книги из ГПНТБ / Чупахин, В. М. Производство жестяной консервной тары учебник

растворе каустической соды при той же температуре с последую­ щей промывкой горячей водой.

Х и м и ч е с к о е р а с т в о р е н и е о л о в а и е г о э л е к ­ т р о л и з . Электролитная ванна (рис. 233) состоит из двух отсе­ ков. соединенных между собой двойным дном. В правом отсеке устанавливают корзины с промытыми и обезжиренными отхода­ ми жести, а в левом отсеке закрепляют катоды. Электролитом для снятия олова является 5%-ный раствор едкого натра с по­ стоянным содержанием 2,5% окислителя — метанитробензойной кислоты.

Электролит приготовляют следующим образом. В наполнен­ ные водой электролитные ванны загружают кусками по 1,5—2 кг твердую техническую каустическую соду из расчета 50 кг на 1000 л воды. Перед окончанием растворения раствор подогрева­ ют до 80—85° С, затем загружают в него окислитель в количест­ ве 25 кг на 1000 л и смесь перемешивают до однородной концен­ траций. Перемешивание производится центробежным насосом. При загрузке скрапа в ванну насос выключают, а затем снова включают для обеспечения непрерывной циркуляции электроли­ та. Срок действия электролита 6—7 месяцев.

При химическом растворении олова в растворе каустической соды и окислителя электролитные ванны не следует преждевре­ менно включать в электрическую сеть. К моменту включения ванн в электрическую сеть в электролите должно содержаться не менее 20 г олова на 1 л раствора.

При растворении едкого натра и окислителя происходит сле­ дующая химическая реакция:

C6H4N02COOH + Na0H^C6H4N02C00Na + Н20.

Станнат натрия образуется в результате химического взаимо­ действия едкого натра и окислителя с оловом:

C0H4COONaN

II

2Sn+2Q H4NOaCOONa+ 4Na0H^2Na2Sn03+ C6H4C00NaN+2H20.

Содержание олова в электролите постепенно повышается до указанного, т. е. до 20 г/л, тогда ванну включают в сеть посто­ янного тока. При электролизе напряжение тока на клеммах ванн 2,5—3 В при плотности тока 185—200 А на 1 м2 площади катода. Образование олова на катоде и восстановление окисли­ теля протекают в виде следующей реакции (обратной преды­ дущей) :

C6H4COONaN

II

2Na2Sn03+C6H4C00NaN+2H20^:2Sn+2CeH4N02C00Na+4Na0H.

Во время электролиза необходимо поддерживать постоянную циркуляцию электролита с таким расчетом, чтобы полная его смена происходила в ваннах не менее 5—6 раз в час. Аноды и ка­

410

тоды в электролитных ваннах необходимо располагать на рас­ стоянии 65—70 мм один от другого.

Процесс снятия олова продолжается 60—70 мин при темпе­ ратуре электролита 75—85° С. По окончании электролиза на скрапе не должно оставаться более 0,04% олова. Для оконча­ тельного снятия олова с отходов последние перегружаются элек­ тротельфером из электролитных ванн в другую ванну с таким же раствором, имеющим такую же температуру. После этого скрап промывают в ванне с холодной водой с целью улавливания

ли толщиной 2—3 мм и установленный на стойках 2. Внутри каркаса расположена ванна 3, также изготовленная из листовой стали. Ванна покрыта слоем асбеста 4, поверх которого намо­ тана хромоникелевая проволока 5. Между этой проволокой и внутренними стенками каркаса 1 также проложена асбестовая прокладка 6. Для слива из ванны жидкого олова имеется пат­ рубок 7. Мощность печи 4,0 кВт при напряжении 220 В.

Олово плавят в печи следующим образом. Разрезанный на две части катод загружают в ванну, предварительно нагретую до 300—320° С. Чтобы предохранить олово от окисления и угара, в ванну добавляют канифоль, которая в процессе плавки нахо­ дится на поверхности расплавленного олова. Расплавленное оло­ во периодически сливают из ванны через патрубок 7, для чего печь наклоняют. Розлив олова производится в предварительно подогретые формы, которые вмещают до 25 кг металла. Качест­ во олова контролируют в лаборатории.

П р о и з в о д с т в е н н ы й к о н т р о л ь . В процессе работы установки техническому анализу подвергают материалы, приме­

411

няемые растворы и обработанный скрап. Вновь приготовленный электролит перед эксплуатацией проверяют на содержание оло­ ва и щелочи. В процессе работы электролит проверяют по тем же признакам один раз в сутки. При этом свободного едкого нат­ ра должно быть не больше 15 г/л при содержании олова 20— 30 г/л.

Общее содержание олова определяют следующим образом. В эрленмейеровскую колбу емкостью 400 мл наливают 10 мл электролита, прибавляют 20 мл концентрированной соляной кислоты, 50 м-л воды и 0,5 г алюминиевой стружки. Колбу закры­ вают и раствор кипятят до полного растворения выделяющегося слова. Затем в колбу загружают несколько кусочков мрамора, раствор охлаждают и титруют 0,1 н. раствором йода в присут­ ствии крахмала до получения синего окрашивания. Содержание олова (в г/л) определяют по следующей формуле:

AN-59,35

(Х -1 )

где А — количество раствора йода, пошедшего на титрование, мл; N — коэффициент нормальности раствора йода;

В — количество электролита, взятого для анализа, мл.

Количество метанитробензойнокислого натрия в электролите соответствует общему содержанию в нем олова, так как 1 г кис­ лоты в щелочном растворе растворяет 1 г олова с отходов белой жести.

РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ И РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

При электрохимическом эквиваленте четырехвалентного оло­ ва С = 1,107 г/(А-ч) для выделения из щелочного электролита 1370 г олова в час и при использовании силы тока на 65% потре­ буется следующая сила тока:

Одновременно работают две электролитные ванны, соединен­ ные параллельно, поэтому сила тока, приходящаяся на одну ванну

1900

/ i = ----- = 950 А.

2

Так как напряжение на клеммах генератора составляет 3 В, то мощность генератора

N = 1 900-3 = 5 700 Вт да 6 кВт.

412

Э л е к т р о л и т н а я в а н н а . В корзину емкостью 0,6 м3 вмещается 100 кг отходов жести. Продолжительность загрузки и разгрузки одной корзины составляет 20 мин, а общая продол­ жительность одного цикла снятия олова равна примерно 2 ч Для переработки 2200 кг отходов жести в сутки число циклов

Таким образом, необходимо установить две электролитные ванны. При габаритах ванн 1200X1200X1000 мм для заполнения ванн потребуется около 3 м3 электролита. На такое количество электролита должен быть рассчитан бак для слива электролита. Ванны указанного размера устанавливают также для промывки отходов жести перед обработкой и после обработки в электро­ литной ванне.

Р а с х о д э л е к т р о э н е р г и и . На электролиз 1 т олова потребность в электроэнергии (в А-ч) определится по формуле

Расход электроэнергии для получения с помощью электроли­ за 1 т олова

903 000-3

= 4170 кВт-ч.

0,65-1000

Для обеспечения непрерывной циркуляции электролита уста­ новлены две мешалки с электродвигателями по 0,2 кВт. Расход электроэнергии для привода мешалок при выработке 1 т олова

413

где 0,5 — мощность электродвигателя, кВт; 4 — продолжительность работы тельфера в течение суток, ч.

Расход электроэнергии на непрерывную работу вытяжного вентилятора

Ц74 = 0,5-24-1000 = 364 кВт-ч,

33

где 0,5 — мощность электропривода, кВт.

Расход электроэнергии (в кВт-ч) на расплавление 1 т олова можно определить по следующей формуле:

гдеМ0— масса олова, кг;

t„— температура плавления олова; tu = 232° С; t — начальная температура олова; <=10° С;

Со— удельная теплоемкость олова; с= 0,234 кДж/(кг-К); г — скрытая теплота плавления олова; г= 60,3 кДж/кг;

Т] — к. п. д. печи; п = 0,5.

После подстановки числовых данных получим

Расход электроэнергии на привод пропеллерных мешалок двух промывных ванн, работающих по 2 ч в сутки, при производ­ стве 1 т олова

0, 2 - 2 , 2-1000

= 24 кВт/ч.

33

где 0,2 — мощность электродвигателя мешалок, кВт.

Общий расход электроэнергии для получения 1 т олова

W = 4 170 + 290 + 61 + 364 + 63 + 24 = 4972 кВт-ч.

Нагревательный элемент изготовлен из нихромовой проволо­ ки диаметром 2 мм. Сопротивление этой проволоки

Длину проволоки рассчитываем по следующей формуле:

Р1,1

где s — площадь сечения проволоки; s = 3,14 мм2;

Р— удельное сопротивление нихромовой проволоки; р= 1,1 Ом-ммг/м.

414

Количество тепла, выделяемого нагревательным элементом печи в час

где числовые значения указанных величин те же, что в форму­ ле (X—4).

Печь, выполненная по данному расчету, обеспечит расплав­ ление 33 кг олова, получаемого в электролитном цехе за сутки, примерно за 30 мин.

Для производства 1 т олова на данной установке в среднем расходуется:

2. АВТОКЛАВНЫЙ СПОСОБ П. И. ГУБЕНКО И М. К. ГУБЕНКО .

На рис. 235 показано расположение оборудования и общая ком­ муникация электролитного цеха для обработки 2—2,3 т скрапа

всутки с получением 30—33 кг металлического олова.

Вкомплект оборудования данного цеха входят низковольт­

ный генератор 1 постоянного тока типа ЯЗМЗ (6 кВт, 6/12 В,

Рис. 235. Расположение оборудования в электролитном цехе.

415

1000/500 А), две ванны 2 для электролита, бак 3 для промывки отходов до их обработки, автоклав двухкорзиночный 4, бак 5 для промывки обработанного скрапа, фильтр 6, центробежный на­ сос 7 производительностью 6 м3/ч в комплекте с электродвига­ телем 8 мощностью 1 кВт, сборный бак 9. Дополнительно для оснащения такого цеха требуется монорельс с ручным тельфером

1060 мм и длина 760 мм. Рабочая емкость ванны 0,5 м3. Ванна сплошными перегородками 12 разделена на пять отсеков. Сна­ ружи она покрыта асбестовой теплоизоляцией. Катодные ши­ ны 10 расположены на деревянных прямоугольных брусьях, уло­ женных на ваннах. Каждая катодная шина снабжена пятью зажимами 11, в которые вставляются кронштейны катодов. В каж­ дой ванне устанавливают по пять катодов, представляющих со­ бой стальные листы толщиной 0,5 мм. Площадь каждого из них с двух сторон равна 1 м2.

Ширина катода 600 мм, высота 1000 мм. Как видно из рисун­ ка, минусовую шину генератора подключают к шинам катодных пластин, а плюсовую — к электролитным ваннам. Электролит из автоклава 4 подается в ванну 2 по трубопроводу 13 через кол­ лектор, расположенный в верхней части ванны.

По трубопроводу 14 через коллектор, расположенный в зоне днища ванны, электролит подается в автоклав центробежным на­ сосом 7. Таким образом, центробежный насос обеспечивает не­ прерывную циркуляцию электролита в обеих ваннах. При очист­ ке ванн электролит из них выкачивают центробежным насосом по вспомогательной трубопроводной коммуникации в сборный бак 9 емкостью 1 м3, из которого также с помощью насоса элек­ тролит подают в ванны после их очистки. Бак 3, предназначен­ ный для промывки скрапа перед загрузкой в автоклав, и бак 5, предназначенный для промывки обработанного скрапа, изготов­ лены из листовой стали толщиной 5 мм. Длина ванны 1120 мм, ширина 1120 мм и высота 1000 мм. Емкость каждой ванны 1,1 м3. Для подогрева воды бак 3 снабжен паровым глухим змее­ виком 15. Снаружи бак покрыт асбестовой теплоизоляцией.

Автоклав 4 стандартного размера: диаметр 1000 мм, высота 1500 мм. Диаметр корзины 900 мм, высота 1100 мм.

Для фильтрации электролита имеется фильтр 6, представ­ ляющий собой герметический вертикальный цилиндр диаметром 200 мм и высотой 600 мм. Фильтрующей средой являются сталь­ ные стружки.

Работа в электролитном цехе протекает в следующей после­ довательности: отходы сортируют, взвешивают и обезжиривают; в автоклавах химическим путем растворяют олово; отходы пос­

416

ле снятия с них олова промывают; металлическое олово из рас­ твора электролита осаждают на катодах в электролитных ван­ нах; выплавляют олово с катодных пластин.

Рассортированный скрап вручную загружают в автоклавные корзины. Отходы белой жести, крышки консервных банок сле­ дует загружать в корзины возможно менее плотно, чтобы обес­ печить нормальную циркуляцию электролита при обработке скрапа в автоклаве. Поэтому в автоклавную корзину диаметром 900 мм, высотой 1100 мм загружают не более ПО кг скрапа.

Корзину, загруженную скрапом, с помощью электротельфера подают в бак 3. В течение 1 мин скрап обезжиривается, после чего тельфером по монорельсу его подают в автоклав 4.

Х и м и ч е с к о е р а с т в о р е н и е о л о в а и е г о э л е к т ­ р о л и з . Электролитом для снятия олова с отходов белой же­ сти служит 5%-ный раствор едкого натра с постоянным содер­ жанием в воде 2,5% окислителя (ж-нитробензойная кислота).

При загрузке корзин со скрапом в автоклав необходимо вы­ ключить центробежный насос. После загрузки скрапа автоклав закрывают и включают насос, который обеспечивает непрерыв­ ную циркуляцию электролита в ваннах и автоклаве. При хими­ ческом растворении олова в растворе каустической соды в при­ сутствии окислителя электролитные ванны не следует включать

вэлектрическую сеть. Содержание олова в электролите к мо­ менту включения ванн в сеть постоянного тока должно быть не менее 20—30 г на 1 л раствора.

Осаждение металлического олова из электролита происходит

вдвух ваннах 2 (см. рис. 235), соединенных между собой после­ довательно. Олово осаждается на подвешенных катодах, изго­ товленных из листов жести. Нерастворимыми анодами служат перегородки 12, приваренные к корпусам ванн. Таким образом, корпус электролитной ванны служит нерастворимым анодом. Электролиз следует вести при напряжении на клеммах ванн 3,5—4,5 В при плотности тока 200—500 А на 1 м2 площади ка­ тода. Оптимальная температура при растворении олова в элек­

в час. Расстояние между анодами и катодами в электролитных ваннах 65—70 мм, расстояние между стенками, дном ванны и катодами около 100 мм. Ванны следует заполнять электроли­ том на 125 мм ниже их верхнего края. При утолщении катодов за счет осаждения олова на 30—40 мм их вынимают из электро­ литных ванн, на их место устанавливают другие и процесс про­ должается.

По окончании электролиза автоклавную корзину со скрапом вынимают тельфером и по монорельсу подают в бак 5 для про­ мывки в чистой воде. После промывки скрап направляют из це­ ха для дальнейшего использования по назначению. Содержание олова на обработанном скрапе не должно быть более 0,03—

Для компенсации потерь раствора при разгрузке скрапа и в результате испарения электролита необходимо добавлять воду, остающуюся после промывки обработанного скрапа. Не реже одного раза в неделю в электролитные ванны необходимо добав­ лять каустическую соду, количество которой определяют хими­ ческим анализом. Плавку олова с катодов с добавлением олова производят в электропечи.

3. НЕПРЕРЫВНО ДЕЙСТВУЮЩАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СНЯТИЯ ОЛОВА С ОТХОДОВ БЕЛОЙ ЖЕСТИ

Такая установка (рис. 236) впервые создана в 1961 г. на Астра­ ханском рыбокомбинате (автор установки П. И. Губенко).

Вторичное олово в виде плотного металла получают на этой установке следующим образом. Отходы жести, предварительно

Рис. 236. Схема непрерывно действующей установки для получения олова из отходов белой жести.

рассортированные, захватываются электромагнитом 2 и с по­ мощью электротельфера 11 загружаются в. бункер 1. Цепной транспортер 3 непрерывно подает отходы из бункера в ванну 4, в которой отходы обезжириваются и с них снимается лаковая пленка. В ванне находится непрерывно циркулирующий раствор каустика (см. разрез ВВ).

Из ванны 4 отходы жести транспортером передаются в ван­ ну 5 с горячей водой. Производительность ванн 4 и 5 составля­ ет 240 кг/ч. Из ванны 5 промытые отходы поступают в электро­ литную ванну 6, состоящую из двух отсеков, соединенных меж­ ду собой двойным дном (см. разрез АА). В одном отсеке олово снимается с отходов, а в другом — осаждается на катодах.

В выемке боковой стенки электролитной ванны установлена пропеллерная мешалка, обеспечивающая циркуляцию электро­ лита между двумя отсеками. Второй отсек перегорожен по ши­

418

рине нерастворяемыми стальными анодами, установленными на расстоянии 130 мм один от другого. Между анодами подвешива­ ют катоды из листового олова или из жести. Осаждение олова и регенерация окислителя происходят под действием постоян­ ного тока. На катоде осаждается плотный слой олова, а на ано­ дах выделяется кислород.

Для полного снятия олова отходы жести после электролит­ ной ванны подаются в ванну 7 со свежим раствором каустиче­ ской соды и метанитробензойной кислоты. Раствор, получаемый в ванне 7, насыщен оловом и используется для обновления рас­ твора электролитной ванны. После окончательного снятия олова отходы поступают в ванну 8 с холодной водой для улавливания электролита. Промывная вода используется для пополнения ванн 6 и 7. Во всех ваннах (кроме ванны 8) раствор подогрева­ ют при помощи паровых змеевиков. Из ванны 8 отходы жести подаются в бункер 9, где они прессуются в брикеты прессом Ю\ после этого тельфером 11 отходы жести подаются на весы и за­ тем удаляются из цеха. Через 20—30 дней работы установки ка­ тоды с осажденным оловом 14 вынимают из ванн и направляют на переплавку в электропечь 12. Олово, расплавленное при тем­

27*