Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Утилизация отходов цветных металлов

Нижегородский государственный технический университет

им. Р.Е. Алексеева

Реферат

«Утилизация отходов цветных металлов»

Выполнила ст.гр. 10-БТП

Макарова Вера

Проверила Трунова И. Г.

Нижний Новгород

2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ………..………………………….........3

ЛОМ И ОТХОДЫ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Источники образования и ресурсы цветного металлолома……………………………… 4

Использование лома и отходов цветных металлов в народном хозяйстве………5

Значение переработки и источники образования отходов………………………………. 5

Предприятия по первичной обработке лома и отходов цветных металлов

и сплавов……….5

Вторичная переработка металлов……………………………………………………………………..6

Переработка цветных металлов …8

Переработка цветных и редких металлов 11

Выводы Ошибка! Закладка не определена.

ВВЕДЕНИЕ

Переработка (другие термины: вторичная переработка, рециклинг (отходов) (от англиского recycling, рециклирование и утилизация отходов) повторное использование или возвращение в оборот отходов производства или мусора.

Наиболее распространена вторичная, третичная и т. д. переработка в том или ином масштабе таких материалов, как стекло, бумага, алюминий, асфальт, железо, ткани и различные виды пластика. Также с глубокой древности используются в сельском хозяйстве органические сельскохозяйственные и бытовые отходы. Утилизация (От лат. Utilis - Полезный Utilitas - Польза) Дословный смысл - Извлечение из отходов пользы.

Лом и отходы цветных металлов имеют важное значение в общем балансе производства и потребления цветных металлов в нашей стране.

Цветные металлы и их отходы, образующиеся в результате их промышленной переработки, являются ценнейшим сырьем.

Продукция, выпускаемая в результате переработки ломов и

отходов цветных металлов, широко применяется в различных отраслях народного хозяйства. Наиболее крупными потребителями цветных металлов из вторичного сырья являются машиностроение, авиационная и автомобильная промышленность, транспорт. Вторичные цветные металлы также применяются в производстве товаров народного потребления, в художественном ремесле и др.

Поэтому сбор, заготовка и переработка лома и отходов цветных металлов имеют важное народно-хозяйственное значение. До 60% применяемых цветных металлов в мировой промышленности являются продуктом вторичной переработки.

ЛОМ И ОТХОДЫ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Источники образования и ресурсы цветного металлолома

Металлический фонд страны характеризует общее количество металлов и сплавов, содержащихся во всех видах основных и оборотных фондах предприятий и организаций народного хозяйства, а также в пределах культурно-бытового назначения.

Металлический фонд включает металл в эксплуатации, в производстве и в обращении. Металл в эксплуатации - это основная часть металлофонда страны, которая воплощена в зданиях, сооружениях.

Лом цветных металлов - это пришедшие в негодность или утерявшие эксплуатационную ценность изделия и детали из цветных металлов и их сплавов.

Лом подразделяется в основном на три группы: промышленный, транспортный и сельскохозяйственный (машины, оборудования, инструменты, детали); бытовой (предметы домашнего обихода); военный (самолетный, корабельный, боеприпасы и другое военное имущество).

Отходы цветных металлов - это промышленные отходы, содержащие цветные металлы или состоящие из них, получаемые как при механической обработке, так и при плавке, гальванике и других металлических процессах, а также брак изделий и деталей в процессе производства. К отходам текущего производства относятся:

-отходы металлургического передела (шлаки, сплески, съёмы и др);

-отходы прокатного передела (обрез концов, стружка, опилки при разрезании слитков, окалина и др.);

-отходы литейного производства (литники, съёмы, шлаки, сплески);

-отходы механической обработки литья, прессованных изделий, поковок и других полуфабрикатов (высечка, обрез, стружка и др.);

-отходы кабельного производства (обрез концов кабелей,

проводов и путанка);

-отходы производства оцинкованного железа и белой жести (изгорь, зола и др.);

-отходы химического производства (отработанные катализаторы, шлаки);

-отходы гальванического процесса (дендриты, шлаки и др);

-отходы при производстве ремонтных работ, ремонт электродвигателей, замена и прокладка кабельных линий и

электропроводов;

-отходы получаемые при изготовлении твердосплавных инструментов и их ремонт (пылевидные и кусковые);

-амортизационный лом, образующийся вследствие физического н морального износа различных видов оборудования, инструментов, приспособлений, отдельных деталей и другого металлоимущества, полностью или частично состоящего из цветных металлов и сплавов, а также промышленные отходы всех переделов, содержащие цветные металлы или состоящие из них.

Использование лома и отходов цветных металлов в народном хозяйстве

Лом и отходы цветных металлов могут использоваться в народном хозяйстве без предварительного металлургического передела.

Лом и отходы цветных металлов (литники, выпора, прибыли и др.) могут использоваться на месте ломообразования. Лом и отходы цветных металлов прокатного производства могут расходоваться на изготовление готовых изделий без переплава.

Значение переработки и источники образования отходов

При современном уровне технологического развития, разнообразии производимой продукции непрерывно растет объем потребления цветных и редких металлов.

В народном хозяйстве, в различных отраслях промышленности во все возрастающих объемах используются, наряду с алюминием, медью, цинком, никелем, свинцом, и их сплавами, такие металлы, как молибден, вольфрам, ртуть, сурьма, кобальт, золото, серебро, платина и другие металлы. Эти металлы в большей степени определяют развитие таких важных отраслей, как электроника, ракетостроение, а также производство специальных сталей, антикоррозийных сплавов.

Невысокое содержание редких металлов в добываемых рудах, многостадийность и сложность технологических схем, высокие требования к чистоте конечного продукта определяют высокую стоимость редких металлов и отставание их производства.

Предприятия по первичной обработке лома и отходов цветных металлов и сплавов

Первичная обработка лома и отходов цветных металлов и сплавов производится непосредственно на предприятиях, где образуются лом и отходы цветных металлов и сплавов (ЦМ и С), а также в шихтовых цехах и участках металлургических заводов, перерабатывающих лом и отходы ЦМ и С.

Первичная обработка лома и отходов ЦМ и С осуществляется механическим, термическим и химическим способами. Основные технологические процессы:

- разделка лома, т.е. удаление из него приделок из черных металлов и прочих неметаллических материалов, а также разделение механически связанных деталей из различных металлов и сплавов;

- сортировка лома и отходов на однородные металлы и сплавы по внешним признакам (цвет, масса, вид изделия и т.п.), так и путем применения капельного или спектрального опробования, а также на специальных установках с использованием тяжелых сред, приведение лома в габаритное состояние путем резки его (аллигаторными или гидравлическими ножницами, с помощью сварочного, автогенного или плазменного аппаратов, бензореза и др.), пакетирование (брикетирование) или увязка в пучки или бухты;

- обработка стружки (грохочение, обезжиривание, сушка, дробление, магнитная сепарация и брикетирование)

- дробление лома с последующей магнитной сепарацией; обогащение шлаков, шламов, сортов путем их дробления, грохочения и магнитной сепарацией; оплавка лома в отражательных печах с целью получения подготовительных сплавов;

пиротехнический контроль и обезвреживание взрывоопасного лома и отходов ЦМ и С.

Вторичная переработка металлов

Значение вторичной переработки отходов:

Ресурсы многих материалов на Земле ограничены и не могут быть восполнены в сроки, сопоставимые со временем существования человеческой цивилизации.
Попав в окружающую среду, материалы обычно становятся загрязнителями.
Отходы и закончившие свой жизненный цикл изделия часто (но не всегда) являются более дешевым источником многих веществ и материалов, чем источники природные.

Рассматривая подробнее, металлолом (металлический лом) — общее, собирательное название различного металлического мусора (пришедших в негодность металлических изделий), утилизируемого или не утилизируемого во вторичном металлургическом цикле. Чаще всего к металлолому относят специально концентрируемый в отведенных местах металлический мусор для последующей переработки (утилизации).

Лом и отходы черных, цветных и редких металлов образуются при обработке деталей, в результате нарушения целостности, технического или морального износа и других причин выхода из строя изделий и конструкций. Часть металлов рассеивается по технологическим причинам (покрытия, детали конструкций боевого назначения и космических аппаратов, аналитические реактивы и пр.) и в результате механических потерь. Это наиболее ценный из всех видов отходов, поскольку является конечным продуктом сложных технологий и содержит максимальную долю овеществленного труда. Он получил специальное название «вторичные металлы». Переработкой вторичных металлов занимаются четыре мощных организации – Вторчермет, Вторцветмет, Вторредмет и Втордрагмет. Для многих металлов утилизация осуществляется в форме использования в материнских металлургических процессах.

Особенность утилизации металлов состоит в том, что она преследует цель получить их в исходной форме и использовать по прежнему назначению. Это в данном конкретном случае сближает утилизацию с рекуперацией, но, поскольку вторичная металлургия не есть ни то, ни другое, ее часто называют рециклизацией. Последняя исключительно выгодна, поскольку сочетает в себе экономические преимущества и утилизаци, и рекуперации.

Основные стимулы и выгоды переработки металлолома всех типов:

Сокращение нагрузки на месторождения металлов (к настоящему времени сильно истощенные).
Улучшение экологической обстановки.
Сокращение объёмов топлива для получения важнейших металлов.
Уменьшение рассеяния и распыления металлов в глобальном масштабе.

Как отмечено выше, повторное использование металлов и сплавов можно определить как рециркуляцию, поскольку практически один и тот же металл может быть использован в данной сфере производства не два-три, а двадцать-тридцать, а то и 100 раз. Это при том, что на металлургических предприятиях развита и прямая рекуперация, т.е. возврат металлов на переработку в пределах цеха, участка, завода. Таким образом, рециклизация и рециркуляция реализуются в виде круговорота металлов в цикле производство - потребление - производство.

Существуют три формы потребления металлов: чистые металлы, металлические сплавы и химические соединения. Первые используют для покрытий, для получения эталонов металлов и сплавов, вторые представляют основную форму производственного и бытового потребления, третьи широко используются в различных областях науки, техники и производства.

Производство сплавов преследует цель придания материалам таких уникальных качеств, как тугоплавкость, термостойкость, жаропрочность, твердость, коррозионная стойкость и др. Это сильно осложняет задачи утилизации подобных сплавов, поскольку их, соответственно, трудно расплавить, растворить, окислить, подвергнуть механической обработке. Проблема еще и в том, что многие металлические материалы подвергаются не только техногенному рассеянию, но и тому, что можно было бы назвать конструкционной капсюляцией – сосредоточению ценных металлов внутри трудноразрушаемых конструкций (ракеты, снаряды, капсулы, зонды, приборы и т.п.), поступающих на утилизацию.

Цветной лом (лом цветных металлов):

Медный лом: отходы металлообработки, и др отходы.

Лом медных сплавов: отходы из медных сплавов (латунь, бронза, томпак)

Алюминиевый лом: всевозможный лом алюминия и его сплавов.

Магниевый лом: самолетный металлолом.

Титановый лом: самолетный и корабельный лом титановых сплавов.

Свинцовый лом: аккумуляторный и кабельный.

Редкометальный лом: лом сложных сплавов и отходы высокотехнологичных производств.

Полупроводниковый лом: отходы производства электронной промышленности.

Переработка цветных металлов

В отечественной литературе под цветными металлами подразумевают в основном медь, цинк, кадмий, никель, кобальт и ртуть. Отдельно от цветных числятся легкие – натрий, калий, магний, кальций и алюминий. Особую группу составляют благородные – золото, серебро и платиноиды. В число редких включают многие d-металлы – титан, цирконий, тантал, ниобий, ванадий, многие из которых в настоящее время перестали оправдывать свое название (титан, ванадий). Группу рассеянных элементов образуют галлий, индий, таллий и некоторые f-металлы, к радиоактивным относятся природные радий, уран, торий и сравнительно недавно полученные техногенные d - и f - элементы. Кстати, число техногенных элементов стремительно растет, и они тоже претендуют на выделение в особую группу.

Зарубежные авторы делят металлы на две большие группы железные и нежелезные (ferrous metals и nonferrous metals). Такого рода деление затушевывает элементы классификации и систематики, но зато оно отражает крайнюю степень смешанности металлов, которые используются в большинстве случаев в виде сплавов

Алюминий и его сплавы.

На основе легких металлов (кроме перечисленных к ним относят также литий, бериллий, скандий и галлий) в сочетании с кремнием и бором получают твердые конструкционные, подшипниковые сплавы и жидкие сплавы – растворители и теплоносители.

Первым этапом их утилизации является разделение кислотных и амфотерных компонентов путем обработки расплавом щелочи в присутствии кислорода:

(Al, Ga, Ge, B, Si) + (NaOH, O₂) → NaAlO₂, NaGaO₂ NaBO₂, Na₂GeO₃, Na₂SiO₃

Вмещающим компонентом большинства легких сплавов является алюминий.

Остальные элементы содержатся в следующих количествах (табл. 1).

Таблица 1. Состав алюминиевых сплавов (%, остальное – алюминий)

Компонент Сплав	Медь	Железо	Магний	Марганец	Кремний
Дюралюминий	2,5 – 5,0	-	0,5 – 2,0	0,5 – 1,2	0,2 – 1,0
Магналий	-	-	10 – 30	-	-
Силумин	-	-	-	-	12 - 14
Склерон	3,0	до 0,5	-	0,6	до 0,5

Рост производства алюминия приводит к двух-трехкратному увеличению вторичных ресурсов из-за роста отходов обработки и широкого использования сплавов в быту и для изготовления тары. В настоящее время вторичный алюминий составляет 20% от объема производства. Основные вторичные ресурсы – это тара, провода, стружка и вышедшие из строя детали, побочные красные шламы (основа – железистые шпинели алюминия), горные глинистые отходы, золы, шлаки и некоторые породоотвалы.

Основной процесс утилизации алюминиевых отходов – плавка в горизонтальной ванной печи с подачей лома непосредственно в расплав и погружением его с помощью прижимных валков во избежание переокисления. Однако проблема не только в окислении, а в том, что лом имеет сложный, разнообразный и непостоянный состав. Помимо обычных компонентов алюминиевых сплавов лом может содержать значительные количества никеля, хрома, кальция и титана. Иногда он содержит и неметаллы – фосфор, серу, мышьяк и сурьму. Все это вызывает необходимость его предварительной разделки (ручной, механической, магнитной и электродинамической), Эти операции не только позволяют повысить содержание алюминия в ломе с 70 до 99%, но и удалить примеси, мешающие его последующей обработке и снижающие качество вторичного металла.

Следует отметить, что чисто алюминиевые материалы используются только в электротехнике, а остальной алюминиевый лом – это сплавы или механические сочетания с большим или меньшим содержанием железа. Поэтому основная проблема утилизации алюминия – это отделение черных сплавов. Значительная часть их отделяется во время предварительной плавки.

Рафинирование алюминия производят в два этапа. На первом металл расплавляют на поверхности искусственного тяжелого расплава (например, сульфида никеля, плотность которого 5,5 кг/дм³, температура плавления 8000°С), затем сливают расплав в конвертор, продувая кислород для удаления неметаллов и добавляя раскислители-шлакообразователи (Mg, B, Si) для восстановления остаточного Al₂O₃.

Медь и ее сплавы

Важнейшим среди тяжелых металлов по праву считается медь. Как и алюминий, она является весьма энергоемким металлом. Большая часть ее используется в электротехнике, где требуется материал высокой степени чистоты, который может быть получен только электролитическим путем. Соответственно, и отходы ее отличаются высокой чистотой. Поэтому утилизация металлической меди очень выгодна экономически.

Процесс состоит из трех стадий – разборка, черновая плавка и рафинирование. Первая стадия преследует цель отделения попутных металлов и неметаллических, в том числе полимерных, компонентов, вторая позволяет получить металл 99%-ной чистоты, третья – очистить до 99,99%. Основной источник вторичной меди – отходы обработки сплавов (табл. 2).

Таблица 2. Состав важнейших сплавов меди

Компоненты Сплавы	Cu	Sn	Be	Al	Si	Zn	Ni	Mn
Бронзы:
Колокольная	80	20	-	-	-	-	-	-
Фосфористая	91	9	-	-	-	-	-	-
Бериллиевая	94	-	6	-	-	-	-	-
Алюминиевая	80	20	-	-	-	-	-	-
Кремнистая	98	-	-	-	2	-	-	-
Латуни:
Красная	80	-	-	-	-	20	-	-
Желтая	50	-	-	-	-	50	-	-
Белая	20	-	-	-	-	80	-	-
Прочие:
Константан	60	-	-	-	-	-	40	-
Никелин	56	-	-	-	-	13	31	-
Манганин	84	-	-	-	-	-	4	-
Нейзильбер	50	-	-	-	-	40	10	-
Монельметалл	30	-	-	-	-	-	70	-

Большинство вторичных сплавов обрабатывают гидрометаллургическим методом, переводя в раствор все основные компоненты сплава и затем выделяя их путем электролиза. Для растворения чаще всего используют серную кислоту, а в качестве окислителей - кислород или дихромат калия:

3Cu + 7H₂SO₄ + K₂Cr₂O₇ = 3CuSO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO4 + 7H₂O

Недостатком этого метода является отсутствие селективности при растворении компонентов сплава, достоинством – высокая скорость реакций и возможность использовать электролиза как на стадиях выделения металлов, так и для регенерации хрома (VI).

Более приемлемым является селективный метод, при котором растворение вначале ведут без окислителя, переводя в раствор менее благородные компоненты сплава (цинк, олово, никель, марганец, бериллий, алюминий), а затем отфильтрованный осадок, содержащий медь, обрабатывают свежим раствором кислоты в присутствии дихромата. Далее медь выделяют из раствора электролизом на медном катоде, после чего заменяют катод, а этот раствор снова подвергают электролизу с целью регенерации хрома.

Другими источниками вторичной меди являются электропровода, автомобильный лом, отработанные катализаторы, травильные растворы, анодные шламы и плавильные шлаки. Каждый из этих видов отходов перерабатывают отдельно, по особой технологии. Смешивание различных видов медного сырья резко осложняет переработку. Напротив, для каждого существует свой метод предварительной, чаще всего механической, разделки.

Переработка цветных и редких металлов

Сплавы кобальта, никеля, ванадия, молибдена и алюминия. Их вначале растворяют в серной кислоте, а затем в раствор добавляют горячую щелочь. При этом основные металлы (кобальт и никель) образуют выпадающие в осадок гидроксиды, а амфотерные (ванадий, молибден, алюминий) – растворимые гидроксокомплексы:

(Co³⁺, Ni²⁺, V⁵⁺ Mo⁶⁺, Al³⁺) + NaOH + H₂O → Co(OH)₃↓ + Ni(OH)₂↓ + Na[V(OH)₆] + Na₂[Mo(OH)₈] + Na₃[Al(OH)₆].

Далее следует фильтрация, после чего промытый осадок растворяют в серной кислоте, и раствор сульфатов направляют на электролиз, а раствор осторожно нейтрализуют кислотой, выделяя и отфильтровывая последовательно осадки Al(OH)₃, V₂O₅·H₂O и MoO₃·H₂O.

Молибден из ламп накаливания

Из него изготавливают держатели вольфрамовых нитей. Дробленые отходы обрабатывают смесью серной и азотной кислот:

Mo + 2H₂SO₄ + 2HNO₃ = H₂MoO₄↓ + 2SO₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Утилизация никеля и кобальта

Основная доля этих металлов расходуется на легирование сталей и получение химических и электрохимических покрытий.

Никель и кобальт из лома нержавеющих сталей. Лом возвращают на металлургические заводы.

Утилизация свинца

Глобальная проблема этого дорогого и очень токсичного металла состоит в том, что огромные количества его расходуются и, к сожалению, безвозвратно теряются при работе бензиновых двигателей. Прочие виды свинцовых выбросов достаточно легко могут быть утилизированы и обезврежены.

Свинец из лома аккумуляторов

В отработавших свой срок аккумуляторах свинец содержится в трех формах – Pb, PbO₂ и PbSO₄ . Все они достаточно эффективно могут быть переработаны путем плавки с восстановителем.

Свинец из стрельбищных почв

Гильзы и пули достаточно легко разделить механически. Далее следует механическое разделение почвы и металлов в гидромеханических разделителях типа лотков или отсадочных машин. Полученные концентраты плавят или подвергают гидрохимической обработке азотной и соляной кислотами.

Полученные соли направляют на электролиз для последовательного выделения цинка, свинца и меди.

Утилизация ртути

Использование ртути для производства промышленных и бытовых приборов приводит к распылению ртути и к необходимости ее утилизации.

Ртуть из скрапа

Под ртутьсодержащим скрапом следует понимать лом промышленных и бытовых приборов, содержащий металлическую ртуть (термометры, барометры, батарейки, ртутные выпрямители, переключатели, люминесцентные лампы и т. п.). Такого рода материалы измельчают под водой и отмывают ртуть, собирая ее в специальных углублениях промывных емкостей. Небольшое количество ртути, содержащееся в растворе, осаждают в виде сульфида.

Утилизация титана

Титан из нержавеющих сталей и лома стали обычно направляют в переплавку, а лом – либо на получение ферротитана, либо в металлургический передел на раскисление металла:

2Fe₂O₃ + 3Ti = 3TiO₂ + 4Fe

Последнее сопровождается образованием титановых шлаков.

Утилизация вольфрама

Это важнейший компонент большинства тугоплавких и жаростойких сплавов. В чистом виде используется для изготовления нитей ламп накаливания.

Утилизация отходов цветных металлов 📙 Реферат → 🆔 288676