Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы): статья посвящена вопросу создания экологически безопасной, технологически эффективной и экономически выгодной высокопроизводительной схемы по переработке свинецсодержащих промпродуктов и отходов. На примере пирометаллургической технологии восстановительной плавки свинцового кека (~35% Pb) и силикатного шлака (~22% Pb) сформулированы актуальные проблемы оптимизации традиционных методов комплексной переработки полиметаллических отходов и промпродуктов с переводом цветных металлов в товарные продукты посредством компьютерного моделирования. Цель работы: изучение зависимостей фазового состава и распределения элементов по продуктам плавки от содержания компонентов исходной шихты, а также возможности термодинамического прогнозирования оптимального состава шихты для восстановительной плавки свинцового кека ОАО «Электроцинк» (г. Владикавказ) и силикатного шлака. Используемые методы: с помощью программного пакета “Outotec's Chemical Reaction and Equilibrium Software HSC Chemistry” выполнены балансовые расчеты многокомпонентных составов равновесия в гетерофазной системе «газ–жидкость–твердое» при восстановительной плавке свинцового кека и силикатного шлака. Новизна: к элементам новизны относится одновременная плавка свинцового кека и силикатного шлака, а также использование в качестве восстановителей, наряду с коксом, металлической стружки и железной руды, что сделало возможным утилизацию техногенных отходов. Результат: в процессе восстановительной плавки в газовую фазу переходит преимущественно цинк, а в составе металлической фазы концентрируются свинец, медь и сурьма. При оптимальном составе шихты (67% – свинцовый кек; 9% –шлак силикатный; 2% – стружка железная; 3% – известняк; 12% – кокс) практически полностью переходят в металлическую фазу свинец, медь (>99%), большая часть сурьмы (>88%) и мышьяка (>78%); цинк распределяется между газовой (~67%) и шпейзо-шлаковой (~31%) фазами вместе с окисленным железом (~54%). Практическая значимость: получены исходные данные для оптимизации режима восстановительной плавки полиметаллических отходов и промпродуктов, что позволит расширить номенклатуру материалов, содержащих свинец, для комплексной пирометаллургической переработки с получением товарных продуктов цветных металлов.
Ключевые слова
Плавка, кек, шихта, возгоны, шлак, штейн, металл, свинец.
1. Li Y., Su Z., Qiao Q., 2015, Integrated assessment of process pollution prevention and end-of-pipe control in secondary lead smelting, Resources. Conservation and Recycling, In Press, Corrected Proof., Available online 23. 12. 2015.
2. Bai L., Qiao Q., Li Y., 2015, Substance flow analysis of production process: a case study of a lead smelting process, Journal of Cleaner Production, 104, 502–512.
3. De la Campa A. M. S., Sánchez-Rodas D., Castanedo Y.G., 2015, Geochemical anomalies of toxic elements and arsenic speciation in airborne particles from Cu mining and smelting activities: Influence on air quality, Journal of Hazardous Materials, 291, 18–27.
4. Trpčevská J., Hoľková B., Briančin J., 2015, The pyrometallurgical recovery of zinc from the coarse-grained fraction of zinc ash by centrifugal force, International Journal of Mineral Processing, 143, 25–33.
5. Ebin B., Isik M.I., 2016, Chapter 5 – Pyrometallurgical Processes for the Recovery of Metals from WEEE, WEEE Recycling, 107–137.
6. Binnemans K., Jones P.T., Blanpain B., 2015, Towards zero-waste valorisation of rare-earth-containing industrial process residues: a critical review, Journal of Cleaner Production, 99, 17–38.
7. Пат. 2094509 Российская Федерация, МПК C22B13/02, C22B7/00. Способ получения свинца из отходов / Г.Ф. Казанцев, Н.М. Барбин, Г.К. Моисеев, Л.А. Маршук, Л.Е. Ивановский, Н.А. Ватолин, заявитель и патентообладатель Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН. № 94029711/02; заявл. 08.08.1994; опубл.27.10.1997.
8. Пат. 2114927 Российская Федерация, МПК C22B13/02, F27B17/00. Способ пирометаллургической переработки свинецсодержащих материалов и печь для его осуществления / А.В. Гречко, Е.И. Калнин, А.Д. Бессер, А.В. Тарасов; заявитель и патентообладатель ОАО Институт «Гинцветмет». № 97108450/02; заявл. 21.05.1997; опубл.10.07.1998.
9. Научно-технический отчет о выполнении 5 этапа Государственного контракта № 16.740.11.0522 от 16.05.2011 / ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»; Руководитель С.В. Карелов. ГРНТИ 53.37.13. Екатеринбург, 2013. 125 с. Отв. исполн. О.С. Анисимова, С.В. Мамяченков.
10. Torres C.M., Taboada M.E., Graber T.A., 2015, The effect of seawater based media on copper dissolution from low-grade copper ore, Miner. Eng., 71, 139–145.
11. Puts G.J., Crouse P.L., 2014, The influence of inorganic materials on pyrolysis of polytetrafluoroethylene. Pt. 1: The sulfates and fluorides of Al, Zn, Cu, Ni, Co, Fe, and Mn, J. Fluorine Chem., 168, 260–267.
12. Sundman B., Lu X.-G., Ohtani H., 2015, The implementation of an algorithm to calculate thermodynamic equilibria for multi-component systems with non-ideal phases in a free software, Comput. Mater. Sci., 101, 127–137.
13. Littlejohn P., J. Vaughan J., 2012, Selectivity of commercial and novel mixed functionality cation exchange resins in mildly acidic sulfate and mixed sulfate-chloride solution, Hydrometallurgy, 121-124, 90–99.