ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫРЕЦИКЛИНГА СВИНЦА


Как указывает А. Г. Морачевский, в мировой практике до настоящего времени существуют две принципиально различные технологии переработки лома свинцовых аккумуляторов с разными модификациями — это плавка неразделенного лома со сжиганием органической массы в воздухе или в техническом кислороде и технология, включающая предварительную разделку сырья с получением свинцовосодержащих полупродуктов для последующего металлургического передела.
В этом случае органические отходы подлежат либо последующей переработке, либо захоронению. Еще около 20 лет назад наиболее распространено было первое направление со следующей схемой: подготовка шихты, состоящей из аккумуляторного лома и прочего вторичного сырья, кокса и оборотного шлака, шахтная плавка шихты с получением чернового свинца и с дожиганием органических веществ в камерах с газовыми или мазутными горелками, пылеулавливание, преимущественно в рукавных фильтрах с последующей переработкой пыли, рафинирование черного свинца с получением товарного металла и побочных продуктов.
В СССР около 80% вторичного свинцового сырья перерабатывалось в шахтных печах. Схема такой печи изображена на рисунке 5.37.
Основные части шахтной печи: горн, шахта и колошник. Вся печь опирается на соответствующий фундамент.
Один из главных недостатков шахтной плавки любого вида свинецсодержащего сырья — необходимость громоздких и дорогостоящих систем газоочистки, далеко не полностью обеспечивающих необходимые санитарные требования. Считается, что общая стоимость установки для очистки


1,р5

Рис. 5.37
Шахтная печь для плавки свинца (поперечный разрез)


отходящих газов почти в два раза превышает стоимость основного металлургического оборудования. К числу других недостатков шахтной плавки можно отнести (А. Г. Мо- рачевский): наличие сложного и экологически опасного передела — агломерации мелкой фракции сырья перед шахтной плавкой; переход части свинца в низкокачественный штейн[16], рациональный метод переработки которого отсутствует; использование относительно дорогого и дефицитного кокса; необходимость дополнительного оборудования для переработки пыл ей шахтной плавки.
Следует, однако, отметить, что шахтная плавка — весьма универсальный процесс, позволяющий перерабатывать вторичное сырье практически любого состава.
Помимо шахтной плавки для переработки аккумуляторного лома применяют плавку в электрических печах (А. М. Кунаев с соавт.).
Для переработки вторичного свинца применяют рудно-термические электрические печи, в которых тепло выделяется непосредственно в слое жидкого шлака с высоким удельным сопротивлением при прохождении через него электрического тока (джоулево тепло), а также при микродуговом разряде в газовой фазе у поверхности электрода. Электрический ток подводится через графитовые электроды, погруженные в слой жидкого шлака. Преимущества электроплавки при переработке вторичного свинцового сырья по сравнению с шахтной плавкой следующие: низкий расход кокса; сокращение расхода воздуха; уменьшение потерь тепла и пыли с отходящими газами.
При использовании электроплавки следует учитывать,
что этот процесс предъявляет повышенные требования к подготовке вторичного сырья, особенно при получении свинцово-сурмянистого сплава[17].
Процесс переработки вторичного свинца в электропечах осуществляется следующим образом.
Исходный лом после дробления разделяется на две свинецсодержащие фракции: металлизированную (с содержанием до 90% свинца и 4-5% сурьмы) и оксидно-сульфатную (содержащей около 70% свинца, 0,7% сурьмы, остальное — сера, кислород и другие примеси). Органические отходы являются отвальным продуктом. Электроплавке подвергается оксидно-сульфатная фракция; металлизированная фракция переплавляется отдельно.
При плавке свинецсодержащего сырья в шихту дополнительно добавляют соду. При этом протекают следующие основные химические реакции:



В результате реализации процесса получали в качестве товарного продукта свинцово-сурьмянистый сплав. Существенным недостатком процесса является большой расход соды, достигающий 40-50% от массы оксидно-сульфатной фракции. Поэтому в дальнейшем в Казахстане была разработана и внедрена в практику аналогичная бессодо- вая технология электроплавки с получением шлаков, не оказывающих отрицательного воздействия на окружающую среду и пригодных для последующей переработки.
В РФ институтом «Гинцветмет» (Москва) также разработана и запатентована технология бессодовой бесштей- новой электрической плавки разделанного аккумуляторного лома и других видов вторичного свинцового сырья, обладающая, по данным ее авторов, максимальной безотходностью и экологической безопасностью. Разработан типовой проект установки для переработки аккумуляторного лома с выпуском 15 тыс. т свинца и его сплавов в год.
Поступающий на переработку аккумуляторный лом подвергается механизированной сепарационной разделке на следующие фракции: металлическую, оксидно-сульфатную, полипропиленовую, эбонитовую, поливинилхлоридную. Утилизируется электролит, перерабатываются все оборотные и промежуточные продукты производства.
Основные показатели рассмотренной технологии представлены ниже.

Удельная производительность по черновому свинцу

4,5 т/м2 в сутки

Расход электроэнергии на плавку

480-520 кВт ч на 1 т свинца

Расход кокса (по углероду)

3-4%

Выход шлака

3-5%

Безвозвратные потери свинца

менее 1,5%

Температура шлака

1100-1150°С

Температура свинца

900-950“С

Количество образующихся технологических газов

200-250 нм3 на 1 т свинца

Кроме того, авторы характеризуют свою технологию следующим образом. Для завода производительностью 15 тыс. т свинца и его сплавов в год выброс вредных веществ в атмосферу не превысит (кг в год): свинца — 680, сурьмы — 41,5, мышьяка — 0,5. Установка для очистки отходящих газов от диоксида серы в скрубберах, орошаемых известковым молоком, позволит уловить 99,8% серы, содержащейся в сырье, и обеспечить соблюдение санитарных норм выброса сернистого газа в атмосферу. Существуют и иные отечественные процессы пирометаллургичес- кой переработки вторичного свинца.
За рубежом более 2/3 отработанных СКА перерабатываются по технологии, которая включает получение свинцово-сурьмянистых сплавов и мягкого свинца. В мире широко используют оборудование и технологии итальянской фирмы «Engitec Technologies». По ее проекту в РФ построен завод производительностью 25 тыс. т в год свинца готовой продукции ЗАО «МЕТКОМ Групп» (Московская область). В отличие от других предприятий по переработке аккумуляторного лома, действующих на территории России, технологическая схема предполагает утилизацию свинцовых аккумуляторов, содержащих электролит. Изложим подробно эту технологию, основываясь на монографии А. Г. Морачевского.
В цехе подготовки сырья производится разделка аккумуляторов с получением товарного сульфата натрия, свинецсодержащих продуктов (металлической и оксидносульфатной фракции), десульфатизация оксидно-сульфатной фракции гидрометаллургическим способом с применением карбоната натрия, очистка раствора сульфата натрия от примесей. При разделке аккумуляторов применяется гидродинамическая сепарация. Образуются: металлическая фракция (решетки и полюсы, приведенная плотность доЮ г ем-3), фракция полипропилена (приведенная плотность менее 1 г ем-3), фракция эбонита и сепараторов (приведенная плотность в пределах 1,01-1,40 г ем-3), пульпа, состоящая преимущественно из сульфата свинца, оксидов свинца, незначительного количества металлического свинца и других компонентов аккумуляторного лома, пере- измельченных при дроблении. После операции десульфата- ции твердая фаза содержит: соединение 5PbC03Na2C03, РЬО, остаточное количество PbS04, РЬ02, РЬ, примеси. Жидкая фаза представляет собой раствор сульфата натрия и избыточного карбоната натрия. Оксидно-карбонатный кек промывается горячим конденсатом (60-70°С) с участка кристаллизации сульфата натрия. Из отмытого от сульфатов кека сжатым воздухом удаляется влага до остаточного содержания 10-12%.
Раствор сульфата натрия содержит в качестве примесей незначительные количества соединений свинца, железа, олова, сурьмы. Примеси переводят в осадок добавлением раствора сульфида натрия. Избыток сульфида натрия после отделения осадка примесей удаляют с помощью пероксида водорода. Раствор сульфата натрия, собранный в резервуаре хранения перед операциями, связанными с кристаллизацией, имеет концентрацию 15-21 %масс. Na2S04.
Оборудование для плавления, рафинирования, газоочистки на предприятии ЗАО «МЕТКОМ Групп» спроектировано французской фирмой «BJ-Industries». В качестве плавильных агрегатов используются ротационные полноповоротные короткобарабанные печи с рабочим объемом 3 и 5 м3. По характеру происходящих процессов такая печь является вариантом отражательной печи, медленно поворачивающейся вокруг своей оси (скорость вращения от 0,1 до 1,5 мин-1).
Печи обогреваются сжиганием газообразного топлива (природного газа и кислорода) внутри печи. Горелка установлена в торце печи, факел направлен вдоль оси и нагревает как расплав, так и стенки печи. В отличие от стационарной отражательной печи, для нагрева расплава используется не только тепло факела горелки, но и тепло стенок печи, также нагреваемых факелом горелки при вращении печи. Происходит постоянный подогрев расплава не только с поверхности (от факела горелки), но и от стенки, а также перемешивание расплава. Благодаря этому необходимая температура поддерживается во всем объеме расплава, а процессы восстановления свинца идут с большей скоростью и меньшим расходом топлива и восстановителя. Использование кислорода в дутье позволяет сократить объем отходящих газов, соответственно и затраты на их очистку и потери тепла с газами.
Кроме основного назначения — плавления, печи такой конструкции выполняют функции сушильного и смесительного оборудования.
Отходящие от печей технологические газы имеют температуру 800-900°С, запыленность до 2000 мг м"3 и на выходе из печей попадают в вертикальные вытяжные камеры. Очистка газов осуществляется с помощью рукавных фильтров. Перед фильтрацией технологические газы смешиваются с воздухом, что приводит к понижению их температуры до 140-170°С. Особое внимание уделяется проблеме аспирирования газов, что позволяет поддерживать состояние воздуха рабочей зоны по запыленности и содержанию свинца в пределах установленных нормативов. Печи находятся в специальных укрытиях, которые позволяют локализовать и удалить пыли и газы, образующиеся в процессе проведения плавки. Очистка аспирационных газов (общий объем до 80 тыс. нм3*ч-1) производится рукавным фильтром.
Химический состав перерабатываемых материалов приводится в таблице 5.17. Технологический режим работы печей — периодический (циклический), состоит из следующих операций: загрузка шихты; сушка шихты; расплавление; отстаивание; выпуск расплава.
Продолжительность цикла зависит от вида сырья и колеблется от 3,5-4,5 ч при плавке металлической фракции до 6,5-7,5 ч при плавке десульфатированного кека.
Таблица 5.17
Химический состав перерабатываемых материалов (%масс.)

Материал

Сви
нец

Примеси

Sb

Sn

As

Си

S

Bi

Металлическая
фракция

70-95

3,0-
7,0

До
0,3

До
0,3

До
0,3

До
0,2

До
0,03

Десульфуризо- ванная паста

55-70

До
0,3

До
од

До
од

До
од

До
1,0

До
0,02

Изгарь, съемы, шламы*, крошка, шлаки, стружка

40-80

1,0-
8,0

До
2,0

До
0,3

0,1-
0,3

0,5-
3,0

До
од

Аккумуляторный лом ручной разделки

55-80

2,0-
6,0

До
0,2

До
0,2

0,2-
0,6

До
3,0

До
0,03

Съемы и дроссы** рафирирования

60-85

0,5-
15,0

0,5-
5,0

0,5-
3,0

0,5-
8,0

0,5-
8,0

0,05-
5,0

Оборотная пыль

50-80

1,0-
4,0

0,1-
1,0

0,1—
1,0

До
од

0,1-
3,0

До
0,03

Оборотные материалы собственного производства

10-80

0,1-
5,0

0,1-
1,0

0,1-
1,0

од-
0,5

0,2-
1,0

До
0,05

Примечания. * Шламы — это осадки нерастворимых металлов, оксидов и химических соединений, получающихся при растворении анода при электролизе; ** дроссы (или съемы) — твердые соединения цветных металлов, образующиеся при плавке и рафинировании, всплывающие на поверхность расплава и удаляемые механическим путем.

Таблица 5.18
Химический состав чернового металла (мае. %)

Материал

Сви-
нец

Примеси

Sb

Sn

As

Си

Ag

Bi

Черновой металл из
десульфированной
пасты

99,9-
99,5

0,4-
1,0

До
0,01

До
0,01

До 0,3

0,001-
0,002

0,010-
0,017

Черновой металл из
металлической
фракции

96,0-
97,0

2,8-
3,5

0,02-
0,07

До
0,05

0,04-
0,06

0,015-
0,003

0,015-
0,020

Черновой металл из металлической фракции и оборотных материалов собственного производства

90-
95,5

4,0-
9,0

До 0,3

До 0,1

До 0,3

До
0,05

До
0,02

Отмечается, что применяемая технология позволяет при необходимости проводить так называемый промежуточный выпуск, т. е. выпуск части расплава до момента образования жидкого шлака. При этом содержание таких элементов, как сурьма, олово, мышьяк, в полученном черновом свинце оказывается намного ниже, чем в черновом свинце, полученном в результате окончательного выпуска. Данная технологическая операция позволяет получать черновой сплав с пониженным содержанием вредных примесей и сурьмы, производить «мягкий» свинец с наименьшими затратами. Химический состав чернового металла, по данным ЗАО «МЕТКОМ Групп», приведен в таблице 5.18. 
<< | >>
Источник: Кривошеин Д. А., Дмитренко В. П, Федотова Н. В.. Основы экологической безопасности производств: Учебное пособие. 2015

Еще по теме ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫРЕЦИКЛИНГА СВИНЦА:

  1. Круговорот ртути, свинца и кадмия
  2. Токсикологическая характеристика ртути, свинца и кадмия
  3. СВИНЕЦ ИЗ ДРОССА, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ РАФИНИРОВАНИИ СВИНЦА
  4. СВИНЕЦ ИЗ СВИНЦОВОГО ЛОМА
  5. СВИНЕЦ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ТЕТРАЭТИЛСВИНЦА
  6. Методы оценки экологических факторов
  7. СУРЬМЫ ПЕНТАХЛОРИД ИЗ ОТРАБОТАННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
  8. СВИНЕЦ ИЗ КОЛОШНИКОВОЙ пыли ПРОЦЕССА РАФИНИРОВАНИЯ ЦИНКА
  9. 8.1 ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ
  10. 9.4. Цветная металлургия мира
  11. Общая характеристика хозяйства
  12. ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА
  13. АММОНИЯ СУЛЬФАТ ИЗ СТОКОВ ПРОИЗВОДСТВА АКРИЛОНИТРИЛА
  14. I. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
  15. МЕДЬ ИЗ ПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ
  16. Глава 22 Западно-Сибирский район
  17. КАДМИЙ из колошниковой пыли УСТАНОВОК для РАФИНИРОВАНИЯ ЦИНКА
  18. СВИНЕЦ ИЗ СТРЕЛЬБИЩНЫХ ПОЧВ
  19. кии
  20. Хозяйство: ведущие отрасли промышленности