СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ТЯЖЕЛЫЕ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
METHOD FOR PROCESSING WASTE CONTAINING HEAVY, NON-FERROUS METALS

Изобретение относится к переработке сырья с целью извлечения цветных металлов или их соединений, в частности к переработке пыли, улавливаемой при плавке цветных металлов, с целью получения белил.
Известен способ переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, описанный в патенте Российской Федерации №2061770 на изобретение «Способ переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы» по классу С22В 7/02, заявленном 27.09.1993 года и опубликованном 10.06.1996 года.
Указанный способ переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, включает выщелачивание растворителем с последующим отфильтровыванием осадка, обработку фильтрата для получения цинкового раствора и отделение осадка, дистилляцию цинкового раствора с последующим получением из образующегося осадка цинка или его соединений, при этом в качестве растворителя используют раствор аммиака с получением растворимых цинксодержащих аммиакатов и свинецсодержащего осадка, поступающего на дальнейшую переработку, из полученного фильтрата осуществляют электроосаждение меди, кадмия и железа на алюминиевых электродах с последующим отфильтровыванием этих металлов, соосажденных с гидроксосульфатом алюминия, дистилляцию цинксодержащих аммиакатов ведут горячим воздухом, а полученный при электроосаждении осадок подвергают аммонизации вторичным аммиаком для отделения в осадок алюминия, который направляют на дальнейшую переработку для получения алюминиевого коагулянта, полученный при аммонизации раствор аммиакатов меди, кадмия, железа подвергают дистилляции горячим воздухом для получения гидроксидов этих металлов, при этом выделяющийся при дистилляции аммиак возвращают на повторное использование.
Свинецсодержащий осадок подвергают выщелачиванию азотной или уксусной кислотами с последующей нейтрализацией фильтрата вторичным аммиаком и осаждением гидроксида свинца, отправляемого на извлечение свинца или его соединений, а образующийся аммиачный раствор смешивают с суперфосфатами для получения комбинированного минерального удобрения.
Основным недостатком указанного способа является его высокая стоимость, обусловленная сложностью технологической схемы выделения металлов, а также высоким расходом электроэнергии, пара и дефицитных реагентов, затрачиваемых при переработке пылеотходов.
Задачей заявляемого изобретения является снижение стоимости переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы.
Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является снижение энергетических и сырьевых затрат в процессе переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, в том числе за счет использования отходов производств и вторичного использования реагентов.
Указанный результат достигается тем, что:
1. В способе переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, включающем выщелачивание их растворителем с последующим отфильтровыванием и отделением осадка и обработку фильтрата для получения содержащего цинк раствора, согласно изобретению, пыль, уловленную при прокаливании отходов бронзы, растворяют в 20-25% растворе серной кислоты, в полученный сернокислый раствор добавляют гартцинк, осаждают и отделяют от суспензии пасту, содержащую оксиды меди и свинца, а отфильтрованный раствор сульфата цинка обрабатывают отходами кальцийсодержащих соединений в два этапа, при этом на первом этапе к раствору добавляют хлорид кальция для перевода сульфата цинка в хлорид и отделяют от суспензии образовавшийся гипс, на втором этапе раствор нейтрализуют пылью-уносом, получаемой при прокаливании известняка, отделяют и промывают на поверхности вакуум-фильтра пасту оксида цинка химочищенной водой от хлорида кальция, после чего сушат и измельчают полученные цинковые белила в комбинированной распылительной сушилке при температуре 110-120°С.
2. В способе по п. 1, согласно изобретению пасту, содержащую оксиды меди и свинца, промывают на поверхности вакуум-фильтра от сульфат-ионов химочищенной водой и подвергают пасту сушке и измельчению в смешанный пигмент в комбинированной распылительной сушилке при температуре 110-120°С.
3. В способе по п. 1, согласно изобретению, отфильтрованную суспензию хлорида кальция используют вторично для перевода сульфата цинка в хлорид.
Растворение пыли, уловленной при прокаливании отходов бронзы, в 20-25% растворе серной кислоты, добавление гартцинка в полученный сернокислый раствор, осаждение и отделение от суспензии пасты, содержащей оксиды меди и свинца, обработка отходами кальцийсодержащих соединений в два этапа отфильтрованного раствора сульфата цинка, при этом на первом этапе к раствору добавляют хлорид кальция для перевода сульфата цинка в хлорид и отделяют от суспензии образовавшийся гипс, на втором этапе раствор нейтрализуют пылью-уносом, получаемой при прокаливании известняка, отделяют и промывают на поверхности вакуум-фильтра пасту оксида цинка химочищенной водой от хлорида кальция, с последующей сушкой и измельчением полученных цинковых белил в комбинированной распылительной сушилке при температуре 110-120°С, позволяет снизить стоимость переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, за счет снижения энергетических и сырьевых затрат в процессе переработки пылеотходов, в том числе за счет использования отходов производств и вторичного использования реагентов.
При этом пасту, содержащую оксиды меди и свинца, могут промывать на поверхности вакуум-фильтра от сульфат-ионов химочищенной водой и подвергать пасту сушке и измельчению в смешанный пигмент в комбинированной распылительной сушилке при температуре 110-120°С.
При этом отфильтрованную суспензию хлорида кальция могут использовать вторично для перевода сульфата цинка в хлорид.
Все используемые реализации заявляемого способа компоненты являются доступными и широко применяются в химических производствах.
Заявляемый способ переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:
1. пыль, уловленную при прокаливании отходов бронзы, растворяют в 20-25% растворе серной кислоты, в полученный сернокислый раствор добавляют гартцинк, осаждают и отделяют от суспензии пасту, содержащую оксиды меди и свинца, а отфильтрованный раствор сульфата цинка обрабатывают отходами кальцийсодержащих соединений в два этапа, при этом на первом этапе к раствору добавляют хлорид кальция для перевода сульфата цинка в хлорид и отделяют от суспензии образовавшийся гипс, на втором этапе раствор нейтрализуют пылью-уносом, получаемой при прокаливании известняка, отделяют и промывают на поверхности вакуум-фильтра пасту оксида цинка химочищенной водой от хлорида кальция, после чего сушат и измельчают полученные цинковые белила в комбинированной распылительной сушилке при температуре 110-120°С,
2. пасту, содержащую оксиды меди и свинца, промывают на поверхности вакуум-фильтра от сульфат-ионов химочищенной водой и подвергают пасту сушке и измельчению в смешанный пигмент в комбинированной распылительной сушилке при температуре 110-120°С,
3. отфильтрованную суспензию хлорида кальция используют вторично для перевода сульфата цинка в хлорид.
Заявителю неизвестен способ переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, обладающий вышеуказанными отличительными существенными признаками, позволяющими явным образом достичь такого же технического результата, он не следует явным образом из изученного им уровня техники, поэтому заявитель считает, что заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый способ может найти широкое применение в области переработки сырья с целью извлечения цветных металлов или их соединений, в частности в переработке пыли, улавливаемой при плавке цветных металлов с целью получения белил, поэтому заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемый способ переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, представляет собой совокупность операций, позволяющих снизить энергетические и сырьевые затраты в процессе переработки пылеотходов, и заключается в том, что пыль, уловленную при прокаливании отходов бронзы, растворяют в 20-25% растворе серной кислоты, в полученный сернокислый раствор добавляют гартцинк, осаждают и отделяют от суспензии пасту, содержащую оксиды меди и свинца, причем пасту промывают на поверхности вакуум-фильтра от сульфат-ионов химочищенной водой и подвергают сушке и измельчению в смешанный пигмент в комбинированной распылительной сушилке при температуре 110-120°С, а отфильтрованный раствор сульфата цинка обрабатывают отходами кальций-содержащих соединений в два этапа, при этом на первом этапе к раствору добавляют хлорид кальция для перевода сульфата цинка в хлорид и отделяют от суспензии образовавшийся гипс, на втором этапе раствор нейтрализуют пылью-уносом, получаемой при прокаливании известняка, отделяют и промывают на поверхности вакуум-фильтра пасту оксида цинка химочищенной водой от хлорида кальция, после чего сушат и измельчают полученные цинковые белила в комбинированной распылительной сушилке при температуре 110-120°С, а отфильтрованную суспензию хлорида кальция используют вторично для перевода сульфата цинка в хлорид.
Изобретение реализуют с помощью технологической установки, схема которой приведена на чертеже.
Установка для переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, содержит бункер 1 для пылеотходов, емкость 2 для серной кислоты, бункер 3 для гартцинка, бункер 4 для хлорида кальция, бункер 5 для пыли-уноса, реакторы 6, 7, 8, оборудованные мешалками, вакуум-фильтры 9, 10, комбинированные сушилки 11, 12, бункер 13 смеси пигментов, бункер 14 гипса, бункер 15 цинковых белил, промежуточные емкости 16, 17, вакуум-кристаллизатор 18, центрифуга 19, бункер 20 для отфильтрованного хлорида кальция.
Способ переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, реализуют следующим образом.
Пыль, уловленную при прокаливании отходов бронзы и содержащую цинк (65%), медь (2-3%) и свинец (5-6%), из бункера 1 подают в реактор 6 с вращающейся мешалкой, предварительно заполненный на две трети объема 22%-ным раствором серной кислоты. Начинается процесс растворения пылеотходов в кислоте, в результате чего в реакторе 6 температура поднимается до 140-160°С и протекают следующие реакции:
2
4
4
2
Zn+HSO=ZnSO+H,
2
4
4
2
Cu+HSO=CuSO+Н,
2
4
4
2
Pb+HSO=PbSO+H.
После окончания реакций, определяемого по прекращению выделения водорода, в реактор 6 подают гартцинк, который является отходом горячего цинкования железа и представляет собой химическое соединение цинка (95%) с железом (5%) и свинцом (1,5%).
В реакторе 6 температура опять поднимается до 140-160°С и происходят реакции:
4
4
ZnO+CuSO=ZnSO+CuO,
4
4
ZnO+PbSO=ZnSO+PbO.
После окончания реакций, определяемого по прекращению выделения пара, полученную суспензию подают на вакуум-фильтр 9. В нем отделяют от суспензии пасту, содержащую оксиды меди и свинца, которую после отмывки химочищенной водой от пасты сульфат-ионов подают в комбинированную распылительную сушилку 11, где при температуре 110-120°С производят сушку и одновременно измельчение смешанного пигмента.
После сушки и измельчения смешанный пигмент, содержащий оксиды меди и свинца, помещают в бункер 13 смеси пигментов. Полученный смешанный пигмент может быть использован для изготовления необрастающей краски, применяемой для защиты подводной части судов.
Отфильтрованный на вакуум-фильтре 9 раствор сульфата цинка помещают в промежуточную емкость 16, из которой нужными порциями подают в реактор 7 с мешалкой, где при работающей мешалке в два этапа обрабатывают отходами кальцийсодержащих соединений. На первом этапе к раствору медленно, не допуская сильного вспенивания суспензии, добавляют из бункера 4 хлорид кальция. В реакторе 7 температура повышается до 140-160°С и протекает реакция:
4
2
2
4
ZnSO+CaCl=ZnCl+CaSO,
в результате которой сульфат цинка переходит в хлорид. При охлаждении суспензии в вакуум-кристаллизаторе 18 до температуры 20°С образуются кристаллы гипса:
4
2
4
2
CaSO+2НO=CaSO⋅2НO.
Образовавшийся гипс, соответствующий требованиям ГОСТа 4013-74, отделяют на центрифуге 19 и помещают в бункер 14 гипса.
Раствор из центрифуги 19, содержащий хлориды цинка и кальция, накапливают в промежуточной емкости 17 и далее подают в реактор 8 с мешалкой, куда медленно, не допуская сильного вспенивания суспензии, из бункера 5 подают пыль-унос, полученную при прокаливании известняка, для нейтрализации раствора. В реакторе 8 при этом поднимается температура до 140-160°С и протекает реакция:
2
2
ZnCl+СаО=ZnO+CaCl.
Полученную суспензию в горячем виде подают на вакуум-фильтр 10, на поверхности которого от пасты оксида цинка отделяют и отмывают хлорид кальция, после чего пасту направляют в комбинированную распылительную сушилку 12, где ее сушат и одновременно измельчают до нужных размеров при температуре 110-120°С. Полученные таким образом цинковые белила, соответствующие по всем показателям требованиям ГОСТа 202-64, направляют для хранения в бункер 15. Отфильтрованную суспензию хлорида кальция из вакуум-фильтра 10 отправляют в бункер 20 для отфильтрованного хлорида кальция для хранения и вторичного использования для перевода сульфата цинка в хлорид. При хранении суспензии хлорида кальция образуются кристаллогидраты в результате реакции:
2
2
2
2
CaCl+2НO=CaCl⋅2НO.
Результаты опытов, проведенных при отработке операций переработки пылеотходов, приведены в таблице 2.
Заявляемый способ переработки пылеотходов, содержащих тяжелые цветные металлы, по сравнению с прототипом имеет более низкую стоимость за счет снижения энергетических и сырьевых затрат в процессе переработки пылеотходов, в том числе за счет использования отходов производств и вторичного использования реагентов.