Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Металлургия техногенных и вторичных ресурсов

Диссертационная работа:

Барбин Николай Михайлович. Переработка вторичного сырья и техногенных отходов цветных металлов в ионных расплавах хлоридов, карбонатов, гидроксидов : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.16.07 : Екатеринбург, 2004 411 c. РГБ ОД, 71:05-5/44

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6
Глава 1. Методы переработки алюминиевого лома и отходов,

и вторичного свинецсодержащего сырья 12

1.1 Переработка лома и отходов алюминия 12

  1. Переплав алюминиевого лома 12

  2. Переработка алюминиевых шлаков 22

1.2 Переработка вторичного свинецсодержащего сырья 24

  1. Пирометаллургическая переработка 26

  2. Гидрометаллургическая переработка 38

  3. Переработка в ионных расплавах 39

  4. Рафинирование чернового свинца 40

  5. Переработка свинецсодержащих техногенных отходов 42 ЧАСТЬ I. ПЕРЕРАБОТКА ЛОМА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

В ХЛОРИДНЫХ РАСПЛАВАХ. 50
Глава 2. Переплав и приготовление сплавов на основе системы

алюминий-кремний (силумины) в хлоридных расплавах 53

  1. Термодинамическое моделирование взаимодействия А1- Si сплава с галогенидами щелочных металлов 61

  2. Влияние переплава в хлоридных расплавах на структуру силуминов 64

  3. Структура и механические свойства сплава АЛ5М, приготовленного в расплаве КС1 - NaCl - NaF 77

  4. Способ модифицирования силуминов в хлоридных

расплавах 83
Глава 3. Физико-химические свойства хлоридных расплавов

применяемых для переработки ломов 92

3.1 Растворимость оксидов щелочных и щелочноземельных металлов

в расплаве NaCl - КС1 92

  1. Образование карбонатов в хлоридных расплавах 105

  2. Электродные процессы, протекающие в хлоридных расплавах

содержащих оксидные ионы 111

3.4 Электродные процессы, протекающие в хлоридных расплавах
содержащих карбонатные ионы 128

Глава 4. Переплав лома алюминиевых сплавов
в хлоридных расплавах 150

  1. Существующие печи для плавки алюминиевого лома 151

  2. Солевые электрические печи сопротивления для плавки алюминиевого лома 156

  3. Технология переплава лома алюминиевых сплавов

в хлоридных расплавах 161

4.4 Способ комплексной переработки сложного

алюминиевого лома 165

Выводы к I части 170

ЧАСТЬ П. ПЕРЕРАБОТКА СВИНЕЦСОДЕРЖАЩИХ
ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ В КАРБОНАТНЫХ РАСПЛАВАХ
174
Глава 5. Изучение расплавленных систем на основе карбонатов
щелочных металлов 177

5.1 Термодинамическое моделирование расплавленных индивидуальных
карбонатов щелочных металлов в различных газовых средах

(Аг, 02, СО, С02) 181

  1. Термодинамическое моделирование расплавленной смеси карбонатов щелочных металлов в атмосфере С02, 02 195

  2. Термодинамическое моделирование расплавленной смеси карбонатов щелочных металлов в атмосфере С02, Н2 213

  3. Термодинамическое моделирование восстановления соединений свинца в среде расплавленных карбонатов 221

  4. Термодинамическое моделирование взаимодействия соединений (отходов) содержащих Pb, Sb, Sn, Си, Zn с расплавом

Na2C03 - К2С03 и углеродом 234

5.6 Изучение восстановления свинца из его соединений
(свинецсодержащих отходов) в среде расплавленных карбонатов 241

Глава 6. Применение карбонатных расплавов для получения цветных металлов и сплавов из различных техногенных отходов 249

6.1 Получение свинца из отходов, содержащих сульфид

свинца 249

6.2 Переработка свинцово-цинковых отходов, содержащих

олово и медь 251

6.3 Извлечение цветных металлов из медно-свинцовых

отходов, содержащих олово и сурьму 257

6.4 Переработка свинцовых отходов, содержащих

благородные металлы и рассеянные элементы 261

6.5 Переработка углеродистых материалов,

содержащих благородные металлы 265

Глава 7. Изучение рафинирования свинца и углетермического
восстановления продуктов рафинирования
в карбонатном расплаве
270

7.1 Термодинамическое моделирование процесса рафинирования
чернового свинца окислением 270

  1. Окислительное рафинирование кислородом 271

  2. Щелочное рафинирование 275

7.2 Термодинамическое моделирование углетермического восстановления
продуктов рафинирования в карбонатном расплаве 281

  1. Восстановление оксидов 281

  2. Восстановление щелочного плава 285

7.3 Способ рафинирования сурьмянистого свинца и получения
сурьмянистых сплавов 290

Глава 8. Солевая электрическая печь для переработки
свинецсодержащих отходов
293

  1. Конструкция солевой электрической печи 293

  2. Пуск и работа печи 296

  3. Опытно-промышленные испытания солевой электрической печи 297

  4. Шихта для переработки отходов свинца 300

  5. Технология переработки окисленных отходов содержащих свинец сурьму и олово 303

  6. Технология переработки окисленных отходов свинца, содержащих сурьму, олово и медь 306

8.7 Метод переработки аккумуляторного лома 310
Выводы к II части 315
ЧАСТЬ III. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ВТОРИЧНОГО
СВИНЕЦ И КАДМИЙ СОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ В ЩЕЛОЧНЫХ
РАСПЛАВАХ
319
Глава 9. Электрохимические свойства щелочных расплавов
323

9.1 Электродные процессы, протекающие на платине

в щелочном расплаве 326

9.2 Электродные процессы, протекающие на никеле

в щелочном расплаве 331

9.3 Электродные процессы, протекающие на углероде

в щелочном расплаве 337

9.4 Электродные процессы, протекающие на керамике NiO-Li20

в щелочном расплаве 343
Глава 10. Электролитическое получение металлов

в щелочном расплаве 346

  1. Получение свинца из оксидов и окисленных отходов 347

  2. Получение Pb - Na сплава 354

  3. Получение кадмия 358 Выводы к III части 365 Заключение 366 Литература 375

Введение к работе:

Потребность различных отраслей в цветных металлах все больше удовлетворяется за счет их производства из вторичного сырья. Себестоимость переработки вторичного сырья в 2 - 3 раза ниже, чем первичного.

Увеличение доли вторичного сырья в производстве цветных металлов, вовлечение в переработку ранее не используемых видов лома и отходов определяют необходимость дальнейшего развития и совершенствования способов металлургической переработки этого сырья.

Одним из важнейших направлений научно-технического прогресса является разработка безотходных, ресурсосберегающих и малоотходных технологических процессов, обеспечивающих утилизацию отходов. Широкое вовлечение вторичных ресурсов дает значительную экономию сырья, материалов, энергии. Важным аспектом проблемы комплексной переработки отходов является охрана окружающей среды.

Во всех развитых странах мира вопросу переработки вторичного сырья и различных видов производственных отходов, содержащих цветные металлы или их соединения, уделяется большое внимание, так как это позволяет решить ряд важнейших технологических, экономических и экологических задач: возвратить в сферу производственной деятельности ценные и дефицитные металлы; снизить энергетические затраты на производство цветных металлов; предотвратить или существенно сократить попадание токсичных продуктов в природную среду.

Среди цветных металлов, важнейшими в технологическом отношении являются алюминий, свинец и их сплавы. По объему промышленного производства они занимают основное место и, соответственно, вносят основной вклад в лома и отходы.

На взгляд автора наиболее целесообразным представляется создание небольших производств по переработке вторичного сырья в местах его образования. Основные требования к возможным технологическим схемам -максимальная экологическая безопасность при минимальных

капиталовложениях. В связи с этим представляет интерес использование ионных солевых расплавов для получения цветных металлов.

В металлургических технологиях ионные солевые расплавы могут применяться для решения двух основных задач. Первая - рациональное распределение потоков тепла в металлургическом агрегате, вторая -получение металла нужного химического состава и чистоты. Для реализации второй задачи используются такие физико-химические свойства ионного расплава, как способность входящих в его состав веществ вступать в химические реакции с расплавленным металлом, а также защитные свойства - слой расплава ослабляет химическое воздействие газовой фазы, снижая окисление, растворение водорода и азота в металле.

Кроме того, ионные расплавы используются для электролитического получения металлов.

Ионные расплавы обладают многими ценными свойствами, в том числе
высокой электрической проводимостью, способностью к

электролитическому разложению, низкой плотностью, низкой упругостью пара, возможностью работать в широком температурном диапазоне.

В последнее время становится все более острой проблема нехватки технологической воды. Очистка и регенерация последней из технологических водных сбросов является сложной и дорогостоящей операцией. Исключение воды из технологических циклов производств является важной задачей. Применение в технологических процессах ионных расплавов вместо воды становится все более актуальным.

Перспективным представляется дальнейшее проведение работ по использованию хлоридных, карбонатных и гидроксидных расплавов. Для решения задач прикладного характера необходимо изучить протекающие в выше названных расплавах физико-химические процессы.

Данные расплавы привлекают исследователей не только в прикладном аспекте, как реакционные среды, электролиты, теплоносители, но и с теоретической точки зрения, как особый класс жидкостей, структурные составляющие которых ионы или ионные группировки.

8 Изучение хлоридных, карбонатных и гидроксидных расплавов имеет

большое значение для развития физико-химии жидкого состояния и явлений,

происходящих на границах раздела. Исследование выше названных ионных

расплавов позволяет углубить представления о природе процессов,

протекающих в них.

Литературные сведения о физико-химических явлениях, протекающих в хлоридных, карбонатных и гидроксидных расплавах, существенно ограничены и достаточно противоречивы, что связано со сложностью экспериментальных исследований при высоких температурах, агрессивностью расплавов, неоднозначностью трактовки полученных результатов.

Решение указанных выше задач очень актуально. Это позволяет считать получение металлов и сплавов из промышленных отходов и вторичного сырья в среде ионных расплавов новым направлением.

Разработка указанного направления потребовала постановки, как теоретических исследований, так и экспериментальных работ в лабораторных, полупромышленных и опытнопромышленных условиях.

Цель работы. Создание научных основ и разработка новых технологий переработки техногенного и вторичного сырья в ионных расплавах. Обоснование аппаратурного оформления процессов.

Для этого необходимо получение достоверных экспериментальных и
теоретических данных по комплексу физико-химических,

электрохимических, термодинамических характеристик расплавленных систем на основе галогенидов, карбонатов и гидроксидов.

Научная новизна. 1) Изучена растворимость Li20, CaO, SrO, ВаО в расплаве NaCl - KG (1:1). Рассмотрены возможные механизмы растворения и определены их термодинамические параметры.

2) Впервые получены константы равновесия следующих реакций: Na2C03(paCTB)=Na20(paCTB)+C02 в расплавах NaCl - КС1 содержащих 30, 50, 70, 90 мол. % NaCl и Ьі20{рЮПІ)+С02=ЬІ2СОз(рЯСТВ) в расплаве NaCl - КС1 (1:1).

3) Изучение анодного процесса на стеклоуглеродном электроде в

расплаве NaCl — КО - Li20 и электродах из спектрального графита, стеклоуглерода, платины и золота в расплаве NaCl - КО - Na2C03 позволило установить механизм и определить кинетические параметры разряда оксидных, карбонатных и хлоридных ионов.

  1. Впервые в широком температурном интервале, методом термодинамического моделирования, проведено исследование системы (А1 -Si)+(NaO - КО - NaF).

  2. Впервые исследована структура и механические свойства доэвтектического и заэвтектического силуминов, полученных в расплавах NaCl - КО - NaF и NaCl - КО - ВаС12.

  3. Впервые в широких температурных и концентрационных интервалах, методом термодинамического моделирования, проведено систематическое изучение систем: а) расплав ІЛ2СО3, Na2C03, К2СОз, ЯЬ2СОз + газ Аг, 02, С02, СО; б) расплав Li2C03 - Na2C03, П2С03 - К2СОэ, Na2C032СОз, Li2C03 - Na2C03 - К2СОз + газ С02 и 02, в) расплав Li2C03 - Na2C03, Li2C03 - К2С03, Na2C03 - К2С03, Li2C03 - К2С03 - Na2C03 + газ СО2 и Н2; г) расплав Na2C03 - К2СОэ + РЬО, РЬС12, PbS, PbS04 +С; д) расплав Na2C032С03 + PbS04, РЬО, ZnO, Zn2Sn04, CuS, Sb203 + С.

Выявлены основные химические превращения, происходящие в отдельных фазах и на межфазной границе. Определены температурные зависимости констант равновесия основных химических реакций.

7) Изучено восстановление свинца из его соединений (отходов) в
расплаве Na2C03 - К2С03.

8) Разработана оригинальная методика измерения дифференциального
поверхностного натяжения и впервые получены данные о межфазной
области платиновый, никелевый, стеклоуглеродный, оксидный электрод -
щелочной расплав в процессе анодной и катодной поляризации. Изучено
влияние электрического потенциала на межфазные процессы.

Практическая значимость. На основе теоретических и

экспериментальных исследований созданы новые процессы в области

10 металлургии техногенных и вторичных ресурсов. Оригинальность

практических разработок защищена 23 авторским свидетельствами и

патентами.

1) Разработаны научные основы нового способа переплава лома
алюминиевых сплавов и силуминов в хлоридных расплавах для
рафинирования и модифицирования структуры отливок и повышения их
прочности и пластичности.

2) Создан метод для комплексной переработки сложного
алюминиевого лома.

  1. Предложены солевые электрические печи сопротивления для плавки алюминиевого лома.

  2. Разработаны научные основы электрометаллургической переработки свинецсодержащего техногенного сырья в карбонатном расплаве.

  1. Изучены физико-химические процессы, происходящие при рафинировании свинца и углетермическом восстановлении продуктов рафинирования в карбонатном расплаве.

  2. Предложена солевая электрическая печь для переработки свинецсодержащих отходов.

7) Разработан способ электрохимического получения свинца, свинцово-
натриевого сплава и кадмия в щелочном расплаве.

На защиту выносится:

- комплекс физико-химических исследований, обосновывающих
переработку лома алюминиевых сплавов в хлоридных расплавах в солевой
электрической печи;

- оригинальные технологии модифицирования силуминов, переплава
лома алюминиевых сплавов и комплексной переработки сложного лома;

- термодинамическое моделирование процессов в карбонатных
расплавах в контакте с газовой фазой, содержащей Не, Ог, ССЬ, Н2,
восстановления соединений свинца в среде расплавленных карбонатов,
взаимодействия соединений, содержащих свинец, сурьму, олово, медь, цинк
в карбонатном расплаве;

- методы переработки свинецсодержащих техногенных отходов в
карбонатных расплавах;

- данные термодинамического моделирования и лабораторных
исследований по рафинированию свинца и углетермическому
восстановлению продуктов рафинирования в карбонатном расплаве;

результаты исследований электрохимических свойств щелочных расплавов;

способы электролитического получения Pb, Pb - Na сплава, Cd в щелочном расплаве.

По материалам диссертационной работы опубликовано 120 статей и сообщений в трудах конференций, 2 монографии (Г.К. Моисеев, Г.Г. Вяткин, Н.М. Барбин, Г.Ф. Казанцев «Применение термодинамического моделирования для изучения взаимодействий с участием ионных расплавов».

- Челябинск. Издательство ЮУрГУ, 2002. - 166 с. Н.М. Барбин, Г.Ф.
Казанцев, Н.А. Ватолин «Переработка вторичного свинцового сырья в
ионных солевых расплавах». — Екатеринбург. УрО РАН, 2002. — 180 с.)

Исследования выполнялись в соответствии с координационными планами научно-исследовательских работ АН СССР и РАН, а также при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований

- Урал (коды проектов: 01-03-96504, 01-03-96498 (руководитель), 2001 - 2003
гг.; 04-03-96114, 04-03-96113 (руководитель), 2004 - 2006 гг.). Часть
исследований выполнена по договорам с Тюменским аккумуляторным
заводом и Верх-Нейвинским заводом вторичных цветных металлов.

Автор благодарит академика Н.А. Ватолина, профессора Г.К. Моисеева, доктора химических наук, лауреата Госпремии В.Н. Некрасова за внимание к данной работе и ценные советы при ее обсуждении.

Подобные работы
Томилина Татьяна Николаевна
Оценка возможности переработки сырья техногенного происхождения с целью повышения выхода цветных и благородных металлов
Волкова Галина Сергеевна
Исследование процессов ферментации отходов переработки сельскохозяйственного сырья с помощью кислотообразующих бактерий для получения молочной кислоты и ее производных
Зубков Юрий Юрьевич
Дефосфорация высоколегированных расплавов с целью вовлечения в производство отходов металла и шлака с повышенным содержанием фосфора
Парикова Елена Владимировна
Сухие гипсовые отделочные смеси с введением карбоната, гидроксида кальция и отечественной метилцеллюлозы
Бредихин Сергей Алексеевич
Развитие научных основ диффузионно-фильтрационного массотеплопереноса при переработке сырья биологического происхождения
Базилев Руслан Витальевич
Повышение эффективности систем кондиционирования воздуха в помещениях переработки сырья на мясоперерабатывающих предприятиях
Кочетков Сергей Павлович
Научные и технологические основы новых высокоэффективных процессов переработки фосфорсодержащего сырья
Паршикова Валентина Никитична
Формирование и оценка потребительских свойств эфирных масел и других продуктов комплексной переработки растительного сырья
Зуева Наталья Владимировна
Биотехнология комплексной переработки зернового сырья на этанол
Цымбулов Леонид Борисович
Совершенствование существующих и разработка новых пирометаллургических технологий переработки никельсодержащего сырья

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net