СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНЕЦСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2007 года по МПК C22B7/02 C22B13/02 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке свинецсодержащих отходов производства, содержащих также соединения олова, сурымы, меди, железа, цинка, висмута, мышьяка, серебра, кальция, натрия, калия, магния в виде оксидов, хлоридов, сульфитов, сульфатов.

Известен способ переработки свинецсодержащих отходов, включающий электроплавку исходного сырья (аккумуляторного лома, свинцовых пылей) с содово-сульфатной смесью, углеродсодержащим восстановителем, известняком и железистым материалом, причем электроплавку ведут при температуре на поверхности расплава 1250-1350°С, железистый материал загружают за 30-90 мин до окончания плавки и свинцовую ванну продувают воздухом, обогащенным кислородом (Авторское свидетельство СССР №899693, МПК С 22 В 7/00, опубл. 23.01.82).

К числу существенных недостатков известного способа следует отнести крайне низкую экологичность процесса, обусловленную тем, 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.

Кроме того, перерабатываемые свинецсодержащие отходы в большинстве своем содержат, кроме оксида свинца, и другие его соединения, например сульфид свинца. Его температура плавления равна 1114°С, а сульфат свинца разлагается выше 1000°С с выделением сернистого газа. При их переработке требуется дополнительная система газоочистки.

Следует также отметить сложность осуществления заявленной разности температур в 600°С между поверхностями расплава и свинца, а также низкие показатели извлечения свинца. Отмеченные выше недостатки в целом делают процесс малоэффективным.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ переработки свинецсодержащих отходов производства, включающий операции карбонизации исходного сырья и восстановительной плавки полученного карбоната свинца (Патент РФ №2098502, МПК С 22 В 7/02, С 22 В 13/02, опубл. 10.12.97).

Согласно известному способу перерабатываемые свинецсодержащие пыли предварительно обрабатывают раствором с рН 6,0-7,0, затем проводят сернокислотное выщелачивание отфильтрованного твердого осадка при концентрации кислоты 50-200 г/л, температуре 25-90°С, Т:Ж=1:3, с последующей карбонизацией отфильтрованного твердого остатка раствором карбоната натрия с концентрацией 180-220 г/л с получением карбоната свинца, который сначала подвергают термообработке при 200-600°С с последующей восстановительной плавкой в расплаве карбонатов натрия и калия при температурах 700-800°С.

Основным недостатком описанного способа является его нерентабельность в промышленных условиях, вызванная прежде всего крайне низкой экологической эффективностью процесса, а именно - наличием большого количества токсичных стоков после выщелачивания и карбонизации, вызывающих необходимость строительства дорогостоящих очистных сооружений, а также газовых выбросов от пирометаллургической стадии процесса, содержащих диоксид серы, требующих дополнительной системы газоочистки. Кроме того, сложность и многоступенчатость аппаратурного оформления также снижают экономичность процесса в целом.

Заявляемое изобретение направлено на разработку высокорентабельной, экологически чистой технологии комплексной переработки свинецсодержащих отходов производства, позволяющей достигнуть высоких показателей извлечения ценных компонентов с получением товарного марочного свинца и лигатуры на основе свинца.

Указанный технический результат достигается способом переработки свинецсодержащих отходов производства, включающем карбонизацию исходного сырья с последующей восстановительной плавкой полученного карбоната свинца, в котором согласно заявляемому изобретению переработке подвергают сырье крупностью не более 0,07 мм, которое смешивают с карбонатом калия в весовом соотношении 1:(0,3-0,35) с последующим добавлением воды до соотношения Т:Ж=1:(2,5-3,0) при температуре не более 30°С, полученный раствор пульпы фильтруют для отделения карбоната свинца от раствора хлорида и сульфата калия, после чего раствор хлорида и сульфата калия направляют на упаривание воды с последующей кристаллизацией и выводят полученную смесь солей хлористого и сернокислого калия в качестве товарного продукта, а выделенный карбонат свинца подвергают прессованию с получением брикетов с механической прочностью не менее 60% и последующей плавке при температуре не более 1000°С с получением лигатуры на основе свинца и товарного марочного свинца.

Сущность заявляемого способа состоит в следующем.

В результате проведенных исследований было установлено, что предварительное смешение «всухую» исходного сырья заявляемого гранулометрического состава с карбонатом калия (в установленном соотношении компонентов) с последующим добавлением воды до установленного соотношения Т:Ж обеспечивает полное (хлор, сера) и селективное (ценные компоненты) выщелачивание в раствор пульпы.

Эксперименты показали, что при подаче на переработку свинецсодержащего сырья крупностью более 0,07 мм резко снижаются скорость и полнота селективного выщелачивания химических соединений металлов и химических элементов.

Было установлено, что наилучшие показатели достигаются при смешении перерабатываемого сырья с карбонатом калия в соотношении 1:(0,3-0,35). Оказалось, что смешение указанных компонентов в весовом соотношении меньшем, чем 1:0,3 приводит к снижению извлечения свинца, товарных солей калия по причине образования нестойких химических соединений элементов основы свинца. При превышении верхнего предела заявляемого диапазона (>1:0,35) появляется негативная возможность загрязнения солей калия химическими соединениями тяжелых металлов.

Также экспериментально было определен заявляемый диапазон соотношений Т:Ж=1:(2,5-3,0) при добавлении воды в сухую смесь исходного сырья и карбоната калия. При выдерживании соотношения меньшего 1:2,5 химические соединения металлов негидролизованы. Превышение установленного верхнего предела заявляемого соотношения (>1:2,5) приводит к образованию гидрокарбонатов химических соединений металлов, снижению степени извлечения свинца в кек.

Температурный режим проведения процесса не должен превышать 30°С, в противном случае отмечается дегазация раствора по двуокиси углерода, то есть ненужное выделение двуокиси углерода из раствора пульпы, что отрицательно сказывается на экологичности процесса.

Фильтрация полученного раствора пульпы позволяет отделить карбонатный свинецсодержащий кек (карбонат свинца) от раствора хлорида и сульфата калия, после чего раствор хлорида и сульфата калия направляют на упаривание воды с последующей кристаллизацией и выводят полученную смесь солей хлористого и сернокислого калия в качестве товарного продукта, используемого, например, в производстве едкого кали. При необходимости после дополнительной очистки полученные соли хлорида и сульфата калия могут быть использованы для производства сложного комплексного органоминерального удобрения.

В ходе исследований было установлено, что в рамках проведения последующей пирометаллургической стадии переработки существенно важное значение имеет предварительное прессование выделенного карбоната свинца с получением брикетов с механической прочностью не менее 60%. Проведение указанной операции позволяет снизить до минимума пылевынос из печных агрегатов.

Полученные карбонатные металлсодержащие брикеты подвергают плавке при температуре не более 1000°С в одну стадию на марочный товарный свинец и лигатуру в виде съемов.

Эксперименты подтвердили, что превышение заявляемого температурного режима приводит к улетучиванию восстановленного свинца.

Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением указанного выше технического результата.

Пример 1

Исследования проводили на опытно-промышленной установке, технологическая схема которой кратна - 1:20 промышленной технологической схемы.

Переработке подвергают сухие съемы рафинирования свинца состава, %: свинец - 97;медь - 1,5; сера - 1,0; кислород + прочие - остальное. Исходное сырье измельчают в шаровой мельнице до крупности помола 0,06 мм. Полученное сырье смешивают в реакторе (с перемешивающим устройством) с основным реагентом - карбонатом калия (поташом) всухую в соотношении 1:0,35 с последующим добавлением воды до соотношения Т:Ж=1:3,0 при температуре 30°С. Полученный раствор пульпы сбрасывают на нутч-фильтры. В процессе фильтрации пульпы, посредством динамического душирования водой, производят отмывку кека от хлорида и сульфата калия и выделение карбоната свинца и примесей группы металлов. Фильтрат - раствор хлорида и сульфата калия перекачивают из нутч-фильтра в выпарной аппарат, где упаривают до содержания влаги в соли хлорида и сульфата калия - 10%. Пары воды сепарируются во влагоотделителе, вода поступает в собственный технологический оборот. Соль с содержанием влаги - 10% кристаллизуют до влажности - 0,5% в кристаллизаторе. Полученную соль, состоящую из хлорида и сульфата калия (исключительно белого цвета), выводят из процесса в качестве товарного продукта. Состав, %: хлорид калия - 97,5; сульфат калия - 1,5; карбонат калия + примеси - 0,5; вода - 0,5.

Выделенный кек - карбонат свинца подвергают прессованию на гидравлическом прессе с усилием - 4.9·10⁵ Н с получением брикетов с механической прочностью 65%. Полученные брикеты поступают в пирометаллургический передел для низкотемпературного плавления карбоната свинца в муфельной электрической печи при температуре 980°С с получением свинца марки С-2 и лигатуры в виде съемов состава, %: свинец - 98; медь - 1,5, примеси - 0,1. Отходящие газы, содержащие 0,1% пыли и диоксид углерода, отводят на карбонизацию оборотной технологической воды, которую подают на гидрометаллургическую стадию для получения раствора пульпы исходного сырья и карбоната калия.

Степень извлечения свинца из перерабатываемого сырья составила 97%. Следует особо отметить отсутствие технологических отходов производства; расход поташа и технологической воды экономически оптимален; определена техническая возможность использования тепла отходящих газов на отопление производственного помещения площадью не менее 5000 м².

Пример 2

Исследования проводили на установке, описанной в примере 1.

Переработке подвергали пыль рукавных фильтров состава, %: свинец - 63,5; сурьма - 2,4; хлор - 6,7; сера - 2,4; зола - 12; кислород + прочие - 13.

Сырье крупностью 0,07 мм смешивают в реакторе (с перемешивающим устройством) с карбонатом калия (поташом) всухую в соотношении 1:0,32 с последующим добавлением воды до соотношения Т:Ж=1:2,7 при температуре 30°С. Полученный раствор пульпы сбрасывают на нутч-фильтры. В процессе фильтрации пульпы посредством динамического душирования водой производят отмывку кека от хлорида и сульфата калия и выделение карбоната свинца и примесей группы металлов. Фильтрат - раствор хлорида и сульфата калия перекачивают из нутч-фильтра в выпарной аппарат, где упаривают до содержания влаги в соли хлорида и сульфата калия - 10%. Пары воды сепарируются во влагоотделителе, вода поступает в собственный технологический оборот. Соль с содержанием влаги - 10% кристаллизуют до влажности - 0,5% в кристаллизаторе. Полученную соль, состоящую из хлорида и сульфата свинца (исключительно белого цвета), выводят из процесса в качестве товарного продукта. Состав, %: хлорид калия - 97,5; сульфат калия - 1,5; карбонат калия + примеси - 0,5; вода - 0,5.

Выделенный кек - карбонат свинца подвергают прессованию на гидравлическом прессе усилием - 4.9·10⁵ Н с получением брикетов с механической прочностью 60%. Полученные брикеты поступают в пирометаллургический передел для низкотемпературного плавления карбоната свинца в муфельной электрической печи при температуре 1000°С с получением свинца марки С-2С и лигатуры в виде съемов состава, %: свинец - 90; сурьма в виде трехокиси сурьмы - 9; примеси - 1.

Отходящие газы, содержащие 0,1% пыли и диоксид углерода, отводят на карбонизацию оборотной технологической воды, которую подают на гидрометаллургическую стадию для получения раствора пульпы исходного сырья и карбоната калия.

Степень извлечения свинца из перерабатываемого сырья составила 99%; сурьмы в виде трехокиси сурьмы - 99%.

Таким образом, заявляемое изобретение успешно позволяет решить проблему создания высокорентабельной технологии комплексной переработки свинецсодержащих отходов производства с точки зрения достижения оптимальных показателей извлечения свинца, ценных компонентов и обеспечения высоких экологических требований, предъявляемых к процессу в современных условиях.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке свинецсодержащих отходов производства, содержащих также соединения олова, сурьмы, меди, железа, цинка, висмута, мышьяка, серебра, кальция, натрия, калия, магния в виде оксидов, хлоридов, сульфитов, сульфатов. Переработке подвергают сырье крупностью не более 0,07 мм, которое смешивают с карбонатом калия в весовом соотношении 1:(0,3-0,35) с последующим добавлением воды до соотношения Т:Ж=1:(2,5-3,0) при температуре не более 30°С, полученный раствор пульпы фильтруют для отделения карбоната свинца от раствора хлорида и сульфата калия, после чего раствор хлорида и сульфата калия направляют на упаривание воды с последующей кристаллизацией и выводят полученную смесь солей хлористого и серно-кислого калия в качестве товарного продукта, а выделенный карбонат свинца подвергают прессованию с получением брикетов с механической прочностью не менее 60% и последующей плавке при температуре не более 1000°С с получением лигатуры на основе свинца и товарного марочного свинца, обеспечивается решение проблемы создания высокорентабельной экологической технологии комплексной переработки свинецсодержащих отходов производства, позволяющей достигнуть высоких показателей извлечения ценных компонентов с получением товарного марочного свинца и лигатуры на основе свинца.

Способ переработки свинецсодержащих отходов, включающий карбонизацию исходного сырья с последующей восстановительной плавкой полученного карбоната свинца, отличающийся тем, что переработке подвергают сырье крупностью не более 0,07 мм, которое смешивают с карбонатом калия в весовом соотношении 1:(0,3-0,35) с последующим добавлением воды до соотношения Т:Ж=1:(2,5-3,0) при температуре не более 30°С, полученный раствор пульпы фильтруют для отделения карбоната свинца от раствора хлорида и сульфата калия, после чего раствор хлорида и сульфата калия направляют на упаривание воды с последующей кристаллизацией и выводят полученную смесь солей хлорида и сульфата калия в качестве товарного продукта, а выделенный карбонат свинца подвергают прессованию с получением брикетов с механической прочностью не менее 60% и последующей плавке при температуре не более 1000°С с получением лигатуры на основе свинца и товарного марочного свинца.