадков очистных сооружений
  3. Пальгунов П.П., Сумароков М.В.. Утилизация промышленных отходов, 1990
  4. Утилизация сгущённых осадков очистных сооружений.
  5. 3.3. Утилизация шлаков процесса РОМЕЛТ
  6. 4.1.3. Образование лигнина и возможные пути его утилизации
  7. 4.4. Отходы производства гидролизного этилового спирта, кормовых дрожжей и пути их утилизации
  8. 5.2.3 Утилизация послеспиртовой барды в качестве жидкой фазы при биоконверсии пульпы отрубей
  9. Графский Владимир Павлович Интегрирование и утилизация этнологических и этнопсихологических данных в построении стыковочного сценария модели «болезнь-терапия»
  10. № 263 КОРРЕСПОНДЕНЦИЯ ИЗ ГАЗЕТЫ «НАБАТ РЕВОЛЮЦИИ» О НАЛАЖИВАНИИ МИРНОЙ ЖИЗНИ В КРАСНОВОДСКЕ 12 февраля 1920 г.
  11. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ
  12. Металлургическая и химическая* промышленность.
  13. 2.2 Выбор показателей исследования
  14. 4.3. Аэробная очистка сточных вод гидролизного производства
  15. Общие положения
  16. Семенова И. В.. Промышленная экология : учеб, пособие для студ. высш. учеб, заведений, 2009