1 Аналитический обзор

Потребность различных отраслей в цветных металлах все больше удовлетворяется за счет их производства из вторичного сырья. Себестоимость переработки вторичного сырья в 2 - 3 раза ниже, чем первичного.

Увеличение доли вторичного сырья в производстве цветных металлов, вовлечение в переработку ранее не используемых видов лома и отходов определяют необходимость дальнейшего развития и совершенствования способов металлургической переработки этого сырья.

Одним из важнейших направлений научно-технического прогресса является разработка безотходных, ресурсосберегающих и малоотходных технологических процессов, обеспечивающих утилизацию отходов. Широкое вовлечение вторичных ресурсов дает значительную экономию сырья, материалов, энергии. Важным аспектом проблемы комплексной переработки отходов является охрана окружающей среды.

Во всех развитых странах мира вопросу переработки вторичного сырья и различных видов производственных отходов, содержащих цветные металлы или их соединения, уделяется большое внимание, так как это позволяет решить ряд важнейших технологических, экономических и экологических задач: возвратить в сферу производственной деятельности ценные и дефицитные металлы; снизить энергетические затраты на производство цветных металлов; предотвратить или существенно сократить попадание токсичных продуктов в природную среду.

Среди цветных металлов, важнейшими в технологическом отношении являются алюминий, свинец и их сплавы. По объему промышленного производства они занимают основное место и, соответственно, вносят основной вклад в лома и отходы.

Россия продолжительное время при отсутствии своего производство использовала зарубежный алюминий. Так в 1914 г. Она потребила 2260 т алюминия, который был закуплен за рубежом .

Впервые вторичной алюминий из лома и отходов в Россия был получен в 1924 году на Московском заводе алюминиевых сплавов в объеме 420 т.

Начала систематический переработки вторичного алюминиевого сырья относится к 1928 г. И за период 1928-1932 гг. ежегодный выпуск сплавов из отходов и лома составлял 700-800 т. Однако это был низкокачественный металл и его использовали в черной металлургия в качестве раскислителя. Выход такого металла в готовую продукцию не превышал 73-75 % . Уровень технологии это периода был крайне низким ,преобладал ручной труд [1].

Производство алюминиевых сплавов из вторичного сырья включает в себя первичную подготовку сырья, проведение которой предусматривает следующие операции: сортировку, разделку, пакетирование (брикетирование), дробление, измельчение, сушку и обезжиривание, магнитную сепарацию и плавку с последующей разливкой расплава в изложницы [2].

1.1 Классификация и характеристика вторичного алюминиевого сырья

Все стадии процесса получения алюминиевых сплавов из вторичного сырья, включая его сбор и подготовку к металлургической переработке, достаточно специфичны и значительно отличаются от производства первичного алюминия. Общие понятия и определения, присущие вторичной металлургии, регламентированы стандартами и изложены ниже [1].

Металлическая основа машин и механизмов во всех отраслях промышленности не только непрерывно возрастает, но и постоянно обновляется, что связано с их физическим и моральном старением. Но основные свойство металлов сохраняются и после прекращения работы оборудования, поэтому металл многократно обращается в промышленности.

Проблема отходов производства решается в двух направлениях:

- путем снижения их выхода за счет совершенствования технологических процессов,

- путем полного и рационального использования образующихся отходов.

Возобновление обращения металла, содержащегося в отходах, имеет характер кругооборота. Металл, остающийся в отходах металлургического производства, совершает кругооборот внутри этого производства, а метало отходы, образующиеся в металлопотребляющих отраслях, возвращаются в качестве сырья в металлургическое производство.

Лом и отходы металлов подразделяют на оборотные (перерабатываемые в местах образования) и товарные, направляемые для переработки на другие предприятия. Переработка лома и отходов в местах их образования - главное направление их рационального использования. Однако объемы переработки лома и отходов в местах их формирования ограничиваются техническими и технологическими возможностями на данных предприятиях, вследствие чего образуются товарные ресурсы этого вторичного сырья, которые составляют около 30 % от общих ресурсов отходов и лома. Лом и отходы цветных металлов (в том числе алюминия) классифицируется по физическим признакам на классы, по химическому свойству - на группы и марки, по показателям качества - на сорта [3].

Большое количество видов отходов цветных металлов и разнообразие технологий их переработки как вторичного сырья определяет необходимость их четкой классификации.

С целью рационального использования вторичного сырья на лом и отходы цветных металлов установлен ГОСТ 1639-93 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Общие технические условия». В соответствии с требованиями ГОСТа определяют каждый вид сырья и осуществляют поставку его потребителям.

Вторичное сырье подразделяют по физическим признакам на классы, по химическому составу на группы, по показателям качества - на сорта. Классы в зависимости от химического состава делятся на группы. В зависимости от металла количество групп различно, каждая первая группа представляет собой технически чистый металл, каждая последняя группа - низкокачественные отходы. Каждую группу подразделяют на сорта.

Лом и отходы алюминия и его сплавов делят на четыре класса: А - лом и кусковые отходы, Б – стружка.

Лом и отходы алюминия и сплавов на его основе классов А и Б разделены на 11 групп, которые характеризуют разнообразие марок алюминиевых сплавов. Разделение лома и отходов на сорта проведено с учетом содержания в них металла, степени разделки, габаритов, массы и засоренности.

Разделка лома и отходов заключается в освобождении основного металла или сплава от засоренности, а также приведения к массе и габаритам, удобным для дальнейшей переработки.

Отнесение отходов к какой-либо классификационной группе требует опробования сырья, которое включает комплекс операций по отбору и подготовке пробы для определения засоренности, металлургического выхода и химического состава.

Под засоренностью понимают наличие в ломе и отходах механических примесей (включая влагу и масло). Механические примеси (приделки) состоят из черных и цветных металлов, землистого засора, других материалов (пластмасса, резина и т.п.). Под металлургическим выходом понимают выход цветного металла или сплава в процентах при плавке шихтовых материалов.

К первому сорту относят наиболее качественный лом и отходы, не требующие первичной подготовки для металлургической переработки. Вторичное сырье первого сорта имеет высокое содержание металла, определенную массу и габариты, не загрязнены другими металлами и сплавами. Такое сырье поставляют разделенными по маркам сплавов, а при возможности пакетирования - в пакетах, пачках, стопках.

Для отходов второго сорта допускается более высокая засоренность неметаллическими материалами, черными и цветными металлами до 10 %. Отходы второго сорта состоят из сплавов одной группы или марки.

Вторичное сырье третьего сорта характеризуется наличием приделок из черных и цветных металлов, высокой засоренностью. Это сырье требует первичной обработки и поставляется по группам сплавов.

Отходы цветных металлов, не отвечающие требованиям к сортам основных групп, но направляемых на переработку относятся к низкокачественным.

Каждая партия лома и отходов, поступающая на металлургическую переработку, сопровождается паспортом, в котором указывают наименование вторичного сырья, его класс, группу, сорт и засоренность, для нестандартных марок сплавов приводят химический состав.

Алюминий и его сплавы составляют около 50 % заготавливаемых в настоящее время лома и отходов цветных металлов.

Алюминиевые съемы и шлаки относятся к классу Г - прочие отходы алюминия и алюминиевых сплавов и составляют XII - XIII группы по ГОСТ 1639-93.

Съемами называют окисленную сверху поверхность расплавленного алюминия. К съемам относятся настыли с разливочных ковшей; пена, образующаяся при переливах алюминия. При удалении съемов с поверхности расплава неизбежно захватывается некоторое количество алюминия.

Алюминиевые съемы могут быть двух видов: кусковые и порошкообразные. Кусковые съемы содержат (45 - 80 %А1 здесь и должны считать % как массовые ) и трудно поддаются дроблению. Порошкообразные съемы более бедны по содержанию металла (10 - 20 % Аl здесь и должны считать % как массовые) и являются продуктами разложения кусковых съемов. Из-за наличия прослоек из оксидов и солей, съемы имеют пористое строение, поэтому при хранении они быстро окисляются и содержание металла в них снижается.

Алюминиевые шлаки являются конгломератом высокотемпературных образований, состоящих из смеси металла, оксидов и солей. По вещественному составу шлаки близки к съемам.

Количество металлического алюминия в шлаках колеблется 20 - 80 %, грануломе-трический состав шлаков находится в пределах от 1 мм до 1м. В зависимости от содержания металла и источника образования, шлаки на заводах ВЦМ условно делятся на привозные с содержанием алюминия до 30 - 80 %; и собственного производства: малосолевые, со-держащие 30 - 40 % алюминия и 5 - 10 % солей; солевые, с содержанием алюминия до 30 % и солей - 40 - 60 %.

Шлаки подвергают первичной обработке с целью получения алюминиевого концентрата, который затем направляют в плавильные агрегаты. Наличие в шлаках значительного количества алюминия - причина для различных способов их переработки [1].

Качество лома и отходов алюминия определяют возможность их применения взамен первичного сырья для получения готовой продукции. Наиболее эффективно использовать лом и отходы алюминия на выпуск тех марок сплавов, при обработке которых они образовались, так как в данной случае сырье уже легировано необходимыми компонентами, что минимизирует или полностью исключает применение легирующих присадок. Приготовленные в результате этого вторичные сплавы после рафинирования по качестве практически не уступают первичным. Повышения качества вторичного сырья снижает затраты на его переработку и улучшает качество приготовленных из него сплавов. Доля низкокачественного сырья в общей заготовке лома и отходов алюминия составляет около 60 %, а первых сортов - не более 10 %. При первичный переработки лома отходов алюминия специализированных предприятиях его качество повышается - удельный вес низко качественных лома и отходов, поставляемых на металлургические предприятия, снижается в 1,5 - 2 раза, а удельный вес первых сортов возрастает в 2 раза.

По согласованию с потребителем допускается сдача лома и отходов, превышающих указанные размеры.

Лом и отходы цветных металлов и сплавов одного металла, одного класса, одной группы или марки сплава не допускается смешивать с ломом и отходами цветных металлов и сплавов другого металла, другого класса, другой группы или марки видов:

- при смешивании лома и отходов одного наименования, но различных классов - партия относится к низшему классу;

- при смешивании лома и отходов одного наименования, одного класса, одной группы, но различных сортов - партия относится к низшему сорту, находящемуся в партии.

В ломе и отходах цветных металлов и сплавов всех цветных металлов, классов, групп и сортов не допускаются посторонние предметы, не относящиеся к естественной засоренности, которые физически не связаны с ломом и отходами - мусор, тряпки, дерево, бумага, строительные и упаковочные материалы [3].