РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕРАБОТКИ (ОБЖИГА) КАБЕЛЬНЫХ ЛОМОВ С ПОЛИХЛОРВИНИЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ (ПВХ) МЕТОДОМ ПАРОВОЙ ГАЗИФИКАЦИИ
Authors: Мещеряков А.В. , Диалектова Т.П. , Задиранов А.Н. , Малькова М.Ю. , Русских Д.В. , Гапеев А.В. , Дегтярев С.В. 
Published: December 2024

Обеднение руд при постоянном росте производства и потребления цветных металлов породили в мировой экономике и торговле перманентный дефицит медного проката и катанки. С целью его устранения в промышленное производство все активнее вовлекается вторичное сырье, в частности, лома и отходы кабельно-проводниковой промышленности и строительства. С этой целью создано оборудование и установки для разделки кабеля на металлический концентрат и пластиковые отходы. Однако действующие технологии разделки кабеля, помимо высокого уровня запыленности и шума, характеризуются большими потерями металла (до 32%) и низким качеством готового продукта (содержащей не менее 7–8% неметаллической фракции, представленной в основном защитной изоляцией кабеля). Основу защитной изоляции составляют поливинилхлоридные пластикаты и специальные добавки, призванные повышать пластичность кабеля. В плавильной печи изоляция загорается, выделяя в атмосферу печи H2, O2, Cl2, HCl, H2O, CO и CO2, летучие углеводороды и их хлорированные производные (хлориды, оксиды, тетрагидрид, тетраметилтин и др.), которые, растворяясь, способны повысить концентрации водорода и кислорода в расплаве. По этой причине полученный разделкой кабеля концентрат считают непригодным для выплавки меди и сплавов на ее основе. Его используют для выплавки чернового слитка меди, требующего повторного рафинирующего переплава. В этой связи разрабатываются современные экологически чистые технологии разделки кабеля, призванные увеличить степень извлечения основного продукта (металлической жилы) и его качество. Данная работа посвящена экологически чистой переработке (обжиг) кабельных ломов с поливинилхлоридной изоляцией (ПВХ) методом паровой газификации. Экспериментально установлено, что метод позволяет получать практически свободный от ПВХ-изоляции концентрат, пригодный для выплавки марочных сплавов. Применение метода паровой газификации при утилизации кабельных ломов и отходов с ПВХ-изоляцией обеспечивает 100%-ный выход летучей фракции при более низких температурах обжига сырья по сравнению с температурами, отвечающими режиму пиролиза. При этом гарантируются минимальные потери металла, связанные с его окислением в процессе газификации. Обработкой экспериментальных данных установлено, что в интервале температур 475–600 °С процесс паровой газификации ПВХ-изоляции кабеля регулируется его длительностью, температурой и расходом паровоздушной смеси. Получена эмпирическая зависимость данного процесса вида: f(Xi) = 3,74∙(–0,1093τ + 63,356)∙(–65,594Т + 63,356)∙(–2,4626η + 35,577). Экспериментально установлено, что балансовая эффективность извлечения меди из ПВХ-изоляции методом паровой газификации составляет не менее 99,92%.

he depletion of ores with a constant increase in the production and consumption of non-ferrous metals has generated a permanent shortage of rolled copper and wire rod in the world economy and trade. In order to eliminate it, secondary raw materials are increasingly involved in industrial production, in particular, scrap and waste from the cable and wire industry and construction. For this purpose, single equipment and installations for cutting cable into metal concentrate and plastic waste have been created. However, the current cable cutting technologies, in addition to a high level of dust and noise, are characterized by large metal losses (up to 32%) and low quality of the finished product (containing at least 7–8% non-metallic fraction, represented mainly by protective cable insulation). The basis of the protective insulation is polyvinyl chloride plastics and special additives designed to increase the ductility of the cable. In a melting furnace, the insulation ignites, releasing into the furnace atmosphere H2, O2, Cl2, HCl, H2O, CO and CO2, volatile hydrocarbons and their chlorinated derivatives (chlorides, oxides, tetrahydride, tetramethyltin, etc.), which, dissolving in the melt, increase the concentration of hydrogen and oxygen. For this reason, the concentrate obtained by cutting the cable is considered unsuitable for smelting copper and alloys based on it. It is used for smelting rough copper ingot, which requires repeated refining remelting. In this regard, modern environmentally friendly cable cutting technologies are being developed, designed to increase the degree of recovery of the main product (metal core) and its quality. This work is devoted to the environmentally friendly processing (firing) of cable scrap with polyvinyl chloride insulation (PVC) by steam gasification. It has been experimentally established that the method makes it possible to obtain a concentrate practically free of PVC insulation, suitable for smelting branded alloys. The use of the steam gasification method for recycling cable scrap and PVC-insulated waste ensures 100% yield of the volatile fraction at lower firing temperatures of raw materials compared to temperatures corresponding to the pyrolysis regime. At the same time, minimal metal losses associated with its oxidation during gasification are guaranteed. By processing experimental data, it was established that in the temperature range of 475–600 °C, the process of steam gasification of PVC cable insulation is regulated by its duration, temperature and flow rate of the steam-air mixture. An empirical dependence of this process of the form was obtained: f(Xi) = 3,74∙(–0,1093τ + 63,356)∙(–65,594Т + 63,356)∙(–2,4626η + 35,577). It has been experimentally established that the balance efficiency of copper extraction from PVC insulation by steam gasification is at least 99.92%.