Извлечение меди из лома смешанного состава

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

При извлечении металлов из металлического лома сырье как правило содержит большое количество различных металлов и неметаллов, находящихся в виде механических ассоциатов друг с другом и с трудом поддающихся разделению. Криогенные процессы очень эффективны при обработке некоторых типов металлического лома, который в ходе обработки становится хрупким и легко поддается фрагментации.

1. Получение меди из лома смешанного состава

При извлечении металлов из металлического лома сырье как правило содержит большое количество различных металлов и неметаллов, находящихся в виде механических ассоциатов друг с другом и с трудом поддающихся разделению. Криогенные процессы очень эффективны при обработке некоторых типов металлического лома, который в ходе обработки становится хрупким и легко поддается фрагментации. Однако если в ломе содержатся значительные количества металлов, сохраняющих пластичность при температуре криогенной обработки, то при его переработке приходится решать ряд проблем. Так, например, в материале, содержащем медь и железо, медь после криогенного охлаждения не становится хрупкой и ломкой. Напротив, она проявляет склонность к сплющиванию, сжатию, растяжению и другим видам пластической деформации при проведении процесса дробления. Как следствие этого, значительные количества железа не удается выделить и направить на повторное использование. Механическое улавливание железа частицами цветного металла делает, таким образом, невозможным разделение обычными методами.

Процесс, разработанный Д.Дж. Дрейеом (патент США 3 905556, 16 сентября 1975 г.; фирма «Эйр Продактс энд Кемикалс, Инк.»), применяется для обработки металлического лома самого разного состава. Здесь он будет описан применительно к лому, имеющему относительно высокое содержание меди. В нем могут присутствовать и другие цветные металлы, такие как алюминий, цинк или драгоценные металлы. Типичным сырьем, перерабатываемым по данному способу, является смесь, получаемая при первичной фрагментации непригодных к эксплуатации автомобильных генераторов, регуляторов напряжения, электромоторов, арматуры, статоров, электрических проводов, электронных устройств, реле и т.п., в которой содержатся относительно большие количества меди, существенные количества алюминия, органический изоляционный материал, а также железосодержащие материалы и, как правило, малые количества других металлов.

Исходное сырье первоначально подвергают криогенному охлаждению, и, когда железо и органические компоненты становятся хрупкими, разбивают его на куски, минимальный размер которых составляет 7-8 см.

После этого материал разделяют на легкую и тяжелую фракции; тяжелую фракцию разделяют в магнитном поле на магнитную и немагнитную часть. Немагнитные материалы соединяют с легкой фракцией, полученной на первой стадии разделения, и снова подвергают дроблению, причем получают частицы с минимальным размером ~5 см.

Затем сырье снова подвергают разделению с помощью воздуха; более тяжелую фракцию направляют на магнитное разделение и полученную немагнитную фракцию возвращают во вторую дробильную мельницу. Легкую фракцию, полученную при разделении, измельчают для получения частиц с минимальным диаметром ~2,5 см и полученный материал освобождают от магнитных компонентов в одной или нескольких стадиях магнитного разделения. Оставшаяся немагнитная фракция может быть использована для выделения индивидуальных металлов.

Схема стадии выделения металла представлена на рис. 43. Материал по линии 8 подается в гранулятор или на нож для проволоки 9. Материал представляет собой маленькие куски лома, полученные ранее путем последовательного измельчения в молотковых или им подобных мельницах, и содержит различные металлы при высоком содержании меди. Хотя кусочки сырья и не должны обязательно иметь точные размеры, однако наиболее подходящими для переработки являются частицы диаметром ~1,2 см м длиной ~2,5 см; величина частиц зависит от размеров отверстий в грохоте последней из молотковых мельниц.

Фракции, состоящие в основном из ковких металлов и содержащие также неметаллы, значительно труднее подвергаются измельчению с. получением частиц контролируемого размера, чем хрупкие материалы. В связи с этим для получения частиц приблизительно одинакового размера, что облегчает дальнейшую переработку, сырье, состоящее из металлических кусочков, по линии 8 подается на нож для проволоки или в гранулятор 9.

В грануляторе 9 получают частицы, размеры которых в основном составляют 0,65 см, и менее либо 0,8 см и менее. Пыль удаляют через верх гранулятора и по линии 10 направляют в пылесборную трубу 13, ведущую к коллекторной системе. Пыль, собираемая в циклонах, мешочных и других фильтрах, может быть использована для выделения металлических и неметаллических компонентов, содержащихся в ней.

Измельченный продукт из гранулятора направляют на просеивание, в результате которого получают три или более фракций с разным размером частиц. В рассматриваемом случае используют обычное трехъярусное сито 11, с помощью которого получают четыре фракции. Хотя размеры частиц в каждой фракции не должны выдерживаться очень точно, в данном примере можно указать следующие желательные размеры частиц во фракциях: / - крупная, более 0,65 см; 2 - первая средняя, 0,32-0,65 см; 3 - вторая средняя, 0,15-0,32 см; 4 - мелкая, менее 0,15 см.

Частицы пыли, образующейся при просеивании, по линии 12 попадают в пылесборную систему. Крупная фракция / по линии 15 возвращается на нож для дальнейшего измельчения. Если сырьем в линии 15 захвачены значительные количества магнитных материалов, желательно удалить их с помощью магнитного разделения до того, как смесь попадает на нож 9. Каждую из оставшихся фракций 2, 3 и 4 по отдельности подвергают разделению по плотностям.

Применение многоярусных сит необходимо для того, чтобы предохранить резцы гранулятора 9 от возможных повреждений частицами больших размеров. После измельчения исходного сырья (последняя стадия измельчения обозначена цифрой / на схеме) оно подается на разделение в воздушный сепаратор. 2. Там падающие частицы разделяются на легкую и тяжелую фракции при действии потока воздуха, подаваемого в поперечном направлении.

Тяжелая фракция выводится из сепаратора 2 по линии 3 и может быть возвращена на стадию измельчения - с предварительным добавочным разделением этой фракции или без такового. Пыль собирается в пылесборной системе, попадая по линии 4 в пылесборную трубу 13, в то время как легкая фракция по линии 5 поступает в гранулятор 9. Хотя частицы лома, поступающие на последнюю стадию дробления являются в основном немагнитными, однако после механической обработки на стадии / и сепарации 2 возможно появление магнитных частиц, которые ранее были покрыты оболочкой из немагнитных метериалов. Эти магнитные частицы могут быть удалены из сырья по линии 5 с помощью магнитной сепарации, обозначенной на схеме цифрой 6. Сырье, не содержащее более магнитных частиц, по линии 8 направляется в гранулятор 9.

Перейдем к описанию обработки трех фракций, образующихся на стадии сортировки И. Наиболее грубые фракции подвергают разделению по плотности частиц. Так, фракцию с наибольшим размером частиц, которая после сортировки отводится по линии 16, направляют в сухой сепаратор 17, в котором происходит удаление неметаллических частиц и материалов более легких (меньшей плотности) чем алюминий.

Удаление этих частиц может быть проведено, например, с помощью устройства известного под названием «дестонер». В нем сухой гранулированный материал подается на наклонный виброгрохот. Через грохот и слой материала над ним продувается или прокачивается воздух. Постоянный ток воздуха приводит к разделению материала на отдельные слои, причем более легкий материал, перемещающийся вниз по поверхности виброгрохота, находится в верхнем слое. Более тяжелый материал перемещается к верхней части грохота и затем выводится из системы.

На практике при работе таких сепараторов тяжелая фракция обычно содержит камни, стекло и т.п. - отсюда английское название «дестонер». Дестонер может эффективно разделять любые два компонента, которые отличаются по плотности не менее, чем на 100%. Наиболее легкие частицы выносятся проходящим воздухом из верхнего слоя и попадают в пылесборную систему. Более легкая фракция выводится в нижней части грохота, где может быть расположен нож для соскабливания и удаления верхнего слоя (содержащего относительно более легкий материал) с нижнего слоя, в котором находится более тяжелый материал.

Из материала, подаваемого по линии 16, в сепараторе 17 удаляется пыль и материалы более легкие чем алюминий, которые выводятся по линии 18. Более тяжелые материалы по линии 20 подаются во второй сепаратор 21. В качестве сепаратора 17 может быть использован вакуумный дестонер Форсберга модели Н-2 или любой другой подобный аппарат, предназначенный для разделения по плотности сухих гранулированных материалов с приблизительно одинаковым размером частиц.

Сепаратор 21 может быть такого же типа как и 17, но он работает при несколько измененных условиях, таких как наклон грохота, скорость вибрации, интенсивность потока воздуха, для того чтобы обеспечить отделение алюминия от более тяжелых металлов. Поскольку плотность алюминия значительно ниже, чем у большинства других металлов, содержащихся в ломе (разница в плотности не менее 100%) его удается легко выделить в сепараторе 21 в очень чистом виде; из сепаратора его выводят по линии 22. Оставшиеся металлы, многие из которых близки друг к другу по плотности, неудовлетворительно разделяются в аппаратах типа дестонер.

Для четкого разделения оставшихся металлических компонентов материал из сепаратора 21 по линии 24 направляют на сепаратор типа концентрационного стола, который позволяет разделять частицы одинакового размера, различающиеся по плотности на 25% и более. Обычно такое устройство представляет собой ячеистый грохот, наклоненный в двух направлениях. Ток воздуха проходит через проницаемую поверхность, в результате чего находящийся на грохоте материал разделяется на слои. Более легкий материал находится в верхнем слое, а более тяжелый материал, который перемещается вверх по рифленой поверхности грохота, в нижнем слое. Таким образом, подаваемое сырье разделяется на грохоте на несколько фракций с постепенно увеличивающейся плотностью. Путем соответствующего размещения перемещаемых делителей может быть достигнуто четкое разделение сырья на фракции одинаковой плотности. Таким образом из смеси могут быть выделены три или более продукта, каждый из которых содержит в основном одно вещество.

При разделении образуются также продукты, представляющие собой смесь отдельных фракций. Такие смеси снова возвращают на грохот для повторного разделения. Поток воздуха через грохот создается воздуходувкой, расположенной внизу, в случае концентрационных столов, работающих под давлением, или путем отсасывания воздуха сверху - в вакуумных столах.

Продукт, выводимый по линии 24, содержит медь, а также может содержать один или более других обычных цветных металлов или сплавов, таких как латунь, бронза, свинец и (или) цинк и т.п.; возможно также наличие небольших количеств серебра. Названные цветные металлы по возрастающей плотности располагаются в следующий ряд Al< Zn < Си < Ag < Pb.

На концентрационном столе 25 легко достигается выделение цинка, который отделяется от меди и более тяжелых металлов. В зависимости от относительного содержания других металлов и желаемой чистоты выделяемого элемента после удаления цинка и большей части меди в 25, оставшиеся металлы можно выделять на том же столе или направить их на другой аналогичный концентрационный стол, для выделения индивидуальных металлов. В случае необходимости выделенные индивидуальные фракции могут быть далее подвергнуты очистке химическими или другими известными методами, которые, однако, не являются частью рассматриваемого процесса.

Средняя фракция, получаемая на грохоте И, отводится по линии 27 в сепаратор 28, устройство и работа которого такие же как у сепаратора 17. Материалы, которые легче алюминия, отделяются и выводятся по линии 29; оставшиеся металлические компоненты по линии 30 направляются в сепаратор 31, который аналогичен сепаратору 21.

Из сепаратора 31 алюминий отводится по линии 32, а оставшиеся металлы по линии 33 направляются на один или более концентрационный стол 34, где происходит такая же обработка как в сепараторе 25. В смеси, подаваемой в сепаратор 34, могут присутствовать также остаточные количества алюминия. В этом случае он быстро отделяется в виде самой легкой фракции.

Самая мелкая фракция, полученная на грохоте И, по линии 35 подается в сепаратор, который может быть аналогичен ранее описанным сепараторам 17 и 28, или концентрационным столам 25 и 34. Как и в предыдущих случаях, неметаллические материалы отделяют от металлов и выводят по линии 37. Оставшийся металлический продукт представляет собой в основном медь, которая может быть выделена без дополнительного разделения. Однако в случае экономической целесообразности этот металлический остаток по линии 38 может быть направлен на дальнейшее разделение для получения индивидуальных металлических компонентов. Такое разделение может быть проведено таким же способом как и разделение смесей металлов, выводимых по линиям 20 и 30, или каким-либо другим методом.

Каждый из сепараторов 17, 21, 25, 28, 31, 34 и 36 может быть оборудован средствами для сбора пыли и удаления ее в общую пылесборную систему. Неметаллические материалы, выводимые из системы по линиям 18, 29 и 37 после объединения могут быть утилизированы.

В настоящее время для производства вторичных металлов расширяется использование комплексного по составу и трудно перерабатываемого электронного лома (ЭЛ). В связи со сложностью переработки ЭЛ появилась необходимость разработки новых, более совершенных технологий, позволяющих наряду с драгоценными металлами извлекать и сопутствующие металлы, содержащиеся в электронном ломе. Извлечение и обогащение попутных металлов существенно повышает рентабельность производства и получение наряду с драгоценными достаточно дорогих цветных металлов.

В настоящее время за рубежом большое внимание уделяется разработке различных методов обогащения вторичного сырья с последующей пиро- и гидрометаллургической переработкой полученных концентратов. В этом отношении до последнего времени на отечественных предприятиях переработка вторичного сырья, содержащего драгоценные металлы, в основном была ориентирована на медеплавильные комбинаты, где драгоценные металлы извлекались попутно. При этом необходимо отметить, что переработка вторичного сырья на медеплавильных предприятиях имеет ряд существенных недостатков, к основным из которых следует отнести:

- неоправданно большие потери цветных и драгоценных металлов;

- значительный объём незавершенного производства из-за большой длительности цикла переработки;

- отсутствие технологий, обеспечивающих комплексное извлечение металлов;

- отсутствие технологий для переработки сложного по составу сырья с извлечением и разделением компонентов.

Многостадийность технологий медного и медно-никелевого производства, наличие значительных количеств отвальных продуктов приводит к снижению сквозного извлечения металлов в конечный концентрат. Кроме того, существуют виды вторичного сырья, переработка которых в медно-никелевом производстве нежелательна из-за присутствия в них олова и свинца. К этим видам материалов относятся в основном отходы электронной, радио- и электротехнической промышленности, в которых олово и свинец находятся в виде припоев и добавок. При этом в процессе обжига отходов электронной и электротехнической аппаратуры происходит загрязнение атмосферы неизвлекаемыми компонентами (образуются токсические и трудно поддающиеся утилизации соединения в составе дымовых газов, выбросы которых существенно загрязняют окружающую среду).

Гидрометаллургические схемы переработки вторичного сырья, применяемые в настоящее время, также имеют ряд недостатков, в частности, является некорректной практика выполнения расчетов (как материальных, так и энергетических) практически всех технологических процессов, исходя из очень грубого допущения об однородности сырья.

Практически открытым остается вопрос переработки отработанных растворов, что, с одной стороны, снижает экономические показатели производства из-за потерь целого ряда металлов, с другой стороны, создает дополнительные экологические проблемы.

Таким образом, создание научных основ переработки многокомпонентных материалов различных видов электронного лома и на их базе - разработка эффективных экологически чистых технологий и специализированного оборудования для комплексной переработки электронного лома с дифференцированным извлечением из него драгоценных и цветных металлов, является актуальной задачей.

2. Разработка классификации видов электронного лома и возможных технологических схем его переработки

лом металлический медь извлечение

В настоящее время необходимость решения проблемы разработки эффективных способов переработки многокомпонентного трудно перерабатываемого электронного лома приобрело особую остроту в связи с рядом причин, к основным из которых следует отнести:

- резкое увеличение на предприятиях оборонного комплекса и министерства обороны объема электронного, радио- и электротехнического лома, содержащего цветные и драгоценные металлы, связанное со значительным сокращением вооружений;

- рост затрат на себестоимость золота, получаемой при переработке электронного лома;

- сокращение разведанных запасов, вызванное уменьшением инвестиций в геологоразведку, оценку запасов и развитие минерально-сырьевой базы страны;

- и, наконец, содержание драгоценных металлов во вторичном сырье может значительно превышать его содержание в первичном, что делает выгодным его переработку.

На основании анализа существующих видов вторичного сырья в частности, электронного лома, содержащего драгоценные металлы и оценки возможных и существующих технологий его переработки, изучения физико-химических процессов, составляющих основу этих технологий, была разработана классификация различных видов электронного лома - основного сырья вторичной металлургии благородных металлов.

Основными видами сырья, поступающего на переработку в ОАО «Щёлковский завод вторичных драгоценных металлов» в период с 1992 по 2006 гг. являются: лом электронных систем военной техники, печатные платы, смешанный лом электронных приборов, ЭВМ, элементы переключения, транзисторные и стеклянные изоляторы. Основные элементы, содержащиеся в электронном ломе: Au, Ag, Cu, Al, Fe, Ni, Pb, Sb, металлы платиновой группы, а остальные металлы объединены под рубрикой «прочие».

На основании детальных исследований состава различных видов электронного лома и анализа полученных статистических данных об их составе и структуре были сформированы шесть групп по признакам происхождения сырья, которые и легли в основу классификации трудно перерабатываемого электронного лома (таблица 1).

Рассмотрим характеристики каждого из указанных видов сырья.

Лом электронных систем военной техники. Высокое содержание в них олова - 12,41% перестраивает всю технологию на извлечение этого металла. Содержание золота низкое - 0,08%, поэтому следует рассмотреть вопрос получения попутных цветных металлов, в частности меди, содержание которой более 20%.

Печатные платы. В сырье высокое содержание никеля - 3,25% - необходимо решать вопрос о его выделении в обогащенный продукт, пригодный для продажи. Данное сырьё по образуемому объёму занимает второе место (23,04%) после элементов переключения. Содержание железа составляет 12,30% и является достаточно интересным для его извлечения, занимая третье место по содержанию после изоляторов и элементов переключения. Содержание золота высокое - 0,27%.

Смешанный лом электронных приборов и элементы переключения. Содержание золота в этих видах сырья крайне низкое (0,01-0,02%), а содержание меди и железа высокое. Поэтому такое сырьё следует перерабатывать помимо золота на медь и железо, что вносит существенные изменения в технологию.

ЭВМ. Содержание золота в ЭЛ ~ 0,3%, серебра ~ до 3%, что делает его выгодным для извлечения серебра.

Транзисторные и стеклянные изоляторы. В данном сырье золота до 1%, а серебра ~ 0,2%, что делает нерентабельным его извлечение. Содержание по алюминию ~ 33%, поэтому его необходимо удалять на стадии подготовки. Никеля в сырье ~ 1,3%, он также должен выделяться на стадии подготовки.

На основе выполненного детального анализа физико-химических и термодинамических свойств компонентов различных видов электронного лома, состава химических реагентов и оценок поведения компонентов электронного лома в возможных химических и пирометаллургических процессах с целью выделения конкретного металла или группы металлов был разработан ряд принципиальных технологических схем (приведены лишь основные операции) для переработки различных видов электронного лома.

Технологические схемы переработки электронного лома с применением:

- воздушной и магнитной сепарации (№1);

- криогенного охлаждения (№2);

- криогенного охлаждения с воздушной сепарацией (№3);

- воздушно-магнитной сепарации и последующего обжига (№4);

- магнитной и электростатической сепарации с последующей плавкой на медный коллектор (№5);

- криогенного охлаждения и магнитной сепарации (№6);

- обжига, плавки на медный коллектор (№7);

- обжига, плавки на медный коллектор и прокалка осадка (№8);

- кислотно-солевого метода извлечения драгоценных металлов (№9).

Краткая характеристика каждой из указанных схем переработки различных видов электронного лома изложена ниже.

Технология №1 включает в себя двукратное измельчение лома в молотковой дробилке, воздушную сепарацию, магнитную сепарацию в сильном поле для выделения железа и в слабом поле - для выделения латуни, грохочение, воздушную сепарацию и магнитодинамическую сепарацию. Ферромагнитные металлы выделяются с помощью магнитного сепаратора, лёгкая фракция - с помощью воздушной сепарации, а дальнейшая обработка немагнитной фракции с помощью вихревых токов позволяет отделить неметаллы от металлов.

В результате механической обработки сырья получают фракцию на основе чёрных металлов, алюминиевую смешанную металлическую фракцию, концентраты с высоким содержанием драгоценных металлов и лёгкую фракцию. Последующими операциями производят извлечение золота из гранул, с высоким содержанием золота, через плавку на медный коллектор и процессы гидрометаллургии с получением золота в слитках после первого осаждения и фильтрации, а также осадка после второго осаждения и фильтрации для повторного сброса вместе с царской водкой на стадию растворения гранул.

Технология 2. Исходное сырьё, содержащее драгоценные металлы, переводят в измельчённую форму путём криогенного охлаждения с последующим дроблением и классифицикацией на ситах. Для получения высококачественного концентрата с содержанием драгоценных металлов не ниже 95% дополнительно проводят выщелачивание концентратов в неорганической кислоте. После чего растворяют металлы в азотной кислоте, фильтруют с получением золотосодержащего осадка и раствора, направляемого на электролиз серебра. Золотосодержащий раствор направляется на первое осаждение и фильтрацию для последующего получения золота в слитках, а раствор, полученный после фильтрации, направляется на второе осаждение и фильтрацию для получения золотосодержащего осадка.

Технология 3 предусматривает криогенное охлаждение сырья, несколько циклов его измельчения, воздушную и магнитную сепарацию. В качестве измельчителей на начальных стадиях используют молотковые дробилки, а на последующих стадиях для измельчения ковких материалов - роторные измельчители-грануляторы. Затем проведение плавки измельченного сырья. Выплавленный металл состоит в основном из меди с примесями драгоценных металлов. В последующем из него электролитическими методами выделяют сначала медь, затем серебро, золото, платину и палладий.

Технология 4 также является многооперационной и включает в себя: двухстадийное дробление, воздушную сепарацию с отделением органических компонентов сырья, электростатическую сепарацию. После обжига осуществляют плавку материала и растворение в азотной кислоте для отделения серебра. Далее - фильтрация с получением золотосодержащего осадка и раствора, направляемого на электролиз серебра.

Технология 5 ориентирована, главным образом, на переработку отдельных видов лома (печатных плат, электронно-вакуумных приборов, блоков телевизоров и др.). Переработка печатных плат и их ценность как вторичного сырья предопределяется значительным содержанием в них золота, платины, палладия, но в основном серебра, а также меди, оловянно-свинцового припоя. Основной стадией является плавка на медный коллектор. Выплавленный металл состоит в основном из меди с примесями драгоценных металлов. В последующем из него электролитическими методами выделяется сначала медь, затем серебро и остальные драгоценные металлы.

Технология 6 ориентирована в основном на переработку такого сырья как бракованная радиоэлектронная аппаратура (БРЭА). Вначале выполняется ручная дифференцированная разборка крупногабаритной техники. Далее сырьё переводят в разрушающуюся форму путём криогенного охлаждения, после чего его дробят. Отделяют цветные металлы со стальными элементами конструкции в сильном магнитом поле и материал, направляемый на магнитно-динамическую сепарацию (МГС) с получением тяжёлых цветных металлов и органических материалов. Тяжелые цветные металлы направляют на плавку на медный коллектор. Выплавленный металл состоит в основном из меди с примесями драгоценных металлов. Медь направляется на рафинирование с последующим получением шлама драгоценных металлов и черновой меди.

Технологии 7 и 8. Исходное сырьё измельчают, затем обжигают и направляют на плавку на медный коллектор и гранулируют. Извлекают золото из гранул, богатых золотом, растворением в царской водке, после чего золотосодержащий раствор идёт на операцию осаждения золота. Данные технологии отличаются тем, что после операций растворения гранул и фильтрации в технологии №8 с целью увеличения извлечения золота выполняется операция прокалки осадка, растворение осадка в царской водке и осаждение золота.

Технология 9 ориентирована на переработку такого сырья, как изоляторы с оловянным покрытием и без него. Основой способа является растворение сырья в растворе из смеси серной, азотной и соляной кислот. В результате растворения получают раствор и осадок. Степень извлечения металлов в раствор составляет 99%. Серебро отделяется от стекла в виде хлопьев и выделяется затем из раствора методами сепарации.

Из анализа рассмотренных технологических схем переработки различных видов электронного лома можно заключить, что практически каждая из рассмотренных технологий принципиально могла бы быть применена для переработки каждого из 6 видов электронного лома, рассмотренных выше. Однако, очевидно, что такой упрощённый подход при выборе технологии был бы экономически нецелесообразным и далёк от оптимального по материальным, энергетическим и временным параметрам. На основании лабораторных исследований, опытно-промышленных и промышленных испытаний были выполнены работы, позволившие конкретизировать выбор технологии по переработке электронного лома для каждого конкретного вида сырья из 6 групп.

Были определены в рамках каждой из технологических схем расходные коэффициенты основных материалов, состав и виды технологического оборудования, показатели выхода продукции (извлечения металлов). На основании этих данных была рассчитана себестоимость получения золота при применении различных технологических схем переработки 6 видов электронного лома. Результаты расчётов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Оценка себестоимости 1 кг драгоценного металла (единицы продукции) при получении его переработкой различных видов электронного лома по различным технологиям

Анализ изложенных выше технологических схем переработки электронного лома, постадийное рассмотрение технологического цикла позволяет выделить следующие основные технологические стадии в производстве по переработке электронного лома - гидрометаллургические процессы, окислительный обжиг, плавка на медный коллектор. Именно эти металлургические процессы являются ключевыми в любой из рассмотренных технологических схем и их корректное проведение в конечном счёте определяет эффективность технологии в целом. Действительно, гидрометаллургические процессы выделения металлов из электронного лома позволяют на первой стадии извлечь и отделить металлы, присутствие которых может осложнить дальнейшую переработку лома. Это, прежде всего, относится к извлечению серебра, олова и в некоторых случаях основной части меди. Данные об исследованиях гидрометаллургических процессов применительно к многокомпонентным системам с участием драгоценных металлов нам не известны.

Окислительный обжиг необходим для удаления из сырья перед плавкой органических материалов (полистирола, гетинакса, полиэтилена и др.), содержание которых по массе может составлять до 30% и при сгорании которых образуются неулавливаемые ядовитые вещества, выбрасываемые в атмосферу и наносящие вред окружающей среде. Информация по процессам обжига электронного лома с комплексным изучением поведения материала крайне ограничена (например группы 2 и 5).

Плавка на медный коллектор достаточно часто встречается в технологических схемах и в литературе известны работы по плавке на медный коллектор гравитационных концентратов, содержащих драгоценные металлы, поскольку медь является хорошим коллектором драгоценных металлов. Однако, при плавке электронного лома большое влияние на процесс извлечения драгоценных металлов могут оказывать металлы, содержащиеся в ломе (олово, свинец, алюминий, железо) (группы 1,2,5). В связи с изложенным были проведены исследования по изучению извлечения драгоценных и цветных металлов из многокомпонентного электронного лома с учётом взаимного влияния компонентов.

3. Исследование гидрометаллургических процессов и разработка технологии на их основе по переработке электронного лома

Данная глава посвящена разработке новой, экологически чистой технологии переработки различных видов электронного лома, содержащего цветные металлы (олово и свинец - в виде припоя, медь - в виде контактов и медной сетки внутри печатной платы, медных покрытий на поверхности органических материалов) и драгоценные металлы (в основном серебро - в виде покрытия на медных контактах), способом поэтапного выщелачивания в различных растворах кислот с получением солей серебра, олова, свинца и меди и разделением их в отдельные продукты, из которых получали чистые металлы по известным технологиям. Необходимость разработки технологии гидрометаллургической переработки многокомпонентного электронного лома обусловлена рядом причин и, в частности, пассивацией медного анода в присутствии свинца в процессе электролиза меди вплоть до прекращения процесса. Установлено, что концентрация свинца и олова в электролите не должна превышать 0,2 мг/л и 0,1 мг/л, соответственно.

С этой целью для проведения исследований были выбраны виды электронного лома (группы 1-3) с небольшим содержанием золота и серебра и значительным содержанием неблагородных металлов - меди, олова и свинца.

Первый этап гидрометаллургической переработки лома направлен на удаление, в частности, с печатных плат оловянно-свинцового припоя. Было показано, что для этой цели оптимальные условия процесса достигаются при применении растворов соляной кислоты. Соляная кислота хорошо растворяет олово и свинец и очень слабо реагирует с серебром, медью, железом и др.; растворение этих металлов крайне незначительное и не мешает основному процессу - растворению оловянно-свинцового припоя. Более того, присутствие в реакционной зоне ионов трехвалентного железа, которые являются хорошим окислителем, даже ускоряют основной процесс.

В процессе выщелачивания оловянно-свинцового припоя раствором соляной кислоты образовывались твердый хлорид свинца PbCl₂, а олово (в присутствии ионов железа) переходило в раствор в виде хлорида олова - SnCl₄. Полученные соли металлов поступали на дальнейшее извлечение металлических олова и свинца. В ходе исследований по изучению растворения металлов от продолжительности, температуры процесса выщелачивания и от концентрации раствора кислоты были установлены оптимальные условия процесса. Определена температура процесса выщелачивания - 70⁰С. При продолжительности процесса выщелачивания, равного 5 часам, температуре 70⁰С и концентрации соляной кислоты 6 Н извлечение олова и свинца составляло 95-96%. Увеличение параметров процесса выщелачивания по отношению к указанным на извлечение металлов практически не влияло.

Показано, что снижение скорости растворения олова и свинца при высоких концентрациях соляной кислоты обусловлено процессом пассивации поверхностного слоя растворяемого металла, на который может дополнительно накладываться процесс адсорбции водорода, который также экранирует поверхность металла.

В результате растворения оловянно-свинцового припоя от основной платы отделялись посеребренные медные контакты. Удаление этих контактов осуществлялось обработкой их в растворе азотной кислоты. Задача исследования в данном случае состояла в разработке режима, при котором в раствор переходило бы только серебро. В процессе исследования было установлено, что такой режим может быть реализован при проведении процесса растворения серебра с поверхности медных контактов печатных плат в 1,5 Н растворе азотной кислоты при температуре процесса - 40⁰С и продолжительности процесса 2,5 часа.

Удаление меди из электронного лома (медных контактов, остатков плат) производили методом сернокислотного выщелачивания в присутствии окислителя. Было установлено, что процесс выщелачивания меди при повышенных температурах протекает без наложения кинетических ограничений. В зависимости от начальной концентрации кислоты и окислителя скорость процесса возрастает пропорционально повышению концентрации кислоты. Была выполнена оценка энергии активации процесса выщелачивания меди в растворе серной кислоты; ее величина для данного процесса составляла 18,57 кДж/моль. Полученное значение подтверждает диффузионный характер процесса растворения меди и хорошо согласуется с литературными данными.

На основании выполненных исследований были определены основные технологические параметры гидрометаллургической переработки электронного лома (печатные платы) методом поэтапного выщелачивания металлов:

- для олова и свинца - температура - 70⁰С; продолжительность процесса - 5 часов; концентрация соляной кислоты - 6 Н;

- для меди - температура - 50⁰С; продолжительность процесса - 3 часа; концентрация соляной кислоты - 2 Н и окислителя - 0,048 моль / литр;

- для серебра - температура - 40⁰С; продолжительность процесса - 2,5 часа; концентрация азотной кислоты - 1,5 Н.

На основании результатов лабораторных исследований была разработана технологическая схема по переработке многокомпонентного электронного лома, содержащего благородные и цветные металлы (рис. 1) и в условиях производства ОАО «Щелковский завод ВДМ» проведены ее опытно-промышленные испытания. В качестве сырья использовались виды электронного лома №1, 2, 3, включающие в себя отработанные печатные платы, медную фольгу на текстолите, медь в виде сетки внутри платы обрезки проводов с медной жилой, медных контактов, олово и свинец в виде припоя.

Среднее содержание металлов в сырье составило: серебра - 2%; меди - 25%; олова - 28%; свинца - 23%; золота - < 0,1%.

Рис. 1. Схема переработки электронного лома

Используя данную технологическую схему, было переработано более 1000 кг ЭЛ, содержащего цветные и драгоценные металлы. Результаты опытно-промышленных испытаний подтвердили корректность лабораторных исследований по созданию технологии комплексной переработки данного вида сырья с раздельным выделением серебра, олова, свинца и меди в виде хлорида серебра, хлоридов олова и свинца и сульфата меди. При этом извлечение металлов составило 95-96%.

В условиях рассмотренного технологического цикла и по результатам химического анализа золото не растворяется и на 81-84% остается на органической основе электронного лома. До 10% золота находится в серебросодержащем осадке, остальное поровну распределено между медными и свинцовыми осадками.

Таким образом, исследованы процессы гидрометаллургической переработки электронного лома и разработана технология, имеющая ряд преимуществ перед существующими в настоящее время способами переработки электронного лома, содержащего цветные и драгоценные металлы, из которых можно выделить следующие:

- технология позволяет перерабатывать бедное сырье, которое в настоящее время направляется на медеплавильные комбинаты, где существенно ниже показатели сквозного извлечения цветных и драгоценных металлов;

- технология позволяет поэтапно извлекать цветные и драгоценные металлы и выделять их в отдельные продукты;

- технология обеспечивает высокую степень извлечения серебра, меди, олова и свинца - 95-96%;

- технология характеризуется простотой аппаратного оформления, применением невысоких температур и высокими экологическими показателями.

Литература

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

2. 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.

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

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

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

6. 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.

7. 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.

8. 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.

Размещено на Allbest.ru