СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНЕЦСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ИЗ ЛОМА ОТРАБОТАННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
PROCESSING METHOD OF LEAD-BEARING PRODUCTS MADE FROM SCRAP OF WASTE AUTOMOBILE BATTERIES

Область техники
Изобретение относится к области цветной металлургии, и в частности, для плавки свинецсодержащих продуктов, получаемых из лома отработанных автомобильных аккумуляторов:
- продукт свинцовый сульфатно-оксидный (ПССО);
- спрудина и съемы рафинации, свинец в металлической и оксидной форме.
Уровень техники
Известна содовая плавка аккумуляторного лома в короткобарабанной печи при температуре 1100-1200*С.
Состав шихты: на 100 ч. лома, 2 ч. кальцинированной (Na2CO3) соды, 2 ч. карбоната натрия, 4 ч. железные опилки, 2 ч. антрацита.
Недостатком способа являются получаемые содовые (солевые) шлаки, экологически неустойчивые и легко растворимые в воде.
«Технология вторичных цветных металлов». Худяков И.Ф. и др. М., Металлургия, 1981 г.,80 стр.
Известна технология переработки свинцово-кислотных аккумуляторов с использованием безсодовой плавки в электротермической печи.
Безсодовая плавка проводится в электротермической печи без применения в качестве флюсующей добавки соды. Процесс ведется без образования штейна. Количество шлака определяется только зольностью кокса и качеством разделки лома, сокращено до минимума.
По сравнению с плавкой в короткобарабанных печах, технология обеспечивает ряд преимуществ: снижение выхода шлака и расхода кокса.
Однако, относительно большие затраты на электротермию, приводят к тому, что для средних предприятий (объемом менее 15-20 тыс.т свинца в год) это нерентабельно. Тарасов А.В. Производство цветных металлов и сплавов. Справочник в 3-х томах. Т3., Вторичная металлургия тяжелых цветных металлов. - М: « Академкнига», 2008.-448 с.: илл. На способ переработки получены патенты РФ №2077781 от 15.02.2000 г., №2114927 от 13.02.2000 г.
Известен способ переработки аккумуляторного лома, включающий электроплавку с содово-сульфатной смесью (8 частей), кварцем (2 ч.) углеродосодержащим восстановителем (6 ч.), известняком (2 ч.), железистым восстановителем (1-3 ч.) с загрузкой за 1 час (+/-0,5) до окончания плавки при температуре 1250-1350*С и продувкой обогащенным воздухом.
Недостатком способа являются относительно большие затраты на электротермию, а также содовые шлаки, экологически неустойчивые и легко растворимые в воде. Кроме этого, высокий расход известняка - около 20% ((2 ч.*100%)/8 ч.=25%) от сульфатной смеси. Пат.RU №899693, C22b 7/00, И.П. Полывянный, A.M. Кунаев и др.
Известна безсодовая электроплавка плавка аккумуляторного лома с кварцевым флюсом (4.98% от шихты). Ларин В.Ф., Ким Г.В., Девчич И.И. и др. «Переработка вторичного свинцового сырья безсодовой электроплавкой на ЛПК», Сб. научн. Трудов ВНИИцветмета. - Усть-Каменогорск, 1988. - С12-18.
Недостатком являются относительно большие затраты на электротермию, для предприятий объемом менее 15-20 тыс.т свинца в год.
Ближайшим аналогом заявленного способа является способ переработки аккумуляторного лома, описанный в SU 1047205A1, С22 В 7/00, 27.07.1999 (Ларин В.Ф., Ким Г.В., Девчич И.И. и др.), включающий восстановительную плавку свинецсодержащей шихты с флюсами и реагентом, содержащим окись кальция.
Плавку ведут при 1200-1300°C с известняком в количестве 10-20% от веса сульфатно-окисной части, а в качестве флюсов используют отходы от переработки свинцовых концентратов:
- шлак свинцовой шахтной плавки в количестве 30-40% от веса сульфатно-окисной части аккумуляторного лома;
- свинцовый кек от переработки цинковых кеков "ярозит-процессом" в количестве 80-100% от веса сульфатно-окисной части аккумуляторного лома.
Способ включает возможность (как осознанную необходимость) использования отходов различных производств, находящихся в составе полиметаллических предприятий большой мощности (более 40-80 тыс. т свинца в год).
Однако, несмотря на получение инертных шлаков, технология нерентабельна для малых и средних предприятий, объемом менее 15-20 тыс.т свинца в год - т.к. относительно большие капитальные и пр. затраты на электротермию, и в частности большой расход известняка (до 20%).
Заявленный способ отличается от известного способа тем, что свинецсодержащая шихта содержит продукт свинцовый сульфатно-оксидный, съемы обезмеживания свинца и спрудипу и железистый материал в качестве восстановителя, а в качестве флюса используют кварц в количестве 3-5 частей кварца на 100 частей шихты, при этом плавку осуществляют при температуре 1050-1100°C в бессодовой, вращающейся со скоростью около 80 мм/сек шлаковой ванне с высокоскоростной продувкой пересыпающегося поверхностного слоя газопламенным потоком с углеродосодержащим восстановителем со скоростью 12-16 м/с, причем вначале в печь вводят спрудину и съемы, а затем продукт свинцовый сульфатно-оксидный.
Цель изобретения
Возможность улучшения экологии для предприятий малой и средней мощности (объемом менее 15-20 тыс. т свинца в год), перерабатывающих аккумуляторный лом в короткобарабанных печах. Предлагаемый способ безсодовой плавки в короткобарабанных печах позволяет получить экологически более устойчивые и прочные шлаки с меньшим классом опасности. Сущность изобретения.
Указанная цель достигается тем, что плавка продуктов аккумуляторного лома осуществляется с кварцем, причем, вначале вводят спрудину и съемы, а затем продукт свинцовый сульфатно-оксидный, при температуре 1050-1100*C, во вращающейся безсодовой шлаковой ванне, с продувкой высокоскоростным газопламенным потоком (с углеродосодержащим восстановителем) пересыпающегося поверхностного слоя ванны, при этом ось продувки имеет возможность смещения, а отходящие газы радиально ориентированы.
Взаимосвязь указанных элементов проявляется и реализуется следующим образом. Обычно, при плавке шихты, включающей «кремневку», например, при составе: на 100 ч. лома, 2-4 ч. кварца, 4 ч. железные опилки, 2 ч. коксика, реакционная подвижность шлаковой ванны, обеспечивающая протекание требуемых химических реакций, достигается при высокой температуре, например, 1200-1350*С в электротермической печи.
В заявленном способе, донные слои расплава указанного состава достаточно подвижны (скорость около 80 мм/сек) при Т=1050÷1100*С, благодаря вращению ванны, а также режима загрузки. Для компенсации воздействия кварца на вязкость шлаков, вначале вводят спрудину и съемы, а затем продукт свинцовый сульфатно-оксидный (ПССО), варианты загрузки даны в табл. 1 и 2. Повышению подвижности верхних слоев шлаковой ванны, способствует, высокоскоростной (12-16 м/с) газопламенный поток длиннофакельной горелки, направленный на меньший, по сравнению с содовой плавкой, объем шлака.
При этом возможность смещения оси потока, относительно оси вращения ванны - эксцентриситет и правильная ориентация, позволяет подобрать оптимальный режим, в соответствии с заданным соотношением кварца в составе шихты. Имеется возможность доизвлечения металла из «летучих», пылегазовых компонентов факельной плавки за счет:
- вмешивания оплавленных частиц в поверхность жидкой ванны. В ЗОНЕ радиальной ориентации отходящих газов, при возникновении вращения пылегазового потока с возможностью оседания крупных частиц граничного размера. Одним из факторов, ориентировочно характеризующих рабочую зону, является критерий Рейнольдса(Re).
Re=V*L/Z=15*2.9/190*10^-6=0.22*10^6=220000
где:
V=15 м/с, осевая скорость газопламенного потока длиннофакельной горелки;
L=2.9 м, длина рабочей зоны (печи);
Z=190*10^6 м^/сек, вязкость газовой фазы (кинематическая), в области температур
Т=1050--1100*С.
Значение критерия Рейнольдса (220000) говорит о турбулентном характере потока. Совокупность отмеченных факторов позволяет перевести «свинец в шлаке» в оксидную, остеклованную форму (PbO*SiO2), которая является практически нерастворимой.
Описание способа
При загрузке, вначале вводят спрудину и съемы, затем продукт сульфатно-оксидный (ПССО), а также известняк и железистый материал. Загрузка сырья и шлакообразующих осуществляется в 4 этапа, с последующими выдержками (по 30-45 мин). После полной загрузки делается выдержка на несколько часов, затем слив. Варианты загрузки даны в табл. 1 и 2. Как видно из таблиц, расход известняка составляет менее 5% от ПССО. Плавка продуктов аккумуляторного лома осуществляется при 3-5 частях кварца на 100 ч. шихты и температуре 1050-1100*С, в медленно вращающейся бессодовой шлаковой ванне короткобарабанной печи, с высокоскоростной продувкой пересыпающегося поверхностного слоя газопламенным потоком с углеродосодержащим восстановителем, при этом ось продувки имеет возможность смещения, а отходящие газы радиалыю ориентированы.
Смещение оси потока, относительно оси вращения ванны подбирается опытным путем.
Проверка способа
Опытные, безсодовые плавки продуктов аккумуляторного лома проводилась во вращающейся шлаковой ванне, короткобарабанной печи, при объеме ванны (расплава) 11-12 т и производительности - 1 т/час. Переработке подвергались: продукт свинецсодержащий сульфатно-оксидный (ПССО, 60-70% свинца), спрудина и съемы обезмеживания свинца с участка рафинации (свинца). Варианты состава шихты и режимов работы указаны в табл. 1 и 2,
После полной загрузки шихты делается выдержка на 5 час, во время которой подгружают восстановитель и железо.
В результате испытаний получены: черновой свинец, пыли и экологически более устойчивые, прочные шлаки.
При отборе проб шлака, он «тянется на ломике» в виде темной остеклованной (и практически нерастворимой) массы.
В отличие от обычных, содовых шлаков, которые имеют высокую растворимость в воде, малую прочность и быстро рассыпаются, (что затрудняет их хранение и рециклинг), полученные остеклованные шлаки после 3-х мес. хранения сохраняли свою прочность. При этом растворимость в воде значительно уменьшается. Таким образом, установлено, что заявляемый способ безсодовой плавки позволяет перерабатывать свинцовый продукт с получением устойчивых, безсодовых шлаков. Ожидаемый эффект заключается в получении экологически инертных шлаков с меньшим классом опасности. Это позволит снизить расходы на хранение, транспортировку и рециклинг шлака, особенно для предприятий малой и средней мощности не имеющих возможности для собственной переработки шлака.
Положительные результаты проведенных испытаний позволяют корректировать проект реконструкции системы рециклинга шлака металлургического производства завода.
Табл.1
№ загрузки
Сырье / мульд
Кокс, кг
Кварцевый песок, кг
Железо, кг
Известняк, кг
Кол-во, кг
1
1.1 Спрудина
1000
22.5
9
12
1.2 Съемы обезмеживания
1000
22.5
9
12
1.3 Шихта
1000
По 22.5 кг на мульду шихты
По 9 кг на мульду шихты
По 8 кг на мульду шихты
2
2.1 Спрудина
1000
60 кг,
10
13.3
2.2 Шихта
1000
перед 1-й
10
150
13.3
2.2 Шихта
1000
мульдой
10
(стружка)
13.3
3
3.1 Спрудина
1000
60 кг,
10
13.3
3.2 Шихта
1000
перед 1-й
10
13.3
3.3 Шихта
1000
мульдой
10
13.3
4
Перед загрузкой железа, при наличии места в печи, загружать 1 мульду СПРУДИНЫ, во избежание «хлопков»
-
75 на поверхность расплава
100 (куски)
-
Табл.2
№ загрузки
Сырье / мульд
Кокс, кг
Кварцевый песок, кг
Железо, кг
Известняк, кг
Кол-во, кг
1
СпрудинаСъемы обезмеживания (куски, комки)
1000
12
6
10
1000
12
6
10
ПССО-1
1000
12
6
10
2
Спрудина
1000
15
5
7
ПССО-1
1000
15
5
7
ПССО-1
1000
15
5
150 (стружка)
8
ПССО-1
1000
15
5
3
ПССО-1
1000
10
5
10 кг
ПССО-1
1000
15
5
-
ПССО-1
1000
15
4
Перед загрузкой железа, загружать 1 мульду СПРУДИНЫ, во избежание «хлопков
-
(75 кг)
(30 кг)
100 (куски)
-
Примечание: ПССО-1, одна из марок продукта свинцового сульфатно-оксидного, (песковая фракция),