СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНЕЦСОДЕРЖАЩЕГО ЛОМА И СВИНЦОВЫХ ПЫЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК C22B7/00 C22B7/02 C22B13/02 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке аккумуляторного лома и свинцовой пыли.

Известен способ переработки свинецсодержащих отходов, сущность которого заключатся в том, что переработку аккумуляторного лома и свинцовой пыли ведут в присутствии карбоната натрия и углеродсодержащего восстановителя [1] . Существенным недостатком этого способа является высокая температура процесса, большой пылеунос и образование сульфатов и силикатов натрия.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки аккумуляторного лома, включающbq электроплавку его с содово-сульфатной смесью, углеродсодержащим восстановителем, известняком и железистым материалом, электроплавку ведут при температуре на поверхности расплава 1250-1350^oC, железистый материал загружают за 30-90 мин до окончания плавки и свинцовую ванну продувают воздухом, обогащенным кислородом [2].

Данный способ имеет ряд существенных недостатков, основным из которых является то, что в результате переработки сырья по данному способу образуются вредные отходы, требующие самостоятельного решения вопроса их переработки или захоронения. Это сульфидно-сульфатно-карбоновые шлаки, свинцовые пыли и газовые выбросы, в основном состоящие из диоксида серы. Несомненно и то, что очень сложно удержать разность температур в 600^oC между поверхностями расплава и свинца. В результате такой разности температур образуются мощные конвективные потоки, которые будут захватывать восстановленный свинец, что приведет к потерям свинца, снижению коэффициента его извлечения и загрязнению шлаковой фазы свинцом. Высокие температуры расплава приведут к очень высоким концентрациям свинца в атмосфере и газовых выбросах.

С целью повышения скорости процесса восстановления и улучшения экологии предлагается вести процесс выше температуры плавления оксида свинца, когда его растворимость достигает величины одного и более процента. В соответствии с этим температура процесса равна 900^oC и выше. Известно, что выше 900^oC карбонаты начинают разлагаться и состав ванны изменяется. Изменение состава расплав приведет к снижению растворимости оксида свинца и снижению извлечения последнего в виде металла.

Следует отметить, что аккумуляторный лом и свинцовые пыли в большинстве своем содержат, кроме оксида свинца, и другие его соединения, например сульфид свинца. Его температура плавления равна 1114^oC, а сульфат свинца разлагается выше 1000^oC с выделением сернистого газа. При их переработке требуется дополнительная система газоочистки.

Технической задачей изобретения является создание высокопроизводительного и экологически чистого процесса.

Поставленная задача решается тем, что способ переработки свинецсодержащего лома и свинцовой пыли в карбонатных расплавах щелочных металлов в присутствии углеродсодержащего восстановителя осуществляют в расплаве, дополнительно содержащем гидроокиси щелочных металлов, при температуре выше температуры плавления расплава на 50-200^oC. Гидроокиси щелочных металлов взяты в количестве 1,0-25 мас. %, а смеси карбонатов натрия и калия в равных соотношениях.

Восстановление отходов свинца в предлагаемом способе осуществляется под слоем расплава (K, Na)₂CO₃(K, Na)OH. Расплав карбонатов натрия и калия имеет минимальную температуру плавления, равную 700^oC, при составе, близком к равновесовому составу обеих компонентов. Введение в этот расплав гидрооксида натрия или калия в количестве 1,0-25,0 мас. % снижает температуру плавления солевой ванны на 50-200^oC. За счет взаимодействия соединений свинца с гидрооксидом щелочного металла происходит образование в расплаве плюмбатов. Это приводит к возрастанию растворимости соединений свинца и к значительному увеличению скорости процесса восстановления. При содержании гидроксида в расплаве ниже 1,0 мас. % растворимость соединений свинца возрастает незначительно, а выше 25,0 мас. % изменяется поверхностное натяжение расплава и свинцовая пыль плохо смачивается. Это приводит к повышенному пылеуносу и снижению извлечения свинца из отходов. Температура процесса не превышает 800^oC. При введении в расплав 1,0 мас. % гидроксида температура плавления солевой ванны меняется незначительно и процесс следует вести на 50^o выше температуры плавления, т.е. 700-750^oC, а при содержании гидрооксида до 25,0 мас. % расплав перегревают на 200^oC, т.е. процесс ведут при 750-780^oC.

При повышении температуры процесса выше 800^oC происходит разложение натрия и калия наблюдается большой пылеунос перерабатываемых отходов и самих солей. Возрастает коррозия футеровки печи, расплав загустевает, снижается выход металла, растут потери свинца за счет взаимодействия с другими компонентами отходов, в частности за счет образования сплавов с железом.

В процессе восстановления свинецсодержащих отходов в первую очередь растворяется мелкая (пылевидная) фракция, которая хорошо смачивается карбонатным расплавом и взаимодействует с гидрооксидом. В объеме расплава за счет контакта с углеродсодержащим восстановителем или природным газом идет восстановление отходов свинца до металла. Резко сокращаются выбросы свинца (до 10-15 раз), снижаются расходы солей на единицу продукции и уменьшаются энергозатраты.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с ближайшим аналогом позволяет сделать заключение, что предлагаемое техническое решение отличается от известного тем, что в расплав вводят гидроокись щелочных металлов в количестве 1,0-25 мас. % и процесс ведут при температуре выше температуры плавления расплава на 50-200^oC. При этом достигается повышение скорости процесса. Данный способ переработки отходов свинца опробован в заводских условиях.

Пример 1. В алундовом тигле наплавили по 0,2 кг карбонатов натрия и кали. Добавили к расплаву 0,08 кг NaOH, что составляет 20 % от массы карбонатов (T_пл 570^oC). Установили температуру 760^oC и загрузили 0,3 кг свинецсодержащего лома с угольным порошком. Через каждый час производили новую загрузку свинецсодержащего лома с угольным порошком. За 5 ч работы перерабатывали 1,5 кг лома. Получили 1,3 кг свинца.

Пример 2. Приготовили солевую смесь, содержащую, кг: 0,2 карбоната натрия; 0,2 карбоната калия; 0,02 гидроксида калия (5 мас. % от массы карбонатов); 0,4 свинцовых пылей; 0,02 древесного угля. Смесь тщательно перемешали и расплавили при температуре 720^oC, которая на 80^oC выше температуры плавления чистого щелочно-карбонатного расплава. Через каждые полчаса производили загрузку свинцовых пылей вперемешку с угольным восстановителем. За семь часов работы загрузили 2,5 кг свинцовых пылей и слили 2,2 кг чистого свинца.

Пример 3. В печи с наружным обогревом наплавили 30 кг эвтектической смеси карбонатов калия и натрия, содержащей 10 мас. % NaOH. Установили температуру 750^oC (на 120^oC выше T_пл расплава) и загрузили смесь PbO₂ и PbSO₄, взятую из разобранных аккумуляторов в количестве 100 кг. Через смесь барботировали природный газ. При появлении на поверхности расплава характерных признаков непрореагировавшего восстановителя прекратили. Получили 88 кг металлического свинца. При этом израсходовалось 1,3 кг сжиженного CH₄.

Пример 4. Приготовили смесь следующего состава, кг: 15 Na₂CO₃; 15 K₂CO₃; 0,5 KOH; 0,5 NaOH; 20 PbO₂; 5 PbSO₄; 10 свинцового лома; 2 угольной пыли. Смесь перемешивали и поместили в печь с наружным обогревом. Установили температуру 700^oC. T_пл солевой смеси без отходов 640^oC. Через каждые полтора часа производили загрузку разнообразных свинецсодержащих продуктов: PbO₂; PbSO₄ и свинцового лома. Всего переработано 198 кг отходов. Получено 175 кг металлического свинца, что составляет 88 % от первоначальной массы и 100 % от содержания свинца в переработанных отходах.

Применение предложенного способа обеспечит следующие преимущества:
1. Повышение скорости процесса.

2. Сокращение расхода солей.

3. Повышение извлечения свинца.

4. Снижение выбросов свинца.

5. Сокращение энергозатрат.

Использование: в цветной металлургии, может быть использовано при переработке аккумуляторного лома и свинцовой пыли. Сущность: свинецсодержащий лом и свинцовую пыль загружают в щелочно-карбонатный расплав и процесс ведут при температуре на 50-200^oC выше температуры плавления расплава. Переработку ведут в расплаве следующего состава, мас.%: эквимолярная смесь карбонатов натрия и калия 75-99; гидроксид калия или натрия 1,0-25,0. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки свинецсодержащего лома и свинцовых пылей, включающий обработку их в расплаве карбоната натрия в присутствии углеродсодержащего восстановителя, отличающийся тем, что обработку ведут в расплаве, дополнительно содержащем карбонат калия и гидроксид щелочного металла, при температуре выше температуры плавления расплава на 50 - 200^oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переработку ведут в расплаве следующего состава, мас.

Эквимолярная смесь карбонатов натрия и калия 75 99
Гидроксид калия или натрия 1 25т