Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Свинец и его соединения находят широкое применение в машиностроении, энергетике, химической, автомобильной, оборонной промышленности, а также других отраслях. В настоящее время мировое производство свинца достигло уровня 6,5 млн. тонн в год. Основной областью потребления свинца является производство современных свинцово-кислотных аккумуляторов. Это объясняется не только постоянно улучшающимися эксплуатационными характеристиками батарей, но и возможностью малоотходной, экологичной переработки отслуживших батарей различных типов и других видов вторичного свинцового сырья (кабельной оболочки, баббитов, отходов проката и т.д.), успешно реализуемой во всех экономически развитых и в большинстве развивающихся стран, позволяющей организовать значительный возврат (рециклинг) свинца в производство новой товарной продукции. В европейских странах, в США, Японии, Южной Корее и других экономически развитых странах сбор аккумуляторного лома доведен до 95-98%.

Глава 1. Экологические проблемы сбора и утилизации аккумуляторного лома

переработка аккумуляторный лом экологическая

Свинцово-кислотные аккумуляторы (свинцовые АБ) широко используются в качестве автономных химических источников тока (ХИТ) уже около 150 лет. За это время многократно улучшились их характеристики, повысился срок службы, существенно расширилась область их применения. В настоящий период свинцовые АБ прочно занимают первое место среди всех других видов ХИТ, и альтернативы в транспортных средствах и других областях их применения пока нет.

Вместе с тем отработанные свинцовые АБ (а срок эксплуатации основных типов АБ - до 3-х лет) экологически опасны. Причина этого заключается в токсичности содержащегося в АБ свинца (до 60% от массы АБ) и химической агрессивности кислотного электролита - раствора серной кислоты. Неблагоприятная экологическая ситуация, сложившаяся в РФ, особенно в густонаселенных регионах и крупных городах, заставляет обратить особое внимание на проблему утилизации миллионов единиц ежегодно выходящих из строя свинцовых АБ. Ее масштабы таковы, что сбор и переработка этого вида техногенных отходов требует принятия срочных жестких мер, предотвращающих опасное воздействие на окружающую среду и здоровье людей. Обоснованную тревогу у специалистов вызывает не только бесконтрольный (из-за отсутствия современной нормативной базы) оборот свинцовых АБ, но и использование устаревших или «кустарных» способов их переработки, сопровождающихся образованием вредных выбросов - сернистого газа, возгонов свинца, токсичных шлаков. В отличие от этого в большинстве развитых стран состояние сбора и переработки отработанных свинцовых АБ, как и другого вторичного свинецсодержащего сырья, находится под контролем государственных и общественных экологических организаций.

В Западной Европе, США и Японии разработаны и эффективно действуют системы сбора и транспортировки отработанных свинцовых АБ на перерабатывающие предприятия. Поэтому во многих странах приняты специальные законодательные акты и правительственные постановления по утилизации отработанных свинцовых АБ. Комплекс мер, финансируемых главным образом государством, не только способствовал решению указанной экологической проблемы, но и позволил увеличить долю вторичного свинца в общем балансе его производства более 60%.

С учетом ухудшающейся экологической ситуации, сложившегося в РФ дефицита первичного свинца (крупнейшие в СССР свинцовоплавильные заводы остались в Казахстане и на Украине) и имеющегося зарубежного положительного опыта, представляется своевременным начать систематическую работу по регламентации оборота отработанных свинцовых АБ и по внедрению экологически безопасных технологий их переработки.

Свинец по концентрации в воздухе относится к 1-му классу опасности и его предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе жилых районов должна составлять 0,0003 мг/м3, в рабочей зоне 0,05 мг/м3 (среднесменная). Свинец в сточных водах относится ко второму классу опасности, концентрация его в воде, используемой в хозяйственно-бытовых целях, не должна превышать 0,03 мг/л. Жесткие ограничения по ПДК свинца установлены также в питьевой воде (0,03 мг/л), в водных объектах рыбохозяйственного назначения (0,01 мг/л), в почве (6 мг на кг почвы). Для предприятий, перерабатывающих и производящих свинец, обязательны профилактические меры по защите рабочего персонала и необходимо наличие санитарно- защитной зоны.

По экспертным оценкам на территории РФ, а именно, на свалках, на площадках автотранспортных организаций, предприятий железнодорожного, морского и авиационного транспорта находится 1 млн. тонн свинца в виде не переработанного аккумуляторного лома. При существующем положении дел с его утилизацией эта величина должна возрастать, по одним данным - на 50-60 тыс. тонн в год, по другим - до 100 тыс. тонн.

С другой стороны, отечественные потребители свинца - заводы аккумуляторной, кабельной, химической промышленности, уже сейчас испытывают дефицит свинца (особенно рафинированного) и его сплавов, оцениваемый теми же 50-60 тыс. тонн. Сырьевая проблема уже привела к резко возросшему импорту свинцовых АБ.

К сожалению, работа над федеральной целевой программой «Охрана окружающей природной среды от свинцового загрязнения и снижения его влияния на здоровье населения» (разрабатываемая во исполнение Постановления Правительства РФ от 26.09.97) до сих пор не закончена. Соответствующие мероприятия начаты только в г. Москве (позднее в Московской обл.): создан центральный пункт сбора отработанных АБ и слива из них электролита (завод «Спортзнак», проектант ООО «Эльта»), принят закон г. Москвы, регламентирующий оборот АБ. Согласно общероссийской статистике в настоящее время только 25-30% отработанных свинцовых АБ собирается для последующей переработки. В виду отсутствия в РФ системы их сбора лом закупается небольшими компаниями. Для повышения рентабельности и из-за отсутствия специального оборудования АБ принимаются без электролита (неизбежно содержащего взвесь сульфата и оксида свинца), который бесконтрольно сливается.

Сейчас в РФ не существует ни одного специализированного предприятия по переработке свинцовых АБ, которое отвечало бы современным экологическим и экономическим требованиям. По этой причине основные профильные предприятия - «Электроцинк», г.Владикавказ, «Рязцветмет», г.Рязань, уже давно нуждаются в дорогостоящей (десятки миллионов долларов США) реконструкции. Использование устаревших высокотемпературных технологических процессов (шахтная плавка, электроплавка) приводят к образованию значительного количества отвальных шлаков, загрязненных свинцом, а так же газовых выбросов диоксида серы (в случае отсутствия предварительного удаления серы) и диоксинов от сжигания поливинилхлоридной сепарации (переработка без предварительной разделки лома).

Сбор и переработка отработанных свинцовых АБ в экономически развитых странах рассматривается как важная экологическая проблема и пользуется государственной законодательной и финансовой поддержкой. В виду токсичности свинца эта деятельность находится под жестким экологическим контролем. Как правило, имеется законодательная база, определяющая ответственность за загрязнение окружающей среды и регламентирующая оборот свинцовых АБ. Предусмотрены законодательные меры и экономические рычаги, обязывающие автопредприятия и индивидуальных автовладельцев сдавать на переработку отработанные АБ. Например, в Швеции и Италии введена система сбора залога при импорте и покупке АБ, собранные средства поступают непосредственно предприятию-переработчику. Следует отметить, что введением залогового сбора с импортных АБ, как с потенциально опасного вида свинцовых отходов, в ряде зарубежных стран защищается и отечественный производитель АБ.

В зарубежной практике АБ поступают на перерабатывающие предприятия с электролитом. Все заводы утилизируют сернокислый электролит. Поскольку его переработка не приносит прибыли, то соответствующие убытки компенсируются государством. Собранные на приемных пунктах (муниципальных или фирм-производителей) неразделанные АБ с электролитом помещают в контейнеры специальной конструкции с крышками и транспортируют далее в вагонах или машинах с укрытием, что исключает загрязнение окружающей среды по пути их следования. Правила транспортировки должны соответствовать требованиям Базельской конвенции по транспортировке вредных отходов. Более 2/3 отработанных АБ в мире перерабатывается по технологии, которая включает предварительную разделку и сепарацию лома. Это обеспечивает раздельное получение свинцово-сурьмянистых сплавов и мягкого свинца. Наиболее широко для механизированной разделки используются установки итальянской фирмы «Engitec Tech.». Расширяется использование технологии СХ фирмы «Engitec Tech.», по которой проводится предварительная обработка растворами кальцинированной или каустической соды, что практически устраняет выбросы диоксиды серы. По такой технологии в мире построено более 20 заводов.

Извлекаемый из АБ полипропилен используется повторно. Эбонит применяют в дорожном строительстве или захоранивают вместе с поливинилхлоридной сепарацией.

Положительный результат ведущих зарубежных стран в области сбора и переработки аккумуляторного лома достигнуты благодаря тому, что эта проблема является предметом прямой ответственности правительств этих стран. В марте 1991 г. подписана директива ЕС №91/157 EEC, которая обязала ведущие страны ЕС разработать национальные программы сбора и утилизации аккумуляторного лома, и они были разработаны в точном соответствии с директивой в марте 1993 г.

Для коренного исправления сложившегося положения, созданию условий, благоприятствующих деятельности по сбору и переработке отработанных свинцовых АБ, предлагается следующее:

1.Разработать и принять государственную программу по утилизации всех видов отработанных ХИТ, в первую очередь, свинцовых АБ. 2.Принять новые и дополнить существующие нормативно-правовые акты положениями, позволяющими:

- ввести ответственность производителей и импортеров за утилизацию отработанных АБ;

- создать на федеральном уровне финансовый механизм, стимулирующий сдачу отработанных АБ;

- дотировать их сбор как заведомо убыточную деятельность; - ввести изменения в ГОСТ 1639-93, которые относили бы к лому цветных металлов только АБ с электролитом.

3.Изыскать средства для финансирования разработки и внедрения наиболее экологически безопасных технологий, а так же создания отечественных образцов оборудования.

4.Приступить к созданию региональных центров по утилизации АБ на базе существующих аккумуляторных заводов, заинтересованных в создании собственной сырьевой базы на основе аккумуляторного лома. 5.Запретить перевозку отработанных свинцовых АБ в разобранном виде и/или без специальных контейнеров. Ввести специальные правила их перевозки. 6.Ужесточить контроль за деятельностью предприятий, занимающихся сбором, заготовкой и переработкой отработанных свинцовых АБ.

Промедление с решением перечисленных задач может уже в ближайшей перспективе привести к необратимым отрицательным экологическим и экономическим последствиям. Чтобы этого не произошло, нужна серьезная и эффективная государственная поддержка.

Глава 2. Технология переработки аккумуляторного лома и других видов вторичного свинцового сырья с использованием бессодовой электроплавки

Свинец - один из наиболее широко используемых в технике цветных металлов. Его производство и потребление непрерывно растет.

Необычно широк спектр использования свинца и его соединений в машиностроении, энергетике, химической, оборонной и других отраслях. промышленности. Однако, основным является потребление свинца для производства современных свинцово-кислотных аккумуляторов. Это объясняется не только постоянно улучшающимися эксплуатационными показателями, но и возможностью малоотходной, экологичной переработки амортизированных батарей всех типов, успешно реализуемой во всех экономически развитых и в большинстве развивающихся стран.

Институтом разработаны технико-экономическое обоснование инвестиций и техдокументация основного оборудования для переработки аккумуляторного лома модульного предприятия по производству 15000 т свинца в год.

Схема безотходной технологии переработки амортизированных аккумуляторов (рис.) включает: механизированную сепарационную разделку аккумуляторного лома, плавку металлических фракций в котле, электротермическую плавку оксисульфатной фракции, рафинирование чернового свинца и переработку оборотов с получением товарных продуктов.

Проведенный анализ технологий сепарационной разделки аккумуляторного лома показал, что для условий России наиболее приемлемым и целесообразным является предложение итальянской фирмы "Engitec Impianti SpA". Установка "CX-compact" экологична и требует небольшой строительный объем, низкие капитальные вложения, малый срок монтажа и разделяет аккумуляторный лом на пять фракций (металлическую, оксисульфатную, полипропилен, поливинилхлорид и эбонит).

Плавка свинцового сырья осуществляется в электротермической печи по разработанной институтом "Гинцветмет" технологии, отличающейся от действующих тем, что не применяется в качестве флюсующегося агента сода, процесс ведется без образования штейна и количество шлака сокращено до минимума, так как его образование определяется только зольностью кокса и качеством разделки лома.

Процесс запатентован. Технология внедрена на электропечах мощностью 1,8 МВА, площадью пода 12 и 13 м² на АО "Рязцветмет" и проводится подготовка к внедрению еще на одном заводе в Российской Федерации.

Технологические показатели электроплавки:

Удельная производительность по черновому свинцу 4,5 т/м²сутки

Расход электроэнергии на плавку 480-520 кВт.ч/на 1 т Pb

Расход кокса (по углероду) 3-4%

Выход шлака 3-5%

Безвозвратные потери свинца менее 1-1,5%

Температура шлака 1100-1150С

Температура свинца 900-950С

Количество образующихся технологических газов 200-250 нм³/на 1 т Pb

Основные преимущества данной технологии по сравнению с шахтной плавкой и плавкой в короткобарабанных печах:

· без использования технического кислорода, значительно уменьшено количество образующихся технологических газов, что обеспечивает при равноценной газоочистке снижение в 3-5 раз выбросов в атмосферу свинецсодержащих пылей и сернистого ангидрида на единицу выплавляемого свинца;

· уменьшенный пылевынос, сокращенное количество оборотов;

· сниженный выход шлака (с 20-25 до 3-5%);

· уменьшенный расход кокса (с 10-14 до 3-4%).

Рафинирование чернового свинца осуществляется по известной технологии, но на ряд приемов рафинирования имеется "ноу-хау".

Переработка продуктов электроплавки и рафинирования вторичного свинцового сырья (шлаки, шликеры, съемы) и эбонитовой фракции (дробленых корпусов аккумуляторов) осуществляется в возгоночной печи оригинальной конструкции, на которую оформлен патент РФ.

В процессе плавки шихты в возгоночной печи получают: шлак, содержащий 0,1% свинца и 0,18% меди; и медный штейн, содержащий 25,0% меди и 1,5% свинца. Возгоны свинца и сурьмы возвращают в шихту электроплавки.

Расход природного газа на 1 т шихты составляет 230 м³, воздуха - 5000 нм³. В качестве восстановителя используется эбонитовая фракция.

Лом полипропиленовых корпусов батарей и поливинилхлоридных сепараторов отмывают от свинца с возвратом свинцовых соединений в плавку, а пластик - утилизируют.

Предлагаемая технологическая схема не имеет отходов и обеспечивает получение следующих товарных продуктов:

· свинец марки С0, С1 или сурьмянистый,

· штейн медный,

· висмутистый свинец,

· мышьяковистая лигатура,

· шлак отвальный, пригодный для использования в стройиндустрии,

· гипс (или другой серусодержащий продукт),

· полипропилен,

· поливинилхлорид (отвальный).

Все процессы технологической схемы ориентированы на выполнение экологических нормативов Российской Федерации. Разработанную технологическую схему переработки аккумуляторного лома ГНЦ РФ "Гинцветмет" предполагает проектировать и реализовывать на предприятиях России с участием итальянской фирмы "Engitec Impianti SpA" (в части сепарационной разделки аккумуляторного лома). В переделах плавки, при рафинировании свинца и переработке оборотов используется отечественное оборудование. Технология может быть реализована на заводах Европы, Азии, СНГ.

Глава 3. Аккумуляторный лом - сырье для получения свинцово-сурьмяного сплава

По мере выработки минерального сырья с высоким содержанием полезных компонентов промышленность должна будет перейти на использование бедного и нетрадиционного сырья. Многие отходы могут являться сырьем для других производств. Высокая эффективность использования побочных продуктов и отходов в перспективе приведет к значительному повышению их удельного веса в общем балансе сырьевых ресурсов, что будет способствовать сбережению природного сырья и решению многих экологических вопросов. В связи с этим эффективная утилизация вторичного сырья (отходов) становится одной из наиболее важных проблем современности.

В производстве свинца в качестве источника вторичного свинцового сырья используется аккумуляторный лом, отходы аккумуляторной промышленности. Для восстановительной плавки (в качестве восстановителя используется кокс) вторичного свинцового сырья в шахтных, отражательных и короткобарабанных печах необходима подготовка шихты, агломерация мелкой фракции шихты.

На рисунке представлена принципиальная технологическая схема получения свинцово-сурьмяного сплава из аккумуляторного лома.

Рисунок. Принципиальная технологическая схема производства свинца из аккумуляторного лома

Согласно предложенной схеме для получения шихты измельченный аккумуляторный лом, высушенные отходы пищевой или деревообрабатывающей промышленности (косточки и плодоножки винограда, косточки без ядрышек слив, персиков, абрикосов, опилки и т. п.), оборотная пыль печи смешиваются с 15--25%-ным раствором едкого натра. Состав шихты приведен в таблице.

Таблица. Состав шихты

Компонент	Содержание
Аккумуляторный лом, масс. ч.	100
Отходы пищевой или деревообрабатывающей промышленности, масс. ч.	20-45
Оборотная пыль печи, масс. ч.	10-12
Раствор едкого натра, 15--25%-ный, об. ч.	20-40

В аккумуляторном ломе содержание свинца составляет 68,35--80,12%, серы -- 6,53--6,83%. Шихта брикетируется и поступает в печь на плавку. Плавка ведется при температуре 950--1050°С. Рафинирование проводится путем ликвации, съема спрудины, осушения древесными опилками (или отходами пищевой промышленности) и натриевой щелочью. Отходящие газы печи поступают в кулера (воздушные охладители) и в рукавные фильтры. Уловленная грубая и мелкая пыль поступает на приготовление шихты. Рафинированный свинцово-сурьмяной сплав с помощью разливочной машины разливается в формы, готовые чушки поступают на склад готовой продукции. Выход свинца в штейно-шлаковый расплав и черновой свинцово-сурьмяной сплав составляет 98,0--99,0%. Содержание свинца в шлако-штейновом расплаве составляет 0,5--1,5%. Анализы проводились с использованием микроволновой пробоподготовки и атомно-абсорбционного спекторометра.Предложенная принципиальная технологическая схема получения свинцово-сурьмяного сплава упрощает технологию, обеспечивает высокое извлечение свинца, позволяет использовать в качестве углеродсодержащего восстановителя отходы пищевой и деревообрабатывающей промышленности. Все это снижет затраты, способствует решению вопросов, связанных с вовлечением в хозяйственный оборот низкосортных видов сырья и улучшению экологической обстановки.

Глава 4. Инновационные способы переработки аккумуляторного лома

Известен способ переработки свинцового лома аккумуляторов, включающий отделение его от корпуса, освобождение от серной кислоты и переплавку в пламенных печах с использованием процессов восстановления.Полученный при этом черновой свинец очищают от металлических примесей (рафинируют) посредством добавки кислорода воздуха и цинка.Образующийся при рафинировании шлак вместе с богатым по содержанию сурьмы шлаком пламенных печей используют в шахтных печах и выплавленный обогащенный сурьмой черновой свинец многократно рафинируют с использованием специальных реагентов (серы, и др. ) и доводят до свинцово-cурьмянистого сплава (Г. Шуберт "Подготовка металлических вторичных материалов". Ресурсы. Классификация. Измельчение. Москва, "Металлургия", 1989, с. 138-139).Воздействие на аккумуляторный лом в пламенной печи одновременно двух процессов: плавления свинцово-сурьмянистого сплава и восстановление до металла оксидов и сульфатов мягкого свинца при температуре 1200^oC, значительно превышающей температуру плавления свинцово-сурьмянистого сплава (290-310^oC) в мощных воздушно-газопламенных потоках приводит к выгоранию свинца и сурьмы и выносу их в виде пылевидных окислов в значительных количествах, что является причиной экологических загрязнений.Флюсовые материалы (Na₂СO₃, СaО, NaCl), вводимые в шихту для улучшения плавления в пламенной печи образуют новый продукт-шлак, обогащенный свинцом и сурьмой, который можно возвратить в процесс с большими энергетическими затратами на извлечение с образованием новых шлаков, загрязняющих атмосферу и почву.

Интенсивный воздушно-газопламенный поток в пламенной печи требует усиленного отсоса продуктов горения, вместе с которыми уносится большое количество пыли, состоящей, в основном, из окисей свинца и сурьмы, что требует дорогостоящего оборудования, больших энергетических и капитальных затрат для пылеулавливания, сбора пыли и возвращения ее после агломерирования в процесс.

В процентном отношении пылеунос составляет от 10-15% от общего веса переплавляемых материалов, причем на рукавных фильтрах задерживается 95-97% веса пыли. Остальная часть пыли улетает в окружающую среду и создает экологически опасную зону.При производстве аккумуляторов используют свинцово-сурьмянистый сплав и чистый (мягкий) свинец для приготовления пасты,В аккумуляторном слое свинцово-сурьмянистый сплав находится в решетках и перемычках, а чистый (мягкий) свинец в оксидах и сульфатах свинца. Одновременный переплав сплава и восстановление до металла окислов и сульфатов мягкого свинца приводит к потере последнего и образованию обедненного по сурьме свинцово-сурьмянистого сплава.При использовании такого сплава в аккумуляторном производстве требуется как тщательное рафинирование полученного сплава до мягкого свинца, так и восстановление в нем прежнего содержания сурьмы.

Наиболее близким к заявляемому является способ переработки отработанных аккумуляторных батарей, включающий разделение их на металлизированную и окисно-сульфатную фракции с последующей электроплавкой в присутствии углекислого натрия, используемого в качестве шихты, углеродсодержащего восстановителя и флюса. При этом плавку окисно-сульфатной фракции ведут с использованием в качестве флюса шлака, полученного в результате плавки металлизированной фракции, и углекислого натрия в соотношении (2-4):1, а плавку металлизированной фракции ведут под слоем флюса, в качестве которого используют шлак плавки окисно-сульфатной фракции.

В процессе плавки по этому способу получаются пыль и шлак, с которыми теряется до 1,7% свинца и 15% сурьмы.В этом способе извлекают сурьму в сурьмянистый сплав, а затем рафинированием получают мягкий свинец с содержанием сурьмы 0,1% (т.е. обедненный по сурьме свинец, а.с. СССР N 996488 С 22 В 7/00 опубл. 1983).Таким образом, полученные в результате осуществления способа продукты непригодны без дальнейшей переработки для производства пасты, перемычек и решетчатых пластин аккумуляторных батарей.Кроме того, недостатками известного способа являются ведение процесса при высокой температуре 1200^oC, значительный пылеунос и, вследствие этого, загрязнение атмосферы.

Ведение процесса при высокой температуре требует наличия шлаков для сокращения угара металлов. Переработка этих шлаков для дальнейшего извлечения свинца и сурьмы ведет к образованию отвальных продуктов, загрязняющих почву.

В известном способе не предусмотрено мер по ресурсосбережению аккумуляторного лома с момента выхода из строя аккумуляторов до начала его пеpеработки по известному способу. Действующая ныне централизованная переработка аккумуляторного лома сопряжена с огромными безвозвратными потерями сырья (до 30-40% ). Практически, при загрузке, транспортировке, разгрузке, а также при разделке на предприятиях переработки отработанных аккумуляторных батарей теряется (высыпается) вся окисно-сульфатная фракция. На правильных печах ВЦМ с открытым пламенем теряется еще до 20% свинцовых отходов.В основу изобретения положена задача получения из отработанных аккумуляторных батарей, отделенных от корпуса и освобожденных от серной кислоты, свинцово-сурьмянистого сплава и мягкого свинца состава, непосредственно используемого для производства перемычек, решетчатых пластин и пасты аккумуляторных батарей без дополнительного добавления сурьмы и рафинирования, с минимальными затратами на осуществление способа и без загрязнения окружающей среды, исключения потери сырья при его транспортировке путем отказа от операций загрузки-выгрузки отработанных аккумуляторных батарей, получать в результате восстановительной плавки мягкий свинец, более обедненный по содержанию сурьмы.Поставленная задача решается тем, что в способе переработки сырья отработанных аккумуляторных батарей, включающем разделение его на металлическую и окисно-сульфатную фракции путем предварительного нагрева до расплавления металлической фракции и плавку отделенной окисно-сульфатной фракции в присутствии углеродсодержащего восстановителя и флюса, разделение путем нагрева до выплавления металлической фракции осуществляют в транспортно-разделительном контейнере с перфорированным днищем, а восстановительную плавку оставшейся после расплавления и слива металлической фракции окисно-сульфатной фракции ведут в объемном соотношении с углеродсодержащим восстановителем, равном 1:3.

Кроме того, транспортно-разделительные контейнеры формируют в нагреваемом объеме в вертикально-горизонтальные ряды.Переработка сырья отработанных батарей по предлагаемому способу позволяет сэкономить сотни тысяч тонн аккумуляторного лома и, прежде всего, его окисно-сульфатную фракцию, за счет того, что сырье после освобождения от серной кислоты и отделения от корпусов аккумуляторов загружают в транспортно-разделительные контейнеры в местах, наиболее приближенных к месту эксплуатации аккумуляторов (автобазах) или на пунктах их первоначального сбора. Эти загруженные контейнеры свозят к месту переработки сырья по предлагаемому способу и устанавливают рядами в устройствах предварительного нагрева сырья. Таким образом, сырье, сразу после вскрытия корпуса аккумулятора полностью загруженное в контейнеры, сбереженное и сохраненное, попадает на переработку без промежуточных выгрузок и загрузок.

Предварительный нагрев сырья в контейнерах до температуры 300-400^oC обеспечивает расплавление металлической фракции, просачивание ее через сыпуче-комковую окисно-сульфатную фракцию и слив через перфорированные днища и перевернутые поддоны контейнеров в донную часть объема предварительного прогрева. Таким образом, разделение фракций при предварительном нагреве происходит в течение определенного времени, необходимого для более полного стока металлической фракции.Такой сток металлической фракции с помощью поддержания определенной температуры позволяет получить сырье для восстановительной плавки, максимально обедненное по содержанию сурьмы.

Таким образом, в результате осуществления предлагаемого способа экономятся сотни тысяч тонн аккумуляторного лома и, прежде всего, его окисно-сульфатная фракция, составляющая 45% сырья, сырье для восстановительной плавки максимально обеднено по содержанию сурьмы. Предлагаемый способ не требует дополнительных энергетических затрат. Необходимость изготовлять транспортно-разделительные контейнеры многоразового пользования многократно окупается, обеспечив экологическую чистоту и громадные ресурсосбережения.Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен транспортно-разделительный контейнер для транспортировки и выгрузки сырья, на фиг. 2 для предварительного нагрева сырья.

Способ осуществляют следующим образом.Каждый изготовленный транспортно-разделительный контейнер содержит объемное устройство 1 с металлическими стенками 2, крышкой 3, вогнутое цилиндрической формы перфорированное металлическое днище 4, сплошной металлической цилиндрической формы съемный поддон 5. Стенки 2, днище 4 обрабатывают лиофобным составом. В положении поддона 5, изображенном на фиг. 1, контейнер предназначен для загрузки, транспортировки и выгрузки сырья. Такие контейнеры отправляют предприятиям-потребителям аккумуляторов или на сборные пункты аккумуляторного лома.

Предварительно освобожденный от серной кислоты аккумулятор разрешают вскрыть только перед загрузкой его содержимого в контейнер. Отделенный от корпуса аккумуляторный лом загружают в контейнер. При этом окисно-сульфатная фракция, высыпавшаяся на дно корпуса аккумулятора, аккуратно тоже высыпается в контейнер.Загруженные аккумуляторы транспортируют к месту переработки. Перед установкой в устройство предварительного нагрева в каждом из контейнеров снимают поддон и высыпавшуюся в них при транспортировке часть окисно-сульфатной фракции пересыпают в контейнеры. Сам поддон обрабатывают с обеих сторон лиофобным составом, переворачивают, устанавливают выпуклой стороной вверх под днищем и закрепляют. Лиофобным составом обрабатывается вся внешняя поверхность контейнера. В положении поддона 5, изображенном на фиг. 2, и без крышки 3 контейнер предназначен для предварительного нагрева сырья.

Контейнеры могут быть и другой конструкции. Например, днище может быть шаровой, пирамидальной или наклонно-плоской формы, но обязательно с перфорационными отверстиями диаметром 2-3 мм. Также различной формы могут быть поддоны, обязательно сплошные. Главное требование по всем конструкциям контейнеров состоит в том, чтобы расплавленный свинец протекал через перфорации на поддон, с которого, в свою очередь, направленно через поддоны сливался по внешним сторонам контейнера в донную часть устройства предварительного нагрева.Именно днище и поддон контейнера представляют собой донный сепаратор, разделяющий металлическую и окисно-сульфатную фракции сырья.Загруженные контейнеры устанавливают горизонтально-вертикальными рядами в нагреваемом через стенки объеме над донной частью устройства предварительного нагрева, включают нагрев через нагревательные элементы или газовые горелки.

Выплавленный из сырья в контейнерах свинцово-сурьмянистый сплав собирают в донную часть устройства предварительного нагрева, откуда, в свою очередь, его сливают в изложницы или на дальнейшую переработку.По окончании разделительной плавки отключают нагрев, после охлаждения поднимают контейнеры, в каждом из них снимают поддон и переворачивают, плотно прикладывают снизу к днищу и закрепляют, как изображено на фиг. 1, выгружают из контейнеров окисно-сульфатную фракцию в питательно-смесительный бункер в объемном соотношении с углеродсодержащим восстановителем, равным 1: 3.

Полученную смесь загружают в аппарат восстановительной плавки в присутствии, например, содо-поташного расплава в качестве флюса. Результатом плавки является свинец, обедненный по содержанию сурьмы.Опорожненные контейнеры обрабатывают с внутренней стороны лиофобным составом и отправляют для новых загрузок.

Региональная экологически чистая переработка отработанных аккумуляторов по предлагаемому способу, максимально приближенная к месту эксплуатации аккумуляторов благодаря холдинговым предприятиям позволяет обеспечить выход по свинцу до 99% Причем, посредством разделительной плавки получают сразу вторичный свинцово-сурьмянистый сплав почти соответствующий сертификату, и готовое исходное сырья (оксиды и сульфаты свинца) для восстановительной плавки по предлагаемому способу, в которой получают свинец с содержанием сурьмы до 0,1% как исходное сырье для значительно более дешевого получения мягкого свинца рафинированием.

Оснащение регионов России установками по предлагаемому способу различной производительности и типоразмеров, включаемыми по мере накопления сырья, позволит исключить экологически вредные и дорогие перевозки аккумуляторного лома, вернуть в хозяйственный оборот сотни тысяч тонн свинца, перевести часть заводов ВЦМ России на режим рафинирования (получения мягкого свинца) и выпуск свинцово-сурьмянистого сплава по сертификату из слитков вторичного свинца, получаемого на установках холдинговых предприятий.Возможно и непосредственно производство мягкого свинца и сертификатного свинцово-сурьмянистого сплава на холдинговых предприятиях по договору с аккумуляторными заводами России, которые в настоящее время находятся в большой зависимости от поставок сырья из монопольного ближнего зарубежья. Такие договоры с аккумуляторными заводами значительно повысили бы заинтересованность автобаз в сдаче аккумуляторного лома за готовые аккумуляторы. Для успеха дела требуется экспансивный стиль деятельности договаривающихся сторон.Успешное начало дела требует всего 15-230 миллионов рублей первоначального (учредительного) капитала для выполнения в течение календарного года следующих работ:

проведение проектно-конструкторских работ, выпуск проектно-конструкторской документации и получение экологического паспорта;изготовление и комплектация установки, работающей по предлагаемому способу;размещение и пуско-наладка оборудования на первом холдинговом предприятии;опытно-промышленная эксплуатация;

организация учебного центра по подготовке кадров для холдиновых предприятий.Дальнейший рост числа холдинговых предприятий можно обеспечить на основе их самоокупаемости, а для более быстрого расширения дела возможны региональные льготные кредиты, инвестиции.Накопление опыта, наличие всей необходимой документации позволит передавать установки и организовывать производства на основе лицензионных соглашений с предприятиями ближнего и дальнего зарубежья. Формула изобретения: 1. Способ переработки отработанных аккумуляторных батарей, включающий разделение его на металлическую и окисно-сульфатную фракции путем предварительного нагрева до расплавления металлической фракции и плавку отделенной окисно-сульфатной фракции в присутствии углеродсодержащего восстановителя и флюса, отличающийся тем, что разделение осуществляют путем нагрева до выплавления металлической фракции в транспортно-разделительном контейнере с перфорированным днищем, а восстановительную плавку оставшейся после расплавления и слива металлической фракции окисно-сульфатной фракции ведут в объемном соотношении с углеродсодержащим восстановителем, равным 1 3.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что транспортно-разделительные контейнеры устанавливают в нагреваемом объеме в многоярусные вертикально-горизонтальные ряды.

Глава 5. Технология пирометаллургической переработки аккумуляторного лома

Свинец производят как из рудного сырья, так и из вторичных ресурсов. В настоящее время рециклинг цветных и черных металлов является не только разумным, но и экономически, экологически, производственно необходимым. Чем больше возвращается в производство металла из вторичного сырья, тем меньше его берется из недр. Для свинца это особенно актуально из-за того, что монометаллических руд свинца практически нет, а при переработке полиметаллического сырья выделение качественных свинцовых концентратов является процессом технологически трудоемким и дорогостоящим. Более высокая концентрация свинца в ломе и его относительно низкая стоимость определяют экономичность переработки вторичного сырья. Сегодня из вторсырья производится около 60% потребляемого свинца.

Для производства одной тонны свинца из вторичного сырья требуется полторы-две тонны исходной шихты (включая флюсы и восстановитель), при этом образуется не более одной тонны отходов (шлаков, неперерабатываемых пластиков). В то же время, для производства одной тонны свинца из рудного сырья требуется извлечь из недр и переработать на переделе обогащения 50,0-80,0 т руды и выбросить в отвал почти такое же количество хвостов, а в металлургическом переделе за счет применения флюсов дополнительно получить еще более трех тонн шлаков. Тем самым, малоэффективно используются не только природные ресурсы, но и земля для хранения отвалов (которая со временем потребует затрат на рекультивацию).

С другой стороны, накапливающиеся и неперерабатываемые свинецсодержащие отходы и промпродукты являются источниками загрязнения окружающей среды, угрожающими здоровью населения, так как свинец и его соединения отнесены к токсичным веществам 1-го класса опасности. Практически во всех странах мира введены жесткие нормативы, определяющие предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязнения свинцом воздуха в зоне дыхания человека и в вводе (от 0,3 до 2 микрограмм на 1 м³ в воздухе и от 0,03 до 0,5 мг/л в питьевой воде).

Основным видом сырья для производства вторичного свинца являются отработавшие свинцово-кислотные аккумуляторы. Средне статистический автомобильный аккумулятор содержит: 20-25% электролита, 60-65% свинца (в виде металлической фракции (решетки, полюса, перемычки и т.д.) и оксидно-сульфатной пасты), 12-15% органических материалов (корпус, сепараторы из пропилена, эбонита, ПВХ и т.п.). Разделанный аккумуляторный лом, освобожденный от электролита и органики, представляет собой исходное сырье для производства вторичного свинца. При этом металлическая фракция (свинцово-сурьмянистый сплав (до 5-6% сурьмы)) содержит около 90-92% свинца, паста состоит из оксидов 25-30%, сульфатов 50-60% и сульфидов свинца 7-10%, влажность пасты 3-10%. Общее содержание свинца в пасте 65-70%.

В Беларуси, как и в Российской Федерации, в отличие от большинства европейских стран, сбор и переработка аккумуляторов, несмотря на очевидную актуальность и важность этой задачи составляет, по оценкам специалистов, не более 50% от накопления. По экспертным оценкам на свалках, транспортных площадках и в других местах по всей территории России в настоящее время накоплено не менее 1 млн. тонн свинца в отработавших свой срок аккумуляторах. В Беларуси количество скопившихся на свалках, складах и у потребителей (в первую очередь у населения) отработавших аккумуляторов оценивается в 60-70 тыс.тонн, при ежегодном накоплении до 10-12 тысяч тонн. При этом в Республике до недавнего времени свинец, содержащий лом, в том числе отходы АКБ, вообще не перерабатывался.

Единственным предприятием, осуществляющим сегодня переплавку свинецсодержащих отходов в Беларуси, является ООО"Белинвестторг" (Первая аккумуляторная компания). Компания инвестирует большие средства в развитие производства и планирует в 2012 году ввести в эксплуатацию завод по производству свинца из вторсырья (отходов АКБ) мощностью 10000 тонн свинца и сплавов в год.

Используемое сегодня на предприятии оборудование (цех в г.Волковыск) и технологические решения по новому производству (завод по производству свинца в г.Белоозерск) разработаны УП "Технолит" или при непосредственном его участии:

- система пылегазоочистки;

- система утилизации тепла;

- короткобарабанные плавильные печи;

- ротационная печь для сушки шлама и др.;

- технологические решения по новому заводу в г.Белоозерске.

Для получения свинца и его сплавов из смешанного вторсырья - аккумуляторного лома, в котором свинец содержится как в металлическом виде, так и в оксидах, сульфатах, сульфидах и других соединениях, в мировой практике используются в основном пирометаллургические методы.

Наиболее распространенным способом переработки разделанного аккумуляторного лома, является его переплавка во вращающихся (роторных) печах.

В отличие от стационарной печи, для нагрева расплава в таких печах используется не только радиационное тепло, но и физическое тепло стенок печи, нагреваемых факелом при ее вращении. Свинец и расплавленный шлак всегда находятся в нижней части печи по ее длине. Нагретая стенка погружается в расплав и отдает ему часть своего тепла, а выходящая из него остывшая стенка вновь нагревается факелом. Происходит постоянный подогрев расплава изнутри и его перемешивание, необходимая температура поддерживается практически во всем объеме шлака, процессы идут с большей скоростью и меньшим расходом топлива, а использование кислорода в дутье позволяет сократить объем отходящих газов (а, следовательно, и затраты на их очистку) и потери с ними тепла в несколько раз.

Конструкция некоторых печей предусматривает выход отходящих газов через отверстие в торцевой стенке, противоположной той, в которую вводится горелка. В других печах выходное отверстие находится в той же стенке, что и горелка, т.е. газ отражается от противоположной торцевой стенки и делает в печи петлю, что увеличивает время пребывания горючих газов в печи и т.к.п.д. печи на 20-30%. Наибольшую популярность в последнее время завоевали роторные (или ротационные) наклоняющиеся печи, позволяющие сливать расплав и шлак наклоняя печь на 30-40⁰.

Технология плавки свинецсодержащих фракций батарей во вращающихся печах и сами печи успешно используют и продолжают совершенствовать, особенно, в Европе. В настоящее время установленная мощность заводов, использующих вращающиеся печи, составляет около 70% установленной мощности заводов мира, производящих свинец и его сплавы из отработавших батарей.

Разработанный для нового завода технологический процесс производства свинцовых сплавов включает в себя следующие основные операции:

- сортировка и складирование исходных шихтовых, футеровочных и вспомогательных материалов;

- выплавка чернового свинца в роторной наклоняющейся печи;

- слив и выдержка (отстаивание) чернового свинца в обогреваемых изложницах (проливных ковшах) на стенде, отапливаемом природным газом;

- отделение шлака (после отстаивания шлак снимается с поверхности проливных ковшей и передается на участок дробления и хранения шлака), и передача жидкого свинца в рафинировочные котлы;

- получение марочных свинцовых сплавов в рафинировочных котлах, отапливаемых природным газом: сплавы ССуА, УС1 (по ГОСТ 1292-2005), свинец С2 (по ГОСТ 3778-98), селеновый свинец, кальциевый свинец и др.;

- разливка марочных сплавов в изложницы на разливочном конвейере и получение слитков (чушки) в соответствии с ГОСТ 3778-98 по 30-35 кг;

- маркировка, упаковка и складирование готовой продукции.

Стабильно высокое качество продукции обеспечивается строгим соблюдением технологических инструкций и технологического регламента, регулярным обслуживанием оборудования, постоянным поддержанием его высокой работоспособности, высокой трудовой дисциплиной, профилактикой и предупреждением аварийных ситуаций, 3-ступенчатой системой контроля качества продукции, включая входной контроль исходных материалов, текущий пооперационный контроль техпроцесса, контроль качества готовой продукции (приемочный контроль).

Разработанные технологические решения предполагают реализацию комплекса организационно-технических и технологических мероприятий, направленных на повышение эффективности, улучшение экологических параметров (планируемое содержание пыли в отходящих газах - не более 2 мг/м³), снижение удельной энерго- и материалоемкости создаваемого производства, в том числе:

- на проектируемом производстве планируется пирометаллургическая переработка только разделанного аккумуляторного лома, что в 2-3 раза снижает энергозатраты на получение чернового свинца и в 5-6 раз - количество образующихся вредных выбросов по сравнению с технологиями, в которых осуществляется переработка неразделанных слитых аккумуляторов (вместе с корпусами и сепараторами);

- применение роторных наклоняющихся печей с петлеобразным движением дымовых газов для плавки чернового свинца, вместо традиционных короткобарабанных печей с фиксированной осью вращения и поступательным движением дымовых газов, позволяет на 30-35% увеличить эффективность теплообменных процессов в печи и, соответственно, сократить время плавки и снизить удельный расход топлива, на 40-45% сократить пылеунос из печи, на 10-15% уменьшить расход флюсов;

- использование газокислородной горелки позволяет существенно (в 3-4 раза) уменьшить количество дымовых газов, аспирируемых из рабочего пространства роторной печи (соответственно дополнительно снизить пылеунос), и на 15-20% сократить расход газа;

- применение стенда подогрева проливных ковшей для отстаивания шлака и «жидкой завалки» свинца в рафинировочные котлы позволяет в 3-4 раза сократить процентное содержание остаточного свинца в шлаке, на 6-10% уменьшить массу шлака и исключает энергозатраты на повторное расплавление свинца в рафкотлах (это дает возможность дополнительно сократить расход топлива (природного газа) примерно на 20 м³ на 1 тонну свинца);

- применение системы утилизации тепла газов, аспирируемых от топок рафинировочных котлов, для нагрева воды позволит за счет ВЭР получить до 1,5 м³ горячей воды (70-75°С) в час и обеспечить собственные потребности завода в горячей воде для душевых помещений и отопление помещений АБК.

Литература

Эльтермап В.М. Охрана окружающей среды на химических и нефтехимических предприятиях. М.: Химия, 1985. 160 с,

Лейкан И.И. Рассеивание вентиляционных выбросов химических предприятий. М.: Хнмня, 1982. 224 с.

Перегуд Е.А. Санитарно-химическин контроль воздушной среды. Л.: Химия, 197S. 336 с.

Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов в технологии неорганических веществ, М,; Химия, 1984, 240 с.

Экологические проблемы химического предприятия/О.Г. Воробьев, О.С. Балабеков, Ш.М. Молдабеков, Б.Ф. Уфимцев. Алма-Ата: Казахстан, 1984. 172 с.

С. Калверт, М. Треиюу и др. Защита атмосферы от промышленных загрязнении/Под ред. С, Калверта и Г.М. Инглунда. В 2-х т. М.: Металлургия, 1988, 1470 с,

Техника защиты окружающей средьт/Н.С, Торочешников, А.И. Родионов, Н.В. Кедьцев, В.Н. Клушин. М.: Химия, 1981. 368 с,

Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. М.; Высшая школа, 1988. 272 с.

Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Очистка газов мокрыми фильтрами. М,: Химия, 1972, 248 с.

Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. М,: Химия, 1981. 616 с.

Быстрое Г.А., Гслыгерин В.М„ Титов Б.И. Обезвреживание и утилизация отходов в производстве пластмасс. Л,; Химия, 1982. 264 с.

Т. А. Семенова, И.Л. Лейтес, Ю.В. Аксельрод и др. Очистка технологических газов/Под ред. Т.А. Семеновой. М; Химия, 1977. 488 с.

Кузнецов И.Е., Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами. М.: Химия, 1979. 344 с.

Алтыбаев М.А. Разработка и внедрение хемосорбционной очистки промышленных газов от сернистых и фосфорных соединений в псевдоожи-женном слое с утилизацией продуктов очистки: Дне. ... д-ра техн. наук, Ташкент, 1989. 406 с.

Очистка газов в производстве фосфора и фосфорных удобрекий/Э.Я. Та-рат, О.Г, Воробьев, О.С. Балабеков, В.И. Быков, О.Г. Ковалев/Под ред. Э.Я. Тарата. Л.: Химия, 1979. 208 с.

А.А. Соколовский, Т.И, Унанянц. Краткий справочник по минеральным удобрениям, --М.: Химия, 1977. 376 с.

Абсорбция и пылеулавливание в производстве минеральных удобрений/ И.П. Мухленов, О.С. Ковалев, А.Ф. Туболкин, О.С. Балабеков и др./ Под ред. И.П. Мухленова и О.С. Ковалева. М.: Химия, 1987. 208 с.

Бесков С.Д. Технохимические расчеты. М.: Высшая школа, 1966. 520 с.

Коузов П.А., Малыгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка от пыли газов и воз-духа в химической промышленности. Л,: Химия, 1982. 256 с.

Бродский Ю.Н, Определение экономико-экологической эффективности систем газоочистки и пылеулавливания//Хиническое н нефтяное машиностроение. 1986. № 2. С. 3--4.

2!. Stalrmand С.J, Chemical Engineer, СЕ. 310 (1965).

Карнаухов И.А., Доронин В.И.. Цирульников П.Г. Экономический анализ технологических параметров каталитического обезвреживания газовых выбросов//Хим. пром-сть. 1988. № I. С. 55--56.

Размещено на Allbest