Металлургическая переработка отходов производства и потребления

50

Таблица 2.5

Химический состав оловянных баббитов

Одним из этапов рециклинга оловянно-свинцовой изгари является ее механическая обработка. С этой целью на измельчительном комплексе (рис. 2.6) были проведены эксперименты по избирательному разлому изгари.

Рис. 2.6. Схема комплекса:

1 – бункер с питателем; 2 – мельница; 3 – циклон; 4 – вентилятор (транспортный); 5 – пульт управления; 6 – бункер для металлической фракции;

7 – бункер для дисперсной фракции

51

Исходный материал, предварительно пропущеный через сито

сячейкой 10 мм, поступал через бункер с питателем в мельницу. Тяжелая металлическая фракция после размола ссыпалась в специальный приемник, а мелкая, более легкая фракция подхватывалась воздушным потоком, создаваемым вентилятором с регулируемым давлением, проходила через осадительный циклон и собиралась в бункере. Классификацию изгари проводили по трем вариантам:

сиспользованием минимального (№ 1), среднего (№ 2) и максимального (№ 3) воздушного потока.

Врезультате такой механической обработки и воздушной классификации произошло разделение изгари на две фракции – металлическую тяжелую и мелкую дисперсную, более легкую. На рис. 2.7 представлены продукты избирательного размола изгари.

Рис. 2.7. Результаты исследований изгари:

а – исходная изгарь; б – дисперсная часть изгари, подвергнутая избирательному размолу; в – тяжелая металлическая часть изгари после избирательного размола

В результате подбора режима размола и воздушного дутья было получено максимальное количество металлической фракции от массы загруженной изгари (до 62 %). При этом насыпная плотность фракций отличалась в 2 раза. Результаты избирательного размола и воздушной классификации представлены в табл. 2.6.

Результаты химического анализа на установке SpectroScanMAXGV показали значительную разницу в химическом составе металлической и дисперсной составляющих изгари (табл. 2.7).

52

Таблица 2.6

Результаты размола и воздушной классификации оловянно-свинцовой изгари

Таблица 2.7

Результаты химического анализа фракций оловянно-свинцовой изгари после размола и воздушной классификации

Из табл. 2.7 следует, что дисперсная часть изгари по сравнению с металлической содержит всего 7,7 % свинца, значительное количество железа, цинка и кремния. При этом концентрация олова выше, чем в металлической составляющей, на 15–16 %. В дальнейшем металлическую фракцию просеивали на сите с размером ячейки 0,1 мм и проплавляли в лабораторной силитовой печи при температуре 500 оС. Результаты лабораторных плавок приведены в табл. 2.8.

53

Таблица 2.8

Результаты лабораторных плавок металлической фракции изгари

Более крупная металлическая фракция в результате плавки обеспечила металлургический выход около 65 %. Фракция менее 0,1 мм проплавлялась с трудом, и в результате было получено менее 10 % металла, а остальная шихта перешла в шлак или не расплавлялась. Причина такого поведения состоит в большом количестве оксидов, что требует специальной подготовки мелкой фракции и обязательного использования при плавке флюсов.

Для облегчения отделения металлической составляющей изгари от оксидов были проанализированы различные флюсы, содержащие в своем составе Na2CO3, Na2B4O7, CaCO3, Na3AlF6, Na2SO4, KMnO4, NaCl, KCl, NH4Cl, CaF2, K2CO3, Na2SiF6, MgCO3, Na2NO3, KBF4, MgCl2. Лучшие результаты по металлургическому выходу обеспечил флюс на основе Na2B4O7 и Na2CO3.

В результате проведенных исследований предложена следующая последовательность технологических операций по обогащению оловянно-свинцовой изгари и подготовки ее к плавке:

–сортировка изгари, в результате которой удаляются спеки с приделками, инородные металлические и неметаллические включения;

–дробление и размол изгари;

–магнитная сепарация;

–пиролиз изгари для удаления канифоли и других летучих примесей;

54

–просеивание изгари на сите для отделения фракции менее 0,1 мм;

–восстановительный обжиг фракции менее 0,1 мм с углеродсо-

держащим восстановителем при 900–1000 С;

–смешивание крупной и восстановленной мелкой фракции;

–просушивание полученной смеси;

–прессование обогащенной изгари в брикеты;

–плавка брикетов с добавлением 5–10 % флюсов Na2B4O7 + Na2CO3 от массы брикетов;

–рафинирование расплава 0,1–0,2 % NH4Cl от массы плавки с использованием окрашенного колокольчика;

–отбор пробы и проведение ее термического анализа для определения химического состава;

–корректировка химического состава до стандартного присадками олова и (или) свинца;

–разливка расплава в изложницу.

Такая технология рециклинга оловянно-свинцовой изгари позволяет получать припой марки ПОС 61М, который нельзя использовать для качественной пайки «волной». Для очистки припоя ПОС 61М от примесей и получения на его основе ПОС 61 применяли метод фильтрации. Для его реализации ПОС 61М расплавляли в специальной рафинировочной установке, позволяющей термостатировать расплав с точностью ±1,5 оС во всем температурном интервале жидкого состояния сплавов олово-свинец (до 350 оС) с продолжительной выдержкой расплава при пониженных температурах, близких к ликвидусу, вплоть до эвтектической (180 оС). Такой температурный режим позволяет в достаточно полной мере выделиться кристаллам интерметаллидов, укрупниться им и частично скоагулировать в агрегаты, поскольку температуры их образования значительно превышают температуру начала кристаллизации сплава оло- во-свинец [21].

Технологическая схема глубокой переработки оловянно-свинцо- вой изгари (рис. 2.8) позволяет получать качественный припой марки ПОС 61 и фильтр-остаток, пригодный для легирования чугуна.

55

Рис. 2.8. Технологическая схема глубокой переработки оловянно-свинцовой изгари

2.5.Организация сбора лома и отходов. Визуальная, химическая

иинструментальная сортировка

Эффективное использование лома и отходов металлов возможно только при организации заготовки, которая обеспечивает сбор максимального количества образующегося лома и отходов, исключает смешение отходов разных металлов, а также загрязнение, засорение отходов и их окисление. В народном хозяйстве строго учитывается образование лома и отходов. На каждом предприятии в соответствии с планом выпуска продукции составляется баланс металлов и определяется их количество, поступившее в производство, количество металла в готовой продукции, величина потерь и количество оборотных и товарных отходов. На основании балансов составляют планы сдачи, заготовки и переработки отходов.

Количество лома можно определить на основании планов ремонта оборудования, зданий и сооружении, однако эта оценка весь-

56

ма приблизительна, так как учет ломообразования по этим планам не охватывает всего промышленного лома.

Более точно планируется ломообразование на основании «металлического фонда», в котором учтено все количество металлов, вложенное в настоящее время в народное хозяйство, их потери и безвозвратные расходы. Размеры фонда страны, его отраслевая структура, натурально-вещественный состав, анализ направлений капитальных вложений на замену и реконструкцию основных фондов промышленности, транспорта и других отраслей народного хозяйства дают возможность планировать ломообразование.

Количество лома и отходов определяется организацией их сбора и хранения. Переработка низкокачественного загрязненного и засоренного вторичного сырья сопровождается значительными потерями металлов, повышенным расходом топлива и электроэнергии.

При сборе лома и отходов необходимо принимать меры для предотвращения смешивания различных металлов и сплавов. Смешанные отходы не могут быть подвергнуты металлургической переработке для производства аналогичных или близких по составу сплавов. Например, смешанная латунная стружка не может быть использована в производстве слитков и направляется для переработки на черновую медь. При этом теряются металлы, увеличиваются энергетические затраты.

Номенклатура сплавов металлов постоянно расширяется, поэтому тщательный сбор отходов должен осуществляться на местах образования. Организация сбора в цехах, у отдельных станков должна исключать возможность смешения разнородных отходов и их «заражение» вредными примесями (алюминиевых сплавов – железом, оловянистых бронз – алюминием, прокатных латуней – свинцом и т. д.). Металлообрабатывающие станки оборудуются поддонами для сбора отходов, заградительными щитками и кожухами, препятствующими их разлету.

При значительном объеме отходов на предприятиях организуются места их хранения на специально оборудованных площадках в закромах, контейнерах, бункерах. Должно быть исключено смешение различных видов вторичного сырья, их засорение и окисление.

Для сбора отходов применяют разнообразное оборудование: краны, электрокраны, автопогрузчики. Основное внимание уделяют таре.

57

Она должна быть компактной и вместительной, удобной для транспортировки грузоподъемными механизмами и разгрузки.

Собранный лом и отходы подвергаются сначала первичной переработке. Под первичной переработкой лома и отходов понимают приведение их в состояние, обеспечивающее эффективную последующую металлургическую переработку. Первичной обработке подвергают амортизационный лом и засоренные, нетранспортабельные отходы. Ее осуществляют на местах образования лома и отходов, на специальных разделочно-сортировочных базах, площадках и заводах системы Втормета, в шихтовых цехах заводов черной и цветной металлургии [2].

Одной из первых операций первичной переработки лома и отходов является сортировка на однородные металлы и сплавы, а также удаление черных металлов из цветных и цветных – из черных металлов и неметаллических материалов. Поэтому эту сортировку называют видовой.

Видовая сортировка заключается в визуальном, «на глаз», разделении вторичного сырья по внешним признакам, по маркировке,

спомощью спектрального анализа, капельного метода и специальных приборов. Видовая сортировка производится главным образом вручную и является одной из самых трудоемких операций первичной обработки лома и отходов металлов. Механизмы используют при транспортировке сырья к месту сортировки, отсеве мелких или крупных предметов, выделении железных включений или деталей

сбольшим количеством железных приделок и наоборот. Сортировка по внешним признакам основана на том, что отдель-

ные компоненты вторичного сырья имеют различный цвет, удельную массу, твердость, магнитные свойства и т. п. По цвету легко определяются железные, медные и алюминиевые сплавы. Цвет зачищенной поверхности или свежего излома позволяет отделять друг от друга металлы белого цвета: алюминий, магний, цинк, свинец, мельхиор, олово и др. [16].

Приблизительно равные по величине детали из разных металлов и сплавов имеют различный вес. Магниевая деталь значительно легче алюминиевой, которая, в свою очередь, гораздо легче детали из других металлов.

При сортировке часто используют магнит, с помощью которого можно определить железные покрашенные или алитированные (по-

58

крытые тонким слоем алюминия) детали, обнаружить железные детали, заделанные в изделия из цветных металлов.

Иногда определить металл позволяет проба на твердость или изгиб. Например, на белых листах нержавеющей стали напильник не оставляет царапин. На изделиях из цветных металлов и сплавов,

вчастности на листах, краской наносится маркировка, которую могут иметь и отходы, что значительно облегчает сортировку.

Втех случаях, когда различать цветные металлы и сплавы по внешним признакам сложно, используют методы капельного анализа (опробования), спектрального анализа, электрические приборы.

Сущность капельного опробования состоит в том, что на очищенную поверхность металла или сплава наносят каплю реактива, который вступает в химическое взаимодействие с определенным элементом и окрашивается. Цвет капли позволяет судить о наличии данного элемента. Для определения сплавов на испытываемую деталь последовательно наносят несколько капель различных реактивов. Например, при действии на очищенную поверхность детали раствора 5 г сернокислого кадмия, 10 г поваренной соли и 20 мл соляной кислоты

в100 мл воды появление через 10–20 с черной окраски указывает на то, что деталь изготовлена из магниевого сплава. На алюминиевом сплаве капля окрасится в темно-серый цвет, на алюминии капля остается прозрачной. Интенсивность окраски позволяет приблизительно судить о количестве определяемого элемента.

Преимуществом капельного метода является простота подготовки и проведения испытаний. Однако для того, чтобы определить полный химический состав образца, необходимо последовательно использовать большое количество реактивов, что усложняет подготовку анализа и увеличивает его продолжительность.

Более совершенным методом является сортировка с применением приборов спектрального анализа – стилоскопов и стилометров. Спектральный метод основан на том, что при зажигании электрической дуги между образцом и вспомогательным медным электродом пары элементов, входящих в состав испытываемого сплава, испускают линейный спектр, отличающийся постоянством характеристик химических элементов. Наличие в спектре других линий и их интенсивность дают возможность судить о наличии и концентрации элементов в сплаве. Эти приборы сравнительно просты, позволяют определять марку сплава за 15–20 с [16].

59