СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЛАТУНИ, ОКСИДА ЦИНКА И ОКСИДА МЕДИ ИЗ ШЛАКА ЛАТУННОГО ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
PROCEDURE FOR EXTRACTION OF BRASS, ZINC OXIDE AND COPPER OXIDE FROM SLAG OF BRASS FOUNDRY

Способ извлечения латуни, оксида цинка и оксида меди из шлака латунного литейного производства относится к области цветной гидрометаллургии и может быть использован для селективного извлечения из шлаков латунного производства, латуни, оксида цинка, оксида меди и побочных продуктов, пригодных для безотходного производства использования в промышленности.
Шлак латунного производства, который отправляют в отвалы или на захоронение, преимущественно состоит из 20-30% латуни (сплёс) и 2-3% сплава железа, без которых шлак содержит латуни мелкодисперсной 60-70%, 20-30% оксида цинка, 5-10% оксида меди и до 1% нежелательные примеси.
6
Известен «Способ разделения латунных шлаков» по патенту 2104797 от 03.10.1997, опубликовано 20.02.1998, МПК  В03В 9/04, В03В 7/00, С22В 7/04, который включает измельчение шлаков в мельнице самоизмельчения, грохочение измельченных шлаков, мелкий продукт грохочения обесшламливают по зерну 20 или 30 мкм, латунный концентрат выделяют в виде крупных продуктов грохочения и обесшламливания.
Данным способом из шлаков извлекают только латунь, поскольку способ не позволяет извлекать и другие составляющие и оставшийся после извлечения латуни шлам с другими не менее ценными компонентами уходит в отвалы.
В промышленности известны гидрометаллургические способы регенерации окислов выщелачиванием неорганическими кислотами и растворами агрессивных соединений. Однако они имеют низкий выход готового продукта, не дают желательной чистоты соединения, многоступенчаты, требуют сложного оборудования, опасны для человека. Имеют вредные выбросы в окружающую среду.
7
Известен «Способ гидрометаллургического получения оксида цинка» по патенту 2179194 от 05.02.1999, опубликовано 10.02.2002, МПК  С22В 19/00, С22В 19/34. Способ получения чистого оксида цинка из различного цинкосодержащего техногенного сырья, включает выщелачивание исходного сырья, отделение осадка вредных примесей от получаемого чистого цинкатного раствора, выделение выпавшего осадка оксида цинка, сушку последнего с получением конечного продукта.
Но на выходе латунный концентрат имеет примеси оксидов, большая часть мелкодисперсной латуни остается в шламе, оксид цинка не очищается и уходит со шламом в отвал.
Известен «Способ селективного восстановления из ряда промышленных отходов различных компонентов, в том числе цинка, меди, свинца и железа» по патенту US 3849121 (А) от 1971.11.30, опубликован 1974.11.19, МПК С22В 3/14; С22В 3/44; С22В 7/02; С22В 3/00; С22В 7/02; (IPC1-7): С22В 3/00, включающий стадии выщелачивания отходов раствором аммония хлористого при повышенной температуре, отделения нерастворенного железного компонента, вытеснения металлическим цинком меди и свинца из раствора и охлаждения раствора для осаждения из него оксида цинка.
3
2
2
Способ позволяет осуществлять отбор металлической пыли, которая в основном содержит оксиды железа и цинка, и в несколько этапов отделять оксиды железа и металлические отходы. Однако материал, полученный на последнем этапе, является смесью небольшого количества оксида цинка, гидратных фаз цинка, которые включают гидраты оксида цинка и гидроокись цинка, а также и другие фазы и большое количество диаминодихлорида цинка Zn(NH)Cl или других подобных соединений, содержащих ионы цинка и хлора, не является непрерывным способом и, как следствие, данный процесс неэкономичен.
6
Наиболее близким по технической сущности является «Способ извлечения оксида цинка (варианты)» по патенту RU 2119542 от 10.11.1992, опубликовано 27.09.1998, МПК  С22В 19/00, при котором отработанный материал обрабатывают раствором хлорида аммония при повышенных температурах, отделяют нерастворившиеся компоненты из раствора, раствор обрабатывают металлическим цинком для вытеснения нежелательных металлических ионов из раствора, затем раствор охлаждают для осаждения из него соединений цинка, осажденные соединения цинка промывают для удаления таких нежелательных соединений, как диаминодихлорид цинка и оставшееся соединение цинка, которое по существу является гидроксидом цинка, высушивают, в результате получают, по существу, чистый оксид цинка.
Данный способ может быть использован только для извлечения оксида цинка из промышленных отработанных материалов, содержащих различные компоненты, включающие цинк, свинец, железо и кадмий.
Все известные способы не позволяют извлечь из латунных шлаков безотходно одновременно латунь, оксид меди и цинковые белила и другие компоненты, готовые для дальнейшего использования в производстве. Для предприятий цветной металлургии эти способы экономически не выгодны, требуют большого расхода энергетических ресурсов, имеют сложное дорогостоящее многоступенчатое оборудование и сложную технологию производства, требуют многочисленного обслуживающего персонала, используют агрессивные и ядовитые компоненты, которые имеют высокий класс опасности для человека, не гарантируют исключения вредных выбросов в окружающую среду.
Проведены исследования, в результате которых установлено, что отходы латунного литейного производства состоят из мелкодисперсной латуни фракции от 2 мм и менее, заключенных в оболочку окислов цинка и меди, как косточка вишни в мякоть, собственно окислов цинка и меди и нежелательных соединений железа, свинца, олова. В процентном отношении: латунь 60-70%, оксид цинка 20-30%, оксид меди 5-10%, нежелательные соединения 1-2%.
Задачей предлагаемого технического решения является организация безотходного латунного производства с извлечением из латунного шлака без сложного оборудования трех дорогостоящих компонентов: латуни, цинковых белил и оксида меди простым, экологичным и доступным способом и других полезных химических соединений со значительно меньшими затратами: печь - шлак - разделение шлака - латунь в печь, цинковые белила на продажу, отфильтрованный раствор или на рециркуляцию для исходного насыщения, или на продажу для протравки древесины, или на выделение химических соединений в пригодном для промышленного использования состоянии за счет способа извлечения латуни, оксида цинка и оксида меди из шлака латунного литейного производства, способ включает предварительное дробление шлака, его механическое очищение от соединений железа и извлечение из него сплёса латуни, приготовление раствора, содержащего раствор соли аммония и поверхностно-активного вещества, его подогрев до температуры, близкой к температуре кипения, и приготовление водной суспензии путем подачи шлака в полученный раствор при непрерывном перемешивании и при поддержании указанной температуры, нагрев полученной суспензии выше температуры 101°С при непрерывном перемешивании в течение 15-22 мин для очищения частиц латуни от окислов, отделение мелкодисперсной латуни, разделение оставшегося раствора от оксида цинка и оксида меди путем перемешивания в течение 35-45 мин, охлаждение с отделением путем фильтрования оксида меди и кристаллизации оксида цинка в охлаждаемом растворе, его промывку холодной (с температурой ниже 10-24°С) промывной водой для прекращения химических процессов, перевод в раствор нежелательных примесей промывкой горячей промывной водой, близкой к температуре кипения, отделение фильтрованием оксида цинка.
Предварительное дробление шлака и механическое его очищение от соединений железа позволяет сразу извлечь химически несвязанный сплёс латуни и направить его на переплавку, а механически очищенный шлак, состоящий из окислов цинка и меди и мелкодисперсной латуни фракции от 2 мм и менее, заключенных в оболочку окислов цинка и меди, как косточка вишни в мякоть, направить на очистку мелкодисперсной латуни от оболочки окислов, регенерацию чистого оксида цинка и оксида меди из шлака, получение других компонентов, пригодных для промышленного применения без дополнительной переработки.
Добавление поверхностно-активного вещества в подогретый раствор солей аммония перед добавлением шлака для предотвращения его слипания и добавление шлака в раствор при обязательном поддержании заданной температуры для предотвращения остывания раствора и перемешивание для увеличения контакта частиц шлака с раствором, нагрев суспензии после засыпки шлака до температуры выше 101°С при последующем постоянном перемешивании в течение 15-22 минут позволяет избежать выпадения в осадок реагентов и продуктов химических процессов, ускорить химический процесс, а ограничение химической реакции 15-22 минутами позволяет очистить частицы латуни от окислов, сохранить основные компоненты и отделить мелкодисперсную латунь для обезвоживания и переплавки от раствора, направляемого для регенерации чистого оксида цинка, оксида меди и других компонентов, пригодных для промышленного применения.
Дополнительное перемешивание отделенного раствора в течение 35-45 минут и его охлаждение позволяют отфильтровать перед кристаллизацией оксида цинка оксид меди для промывки, обезвоживания и фасовки.
Кристаллизация оксида цинка в охлаждаемом растворе в течение 2-3 часов, промывание холодной, ниже 10-24°С, и потом горячей водой, близкой к температуре кипения, позволяет сначала прекратить химический процесс, потом перевести в раствор все нежелательные примеси и фильтрованием отделить оксид цинка для обезвоживания и фасовки, а раствор подать в оборот для исходного насыщения, или на выделение веществ для промышленного применения, или на протравку древесины.
Предлагаемый способ позволяет безотходно разделить шлак латунного производства на составляющие компоненты, а именно предварительно механически отделить соединения железа и сплёс латуни, очистить мелкодисперсную латунь от оболочки окислов, из раствора регенерировать чистый оксид цинка после отделения оксида меди, использовать оставшийся раствор и промывные воды в обороте или для промышленного применения без дополнительной переработки.
Способ извлечения латуни, оксида цинка и оксида меди из шлака латунного литейного производства осуществляют по схеме, изображенной на чертеже, где печь 1, исходный шлак 2, дробилка 3, дробленый шлак 4, магнитный сепаратор 5, черные металлы 6, контейнер 7 для лома черных металлов, шлак 8 без черных металлов, вибросито 9, латунь 10 сплёс, накопитель 11 обработанного шлака, участок 12 подготовки шлака отделения латуни сплёса и сплавов железа, участок 13 подготовки цинкосодержащего сырья и отделения чистой латуни, участок 14 подготовки мелкодисперсной латуни к переплаву, участок 15 разделения оксида цинка и оксида меди, миксер-сепаратор 16, вода 17 техническая, химреактивы 18 для отделения мелкодисперсной латуни, источник тепла 19, вода 20 оборотная, латунь 21 мелкодисперсная, сушилка 22 латуни, брикетировочный пресс 23, раствор 24 оксида цинка и оксида меди, миксер 25, фильтр 26, оксид меди 27, раствор 28 оксида цинка, кристаллизатор 29, фильтр 30, оксид цинка 31 на промывку, миксер-сепаратор 32 для промывки оксида цинка, фильтр 33, оксид цинка 34, сушилка оксида цинка 35, фасовка оксида цинка 36, раствор 37, химреактивы 38, миксер-сепаратор 39, сушилка 40 оксида меди, фасовка 41 оксида меди.
Способ извлечения латуни, оксида цинка и оксида меди из шлака латунного литейного производства, осуществляют следующим образом.
Способ осуществляют на четырех участках: участке 12 подготовки шлака и отделения латуни сплёса и сплавов железа, участке 13 подготовки цинкосодержащего сырья и отделения мелкодисперсной латуни, участке 14 подготовки мелкодисперсной латуни к переплаву и участке 15 разделения оксида цинка и оксида меди.
На участке 12 из печи 1 для переплава латуни шлак 2, который по результатам проведенных исследований содержит латунь - сплес 20-30%, сплавы железа 2-3%, отправляют на дробилку 3. Измельченный шлак 4 поступает на магнитный сепаратор 5, где примеси, сплавы железа 6, отделяют от шлака и направляют в контейнер 7 для сбора черных металлов, а отсепарированный шлак 8 поступает на вибросито 9, на котором от шлака отделяется сплёс латуни 10, который отправляют в печь 1 на переплавку.
После отделения от шлака железа и латунного сплёса в оставшемся шлаке, собранном в накопителе 11, остается: латунь мелкодисперсная 60-70%, окись цинка 20-30%, окись меди 5-10%.Этот шлак и подают на участок 13 в миксер-сепаратор 16.
На участке 13 в миксер-сепаратор 16 при постоянном перемешивании заливают воду 17, растворяют химреактивы 18 при следующем соотношении на одну часть воды: сначала 0,3 части аммония хлорида, после чего для предотвращения слипания шлака перед его засыпкой в раствор аммония хлорида добавляют 0,001 часть поверхностно-активного вещества, потом последовательно добавляют оборотную воду 20, оборотный раствор 37, смесь подогревают до температуры, близкой к температуре кипения, и засыпают при непрерывном для увеличения контакта частиц исходного материала с раствором перемешивании 0,5 части шлака от объема воды из накопителя 11. Для предотвращения остывания раствора и, как следствие, выпадения в осадок реагентов и продуктов химических процессов при засыпке холодного шлака поддерживают заданную температуру раствора.
После засыпки шлака для ускорения химических процессов и улучшения очистки частиц латуни от окислов температуру суспензии поднимают выше 101°С при постоянном перемешивании.
Для сохранения основных компонентов мелкодисперсной латуни химический процесс прекращают через 15-22 минут перемешивания, мелкодисперсную латунь 21 отделяют, промывают горячей водой с реагентами, нейтрализующими среду и прекращающими химические процессы, обезвоживают для предотвращения окисления в миксере 16 и отправляют на участок 14, в сушилку 22, брикетировочный пресс 23, откуда брикеты поступают в печь 1 участка 12 на переплавку.
Оставшийся после отделения мелкодисперсной латуни раствор из миксера-сепаратора 16 участка 13, состоящий из оксида цинка и оксида меди 24, отправляют на участок 15 разделения оксида цинка и оксида меди в миксер 25, где продолжают 40 мин перемешивать раствор, сохраняя температуру до 95°С. После этого в миксер 25 добавляют химреактивы 38 из расчета: 0,0001 часть цинковой пыли от объема раствора. Через 5 мин раствор отправляют на фильтр 26, при этом оксид меди 27 отделяют и отправляют в миксер-сепаратор 39, где оксид меди промывают, сепарируют, отправляют в сушилку 40, затем на фасовку 41.
После отделения оксида меди 27 раствор оксида цинка 28 через фильтр 26 отправляют в кристаллизатор 29, в охлаждаемом растворе в течение 2-3 часов происходит кристаллизация оксида цинка, который в виде осадка отделяют фильтром 30 от раствора 37, направляемого в оборот в миксер-сепаратор 16 участка 13 для исходного насыщения, или на выделение веществ для промышленного применения, или на протравку древесины. Оксид цинка 31 отправляют в миксер 32, где фильтрат оксида цинка сначала промывают холодной водой ниже 10-24°С для прекращения химических процессов, затем промывают горячей водой, близкой к температуре кипения, для растворения и вывода примесей, фильтром 33 обезвоживают. Оксид цинка 34 отделяют от промывочной воды 20, которую отправляют в оборот, а оксид цинка отправляют в сушилку 35, где сушат при температуре 100-150 градусов, и отправляют на фасовку 36.
По результатам проведенных испытаний чистота оксида цинка составляет 99% и более.
Результат испытаний на химический состав латуни показывает:
1. Образец латуни из печи содержал основные компоненты и примеси: Cu=58,2%, Pb=1,36%, Sn=0,244%, Fe=0,386%, Al=0,193%, Si=0,091%, Sb=0,018%.
2. Образец латуни, выплавленный из мелкодисперсной латуни, полученной после переработки шлака из той же печи с той же плавки: Cu=68,1%, Pb=1,29%, Sn=0,151%, Fe=0,276%, Al=0,086%, Si=0,051%, Sb-0,007%.
Из этого видно повышение содержания меди и значительное сокращение вредных примесей.
Способ обеспечивает выход готового продукта: латунь 60%-70%, цинковые белила 20%-30%, оксид меди до 10%.
Чистый оксид цинка (цинковые белила) применяют как основной компонент при производстве красок, в электронике для изготовления полупроводников, в фармакологии в качестве диетических добавок, в химии в качестве катализатора.
Главное преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он позволяет выделить из отходов без особых затрат и сложного оборудования селективно три дорогостоящих компонента: латунь, цинковые белила и оксид меди, для производства которых в промышленности используют дорогостоящие медь и цинк. Следовательно, способ дает возможность промышленности получить латунь, цинковые белила и оксид меди из отходов простым и доступным способом и сохранить природные дорогостоящие материалы. В способе не используются агрессивные и ядовитые вещества, опасные для человека. Способ осуществляют по замкнутому циклу, поэтому нет выбросов в окружающую среду.
Техническим эффектом предложенного решения является получение со значительно меньшими затратами без сложного оборудования трех дорогостоящих компонентов: латуни, цинковых белил и оксида меди из отходов простым экологичным и доступным способом, позволяющим осуществить непрерывное безотходное производство: печь - шлак - разделение шлака - латунь в печь, цинковые белила на продажу, отфильтрованный раствор или на рециркуляцию для исходного насыщения, или на продажу для протравки древесины, или на выделение химических соединений в пригодном для промышленного использования состоянии за счет того, что шлак предварительно измельчают, механически очищают его от соединений железа и сплёса латуни, возвращаемого на переплавку; в подогретый раствор хлорида аммония перед добавлением шлака добавляют поверхностно-активное вещество, перемешивают в течение 15-22 минут, отделяют мелкодисперсную латунь, оставшийся раствор дополнительно перемешивают 35-45 минут, охлаждают, перед кристаллизацией оксида цинка отделяют оксид меди.