122886 (Безотходная технология извлечения свинца из колошниковой пыли)

Содержание

Введение

Глава 1. Свинец и его свойства

Глава 2. Извлечение свинца из колошниковой пыли

Процесса рафинирования цинка

Глава 3. Комплексная переработка свинецсодержащих техногенных отходов медеплавильных предприятий Урала

Литература

Введение

Цветные металлы и сплавы из вторичного сырья играют важную роль в общем балансе производства и потребления цветных металлов в нашей стране: их доля по отношению к общему объему производства цветных металлов составляет около 25%. Одним из наиболее широко используемых в промышленности металлов является свинец. В настоящее время мировое производство его достигло порядка 7 млн. т в год, то есть по количеству произведенных металла и сплавов свинец находится на четвертом месте в мире после алюминия, меди и цинка.

Глава 1. Свинец и его свойства

Несмотря на ядовитость свинца, отказаться от него невозможно. Свинец дешев - вдвое дешевле алюминия, в 11 раз дешевле олова. После того как в 1859 французский физик Гастон Планте изобрел свинцовый аккумулятор, для изготовления аккумуляторных пластин с тех пор израсходовали миллионы тонн свинца; в настоящее время на эти цели уходит в ряде стран до 75% всего добываемого свинца.

Производство щелочных аккумуляторов достигло в наше время гигантских размеров, но оно не вытеснило аккумуляторы свинцовые. Последние уступают щелочным в прочности, они тяжелее, но зато дают ток большего напряжения. Так, для питания автостартера нужно пять кадмиево-никелевых аккумуляторов или три свинцовых.

Постепенно снижается применение свинца для изготовления очень ядовитого антидетонатора - тетраэтилсвинца. Способность тетраэтилсвинца улучшать качество бензина было открыто группой молодых американских инженеров в 1922; в своих поисках они руководствовались периодической таблицей элементов, планомерно приближаясь к наиболее эффективному средству. С тех пор производство тетраэтилсвинца непрерывно росло; максимум приходится на конец 1960-х, когда только в США ежегодно с выхлопами выбрасывались сотни тысяч тонн свинца - по килограмму на каждого жителя. В последние годы применение этилированного бензина запрещено во многих регионах, и его производство снижается.

Мягкий и пластичный свинец, не ржавеющий в присутствии влаги, - незаменимый материал для изготовления оболочек электрических кабелей; на эти цели в мире расходуется до 20% свинца. Малоактивный свинец используют для изготовления кислотоупорной аппаратуры для химической промышленности, например, для облицовки реакторов, в которых получают соляную и серную кислоты. Тяжелый свинец хорошо задерживает губительные для человека излучения и потому свинцовые экраны используются для защиты работников рентгеновских кабинетов, в свинцовых контейнерах хранят и перевозят радиоактивные препараты. Свинец содержат также подшипниковые сплавы баббиты, "мягкие" припои (самый известный - "третник" - сплав свинца с оловом).

В строительстве свинец используют для уплотнения швов и создания сейсмостойких фундаментов. В военной технике - для изготовления шрапнели и сердечников пуль. Любая добавка к свинцу увеличивает его твердость, но количественно влияние добавок неравноценно. В свинец, идущий на изготовление шрапнели, добавляют до 12% сурьмы, а в свинец ружейной дроби - не более 1% мышьяка. Без инициирующих взрывчатых веществ ни одно скорострельное оружие действовать не будет. Среди веществ этого класса преобладают соли тяжелых металлов. Используют, в частности, азид свинца PbN₆.

Свинец был одним из первых металлов, переведенных в состояние сверхпроводимости. Кстати, температура, ниже которой этот металл приобретает способность пропускать электрический ток без малейшего сопротивления, довольно высока - 7,17°K. (Для сравнения укажем, что у олова она равна 3,72, у цинка - 0,82, у титана - всего 0,4°K). Из свинца была сделана обмотка первого сверхпроводящего трансформатора, построенного в 1961 г.

Свинец используется в производстве пигментов (таких, как сурик, белила), в производстве хрусталя, для строительства сейсмостойких фундаментов. Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Теллурид свинца широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо- э. д. с 350 мкВ/К). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжелой жидкости (плотность 2,6) используемой во флотационном обогащении руд, так же он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а так же совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока. Висмутат свинца, сульфид свинца, йодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца в качестве катодного материала в резервных источниках тока. Теллурид свинца самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников.

Глава 2. Извлечение свинца из колошниковой пыли

Процесс рафинирования цинка

Процесс предназначен для обработки свинецсодержащих остатков, получающихся при выщелачивании конверторной и другой пыли, образующейся при пирометаллургическом производстве меди, разбавленным раствором серной кислоты. Этот процесс может быть также использован для обработки остатков, образующихся в процессе электролитического производства цинка при выщелачивании твердых ферритов цинка, меди и кадмия горячей серной кислотой.

Процесс предназначен для обработки остатков, содержащих свинец в относительно низких концентрациях и главным образом в виде сульфата свинца. Преимуществами процесса является то, что он не требует предварительного спекания материала и может осуществляться непрерывно. Основными продуктами являются высокочистый свинцовый веркблей с высоким содержанием свинца, серебра и золота, а также шлак, содержащий все остальные компоненты исходного остатка за исключением серы. Этот шлак является инертным и после охлаждения может быть легко удален, не причиняя вреда окружающей среде.

В ходе процесса происходит выделение газов, основными компонентами которых являются оксиды углерода и серы. Эти газы подвергают обычным процедурам улавливания пыли и дыма, а также удаления оксидов серы.

Процесс проводят в электрической печи, электроды которой частично погружены в шлаковую фазу. Целесообразно использовать печи Херо (Heroult) с тремя или более электродами. Скорость подачи сырья и подаваемая мощность выбираются таким образом, чтобы температура расплавленного шлака составляла 1000 - 1500 "С, предпочтительно 1100-1350 °С.

Извлечение оксида свинца из колошниковой пыли

Процесс предназначен для брикетирования пыли, образующейся в сталеплавильном и литейном производстве и содержащей оксиды цинка и (или) свинца, а также оксиды железа. Брикетирование проводят при добавлении углеродсодержащего связующего вещества и такого количества углерода, которого достаточно для восстановления по крайней мере оксидов свинца и цинка до металлов.

Брикеты подвергают действию кислородсодержащего газа при температуре 175-315 "С, в результате чего происходит селективное окисление связующего вещества и брикеты становятся прочными. После этого их нагревают при температуре 980-1370 °С для восстановления соединений цинка и свинца и испарения получаемых при этом металлов, которые затем окисляют в газовой фазе до РЬО и ZnO. Оксиды свинца и цинка отделяют от отходящих газов в пылесборнике, а брикеты, содержащие железо, охлаждают в отсутствие кислорода после чего используют для загрузки в сталеплавильные печи.

При плавлении свинцового лома, например получаемого из аккумуляторов, в металлургических печах для выделения свинца и других компонентов в качестве побочного продукта образуется пыль, содержащая металлы. Эта так называемая колошниковая пыль выносится горячими отходящими газами и после охлаждения собирается в электрофильтрах, мешочных фильтрах или других устройствах и возвращается в металлургическую печь или направляется на выделение содержащихся в ней металлов.

В состав пыли входит главным образом оксид свинца, а также небольшие количества оксидов других металлов, присутствовавших в исходном сырье в качестве компонентов сплавов или в виде примесей. В пыли содержатся также и другие химические соединения металлов, в частности хлориды, сульфиды и сульфаты. При плавлении и восстановлении колошниковой пыли в металлургической печи как таковой или в смеси с другими материалами снова происходит унос части пыли с отходящими газами. В результате испарения и последующей конденсации соединений металлов происходит образование новых количеств пыли.

Даже при добавлении к сырью, загружаемому в печь, восстановителей и флюсов достигается лишь частичное восстановление возвращаемой колошниковой пыли. В ходе проведения процесса количество циркулирующей колошниковой пыли будет постоянно возрастать. Одновременно с этим происходят неблагоприятные изменения в ее составе, поскольку увеличивается содержание трудно восстанавливаемых хлоридов, сульфидов и сульфатов и уменьшается доля оксидов, т.е. происходит уменьшение содержания металла.

Процесс позволяет устранить указанные недостатки и получить материал пригодный для обработки в металлургических печах. При этом достигается значительное, увеличение выхода металла по сравнению с известным методом.

Согласно этому процессу колошниковую пыль плавят при относительно низкой температуре, при которой практически не происходит восстановления. Образующийся при этом шлак охлаждают до затвердевания. Для повышения эффективности процесса в сырье вводят добавки, такие как флюсы, повышающие температуру плавления и восстановитель, содержащий железо.

Схема аппарата для проведения процесса представлена на рис.1. Пыль 2, содержащая свинец, собирается в газоочистном сепараторе 1 и подается в плавильную печь 7 транспортером 3, например шнековым транспортером. В пыль могут быть введены добавки 4, такие как карбонат натрия или бура. Они подаются на транспортер 3 дозирующим устройством 5 в количествах, пропорциональных количеству пыли, подаваемой транспортером 3 в каждый момент времени. В этом случае транспортер выполняет также роль смесителя для пыли и добавок. Образующаяся при этом смесь 6 подается на наклонное рабочее пространство плавильной печи 7, где она нагревается пламенем 9 горелки 18, находящейся напротив рабочего пространства.

Расплавленная масса 10 стекает по поверхности 8 к выходному отверстию 17, через которое также могут быть введены добавки 16, например мелкие гранулы железосодержащего материала, дозируемые устройством 15 таким же образом, как и в случае дозатора 5. Образующийся шлак 13 стекает в сборник, где он нагревается горелкой 12 при постоянном перемешивании мешалкой 14. После заполнения сборника 11 мешалку 14 удаляют и содержимое сборника переливают в другую емкость, либо заменяют его пустым сборником. В любом случае шлак 13 охлаждают и после затвердевания возвращают в металлургическую плaвильную печь.

Глава 3. Комплексная переработка свинецсодержащих техногенных отходов медеплавильных предприятий Урала

Сложившаяся экономическая ситуация вынуждает медеплавильные предприятия отказываться от переработки техногенных отходов (шлаков, пылей, кеков и т.п.). Свинец - и цинксодержащие твердые отходы в значительных количествах скапливаются на территории заводов, в так называемых “временных” отвалах, а зачастую складируются на площадках предприятий. Попытки реализовать свинецсодержащие промпродукты наталкиваются на трудности, связанные с занижением цен со стороны свинцовых предприятий-монополистов, проблемами подготовки и транспортировки промпродуктов, экологическими и другими ограничениями.

Россия осталась без заводов по производству первичного свинца, последний используется в электротехнической, химической, атомной промышленности, при производстве автомобильных аккумуляторов и топливных антидетонаторов. Отставание горнорудной базы свинца и потребность значительных капитальных вложений сдерживают строительство крупного предприятия по добыче и производству первичного свинца [1].