научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ПЛАВКИ КОНЦЕНТРАТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ЛОМА Металлургия

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ПЛАВКИ КОНЦЕНТРАТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ЛОМА»

УДК 624.131:551.3

ОСОБЕННОСТИ ПЛАВКИ КОНЦЕНТРАТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ЛОМА

© Теляков Алексей Наильевич, канд. техн. наук, e-mail: ptpe_spmi@bk.ru; Александрова Татьяна Андреевна, e-mail: ptpe_spmi@bk.ru; Неежко Максим Андреевич, e-mail: ptpe_spmi@bk.ru

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Россия, Санкт-Петербург Статья поступила 21.05.2014 г.

Рассмотрены двойные диаграммы состояния Бе-М, Со-№, Си-2п-систем, характерных для элементного состояния радиоэлектронного лома. Определены химические составы железо-никелевых и медно-цинковых концентратов, получаемых при переработке радиоэлектронного лома. Определены температурные параметры плавления концентратов. Установлено, что для окислительного плавления валового радиоэлектронного лома и медно-цинкового концентрата радиоэлектронного лома частично может быть применена плавка с подачей высоконапорных воздушных струй. Показано, что окисление примесей железо-никелевого концентрата возможно с использованием в качестве окислителя селитры.

Ключевые слова: радиоэлектронный лом; концентраты; плавка; радиальное вращение расплава; газовые струи; селитра.

На сегодня переработка вторичного радиоэлектронного лома (РЭЛ) является актуальной проблемой. Переработка РЭЛ (блоков, демонтированных комплектующих, узлов и агрегатов в сборе) включает следующие стадии: разборку, сортировку, обогащение, плавку и электролиз. На стадии обогащения РЭЛ образуются различные продукты, применимые для дальнейшего извлечения благородных металлов, в том числе медно-цинковый и железо-никелевый концентраты. Состав концентратов, образующихся при обогащении РЭЛ, представлен в таблице.

Поведение при плавке полученных концентратов можно проследить с помощью двойных диаграмм состояния основных элементов плавки [1, 2].

Из известных диаграмм состояния системы Бе-М установлено, что у-Бе и М образуют между собой непрерывный ряд твердых растворов [3]. Никель, растворяясь в железе, повышает температуру уо-5-превращения от 1390 до 1512 °С; при этой температуре протекает перитектическая реакция 5+ж-о-у. Максимальная растворимость никеля в 5-Бе составляет 3,24 ат. %, перитектиче-ская точка соответствует содержанию М 4,3 ат. %, а концентрация этого элемента в жидкой фазе равна 5,9 ат. %. Сплавы системы кристаллизуются в узком интервале температур, не превышающем 10-15 °С. Кривые ликвидус и солидус для сплавов

с содержанием 5,9-100 ат. % М имеют вид слегка провисающей цепи с минимумом при 1436 °С и содержании 68 ат. % М. В точке минимума кривые соприкасаются.

В системе Бе-Со на кривой ликвидус имеется минимум при температуре около 1477 °С, а кобальт и никель обладают неограниченной взаимной растворимостью при температуре 14551495 °С [3].

Диаграмма состояния Си-2п показывает, что в этой системе существуют шесть фаз. При концентрации Zn до 36,8% медь кристаллизуется из жидкости в интервале от температуры затвердевания Си до 902 °С [3].

Лабораторные эксперименты показали, что плавка медно-цинковых концентратов в печи Таммана происходит при 1000-1100 °С. Для расплавления концентратов, состав которых характеризуется повышенным содержанием Бе и М, потребовалась температура в интервале 14001450 °С, что соответствует данным двойных диаграмм.

В технологии переработки концентратов РЭЛ возможна окислительная плавка для удаления примесей, с подачей воздуха в расплав через тру-

Состав концентратов

Концентрат Содержание, %

Cu Ni Co Zn Fe Ag Au Pd Pt Pb Sn Прочие

Железо-никелевый 1,4 44,0 2,2 0,07 40,4 0,2 0,8 0,05 0,01 3,7 4,1 3,17

Медно-цинковый 64,7 0,02 сл. 21,4 0,1 2,4 Сл. 0,3 0,006 2,8 2,4 6,60

Ь, с

Результаты изменения потенциалов в процессе электролиза: анод без окислителя (1) и с окислителем (2)

бы, однако увеличение подачи воздуха в тигель с расплавом ограничено из-за большого уноса металла с брызгами.

Авторами [4] для переработки РЭЛ разработана технология подачи дутья в расплав, заключающаяся в том, что высоконапорную газовую струю подают на поверхность расплава с отклонением струи от вертикали. В этом случае в плоскости встречи струи с поверхностью расплава возникает горизонтальная составляющая динамического напора, пропорциональная тангенсу угла наклона, воздействующая на слой расплава, что побуждает расплав к поступательному движению. Если обеспечить «набегание» такой волны на цилиндрическую поверхность, происходит преобразование прямолинейного движения волны в движение расплава по поверхности графитового тигля индукционной печи. При использовании нескольких ориентированных струй появляется эффект организованного вращения расплава.

При проведении экспериментов по перемешиванию высоконапорными пространственно ориентированными струями свинца, меди и электронного лома было установлено, что для тиглей массой 0,2; 10,0; 75 кг расплава (по меди) параметры печных установок, при которых происходит устойчивое явление закручивания и вращения расплавов, находятся в следующих пределах: диаметр сопла 1-3 мм; избыточное давление 0,10,3 МПа; угол наклона оси сопла к расплаву 12-15°.

Плавку свинца с радиальным вращением расплава воздушными струями проводили при температуре 500 °С, вязкость расплава составляла 0,0018 Па-с, плотность 11,3 г/см3). Происходило вращение всего объема материала, при этом унос расплава с брызгами составил менее 1%.

Окислительную плавку меди воздушными струями проводили при температуре 1200 °С, вязкость расплава меди 0,0031 Па-с и плотность

9 г/см3. Поверхность расплава затвердевала через

10 с.

При проведении плавки с радиальным вращением расплава воздушными струями таких веществ, как сульфид меди (I) (вязкость 0,0025 Па-с, плотность 6 г/см3 и медно-цинковый концентрат (вязкость 0,0028 Па-с, плотность 7 г/см3) при температуре 1200 °С, наблюдалось вращение всего объема материала, малый объем уноса с брызгами (<1%). Верхняя часть расплава не затвердевала, степень десульфуризации Си2Б и степень удаления примесей при плавке РЭЛ составила 85%. Увеличение степени удаления примесей при плавке валового радиоэлектронного лома до 90% приводило к застыванию расплава.

Попытка проведения плавки железо-никелевого концентрата РЭЛ с использованием радиального вращения расплава воздушными струями привела к затвердеванию верхней части расплава через несколько секунд плавки, что привело к необходимости поиска другого способа окисления примесей, особенно свинца и олова. Ранее было определено, что свинец отрицательно влияет на характер электролиза, образуя пассивационную пленку оксида свинца, тем самым увеличивая потенциал анода. Это делает процесс электролиза невозможным, а при кислотном растворении шламов олово образует плохо осаждаемые пульпы [5].

В настоящем исследовании плавку РЭЛ проводили с использованием окислителя в виде селитры (КЫ03 ЧДА ГОСТ 19790-74) с различным ее содержанием в шихте. Анализ полученных анодов показал, что при использовании в качестве окислителя 15-50% КЫ03 содержание в анодах РЬ и Бп снижается с 3,7 и 4,1% до 0,2 и 0,3% соответственно.

При электролитическом растворении анода в 20%-ном растворе сульфата никеля (ЧДА ГОСТ 4465-74) без добавления окислителя потенциал анода плавно увеличивался до 0,5 В, через 10 мин его значение достигло 0,65 В и стабилизировалось на уровне 0,7-0,72 В (см. рисунок, кривая 1).

При электролизе концентратов, где в качестве окислителя использовали 15-50% КЫ03, потенциал анода снизился до 0,38-0,42 В (см. рисунок, кривая 2).

Таким образом, установлено, что окисление примесей железо-никелевого концентрата твердым окислителем создает приемлемые условия проведения электрохимического анодного растворения с получением железо-никелевого катодного осадка, шлама благородных металлов, обес-

печивая при этом многократное использование электролита.

Выводы. 1. На основе рассмотренных двух-компонентных диаграмм определены температуры ликвидус для железо-никелевых и медно-цин-ковых концентратов. Плавка концентратов в печи Таммана подтвердила требуемые температуры расплавления: 1000-1100 °С для медно-цинковых и 1400-1450 °С для железо-никелевых концентратов.

2. Исследования показали, что окисление примесей железо-никелевого концентрата с применением высоконапорных газовых струй невозможно ввиду затвердевания верхней части расплава. Существующая проблема решается применением твердого окислителя (КЫ03 ЧДА ГОСТ 19790-74).

3. Удаление примесей с помощью селитры позволяет при дальнейшей переработке сырья проводить процесс электролиза в никелевом электролите.

Библиографический список

1. Банных О.А., Будберг П.Б., Алисова С.П. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. М. : Металлургия, 1986. С. 440.

2. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди // Под ред. С.В.Шухардина. М. : Наука, 1979. С. 288-323.

3. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Т. 1 / Справочник. М. : Машиностроение, 1996. 992 с.

4. Пат. 2211420 РФ, МПК7 F27B17/02. Лабораторная печь для опробования радиоэлектронного лома / Шалыгин Л.М., Коновалов Г.В., Теляков А.Н. и др. - заявл. 29.04.2002, опубл. 27.08.2003.

5. Теляков А.Н., Сизяков В.М. Теория и практика извлечения благородных металлов при комплексной переработке радиоэлектронного лома с применением окислительной плавки медного расплава. СПб : Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2013. 190 с.

FEATURES OF SMELTING CONCENTRATES OF ELECTRONIC SCRAP

© Telyakov A.N., Cand. Sci. (Eng.); Alexandrova T.A.; Neezhko M.A.

The dual-phase diagrams of Fe-Ni, Co-Ni, Cu-Zn-systems are considered which characterized of element state of electronic scrap. Chemical composition of Fe-Ni and Cu-Zn concentrates obtained at electronic scrap processing are determined. Temperature melting parameters of concentrates are specified. It is clarified that for oxidizing melting gross electronic scrap and Cu-Zn concentrate of electronic scrap smelt with supply of high-pressure air sprays can be partially applied. It is shown that at oxidation of impurities in Fe-Ni concentrate nitrate can be used as oxidizer. Keywords: radio-electronic breakage; concentrate

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком