Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристика и способы переработки медьсодержащего сырья

ВВЕДЕНИЕ

сырье медьсодержащее вторичное обогащение

Сырьем для производства вторичной меди и ее сплавов служат амортизационный лом (46% всего медьсодержащего сырья) и текущие отходы производства.

Товарные ресурсы медьсодержащего сырья складываются в основном из отходов и лома деформируемых и литейных сплавов, образующихся при потреблении медных, латунных, бронзовых полуфабрикатов и готовых изделий. Незначительный удельный вес занимают шлаки -- отходы производства полуфабрикатов (табл. 3)'.

В соответствии со стандартом (ГОСТ 1639--78) все медьсодержащее сырье в зависимости от химического состава подразделяется на 13 групп.

Медное сырье относится к I--II группам( I группа -- медь без полуды и пайки, содержание меди не менее 99,5%, II группа -- медь луженая и паяная, соответствующая маркам МО--М4).

Медноцинковые сплавы разделены на 6 групп (III-- VIII). В III группу входят двойные латуни без полуды и пайки с содержанием меди не менее 60 %.

К IV группе относятся латуни оловянные, оловянно-свинцовые, латуни двойные паяные и луженые, в которых содержание олова не превышает 2,5% и свинца 3%. Свинцовые латуни включены в V группу, в них содержится свинца не более 3%. К специальным латуням относятся также кремнистые латуни (VI группа) с содержанием кремния не более 4,5%, марганцовистые (VII группа) -- марганца не более 4,0%, алюминиевые (VIII группа) -- более 7% алюминия.

Оловянные бронзы относятся к IX группе, безоловянные (в сплавах не более 0,25% олова и не более 1,5% цинка) -- к X группе. Из безоловянных бронз в отдельные группы выделяются бериллиевые (XI группа) и свинцовые (XII группа) бронзы.

Вторичное медьсодержащее сырье, смешанное по группам и сортам, с высокой засоренностью классифицируется как низкокачественное и выделяется в XIII группу. Удельный вес сдаваемых ломосдатчиками низкокачественных лома и отходов сплавов латуни достигает 75%, меди 44% от общего объема заготовки. Сырье группы XIII требует проведения сложных и дорогих процессов обработки (сортировки, разделки, магнитной сепарации и др.), в результате чего удельный вес низкокачественного сырья снижается до 37% у латуни и 17% у меди.

Медьсодержащие шлаки, печные выломки, сора, про-пиловка, медная и меднографитовая пыль, лом и отходы биметалла классифицируются как «прочие отходы». Содержание меди в данном сырье должно быть не менее 3%. В Советском Союзе товарные ресурсы вторичного медьсодержащего сырья располагаются по удельному весу следующим образом, %: медь 34,3; двойные латуни 18,7 латуни свинцовые 15,6; оловянные бронзы 16,4.

Вторичное медьсодержащее сырье в большинстве случаев является полиметаллическим. Его переработка должна предусматривать наиболее полное и комплексное извлечение всех компонентов. Последнее может быть достигнуто при условии максимально возможного возврата лома и отходов меди, бронзы, латуни для выплавки аналогичных сплавов.

В настоящее время цветная металлургия нашей страны потребляет 95% заготавливаемого медьсодержащего сырья, в том числе: 43% в производстве литейных сплавов, 17% деформируемых сплавов, 3% идет на получение химических соединений, 39% заготовленного медьсодержащего лома и отходов перерабатывают на черновую медь. Главная причина малой степени использования медного вторичного сырья для выплавки сплавов объясняется его низким качеством.

Для производства вторичной черновой меди, как правило, используют низкокачественное сырье. Для него характерна весьма разнообразная крупность и непостоянный химический состав. Так, шлаки, полученные при производстве первичных и вторичных сплавов на медной основе, а также шлаки и съемы литейных цехов, содержат, %: 15--38 Си (доля металлической меди составляет--60--75% от общего содержания), 3--45 Zn (50-- 60% в окисленных формах), 0,1--3,5 Sn (90% от общего содержания в виде металлического сплава). Размер кусков шлаков и съемов изменяется от 300--700 мм в поперечнике до 1--5 мм. К этой же группе можно отнести печные выломки и «козлы», в которых содержание меди находится на уровне 8--12%. Шлаки, съемы, выломки больших размеров подвергают разделке. При высоком содержании мелочи (15% и более --15 мм) шлаки направляют на грохочение, а полученную мелкую фракцию -- на окускование.

Разновидностью низкокачественного сырья являются сора. Они представляют собой землистую массу с включенными в нее корольками и сплесками металлов. К сорам относятся использованные формовочные земли, сметы с полов, наждачная пыль, мелкие шлаки цехов, связанных с получением и обработкой меди и ее сплавов.

Среднее содержание цветных металлов в сорах составляет, %: 20--35 Си, 10--25 Zn, до 0,5 Sn. По гранулометрическому составу -- это мелкий материал (более 50% --5 мм), который следует окусковывать. Насыпная масса соров равна 1,9--2,5 т/м³, влажность 3--8%.

Особое внимание заслуживают отходы кабеля и проводов. Это -- бракованные или потерявшие эксплуатационную ценность медные провода и проволока «путанка», неразделенные обрезки кабеля в резиновой, хлопчатобумажной, органической изоляции, покрытые броней и засоренные железом. Отходы кабельной продукции представлены кусками различной длины и бухтами, спутанными в клубки. В зависимости от диаметра медной жилы, толщины слоя изоляции и брони содержание меди колеблется от 30 до 98% (медные проводники изготавливают из меди марки МО и Ml). Провода и кабель, поступающие на производство черновой меди, характеризуются высокой засоренностью. Засоренность резиной составляет 20--45%, бумагой, хлопчатобумажной и полимерной изоляцией 15--60%, железом 18--30%.

В плавку поступает также мелкий засоренный лом и отходы, состоящие из обрези, высечки, стружки, латунных винтовочных, револьверных и мелкокалиберных гильз. Содержание меди в этом виде сырья составляет не менее 50%, цинка 10--30%, засоренность обычно не превышает 25%. Крупный лом и отходы представлены автомобильными и тракторными радиаторами, шестернями, теплообменниками, корабельными винтами и др. Их механическая засоренность составляет 30--50%. Сюда же можно отнести электродвигатели (разделанные и не-разделанные) и пакетированные телевизоры.

Небольшой удельный вес во вторичном сырье занимает бытовой лом (его доля не превышает 2--3% от суммарной заготовки). Он состоит из медной и латунной посуды, самоваров и других хозяйственных изделий, его механическая засоренность достигает 15 %.

На предприятия вторичной цветной металлургии поступают также отходы биметалла в виде россыпи и в пакетах массой 80--140 кг. Биметалл получают в результате покрытия основного металла (стали) другим металлом или сплавом. Плакирующий слой на стальную основу наносят прокаткой, прессованием, наплавкой, сваркой, взрывом, электролитическим осаждением, напылением. Обычно защитный слон цветного металла составляет 6-- 8% от толщины основы, но может достигать и 50%. Содержание меди в биметаллах изменяется от 7--8 до 60-- 70%, цинка от 0,1 до J--3%. Содержание меди в биметаллических отходах составляет 7--8%, цинка -- до 1%, железа -- до 90%. При выплавке вторичной черновой меди биметалл в основном выполняет роль железистого флюса.

Так как вторичная черновая медь подвергается огневому и электролитическому рафинированию, возможна также переработка низкокачественного лома и отходов, содержащих благородные металлы. К ним относятся:

лом и отходы, в которых менее 5% Ag и менее 1%Аи;

посеребренные и позолоченные металические детали, бой стеклофарфоровых изделий;

отходы парчи и тканей с позолоченными и посеребренными нитями;

обтирочные материалы и продукты очистки производственных помещений предприятий и организаций, где технологические процессы связаны с использованием благородных металлов.

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДЬСОДЕРЖАЩЕГО ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ

Изобретение относиться к способам переработки вторичного медьсодержащего сырья и может быть использовано при переработке отходов химической и электрохимической промышленности. В предложенном способе, включающем загрузку исходной шихты в расплав солей, плавление в соляной ванне при температуре, превышающей точку плавления меди, с последующей разливкой в слитки и полуфабрикаты, согласно изобретению из вторичного сырья предварительно удаляют железо, шихту загружают в расплав солей щелочных и щелочноземельных металлов и плавят выше температуры плавления меди на 10-310^oС, извлекают жидкую медь, а с поверхности солей удаляют образовавшийся нагар, после чего цикл повторяют, при этом соотношение объемов загружаемой шихты и расплава солей поддерживают в пределах (2-3,4):1; причем медьсодержащее вторичное сырье в виде медных проводов в полимерной и хлопчатобумажной изоляции плавят в расплаве солей следующего состава, вес.%: NaF - 28,3, СаF₂ - 28,3, BaCl₂ - остальное; причем медьсодержащее вторичное сырье, содержащее стеклоткань и слюду, плавят при температуре 1250-1300^oС в расплаве бутылочного стекла; причем в качестве расплава солей используют смесь следующего состава, вес. %: ВаСl₂ - 50-80, CaCl₂ - 20-50; причем медьсодержащее вторичное сырье в виде голых проводов с изоляцией из лака плавят в соляном расплаве карбоната натрия. Достигается уменьшение объемов отходящих газов и шлаков, экономия топлива, трудозатрат, упрощение процесса, уменьшение переделов. 4 з.п.ф-лы, 2 табл. Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам переработки вторичного медьсодержащего сырья, и может быть использовано при переработке отходов химической и электротехнической промышленности в виде проводов, шин, кабеля и других видов отходов, имеющих изоляцию в виде органики, лака, хлопчатобумажной оплетки, слюды и стеклоткани.Основным способом переработки проводов, кабеля и других видов меди, применяемых в электротехнике, является многоступенчатый процесс, включающий плавку в шахтных и отражательных печах на черновую медь, продувку в конвертере с целью окисления менее благородных металлов (железо, цинк, свинец, олово и другие) или огневое рафинирование, так называемое дразнение с помощью древесины или углеродистых материалов, отливка в виде анодов, электролитическое рафинирование с получением катодной меди. Катодную медь снова расплавляют и получают слитки и полуфабрикаты, пригодные для прокатки и волочения в виде лент, листов, шин и проволоки [1].

Этот процесс сопряжен с потерями меди на каждом из 3-х металлургических переделов, требует больших затрат топлива и связан с экологически вредными процессами.

В частности, медные провода перед загрузкой в печь обжигают, при этом выделяется сажа и вредные органические вещества, содержащие хлор.К недостаткам существующего способа переработки отходов меди, применяемых в электротехнике, относятся:

- многостадийность процесса, сопряженного с потерями меди, большим количеством отходов в виде шлака, сплесов, съемов, газов;

- большие затраты топлива и электроэнергии;

- использование дорогого, экологически вредного процесса электролитического рафинирования меди;

- необходимость повторной плавки катодной меди;

- большие трудовые затраты;

- необходимость экологически вредного обжига проводов, кабеля, других изделий, покрытых изоляцией.

Обычно отходы цветных металлов смешивают с солями щелочных металлов, например с содой, азотнокислым натрием, шихту спекают и выщелачивают водой [2].

Недостатками этих способов являются:

- большие энерго- и трудовые затраты на приготовление спека;- образование вязких прилипающих к футеровке печи спеков, затрудняющих промышленное использование процесса.

Медь, употребляемая для электротехнических изделий, не содержит примесей, в том числе и благородных металлов, и не требует электролитического рафинирования. Такую медь можно перерабатывать по укороченному циклу, который позволит избежать потерь меди на каждом переделе, снизить энергозатраты и получить качественную медь, пригодную для изготовления электротехнических изделий и полуфабрикатов.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки вторичного медьсодержащего сырья в электропечи с соляной ванной, куда загружается перерабатываемая шихта и плавится при температуре выше температуры плавления меди. Расплавленная медь, имеющая наибольший удельный вес из продуктов плавки, собирается на дне соляной ванны и выпускается через вертикальный канал, выполненный в электроде [3].

Переработке по данному способу подвергается шихта, содержащая лом черных и цветных металлов, например якори электродвигателей, изготовленные из стали, и содержащие медь, что непосредственно влияет на показатели извлечения меди, так как уже при температуре плавления меди 5-8% железа растворяется в расплаве. Отсюда недостатки известного способа: низкое извлечение и необходимость дополнительных переделов получаемого продукта.Технической задачей настоящего изобретения является упрощение способа переработки, утилизация всех видов отходов и получение сплава высокого качества.Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки медьсодержащего вторичного сырья, включающего загрузку исходной шихты в расплав солей и плавление в соляной ванне при температуре, превышающей точку плавления меди, с последующей разливкой в слитки и полуфабрикаты, согласно изобретению из вторичного сырья, предварительно удаляют железо, шихту загружают в расплав солей щелочных и щелочноземельных металлов и плавят выше температуры плавления меди на 10-310^oС, извлекают жидкую медь, а с поверхности солей удаляют образовавшийся нагар, после чего цикл повторяют, при этом соотношение объемов загружаемой шихты и расплава солей поддерживают в пределах (2-3,4):1.При этом в качестве расплава солей может быть использована смесь следующего состава, вес. %: BaCl₂ - 50-80, CaCl₂ - 20-50.

Переработку медьсодержащего вторичного сырья в виде медных проводов в полимерной и хлопчатобумажной изоляции осуществляют в расплаве солей следующего состава, вес. %: NaF - 28,3, CaF₂ - 28,3, ВаСl₂ - остальное, а с изоляцией из лака - в соляном расплаве карбоната натрия.Медьсодержащее вторичное сырье, содержащее стеклоткань и слюду, плавят при температуре 1250-1300^oС в расплаве бутылочного стекла.Органика при погружении в расплав солей обугливается в основной массе и частично горит на поверхности (5-10% от массы), стеклоткань, слюда, оксиды растворяются в расплаве солей и за счет свойства адгезии солей отделяются от меди. Происходит рафинирование меди от углерода, оксидов, инородных включений и повышается чистота меди до марок М3, M1.При температуре, превышающей температуру плавления меди менее чем на 10^oС, медь становится менее жидкотекучей, от нее плохо отделяются примеси в виде стеклоткани, углерода, оксидов, а при температуре, превышающей температуру плавления меди более чем на 310^oС, медь сильно перегревается, разъедает футеровку печи, стекло также вступает в реакцию с футеровкой.Соотношение загружаемого материала и соляного расплава поддерживается в пределах (2-3,4):1. При соотношении 1,9:1 и меньше падает производительность печи, так как медь плавится значительно быстрее, а загрузка металла отстает. При большем количестве загружаемых медных отходов соль застывает, и приходится увеличивать период между загрузками, что опять же снижает производительность печи.

Различный состав солей связан с различными видами изоляции проводов и найден эмпирическим путем с учетом физико-химических свойств индивидуальных солей.

Возгоны мелкодисперсного углерода (технический углерод) можно уловить в рукавных фильтрах и использовать как наполнитель резины, лаков, краски, эбонита.

Преимуществом данного способа является простота, уменьшение количества металлургических переделов, уменьшение отходов меди, затрат топлива.Например, в индукционной печи расходуется только электроэнергия и соли. При переработке электротехнических отходов с изоляцией из слюды и стеклоткани последние сплавляются со стеклом и могут быть использованы для витражей, стеклянных изоляторов.

Исключается процесс электролитического рафинирования, сопряженный с большим количеством трудозатрат, электроэнергии и испарением кислоты.

Техническим результатом, достигаемым в заявляемом способе при его реализации, является уменьшение переделов, уменьшение объема отходящих газов и шлаков, экономия топлива, трудозатрат, упрощение процесса.Пример 1. В печь Таммана с графитовым нагревателем устанавливают алундовый тигель высотой 5,5 см, диаметром 5 см, загружают в него 15 г NaF, 15 г CaF₂ и 23 г BaCl₂. Расплавляют при температуре 1093^oС и загружают первую порцию медной проволоки с изоляцией из слюды, с перерывом в 5-6 мин загружают еще 2 порции проволоки общим весом 103 г. Средняя температура опыта была 1106^oС, время плавки - 17 мин.Тигель извлекли, соль вылили в алундовый тигель, а медь - в графитовую изложницу.Получено меди 101,7 г, соли - 41,1 г.

Потери за счет изоляции 1,3 г или 1,25%.

Потери солей с учетом остатка на стенках тигля - 20%.

Пример 2. В печь Таммана установили алундовый тигель диаметром 5,8 см и высотой 7,0 см. В него загрузили 94 г безводной кальцинированной соды (Na₂CO₃), расплавили и при достижении температуры 1105^oС загрузили 1 порцию отходов меди в виде голых проводов с изоляцией из лака. В пять приемов, в течение 13 мин проплавили 214,7 г медных отходов при средней температуре 1112,5^oС, на поверхности соли собралась сажа. Тигель извлекли, соль вылили в алундовый тигель, медь - в графитовую изложницу. Получили 205,5 г меди, соли - 75 г.

Извлечение меди составило 95,72%.

Пример 3. В индукционную печь с графитовым тиглем загрузили смесь солей BaCl₂ - CaCl₂ в соотношении 80% BaCl₂ и 20% СаСl₂, объем соли - 1/3 тигля. После расплавления солей в несколько приемов загрузили концы голых медно-оловянных контактов, полученных при сборке радиоаппаратуры. Всего загружено при Т~950^oС 31,5 кг контактов, получено 31,1 кг сплава. Соль не взвешивали, т.к. плавка других отходов продолжалась. Извлечение сплава составило 98,73%.Пример 4. В печи сопротивления в алундовом тигле наплавили ~50 г бутылочного стекла, при 1250-1300^oС погрузили кусочку толстых проводников в х/б оплетке и слюде. Когда медь расплавилась, тигель извлекли и охладили, медь и стекло не изменились в весе (30 г меди), стекло приобрело зеленовато-голубой яркий цвет.

Результаты всех опытов приведены в табл.1, а химический состав некоторых опытов - в табл.2. Металл в проанализированных образцах имел марки МЗП, M1б по ГОСТ. В опыте 5 получен медно-оловянный сплав.Состав солей в примере 1 выбран по температуре плавления (около 900^oС), уменьшение количества фторидов приведет к снижению растворимости оксидов, присутствующих в слюде, увеличение - соли будут более тугоплавки и растворят тигель печи.

BaCl₂ имеет низкую упругость паров и приводит к снижению потерь от испарения. Состав солей в примере 2 выбран как наиболее дешевый, имеющий низкую упругость паров, а также повышенную энергию адгезии при очистке от оксидов и неметаллических включений (сажа, керамика, карбиды).Использование карбоната натрия наиболее предпочтительно при отходах с изоляцией из органики (пластмасса, х/б ткань, лаки), так как сода взаимодействует с углеродом, хлоридами, растворяет оксиды меди.Кроме того, использование карбоната натрия обеспечивает хорошую смачиваемость металла, образуя на поверхности расплава прочный защитный покров и тем самым предохраняя его от испарения и окисления.Стекло можно применять, когда в отходах много слюды, керамики, стеклоткани. При этом стекло не идет в отходы, а возможно его использование для художественных изделий и стеклянной изоляции в электротехнике.

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДЬСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Изобретение может быть использовано для переработки медистых материалов, содержащих редкие и благородные металлы. Анодные шламы перерабатывают совместно с высокомедистым шлаком, содержащим редкие и благородные металлы, при процентом соотношении шлака к шламу (20 - 10) : (80 - 90) путем сульфатизации концентрированной серной кислотой и последующего выщелачивания водой, повышается степень извлечения редких и благородных металлов в нерастворимый остаток, а меди - в раствор. 1 табл. Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для переработки медистых материалов, содержащих редкие и благородные металлы.

К высокомедистым шламам, содержащим благородные и редкие металлы, относятся и шлаки медеочистки от плавки на серебряно-золотой сплав в технологии переработки медеэлектролитных шламов.

Высокомедистые шлаки являются продуктом окислительного периода и помимо меди содержат селен, теллур и благородные металлы. Состав шлаков: 15-20% меди; 0,2-0,3% никеля; 2,5-3,5% селена; 2,5-3,0% теллура; 4,0-4,2% серебра; 0,09-0,1% золота.

Характерным для этих шлаков является то, что часть редких металлов и серебра находятся в оксидной форме, что и обуславливает их возврат в переработку в восстановительный период плавки. (Сошникова Л.А., Купченко М.Н. Переработка медеэлектролитных шламов. М.: Металлургия, 1978, с.133-144).

Известны способы гидрометаллургической переработки медьсодержащих шлаков, основанные на процессах сульфатизации. Сухофазная сульфатизация включает интенсивное перемешивание медеплавильного шлака с серной кислотой и водой в соотношении 1:1:1. В результате получают сухой твердый материал, в котором находившиеся металлы присутствуют в водорастворимой форме. Растворимые соединения металлов выщелачивают и отделяют от нерастворимого силикатного осадка. (М. Ситтиг. Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов. М.: Металлургия, 1985, c.119).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа относят то, что в известном способе перераспределение серебра между нерастворимым осадком и раствором потребует операции выделения серебра из сульфатных медных растворов и усложнит технологическую схему. Кроме того, сухофазная сульфатизация сопровождается разогревом сухой массы и образованием газовой фазы, в которую будет частично удаляться селен; обезвреживание газовой фазы, извлечение селена удорожает переработку.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ переработки медеэлектролитного шлама в концентрированной серной кислоте при температуре 150-300oC, выщелачивание шлама холодной водой и последующую промывку шлама горячим конденсатом с аэрацией пульпы воздухом (Авт. свидетельство СССР N 1636463, МКИ3 С 22 В 15/00), который принят в качестве прототипа.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа относят следующее:

1. Перераспределение селена, теллура и серебра между нерастворимым осадком и медным раствором (определено экспериментально).

2. Переход селена, теллура и серебра обуславливает операцию выделения этих элементов из медьсодержащего раствора, что усложняет технологическую схему.

Анализ описанных выше аналогов и прототипа выявил, что ни в одном из них не достигается желаемый результат - полное извлечение редких и благородных металлов в нерастворимый остаток, а меди - в раствор.Авторами настоящей заявки на изобретение способ переработки медьсодержащего сырья с достижением указанного технического результата создан.Переработку анодного шлама ведут способом жидкофазной сульфатизации при соотношении в загрузке медистый шлак: медеэлектролитный шлам (10-20%):(90-80%). При совместной переработке медеэлектролитного шлама и медистого шлака окисленные формы серебра восстанавливаются до металлического состояния и переходят в нерастворимый осадок, а медь окисляется и образует растворимый сульфат.

Заявляемый способ переработки медьсодержащих материалов отвечает всем критериям патентоспособности. Он является новым, т.к. аналогичные известные из уровня техники решения не обладают тождественной совокупностью признаков, о чем свидетельствует проведенный выше анализ известных способов.

От прототипа заявляемый способ отличается тем, что сульфатизация медного шлака на серебряно-золотой сплав проводят при соотношении медистый шлак: медеэлектролитный шлам (10-20%):(90-80%).

Сущность заявляемого способа не следует явным образом из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию "Изобретательский уровень" т. к. позволяет не только практически полностью исключить потери селена, теллура и серебра с медными растворами, но и снизить выбросы сернистого газа в сравнении с сульфатизацией медеэлектролитного шлама без дозировки шлака медеочистки.Образование диоксида серы при сульфатизации материалов, содержащих металлическую медь, обусловлено окислительными свойствами концентрированной серной кислоты при высоких температурах:

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2Н2O,

При совместной переработке металлизированного медеэлектролитного шлама и медистого шлака, в котором более 50% серебра представлено окисленными формами, происходит известное взаимодействие:

Cu0 + 2Ag+ ---> Cu2+ + Ag0,

Т. е. окисленные формы серебра восстанавливаются до металлического состояния и переходят в нерастворимый осадок, а медь окисляется и образует растворимый сульфат. За счет этих взаимодействий снижается расход кислоты как окислителя.

Режимы осуществления способа подобраны экспериментально. Во всех вариантах извлечение меди и никеля в раствор составляло 93-97%.

При соотношении в загрузке сульфатизации медистого шлака к медеэлектролитному шламу, равном 30% : 70% в растворах выщелачивания зафиксированы высокие концентрации селена, теллура и серебра, что привело к снижению извлечения в нерастворимый осадок: серебра на 13.7%, селена на 4%, теллура на 35.5%.

При соотношении в загрузке сульфатизации медистого шлака к медеэлектролитному шламу, равном 6% : 94% достигали практически полного извлечения селена, теллура и серебра в нерастворимый осадок, однако зафиксировали выделение диоксида серы.

Пример. В реактор с механическим перемешиванием и нагревом на операцию сульфатизации поступают медеэлектролитный шлам, измельченный медистый шлак и концентрированная серная кислота при соотношении Т:Ж, равном 1:4. Пульпа подогревается до 100oC, а затем за счет экзотермических реакций температура повышается до 120-145oC. После окончания операции сульфатизации полученная пульпа подвергается выщелачиванию водой. При этом сульфатные формы цветных металлов (меди и никеля) переходят в раствор, содержание серной кислоты уменьшается до 300 г/л. Полученная пульпа фильтруется, твердый осадок анализируется на содержание меди и никеля, а раствор - на содержание селена, теллура и серебра. В опытах концентрация меди и никеля в осадке не превышала 1%.

Результаты промышленных испытаний по предлагаемому способу и лабораторных исследований (при выходе за рамки рекомендуемых соотношений) представлены в таблице (см. в конце описания).

Как следует из приведенных результатов, ведение процесса переработки шлаков медеочистки плавкой на серебряно-золотой сплав в химико-металлургическом цехе АО "Уралэлектромедь" в условиях заявляемого способа позволяют считать его промышленно применимым.Преимущества промышленного использования заявляемого способа:1. Увеличение производительности плавки на серебряно-золотой сплав за счет снижения объемов оборотных материалов.

2. Снижение количества шлаков, передаваемых на переработку в медеплавильное производство, что снизит долю незавершенного производства и безвозвратные потери драгметаллов.

3. Возможность направить медь и никель шлаков медеочистки на производство готовой продукции - медный и никелевый купоросы.4. Снижение выбросов диоксида серы в расчете на переработку медеэлектролитного шлама.

Способ переработки анодных шламов медеэлектролитного производства, включающий сульфатизацию концентрированной серной кислотой при повышенной температуре и последующее выщелачивание водой, отличающийся тем, что анодные шламы перерабатывают совместно с высокомедистым шлаком, содержащим редкие и благородные металлы, при процентном соотношении шлака к шламу (20 - 10) : (80 - 90).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ПЫЛЕВОГО ФАКТОРА ПРИ ОБОГАЩЕНИИ МЕДЬСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

На протяжении столетий производство меди служило показателем экономического развития государства. И сейчас по использованию в различных отраслях промышленности медь является одним из самых распространенных металлов. До начала XX в. ее основная масса использовалась для получения сплавов в основном бронзы и латуни, из которых традиционно изготавливались монеты, домашняя утварь и оружие. Настоящий медный бум начался с открытием электричества и развитием электротехнической промышленности.

Медьсодержащие руды характеризуются невысоким содержанием основного металла, в связи с чем в цикле переработки медьсодержащего сырья использование обогатительных технологий является обязательным [4].

Технологический процесс обогащения руд включает в себя подготовительные операции (дробление, измельчение и классификацию), флотацию и обезвоживание сырья (сгущение, фильтрация, сушка), которые сопровождаются пылеобразованием разной степени интенсивности.

Цель исследования - дать комплексную гигиеническую оценку пылевому фактору при обогащении медьсодержащего сырья.

Материалы и методы исследования

Для реализации указанной цели мы изучали дисперсность, химический состав и определяли концентрации пыли в воздухе рабочей зоны дробильного отделения, а также отделения измельчения и флотации, фильтровально-сушильного и реагентного отделений ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод (г. Ревда Свердловской обл.).

Определение пыли в воздухе рабочей зоны проводилось в соответствии с методическими указаниями [3, 6]. Отбор проб пыли осуществлялся в зоне дыхания работниц при помощи электроаспиратора с использованием фильтров АФА-ВП-20 со скоростью 20 л в минуту в течение 30 минут. Содержание пыли определялось по отношению разности веса фильтров до и после отбора проб к объему исследуемого воздуха, приведенному к нормальным условиям (температура 20 °С), атмосферное давление 760 мм рт. ст., относительная влажность 50 %). Среднесменные концентрации пыли рассчитывались как средневзвешенные величины на основании отдельных измерений при выполнении основных и вспомогательных операций и перерывов в работе в течение трех смен [6].

Дисперсность пыли определялась методом микроскопии просветленных в парах ацетона фильтров АФА с помощью окулярного микрометра [2].

Полуколичественный спектральный анализ пыли, отобранной в виде сметов на рабочих местах обогатительной фабрики, проводился аналитическим испытательным центром ОАО «Уральская центральная лаборатория» (г. Екатеринбург).

Медь и кремний диоксид кристаллический определялись фотометрическим методом. Фотометрическое определение меди в воздухе рабочей зоны основано на реакции взаимодействия ее катиона с диэтилдитиокарбонатом натрия в щелочной среде; чувствительность метода 10 мкг меди в анализируемом объеме раствора. Определение концентрации диоксида кремния основано на реакции его в слабокислой среде с последующим восстановлением аскорбиновой кислотой в присутствии сернокислой меди до кремнемолибденовой сини и измерении оптической плотности окрашенного раствора.

Гигиеническая оценка концентраций пыли, меди и диоксида кремния в воздухе рабочей зоны проводилась в сравнении их с ПДК на основании гигиенических нормативов 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» [5].

Результаты исследования и их обсуждение

Первый этап обогащения медьсодержащего сырья - рудоподготовка - осуществляется в дробильном отделении. Медное сырье (шлак, руда) в железнодорожных думпкарах поступает на приемную эстакаду первичных бункеров, разгружается на решетки с размером ячейки 330 на 400 мм. Надрешетный продукт (негабариты) разбивается вручную, подрешетный продукт из бункеров пластинчатыми питателями и ленточными транспортерами подается в конусную дробилку среднего дробления с предварительным грохочением на колосниковом грохоте. После стадии среднего дробления медное сырье через ситовые бункера подается для контрольного грохочения на вибрационные грохота, после чего подрешетный продукт крупностью 10 мм через систему транспортеров поступает в бункера главного корпуса, а надрешетный продукт на вторую стадию дробления в конусные дробилки мелкого дробления. Продукт после мелкого дробления возвращается в те же ситовые бункера и, далее, на грохочение. Конечным продуктом дробильного отделения является материал крупностью 10 мм.

Обслуживание дробильного отделения осуществляется бригадой рабочих в составе дробильщика, бункеровщика, грохотовщика и машиниста конвейера, которые обеспечивают бесперебойным медьсодержащим сырьем отделение измельчения и флотации.

В отделении измельчения и флотации медное сырье перерабатывается на двух технологических секциях по схеме прямой флотации с получением концентрата. Технологический процесс начинается с измельчения рудного сырья и производится в три стадии: первая стадия - в открытом цикле, вторая и третья стадии - в замкнутом цикле с классифицирующим оборудованием. Дробленый материал из бункеров тарельчатыми питателями и ленточными транспортерами подается в шаровые мельницы, где в водной среде производится первая стадия измельчения.

Измельченный материал (пульпа) песковыми насосами перекачивается в шаровые мельницы второй стадии измельчения и, далее, на гидроциклоны первой стадии классификации для разделения на грубую (пески) и тонкую (слив) фракции. Пески возвращаются на доизмельчение в мельницы второй стадии, а слив самотеком вместе с ксантогенатом и флотомаслом поступает на межцикловую флотацию в механическую и в пневмомеханическую флотомашину.

Пенный продукт межцикловой флотации является готовым медным концентратом. Хвосты флотации насосами перекачиваются на вторую стадию классификации в гидроциклонах.

Слив последовательно проходит еще две стадии классификации: в спиральных классификаторах и в гидроциклонах. Пески всех трех стадий классификации поступают на третью стадию измельчения в шаровые мельницы.

Бригада рабочих отделения измельчения и флотации включает в себя машиниста питателей, машиниста мельниц, растворщика реагентов и флотатора.

В фильтровально-сушильном отделении сгущение продуктов обогащения осуществляется в пяти двухмостовых сгустителях диаметром 30 м с периферическим приводом. Фильтровальное отделение имеет в своем составе две независимые технологические системы: медную и песковую (пиритную), включающие в себя дисковые вакуум-фильтры, агитчаны, фильтратные, песковые насосы и вакуум-насосы.

Сушильное отделение имеет в своем составе теплогенератор с газовой горелкой, сушильный барабан с полочной насадкой, пылеулавливающий циклон, дымосос, центробежный вентилятор для подачи первичного и вторичного воздуха в топку сушильного барабана. Из барабана концентрат по системе конвейеров подается в аварийный склад для непосредственной погрузки в железнодорожные думпкары и отправки в медеплавильный цех.

Бригада рабочих фильтровально-сушильного отделения состоит из фильтровальщика, сушильщика, машиниста питателя, транспортерщика и машиниста конвейера. Отделение по приготовлению растворов реагентов осуществляет переработку обожженного известняка и приготовление известкового молока, приготовление растворов флотационных реагентов необходимой концентрации и перекачивание растворов реагентов в расходные баки отделения измельчения и флотации. Технология приготовления реагентов заключается в выгрузке сырья из железнодорожных вагонов или автотранспорта, складировании, растворении, перекачке. Затаренные реагенты при помощи электропогрузчика разгружаются и складируются в пролет подвесной кран-балки. От мест загрузки реагентов и машин для растворения сернистого натрия и ксантогената производится отсос с очисткой аспирационного воздуха. Шламы периодической чистки емкостей перекачиваются в отдельный контактный чан, затем в хвостовой желоб обогатительной фабрики с добавкой известкового молока для нейтрализации. Приготовление известкового молока осуществляется по следующей схеме: известь из железнодорожных думпкаров разгружается в приемные бункера реагентного отделения, далее последовательно питателем в щековую дробилку и в шаровую мельницу для мокрого измельчения до крупности менее 0,074 мм и в спиральный классификатор, пески которого возвращаются на доизмельчение в мельницу. Другие флотационные реагенты (ксантогенат, аэрофлот) загружаются в контактные чаны для растворения водой и далее перекачиваются в расходные емкости отделения измельчения и флотации. Приготовление растворов реагентов осуществляет растворщик реагентов, рабочим местом которого являются все площадки, склады и оборудование. При обогащении медьсодержащих руд в воздух рабочей зоны поступает пыль, представленная в основном аэрозолями дезинтеграции, которые образуются при разгрузке, дроблении, грохочении, перегрузке дробленой руды, а также при замешивании растворов и чистке оборудования. Аэрозоли конденсации встречаются в сушильном отделении при загрузке и выгрузке концентрата. Изучение дисперсного состава пыли позволило установить, что преобладающее число пылинок имеет размеры 2,1-5,0 мкм, что определяет устойчивый характер присутствия данной пыли в воздухе рабочей зоны, глубокое проникновение в органы дыхания, а также длительное ее нахождение альвеолах легких (табл. 1). В химическом составе пыли при анализе было выявлено преобладание двуокиси кремния, меди, железа, а также серы, кальция, алюминия, кобальта (табл. 2). Согласно работе [5] кремний диоксид кристаллический и медь обладают фиброгенными свойствами. Наибольшее содержание диоксида кремния отмечено в воздухе дробильного отделения (23,4 %). Обращает на себя внимание присутствие в составе пыли мышьяка на всех отделениях. Кремний диоксид кристаллический и мышьяк относятся к веществам, обладающим канцерогенным действием [1]. В дробильном отделении на рабочем месте машиниста конвейера средние значения максимально разовых концентраций пыли составили 2,9 мг/м? в холодный период года и 2,6 мг/м? в теплый период года, при этом запыленность в холодный период несколько выше. Возможно, это объясняется тем, что в зимнее время в производственных помещениях уменьшается кратность воздухообмена. Среднесменные концентрации пыли составляли 2,8 и 2,2 мг/м? в холодный и теплый период года соответственно. В отделении измельчения и флотации у флотомашины среднее значение максимально разовых концентраций регистрировалось на уровне 2,6 мг/м? в холодный период года и 2,8 мг/м? в теплый период года, в зоне обслуживания тарельчатого питателя соответственно 3,2 и 2,9 мг/м?, и в зоне обслуживания шаровой мельницы 3,8 мг/м? в холодный период года и 3,4 мг/м? в теплый период года. Среднесменные концентрации пыли на вышеперечисленных рабочих местах отделения составляли 1,4-2,8 мг/м? в холодный период года и 2,4-3,0 мг/м? в теплый. На рабочем месте аппаратчика сгустителей в фильтровально-сушильном отделении максимально разовые концентрации пыли по средним значениям составляли 1,9 мг/м? в холодный и 1,4 мг/м? в теплый период года. Среднесменные концентрации пыли у сгустителя соответственно 1,2 и 0,9 мг/м?. У щековой дробилки на рабочем месте дозировщика реагентов средние значения максимально разовых концентраций пыли отмечены на уровне 1,6 мг/м? в холодный и 1,9 мг/м? в теплый период года, а на рабочем месте растворщика реагентов на площадке по раскупорке тары максимально разовые концентрации по средним значениям составляли 2,1 и 1,8 мг/м? в холодный и теплый период года соответственно. Среднесменные концентрации пыли в реагентном отделении оценивались на уровне 1,4 и 1,3 мг/м? в холодный период года; 1,4 и 0,9 мг/м? в теплый период года у дозировщика и растворщика реагентов соответственно. На рабочем месте машиниста конвейера дробильного отделения исследовались концентрации меди и диоксида кремния. Максимально разовые и среднесменные концентрации меди в рабочей зоне машиниста конвейера, как в теплый, так и в холодный периоды года не превышали предельно допустимые значения (ПДК 1,0/0,5 мг/м?). В то же время нами было отмечено превышение ПДК диоксида кремния (4,0 мг/м?) по среднесменным концентрациям в теплый (4,8 мг/м?) и холодный (4,2 мг/м?) периоды года. По-видимому, причиной столь высокой запыленности воздуха является неудовлетворительная работа вентиляции. Производительность каждой из 10 аспирационных систем, предназначенных для удаления загрязненного воздуха, была ниже проектной производительности. Ряд местных укрытий не перекрывает источник выделения вредности, что не обеспечивает достаточное улавливание пыли. Кроме того, влажная уборка помещения осуществляется только на транспортерах под дробилками (данные транспортеры герметично укрыты), во всех остальных случаях применяется сухая уборка. Максимально разовые концентрации меди на рабочем месте машиниста мельниц не превышали ПДК (1,0 мг/м?) в оба периода года, как по средним, так и по максимальным значениям, находясь в пределах 0,20-0,26 мг/м?. Среднесменные концентрации, составляющие 0,045 и 0,14 мг/м? в теплый и холодный периоды года, соответственно также ниже ПДК (0,5 мг/м?). Концентрации диоксида кремния в воздухе рабочей зоны машиниста мельниц по средним значениям находились на уровне 2,6 мг/м? в теплый период года и 2,8 мг/м? в холодный период года, что не превышало ПДК (4,0 мг/м?). Содержание меди и диоксида кремния в воздухе рабочей зоны флотатора (отделение измельчения и флотации), а также фильтровальщика, сушильщика, машиниста питателя, транспортерщика и машиниста конвейера (фильтровально-сушильное отделение) как в теплый, так и в холодный периоды года не превышало ПДК. Содержание меди в рабочей зоне машиниста питателя (реагентное отделение) в теплый и холодный периоды года было в пределах ПДК по средним и по максимальным значениям. Содержание диоксида кремния превышало предельно допустимые значения и составляло по среднесменным концентрациям 5,1 мг/м? в теплый 5,4 мг/м? в холодный период года. Как показали наши исследования, вентиляция в реагентном отделении не эффективна, а на складе реагентов она вообще не организована. Таким образом, технологические процессы и оборудование на обогатительной фабрике формируют комплекс неблагоприятных факторов производственной среды, среди которых ведущим является пыль. Поступающая в воздух рабочей зоны пыль представлена аэрозолями дезинтеграции, которая образуется при дроблении, грохочении, перегрузке дробленной руды, а также при замешивании растворов и чистке оборудования. Аэрозоли конденсации встречаются в сушильном отделении при загрузке и выгрузке концентрата. Преобладающее число пылинок имеет размеры 2,1-5,0 мкм, что определяет устойчивый характер присутствия данной пыли в воздухе рабочей зоны, длительное нахождение ее в глубоких отделах органов дыхания. В составе пыли преобладают кремний диоксид кристаллический и медь, обладающие фиброгенным действием на организм. Присутствие в пыли кремний диоксида кристаллического и мышьяка определяет ее канцерогенную опасность. Повышенная запыленность воздуха в таких отделениях, как дробильное, измельчения и флотации и реагентное, объясняется особенностями технологического процесса и неправильной организацией воздухообмена производственных зданий.

Список литературы

1. Канцерогенные факторы и основные требования к профилактике канцерогенной опасности: СанПиН 1.2.2353-08. - М.: Информационно-издательский центр Роспотребнадзора, 2008. - 7 с.

2. Лобова Т.Т. Изучение дисперсности пыли методом микроскопии // Методы изучения производственной пыли и заболеваемость пневмокониозами: сб. науч. тр. - М.: Медицина, 1965. - С. 43-48.

3. Методические указания по измерению концентраций аэрозолей преимущественно фиброгенного действия. - М.: Медицина, 1987. - 26 с.

4. Неустроев А.А. Основы металлургического производства. - М.: Металлургия, 1984. - 258 с.

5. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны: ГН 2.2.5.1313-03. - СПб: Информационно-издательский центр Роспотребнадзора, 2004. - 234 с.

6. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда: Р 2.2.2006-05. - Екатеринбург: ИД «Урал Юр Издат», 2006. - 184 с.

7. Мансуров И.З., Бромберг А.И. Ломоперерабатывающее оборудование. Обзор. - М.: НИИМАШ, 1982. - 96 с.

8. Вторичные материальные ресурсы черной металлургии. Справочник в 2-х т. т.1: Лом и отходы черных металлов и огнеупорных материалов / под ред. Хомского Г.С. - М.: Экономика, 1986. - 229 с.

9. Морозов С.И. Оборудование для переработки легковесного лома. - М.: Металлургия, 1982. - 232 с.

10. Справочник по чугунному литью / под ред. Гиршовича Н.Г. - Л.: Машиностроение, 1978. - 758 с.

11. Высококачественные чугуны для отливок / под ред. Александрова Н.Н. - М.: Машиностроение, 1982. - 222 с.

12. Шевелева Л.Н., Метушевская В.И. Качество стали и влияние на него использования лома (по материалам Европейской экономической комиссии ООН) - М.: Машиностроение, 1995. - 176 с.

13. Валеев В.Х., Сомова Ю.В., Авдеева М.В. Разработка способа переработки замасленной окалины прокатного производства / Межрегиональный сб. науч. тр.: Теория и технология металлургического производства. Вып. 7. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. - С.150-152.

14. Вторичные материальные ресурсы черной металлургии. Справочник в 2-х т. т.2: Шлаки, шламы, отходы обогащения железных и марганцевых руд, отходы коксохимической промышленности, железный купорос / под ред. Смирнова Л.А. - М.: Экономика, 1986. - 344 с.

15. Черепанов К.А., Черныш Г.И., Динельт В.М., Сухарев Ю.И. Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии. - М.: Металлургия, 1994. - 224 с.

16. Сокуренко А.В., Шеремет В.А., Кекух А.В. Опыт утилизации железосодержащих шламов и вторичной окалины // Сталь. 2006. №1. - С.82-85.

Размещено на Allbest