Действующие методы и технологии переработки медных техногенных отходов с получением готовой металлопродукции.

Ш.Ш.Тәкіш
Магистр, факультет «Машиностроение», Карагандинский Государственный Технический Университет, г.Караганда 100000, Республика Казахстан.
e-mail: Shokan_7@mail.ru

Действующие методы и технологии переработки медных техногенных отходов с получением готовой металлопродукции.

В статье рассматривается исследование, разработка и внедрение новых малоотходных, экологически малоопасных технологий производства готовой металлопродукции из медьсодержащих техногенных отходов на основе методов механической, пиро- и гидроэлектрометаллургической переработки сырья.

Введение

Обеднение известных рудных месторождений и непрерывный рост произ-водства тяжелых цветных металлов обусловили рост объемов потребления техно-генных отходов, которые рассматриваются и как источник дополнительных ма-териальных ресурсов, и как фактор снижения себестоимости готовой металлопро-дукции. По разным оценкам по¬требление низкосортных ломов и отходов при производстве сплавов ме¬ди, увеличилось более чем в 1,5 раза. В результате значительно возросли объемы техногенных отходов (шлаки, возгоны, пыли, шламы и др.), переработку которых проводят в отражательных и электропечах с получением чернового слитка. При¬меняемые при этом технологии характеризуются высоким уровнем безвозвратных потерь металла с угаром, шлаком, выбросами в атмосферу экологически вредных печных газов и пыли.
Экономия и резкое снижение уровня потерь цветных металлов при произ¬водстве готовой продукции – одни из приоритетных задач современного развития металлургического производства. Учитывая, что их решение должно удовлетво¬рять требованиям экологии, актуальной представляется разработка и внедрение альтернативных технологий переработки техногенных отходов с получением го¬товой металлопродукции.

Основная часть

В настоящее время основу промышленной переработки мед¬ных техногенных отходов составляют методы пиро- и гидрометаллургии. При этом каждому из методов обычно предшествует стадия механической подготовки сырья, для чего техногенные отходы подвергают дроб¬лению, измельчению и классификации.Механическую переработку техногенного сырья редко выделяют, как са¬мостоятельный метод , представляя его как промежуточную технологиче¬скую операцию, основная цель которой – подготовка сырья для последующей переработки методами агломерации (окомкования), брикетирования, переплава, химического или электрохимического растворения и т.д. Продуктом такой под¬готовки является обогащенный металлической фазой (или ценным компонентом) концентрат, крупность которого регламентируется технологией его последую¬щей переработки (или использования). При этом крупность концентратов при переработке техногенных отходов составляет 7-3 мм и 74-33 мкм и ниже при переработке рудного сырья .
Основным недостатком механического метода является то, что при пере¬работке техногенного сырья образуется большое количество пылевидной фрак¬ции.
В этой связи метод постоянно совершенствуется, приобретая значитель¬ные качественные изменения, особенно с позиций современных требований по экологической защите окружающей среды. При этом лидерами развития метода по праву считаются такие известные фирмы, как: “Wagner-Biro”, “Remetall”, “Gumbold”, “Krupp”, “Nippon Dsireku Cenco”, “Outokumpu Ou”, “Parma Engineer¬ing” и др.
Традиционно пирометаллургической переработкой медных техногенных отходов заняты крупные предприятия металлургической отрасли (комбинаты), специализирующиеся на производстве одного или нескольких ви¬дов металлопродукции, включая производство медных катодов, карбонильного никеля и т.д. Объемы производства готовой продукции на этих предприятиях составляют несколько десятков тыс. тонн в год.
Основу пирометаллургического метода составляют техноло¬гии огневого (продувка расплава газами-окислителями или их смесями) и флюсового рафинирования расплава с выводом примеси в шлак и газовую фазу. Иногда эти технологии совмещают.
В раскрывают многостадийный способ непрерывного наплавлення и окислительного рафинирования вторичной окисленной меди в вертикальной шахтовой печи. На первой стадии технологии способ включает плавление шихты с применением рафинирующих флюсов при непрерывном удалении из печи об¬разующегося шлака. Затем расплав перемещают в реактор для окисления, где с его поверхности удаляют остатки шлака. Освобожденную от шлака медь окис¬ляют, продувая воздухом, обогащенным кислородом. Окисленную медь направляют в реактор для восстановления, ,из которого затем разливают в аноды, про¬пуская расплав через керамические фильтры.
Для снижения потерь металла при плавке в предлагаются технологии переплава шихты с применением галогенидных покровных флюсов. Примером таких технологий может служить выплавка двойных латуней под флюсом “Латунит”, состоящим на 95-98 % из NaCl и небольших добавок Si02 и Аl2Оз, и приводящим к снижению безвозвратных потерь металла с угаром (осо¬бенно) и плавильным шлаком. Однако флюс не обеспечивает расплаву рафини¬рующего эффекта.
Для снижения потерь металла со шлаком создаются специальные техно¬логии его снятия с поверхности жидкой ванны и удаления из печи для после¬дующего использования в технологиях механической, пиро- и гидрометаллургической переработки .
Основу метода гидрометаллургической переработки медных техногенных отходов представляют технологии выщелачивания1, применяемые на практике еще с конца 40-х годов прошлого века.
Выщелачивание меди из отходов проводят либо на воздухе с подогревом раствора до температуры, близкой к 100 °С, либо в автоклавах, но при более вы¬соких температурах, применяя в качестве растворителей растворы серной кислоты и аммиака. При этом в зависимости от качества подготовки сы¬рья процесс выщелачивания меди длится от нескольких минут до нескольких ча¬сов.
Гидрометаллургическая переработка шлаков имеет свои сложности, кото¬рые определяются фазовым и химическим составом сырья. Так, при растворении медных шлаков в раствор, помимо основного металла (меди), переходят катионы примесей цинка, олова, свинца , никеля и др. Кроме того, из шлака в раствор также переходят анионы хлора и фтора, составляющие основу большинства за¬щитных и рафинирующих солевых флюсов. Нейтрализация их вредного действия требует проведения предварительного отжига сырья, направленного для выще-лачивания, при температурах 550-650 °С .
В целом, выбор метода переработки техногенных отходов должен опреде¬ляется экономической, технологической целесообразностью и возможностью экологической защиты окружающей среды.
В Казахстане основным производителем медных анодов и других ви¬дов продукции цветного металлопроката являются заводы по обработке цветных металлов – ”Сары-Казына” в Балхаше. Технологии, согласно которым ведется производство анодов, включают легирующий переплав медных катодов марок типа Н0, Н1у, М0, Ml, литье слитка и последующую его обработку давлением в горячем и холодном состоянии. Технологии характеризуется низким выходом готовой ме¬таллопродукции, обусловливающим высокий уровень оборотных техногенных отходов.
В настоящей работе, выполненной в рамках тематики, по заказам промыш-ленности и в соответствии с планами НИР и ОКР заводов Казахмыс, на основании ре-зультатов проведенных исследований и опытно-промышленных испытаний разра-ботаны и внедрены новые технологии получения готовой металлопродукции пе-реработкой медных техногенных отходов. Технологии построены на применении методов механической, пиро- и гидроэлектрометаллургической пе¬реработки техногенных отходов с получением рафинированного слитка и леги-рованного серой и фосфором катодного осадка. При этом обеспечивается значи¬тельное снижение себестоимости готовой продукции, исключаются головные пирометаллургические переделы, уменьшаются безвозвратные потери металлов с угаром и шлаком.

Заключение

На основании анализа литературных данных показано, что производство и потребление цветных металлов связано с формированием техногенных отходов (шлаки, шламы, пыли), содержащих значительную долю ме¬ди. Вывод части отходов из традиционного цикла их переработки технологией и передача их вновь создаваемым малоотходным и экологически малоопасным технологиям механической, пиро- и гидроэлектрометаллургической перера¬ботки, есть актуальнейшая научно-технологическая проблема.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Рыжонков Д.И. Кинетические закономерности восстановления окисных систем. Неизотермическое восстановление смесей гематита и закиси меди твердым углеродом. – В.В. Левина, Д.И. Рыжонков, В.А. Колчанов и др. –
М.: Металлургия, 1980. С. 19–25.
2 Чуфаров Г. И., Татиевская Е.П. Адсорбционно-каталитическая теория восстановления окислов металлов. //Проблемы металлургии. – М.: Изд. Академии наук СССР, 1953. С. 15–32.
3 Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии. – М.: МИСИС, 2001. Том 2.
4 Теплов О.А., Петров Л.А., Воропаев И.Г. Математическая модель восстановления с учетом спекания продуктов реакции. //Теория и практика прямого получения железа. – М.: Наука, 1986. С.113–115.
5 Физико-химические свойства окислов. Справочник. / Г.В. Самсонов, А.Л. Борисова, Т.Г. Жидкова и др. – М.: Металлургия, 1978.
6 Порошковая металлургия: материалы, технологии, свойства. Справочник. / А.Г. Федорченко, И.В. Лугина, Т.Г. Попова. – Киев: Наукова думка, 1983.
7 Промышленная технология горячего прессования порошковых изделий.
/ Ю.Г.Дорофеев, Б.Г. Гасанов, В.Н. Мищенко и др. – М.: Металлургия, 1990.
8 Пат. ЕР 1065020 А1 Россия, B22 F 3/11. Способ изготовления металлических пористых материалов и металлических композитов на их основе. /Harada Keizo, Watanabe Kenichi (Япония).
9 Бахвалов Г.Т. Металлургия и технология цветных металлов. Институт цветных металлов им. М.И. Калинина, № 33, – М.: Металлургиздат, 1960. С. 388.
10 Окисление металлов. Т. II. Под ред. Бенара Ж. Перев. с франц. М.: Изд-во “Металлургия”, 1969.
11 Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии. – М.: МИСИС, 2001. Том 1.
12 Анциферов В.Н., Бобров Г.В., Дружинин Л.К. и др. Порошковая металлургия и напыленные покрытия. – М.: Металлургия, 1987. 782 с.
13 Медь в черной металлургии. / Под ред. И. Ле Мэя и Л.М.-Д. Шетки –
М.: Металлургия, 1988. 312 с.