Спосіб добування кольорових металів з гальваношламів

Корисна модель відноситься до галузі металургії, зокрема, до способів добуванняу кольорових металів з гальваношламів і інших відходів, що містять сполуки кольорових і чорних металів, і може бути використана в чорній і кольоровій металургії для добуванняу металів з відходів. Відомий спосіб утилізації гальваношламів, що включає добавку до шламу кварцового піску, грануляцію, сушіння і відновну електроплаку. В результаті такої переробки одержують чавун, шлак і пил зі вмістом оксиду цинку 50% [Баранов А..М., Тимофеев С.С. Пірометалургійна технологія утилізації осадків стічних вод гальванічних виробництв // Хімія і технологія води, 1996, т.18, №4, с.388-391]. У приведеному аналозі коштовні кольорові метали, що містяться в шламі, такі як нікель, мідь, хром не добуванняуються, а розчиняються в чавуні, в результаті чого відбувається як втрата якості перерахованих металів, так і погіршення якості чавун у, у якому зазначені метали є небажаними домішками. Найбільш близьким аналогом є спосіб добуванняу металів з гальваношламів [Патент UA 4407Б А кл. 6 С22В7/00, опубл.15.01.2002, бюл. №1], що включає введення в вихідний шлам твердого відновника у кількості необхідній для відновлення всіх металів, що містяться у шламі, створення із шлакоутворюючи х компонентів шламу шлакової системи с температурою плавлення 1550-1600°С, завантаження шихти у відновний реактор на шар кускового вуглецевого відновника, розігрітого до 1890-1950°С за рахунок Джоулева тепла, розплавлення матеріалу, фільтрацію розплаву крізь шар відновника, відвід возгонів відновлених металів нижче верхнього рівня кускового вуглецевого шар у і видалення розплавлених металів з реактора на рівні подини безперервно в міру надходження розплаву. У найбільш близькому аналозі для створення шлакової системи з заданим діапазоном плавлення 15501600°С вихідний шлам підшихтовують мінеральними компонентами, маса яких залежить від складу шлакової основи вихідного шламу. В узагальненому варіанті гальваношлам має такий склад,%: CuO-4,7; NiO-4,2; ZnO-3,8; FeO-10,5; Cr2O3-5,6; шлакоутворюючі компоненти, %: СаО-51,6; Аl2О 3-15,5; SiO2-4,1. При такому загальному складі шламу шлакова система зокрема має слідуючу структур у: СаО-Аl2 О3SiO2=72,5-21,8-5,7. Шлакова система з таким співвідношенням компонентів має точку плавлення близько 2000°С. Для одержання евтектики з точкою плавлення близько 1550°С необхідно співвідношення: СаО-Аl2О 3-SiO2=50-1535. Забезпечити таке співвідношення найпростіше шляхом добавки кварцового піску в кількості 30% до загальної маси шламу. Для забезпечення гарантованого відновлення всіх металів у ши хту вводять пилоподібний вуглецевий відновник, наприклад, антрацит з разрахунку 30% до маси оксидів, що складає близько 10% до загальної маси шламу. Розшихтований у такий спосіб шлам завантажують зверху на шар кускового графіту. До шару за допомогою електродів підводять електричний струм, і за рахунок Джоулева тепла розігрівають шар до температури 1890-1950°С. В результаті розігріву шару до зазначеної температури по профілю стовпа шихти утвориться теплове поле, в якому температура монотонно знижується в напрямку знизу вгору. При цьому, в масі шихти протікають наступні реакції: CuO+С®Сu+CO­ (Тр=400°Тп =1083°С) (1) NiO+С® Ni+CO­ (Тр=600° Тп =1455°С) (2) ZnO+С®Zn+CO­ (Тр=900° Тп=419°С) (3) FeO+С® Fe+CO­ (Т р=900° Тп=1539°С) (4) Сr2О3+3C®2Cr+CO­ (Тр =1300° Тп =1890°С) (5) Тр - температура початку активного протікання реакції; Тп - температура плавлення відповідних металів. З підвищенням температури швидкість відновних реакції збільшується, і до початку плавлення шлакової основи шихти всі метали, що містяться в шламі, будуть відновлені. А так як температури плавлення майже всіх металів (виключення складає цинк) значно перевищують температури їхнього активного відновлення, то відновлення кожного окремого металу буде завершено у твердій фазі, причому, до розплавлення шлаку. Стабілізація умов роздільного відновлення металів і запобігання їхнього змішування на стадії відновних процесів забезпечується твердофазним станом шлакоутворюючих компонентів шихти до моменту виплавлення з них заліза (1539°С). Відновлені метали в послідовності, що відповідає їхнім температурам плавлення, роздільно виплавляються з утвореного конгломерату шлакових і металевих компонентів. Розплавлений метал стікає вниз і, фільтруючись крізь шар розігрітого до 1890-1950°С кускового графіту, остаточно очищається від оксидних включень. В міру накопления на подині метал безперервно добуванняається з реактора за допомогою витяжного пристою з кристалізатором. Добуваннянуті з реактора метали в послідовності, установленій температурами їхнього плавлення, на виході з реактора формуються в пруток, що складається з фрагментів окремих металів. Остаточне розділення металів здійснюється за допомогою механізму для розрізання прутка. Ідентифікація металів у прутку здійснюється по їхніх фізико-хімічних властивостя х, наприклад, по магнітній проникності. Метали з високою пружністю пари, як, наприклад, цинк видаляються у возгонах газовідводом нижче верхнього рівня шару розігрітого відновника. Найбільш близький спосіб добуванняу металів з гальваношламів має наступні недоліки: - забруднення кольорових металів, зокрема міді, домішками заліза суттєво погіршує якість кольорового металу; - розплавлена мідь (Тпл-1083°С), стікаючи є верхніх шарів стовпа шихти, контактує з уже відновленим залізом в нижніх шарах, яке навіть перебуваючи у твердому стані, розчиняється в міді, чим значно погіршує її якість. Ознаки, що збігаються з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється: - введення в вихідний шлам твердого відновника у кількості необхідній для відновлення всіх металів, що містяться у шламі, створення із шлакоутворюючи х компонентів шламу шлакової системи с температурою плавлення 1550-1600°С; - завантаження шихти у відновний реактор на шар кускового вуглецевого відновника, розігрітого до 18901950°С за рахунок Джоулева тепла; - розплавлення шихти, фільтрацію розплаву крізь шар відновника, відвід розгонів відновлених металів нижче верхнього рівня кускового вуглецевого шару і видалення розплавлених металів з реактора на рівні подини безперервно в міру надходження розплаву. Способом добуванняу металів з гальваношламів, описаним у найближчому аналізі, неможливо запобігти контакту кольорових металів з металевим залізом і, таким чином, виключити забруднення кольорових металів, підвищивши їх якість. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу добуванняу металів з гальваношламів, в якому шляхом переведення металевого заліза в сполуку, що не змішується і не взаємодіє з кольоровими металами виключається забруднення кольорових металів домішками заліза і за рахунок цього підвищується якість отриманих кольорових металів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі добуванняу металів з гальваношламів, що включає введення в вихідний шлам твердого відновника у кількості необхідній для відновлення всіх металів, що містяться у шламі, створення із шлакоутворюючи х компонентів шламу шлакової системи з температурою плавлення 15501600°С, завантаження шихти у відновний реактор на шар кускового вуглецевого відновника, розігрітого до 18901950°С за рахунок Джоулева тепла, розплавлення матеріалу, фільтрацію розплаву крізь шар відновника, відвід возгонів відновлених металів нижче верхнього рівня кускового вуглецевого шару і видалення розплавлених металів з реактора на рівні подини безперервно в міру надходження розплаву, згідно корисної моделі, в вихідний шлам додатково вводять твердий окислювач заліза у вигляді сульфа ту кальцію, маса якого становить 0,6-0,8 маси загального заліза у ви хідному шламі. Вказані ознаки складають суть корисної моделі, так як являються необхідними та достатніми для досягнення технічного результату. Причинно-наслідковий зв’язок ознак, що складають суть корисної моделі, і технічним результатом, що досягається, пояснюється наступним. До гальваношламу, який має наступний хімічний склад, %: CuO-4.7; NiO2-4.2; ZnO-3.8; Fe 2 O3-10.5; Cr2 O3-5.6; CaO-51.6; Al2O3-15.5; SiO2-4.1, додали 30% від загальної маси піску (SiO2) і 10% - пилоподібного антрациту. Окрім цього, із розрахунку 0,6 від маси загального заліза в шламі (m Feзаг) ввели пилоподібний сульфат кальцію - m CaSО4=0.6 Fe заг. Розшихтований у такий спосіб шлам завантажили зверху у відновний реактор на шар кускового графіту. До шару за допомогою електродів підвели електричний струм, і за рахунок Джоулева тепла розігріли шар до температури 1890-1950оС. В результаті розігріву шар у до зазначеної температури по профілю стовпа шихти утворилось теплове поле, в якому температура монотонно знижується в напрямку знизу вгору. При цьому, в масі шихти протікають реакції (1-5), як це має місце і в найближчому аналозі. Але, на відміну від аналога, з появою металевого заліза активно відбувається наступна реакція: CaSO4+4Fe=CaO·FeS+3FeO (6) В результаті реакції (6) утворився залізо-кальцієвий оксидно-сульфідний розплив, який з кольоровими металами не змішується і не реагує. Отже, негативний вплив заліза, як шкідливої домішки в кольорових металах нейтралізується, що суттєво підвищує якість кожного з вилучуваних металів. Особливо це стосується міді, де велике значення має кожна доля відсотка вмісту заліза. Далі всі, крім заліза, відновлені метали в послідовності, що відповідає їхнім температурам плавлення, роздільно виплавлялись з утвореного конгломерату шлакових і металевих компонентів. В міру накоплення на подині метали безперервно добуванняались з реактора за допомогою витяжного пристрою. Добуваннянуті з реактора метали в послідовності, установленій температурами їхнього плавлення, на виході з реактора формувались у пруток, що складався з фрагментів окремих металів. Остаточне розділення металів здійснювалось за допомогою механізму для розрізання прутка. Ідентифікація металів у прутк у здійснювалась по магнітній проникності. Цинк видалявся в возгонах газовідводом нижче верхнього рівня шару розігрітого відновника. Одержані метали включень заліза майже не мали. Таким чином, в результаті використання запропонованого способу добуванняу кольорових металів з гальваношламів якість отриманих кольорових металів значно підвищилась. Заявлений діапазон витрат твердого окислювача заліза (CaSO4) орієнтовано на гарантоване окислення металевого заліза в шламі. Нижнє значення маси CaSO4:mCaSO4=0.6 mFeзаг відповідає стехіометричним витратам сульфату кальцію по реакції (6). Нижче цього значення - не все залізо буде нейтралізовано. Верхнє значення: mCaSO4=0.8 mFe заг - надлишок над стехіометрично необхідними витратами, який гарантує ймовірність контакту окислювача з залізом розсіяним у шламі. Добавка твердого окислювача більше приведеного значення на ефективність реакції (6) вже не впливає, а матеріальні витрати необґрунтовано збільшуються. Це, окрім зайвих витрат реагенту, ще і зайві енерговитрати пов’язані зі збільшенням маси шлаку. Можливість здійснення описаного способу ілюструється прикладами, де відповідно до приведеної вище послідовності дій, реалізуючих запропонований спосіб, здійснюють добування кольорових металів з гальваношламів. Таблиця 1 Залежність вмісту домішок заліза в вилучених металах від витрат CaSO4 відносно маси загального заліза в шламі № п/п 1 2 3 4 5 mCaSO4: mFeзаг 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Сu 0,2 0,1 0,02 0,001 0,001 Вміст домішок заліза в вилучених металах, % Ni Cr Zn 0,3 0,5 0,01 0,2 0,4 0,01 0,02 0,05 0,001 0,001 0,001 сліди 0,001 0,001 сліди Із таблиці видно, що оптимальною кількістю витрат твердого окисника відносно маси загального заліза в шламі, яка забезпечує найкращу якість вилучених металів, являється величина: mCaSO4=0.7 mFeзаг.