Металлургическая переработка отходов производства и потребления
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
Навоийский государственный горно-технологический университет
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ
Пособие
Минск
БНТУ
2 0 2 4
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
Навоийский государственный горно-технологический университет
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ
Пособие для студентов и магистрантов учреждений высшего образования
по металлургическим специальностям
Рекомендовано учебно-методическим объединением высших учебных заведений Республики Беларусь по образованию в области металлургического оборудования и технологий
Минск
БНТУ
2024
1
УДК 669.054.8(075.8) ББК 65.304.12я7
М54
А в т о р ы:
А. Х. Хурсанов, А. С. Хасанов, Б. М. Неменёнок, Г. В. Довнар, Б. Р. Вохидов, А. А. Саидахмедов
Р е ц е н з е н т ы:
кафедра «Металлургия и технологии обработки материалов» Гомельского государственного технического университета
им. П. О. Сухого (зав. кафедрой, канд. техн. наук, доцент Ю. Л. Бабарикин); директор Центра «Научно-технологический парк БГТУ»,
доктор техн. наук А. С. Калиниченко
Металлургическая переработка отходов производства и поМ54 требления : пособие для студентов и магистрантов учреждений высшего образования по металлургическим специальностям / А. Х. Хурсанов [и др.]; под ред. Б. М. Неменёнка. – Минск : БНТУ, 2024. –
407 с.
ISBN 978-985-583-979-9.
В пособии рассмотрены вопросы современного состояния вторичной металлургии. Приведены источники образования лома и отходов сплавов черных и цветных металлов, современное оборудование и технологии их переработки. Особое внимание уделено безотходным технологиям рециклинга и переработки отходов, содержащих цветные металлы. Показана перспективность металлургической переработки отходов с извлечением драгоценных металлов платиновой группы. Рассмотрена минерально-сырьевая база платиновых металлов Узбекистана и проведен анализ техногенных отходов, содержащих металлы платиновой группы. Приведен обзор технологий извлечения платины, палладия, осмия, ирридия, родия и рутения из техногенных отходов и шламов.
УДК 669.054.8(075.8) ББК 65.304.12я7
ISBN 978-985-583-979-9 |
© Белорусский национальный |
|
технический университет, 2024 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ..................................................................................... |
7 |
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ...................................... |
10 |
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВТОРИЧНОЙ |
|
МЕТАЛЛУРГИИ. РЕСУРСЫ ВТОРИЧНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ. |
|
МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ФОНД И КРУГООБОРОТ МЕТАЛЛА.......... |
11 |
1.1. Современное состояние вторичной металлургии .................. |
11 |
1.2. Источники образования, классификация и характеристика |
|
вторичного сырья............................................................................. |
14 |
1.3. Лом и отходы железа и его сплавов. |
|
Основные термины и определения................................................. |
23 |
1.4. Классификация и обозначение лома и отходов |
|
черных металлов .............................................................................. |
27 |
ГЛАВА 2. ПРОИЗВОДСТВО ВТОРИЧНОГО ЛОМА |
|
И ОТХОДОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ............................................. |
30 |
2.1. Лом и отходы алюминия и его сплавов. Классификация |
|
и характеристика.............................................................................. |
30 |
2.2. Инновационные технологии в переработке окисленных |
|
отходов алюминия ........................................................................... |
33 |
2.3. Лом и отходы свинца и меди. Классификация |
|
и характеристика.............................................................................. |
39 |
2.4. Рециклинг оловянно-свинцовой изгари.................................. |
43 |
2.5. Организация сбора лома и отходов. Визуальная, |
|
химическая и инструментальная сортировка................................ |
56 |
2.6. Сортировка по крупности, магнитной восприимчивости |
|
и плотности ...................................................................................... |
60 |
2.7. Разделка лома: резка, дробление и измельчение. |
|
Пакетирование и брикетирование.................................................. |
66 |
2.8. Переработка стружки: дробление, обезвоживание. |
|
Переработка кабельного лома: механическая разделка, |
|
безокислительный обжиг ................................................................ |
70 |
2.9. Химические способы удаления изоляции. |
|
Электрическая сепарация. Криогенный способ |
|
переработки кабельного лома ........................................................ |
74 |
3
ГЛАВА 3. ПРОИЗВОДСТВО СПЛАВОВ ИЗ ЛОМА |
|
И ОТХОДОВ ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ........................ |
80 |
3.1. Производство вторичного алюминия и его сплавов. |
|
Требования, предъявляемые к сырью............................................ |
80 |
3.2. Производство вторичного железа и его сплавов. |
|
Требования, предъявляемые к сырью............................................ |
86 |
3.3. Производство вторичной меди и ее сплавов. |
|
Требования, предъявляемые к сырью............................................ |
88 |
3.4. Производство вторичного свинца и его сплавов. |
|
Требования, предъявляемые к сырью.......................................... |
100 |
3.5. Производство вторичного цинка и его сплавов. |
|
Требования, предъявляемые к сырью.......................................... |
106 |
3.6. Извлечение благородных металлов из лома и отходов. |
|
Требования, предъявляемые к сырью.......................................... |
112 |
ГЛАВА 4. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВТОРИЧНОЙ |
|
МЕТАЛЛУРГИИ И ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ |
|
БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ |
|
ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ ..................................................................... |
139 |
4.1. Сбор и подготовка вторичного сырья к переработке.......... |
139 |
4.2. Экологические требования к переработке |
|
вторичного сырья .......................................................................... |
144 |
Глава 5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДРАГОЦЕННЫХ |
|
ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛАХ .......................................................... |
153 |
5.1. Минерально-сырьевая база платиновых металлов |
|
Узбекистана.................................................................................... |
156 |
5.2. Анализ техногенных отходов, содержащих металлы |
|
платиновой группы........................................................................ |
172 |
ГЛАВА 6. ПЛАТИНА (Pt) ................................................................. |
183 |
6.1. Историческая справка платины. Значение в технике |
|
и области применения................................................................... |
183 |
6.2. Физико-химические свойства платины ................................ |
192 |
6.3. Платиновые сплавы................................................................ |
202 |
6.4. Минерально-сырьевая база платины .................................... |
205 |
6.5. Извлечение платины из сульфидных |
|
медно-никелевых руд.................................................................... |
214 |
4
6.6. Формы нахождения платиновых металлов в шламах ......... |
216 |
6.7. Переработка платиносодержащих шламов .......................... |
217 |
6.8. Переработка вторичного платиносодержащего сырья ....... |
228 |
6.9. Аффинаж платины.................................................................. |
236 |
ГЛАВА 7. ПАЛЛАДИЙ (Pd) ............................................................. |
249 |
7.1. Историческая справка палладия. Значение в технике |
|
и области применения................................................................... |
249 |
7.2. Химические свойства палладия ............................................ |
254 |
7.3. Палладиевые сплавы .............................................................. |
257 |
7.4. Минерально-сырьевая база палладия ................................... |
261 |
7.5. Извлечение палладия из сульфидных |
|
медно-никелевых руд.................................................................... |
269 |
7.6. Методы извлечения палладия из отработанных |
|
электролитов .................................................................................. |
279 |
7.7. Разработка технологии извлечения аффинированного |
|
палладиевого порошка из отработанного электролита |
|
в условиях АО «АГМК» ............................................................... |
284 |
ГЛАВА 8. ОСМИЙ (Os)..................................................................... |
316 |
8.1. Историческая справка осмия. Значение в технике |
|
и области применения................................................................... |
316 |
8.2. Химические и физические свойства осмия.......................... |
317 |
8.3. Осмиевые сплавы ................................................................... |
319 |
8.4. Минерально-сырьевая база осмия ........................................ |
321 |
8.5. Извлечение осмия из сульфидных |
|
медно-никелевых руд.................................................................... |
326 |
8.6. Переработка осмийсодержащих шламов ............................. |
328 |
8.7. Переработка никелевых концентратов |
|
для извлечения осмия ................................................................... |
329 |
8.8. Аффинаж осмия...................................................................... |
332 |
ГЛАВА 9. ИРИДИЙ (Ir)..................................................................... |
334 |
9.1. Историческая справка иридия. Значение в технике |
|
и области применения................................................................... |
334 |
9.2. Физико-химические свойства иридия .................................. |
341 |
9.3. Иридиевые сплавы ................................................................. |
345 |
9.4. Минерально-сырьевая база иридия ...................................... |
347 |
5
9.5. Извлечение иридия из отходов медно-никелевого |
|
производства.................................................................................. |
349 |
9.6. Переработка вторичного иридийсодержащего сырья ........ |
357 |
9.7. Аффинаж иридия.................................................................... |
361 |
ГЛАВА 10. РОДИЙ (Rh).................................................................... |
367 |
10.1. Историческая справка родия. Значение в технике |
|
и области применения................................................................... |
367 |
10.2. Физико-химические свойства родия .................................. |
371 |
10.3. Родиевые сплавы .................................................................. |
373 |
10.4. Минерально-сырьевая база родия и извлечение его |
|
из сульфидных медно-никелевых руд......................................... |
374 |
10.5. Переработка родийсодержащих шламов и отходов.......... |
378 |
10.6. Аффинаж родия.................................................................... |
382 |
ГЛАВА 11. РУТЕНИЙ (Ru)............................................................... |
388 |
11.1. Историческая справка рутения. Значение в технике |
|
и области применения................................................................... |
388 |
11.2. Физико-химические свойства рутения............................... |
392 |
11.3. Минерально-сырьевая база рутения................................... |
394 |
11.4. Извлечение рутения из сульфидных |
|
медно-никелевых руд и шламов .................................................. |
396 |
11.5. Аффинаж рутения ................................................................ |
400 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ......................... |
403 |
6
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одним из главных направлений решения сложных проблем вторичной металлургии является переработка лома и отходов с максимальным извлечением цветных и черных металлов, их легирующих компонентов, а также полимерных и других материалов. Это может быть достигнуто за счет повышения качества заготавливаемого вторичного сырья, металлургической переработки техногенных отходов производства, совершенствования существующих технологий и внедрения новых схем металлургической переработки.
Курсы «Металлургическая переработка отходов производства
ипотребления» и «Рециклинг металлов» считаются одними из необходимых предметов для студентов, обучающихся по направлению «Металлургия» и специальности «Высокотемпературная обработка металлов».
Вкурсе «Металлургическая переработка отходов производства
ипотребления» рассматриваются источники образования, классификация и характеристика вторичного сырья, его дальнейшая переработка. Дается представление о ломе и отходах черных и цветных металлов, организации их сбора и первичной обработке, экологических проблемах при переработке вторичного сырья и перспективах развития вторичной металлургии черных и цветных металлов. Курс «Металлургическая переработка отходов производства и потребления» базируется на ранее пройденных курсах «Введение в специальность», «Основы вторичной металлургии» и является хорошим основанием для усвоения таких последующих дисциплин, как «Металлургия тяжелых цветных металлов», «Теория пирометаллургических процессов», «Научно-технические основы технологий переработки техногенных отходов», «Производство отливок из сплавов на основе железа», «Производство отливок из сплавов цветных металлов».
Бурное развитие научно-технического прогресса в современном мире приводит к тому, что все большее количество отходов и лома цветных металлов возвращается в переработку не в виде традиционного проката, стружки, шлаков, бытового лома, а в виде сложных комбинаций цветных и черных металлов, фольгированных пластмасс, а также в биметаллах, в приборах радиоэлектроники и бытовой техники, где с алюминием, медью, цинком, свинцом сочетаются многие другие металлы, в том числе благородные, редкие и рассеянные элементы.
7
Рост производства цветных металлов из вторичного сырья определяется сбором и заготовкой лома и отходов, образующихся в производственной сфере и быту. Если на промышленных предприятиях, в строительстве, в организациях агропромышленного комплекса сбор лома и отходов цветных металлов организован удовлетворительно, то сбор бытового металлического лома находится на низком уровне и требует коренного улучшения.
В настоящее время в мировой практике потребность в благородных металлах (Pd, Pt, Os, Ir, Rh, Ru) велика, но не всегда их содержание в рудах удовлетворяет требования производства. В результате изыскиваются возможности их извлечения попутно из полиметаллических руд с примением усовершенствованных технологий. Особое значение имеет разработка новых технологий и внедрение в практику извлечения драгоценных металлов попутными способами из разных отходов и промпродуктов, содержащих металлы платиновой группы.
Для решения обозначенных задач особое значение получает разработка способа получения металлов платиновой группы (МПГ) с применением комплекса пиро- и гидрометаллургических процессов [1].
Извлечение драгоценных металлов из вторичного сырья является частью проблемы использования возвратных ресурсов, которая включает в себя следующие аспекты: нормативно-правовой, организационный, сертификационный, технологический, экологический, эко- номико-финансовый. Проблема использования вторичного сырья, содержащего драгоценные материалы из компьютеров, периферийного оборудования и иных средств вычислительной техники (СВТ), актуальна в связи с техническим перевооружением отраслей промышленности. К драгоценным металлам относятся: золото, серебро, платина, палладий, родий, иридий, рутений, осмий, а также любые химические соединения и сплавы каждого из этих металлов. Собранные лом и отходы подлежат обязательному учету и могут перерабатываться собирающими их организациями для вторичного использования или реализовываться организациям, имеющим лицензии на данный вид деятельности, для дальнейшего производства и аффинажа драгоценных металлов. Порядок учета, хранения, транспортировки, инвентаризации, сбор и сдача отходов драгоценных металлов из СВТ, деталей и узлов, содержащих в своем составе драгоценные металлы, регламентирован соответствующими докумен-
8
тами. В России работает более 200 предприятий, которые имеют регистрационные удостоверения Государственной пробирной палаты Российской Федерации на право сбора и переработки вторичного сырья, содержащего драгоценные металлы.
Несмотря на богатство природных минеральных ресурсов Узбекистана и огромные запасы вторичного сырья Республики Беларусь, эффективное развитие экономики невозможно без вовлечения в переработку техногенных отходов, в которых содержание ценных компонентов часто значительно выше, чем в добываемом первичном сырье. Создание современного медного и цинкового производства в г. Алмалыке является логическим завершением развития металлургии в Ахангаранской долине [1].
9