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:

Задиранов Александр Никитович. Исследование, разработка и внедрение технологий переработки никелевых и медных техногенных отходов с получением готовой металлопродукции : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.16.07 : Москва, 2004 300 c. РГБ ОД, 71:05-5/203

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Список условных обозначений 9

ВВЕДЕНИЕ 10

1. ДЕЙСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ГОТОВОЙ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ 17

1.1. Методы переработки никелевых и медных техногенных отходов 17

1.1.1. Метод механической переработки 17

1.1.2. Метод пирометаллургической переработки 18

1.1.3. Метод гидрометаллургической переработки 21

1.2. Мировое производство никеля и меди 22

1.2.1. Отечественные технологии производства и

потребления никелевых и медных анодов 23

1.2.1.1. Никелевый серосодержащий анод или никель S-типа 23

1.2.1.2. Медный фосфорсодержащий анод или медь типаАМФ 29

1.2.1.3. Преимущества и недостатки отечественных технологий производства никелевых и медных анодов и защита окружающей среды 32

1.2.2. Производство никелевых и медных анодов за рубежом (на примере компании "INCO Corporation Ltd") 34

1.2.2.1. Производство никелевых анодов 34

1.2.2.2. Производство медных анодов 37

1.3. Производство катодных осадков 37

1.3.1. Производство катодных осадков из никельсодержащих электролитов 37

1.3.2. Производство катодных осадков из медьсодержащих электролитов 43

1.3.3. Регенерация никель- и медьсодержащих электролитов 43

1.4. Выводы 46

2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 49

2.1. Изучение характеристик и свойств никелевых и медных техногенных отходов 50

2.2. Постановка экспериментов, связанных дезинтеграцией отходов и выделением металлической фазы 51

2.3. Постановка экспериментов, связанных с пирометаллургии-ческим рафинированием расплавов меди 53

2.4. Постановка экспериментов, связанных с электрорафинированием никеля и меди 57

2.5. Обработка результатов экспериментов 66

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНЦЕНТРАТОВ 67

3.1. Переработка никелевых техногенных отходов 67

3.1.1. Переработка никелевых гальванических шламов 67

3.1.2. Переработка никелевых металлургических шлаков... 76

3.1.3. Переработка медных металлургических шлаков 78

3.2. Исследование процесса измельчения техногенных отходов с получением металлических концентратов 80

3.2.1. Измельчение никелевых гальванических шламов 80

3.2.2. Измельчение никелевых и медных металлургических шлаков 83

3.3. Дробление медных металлургических шлаков 86

3.4. Схема механической переработки техногенных отходов и оценка ее эффективности 87

3.5. Выводы 90

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СЛИТКОВ МАРОЧНЫХ СПЛАВОВ 91

4.1. Рафинирующий переплав медных концентратов в индукционных печах 91

4.1.1. Рафинирование солевым флюсом 93

4.2. Исследование процесса рафинирования медных концентратов паро-газовыми средами в условиях индукционной плавки.. 94

4.2.1. Анализ фазовых равновесий и термодинамических свойств систем: Си-О; Cu-Н; Си-О-Н 95

4.2.2. Разработка математической модели оценки термодинамических свойств системы Си-О-Н 99

4.2.3. Оценка растворимости водорода и кислорода в металлических расплавах меди в условиях их контакта с водяным паром 105

4.2.4. О некоторых аспектах механизма растворимости водяного пара в металлических расплавах меди 107

4.2.5. Исследование макрокинетических закономерностей и режимно-параметрическое обоснование процесса окисления металлических расплавов меди паровоздушными смесями 109

4.2.6. Опытно-промышленные испытания и освоение технологии плавки медных концентратов в индукционных печах 117

4.2.6.1. Окисление медного расплава паровоздушной смесью 199

4.2.6.2. Поведение примесей в процессе рафинирования меди 121

4.2.6.3. Особенности механизма жидкофазного окисления примесей в расплавах меди 126

4.2.6.4. Оценка перехода в газовую фазу меди и примесей 135

4.3. Выводы 144

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗЛЕКТРОРАФИНРЇРОВАНИЯ НИКЕЛЯ И МЕДИ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОД СТВА КАТОДНЫХ ОСАДКОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ СЕРОЙ И ФОСФОРОМ 147

5.1. Каталитическое действие серы на процесс растворения металлических расплавов на основе никеля 147

5.2. Исследование процесса электроформования катодных осадков никеля и меди, легированных серой и фосфором... 152

5.2.1. Производство рафинированных катодных осадков из различных типов никель- и медьсодержащих электро литов 152

5.3. Изучение электрохимической активности легированных катодных осадков никеля 158

5.4. Изучение электрохимической активности легированных катодных осадков меди 174

5.5. Изучение химических составов и механических свойств в легированных никелевых и медных катодных осадков 178

5.6. Выводы. 181

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНЫХ ШАРООБРАЗНЫХ КАТОДНЫХ ОСАДКОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ 183

6.1. Изучение выравнивающей и рассеивающей способности никельсодержащих электролитов типа Уоттса, на основе метансульфоновой кислоты (МСК) и ацетата никеля 183

6.2. Оптимизация процесса электроформования никелевого катодного осадка шарообразной формы 188

6.3. Качество никелевых катодных осадков и их анодное растворение 193

6.4. Разработка технологии катодного электроформования никелевых и медных шарообразных осадков 196

6.4.1. Установка для электроформования шарообразных катодных осадков 196

6.4.1.1. Катодное электроформование никелевых катодных осадков 199

6.4.2. Влияние параметров электролиза на процесс электроформования никелевых катодных осадков шарообразной формы 209

6.4.3. Катодное электроформование медных шарообразных осадков 210

6.5. Использование никелевых и медных шарообразных катодных осадков, легированных серой и фосфором, при производстве гальванических покрытий 213

6.6. Выводы 215

7. ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РАФИНИРО- ВАНИЯ НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ В ДЕЙСТВУЮЩЕЕ ПРОИЗВОДСТВО 216

7.1. Производство концентратов, обогащенных металлической фазой, и их индукционный переплав 216

7.2. Рафинирующая индукционная плавка медных концентратов 217

7.3. Электрорафинирование металлических концентратов 221

7.3.1. Производство плоских катодных осадков 221

7.3.2. Производство шарообразных катодных осадков. Примеры 221

7.4. Очистка электролитов никелирования ионов железа (II) 226

7.5. Производство никелевых и медных тонколистовых анодов 227

7.6. Оценка качества готовой продукции 230

7.7. Выводы 238

8. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВ- НОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 239

8.1. Сравнительная оценка экономической эффективности технологии использования никелевых техногенных отходов при производстве никелевых анодов 239

8.2. Сравнительная оценка экономической эффективности технологии использования медных техногенных отходов при производстве медных анодов 244

8.3. Схема использования никелевых и медных техногенных отходов при производстве гальванических покрытий 246

8.4. Выводы 250

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 251

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 256

ПРИЛОЖЕНИЯ 280

1. ТУ 48-002-43259783-96. Аноды никелевые электролитные S-типа 281

2. Расчет экономического эффекта от внедрения технологии утилизации никелевых отходов гальванического производства 283

3. Расчет экономического эффекта от внедрения технологии переработки никелевых отходов металлургического производства (шлаки) электролизом 284

4. Технологическая инструкция переработки никелевых отходов гальванического производства на никелевые электролитные аноды S-типа 291

5. Акт полупроизводственных испытаний никелевых анодов... 295

6. Заключение по испытанию никелевых анодов 296

7. Акт промышленного испытания технологии получения медных фосфорсодержащих анодов 298 

Введение к работе:

Обеднение известных рудных месторождений и непрерывный рост производства тяжелых цветных металлов обусловили рост объемов потребления техногенных отходов , которые рассматриваются и как источник дополнительных материальных ресурсов, и как фактор снижения себестоимости готовой металлопродукции [1,12-15,22-34]. По разным оценкам [10-12,54,141,213-215,226,281] потребление низкосортных ломов и отходов при производстве сплавов никеля и меди, увеличилось более чем в 1,5 раза. В результате значительно возросли объемы техногенных отходов (шлаки, возгоны, пыли, шламы и др.), переработку которых проводят в отражательных и электропечах с получением чернового слитка. Применяемые при этом технологии характеризуются высоким уровнем безвозвратных потерь металла с угаром, шлаком, выбросами в атмосферу экологически вредных печных газов и пыли [22-34,54,141-143].

Экономия и резкое снижение уровня потерь цветных металлов при производстве готовой продукции - одни из приоритетных задач современного развития металлургического производства. Учитывая, что их решение должно удовлетворять требованиям экологии, актуальной представляется разработка и внедрение альтернативных технологий переработки техногенных отходов с получением готовой металлопродукции.

Одним из важнейших ее видов является никелевый и медный металлопрокат, применяемый при производстве теплообменников, сварных и бесшовных труб, печатных плат и др., а также никелевые и медные аноды марки НПА-1, НПАН2 и АМФ3, применяемые в гальванотехнике при производстве гальванических покрытий. Рынки целевого потребления этой металлопродукции и изделий, выполненных с их использованием, составляют такие отрасли промышленности, как машиностроение, электротехника, радиоэлектроника и т.д. [3,12-15].

В РФ основным производителем никелевых и медных анодов и других видов продукции цветного металлопроката являются заводы по обработке цветных металлов - ОЦМ. Технологии, согласно которым ведется производство анодов, включают легирующий переплав никелевых и медных катодов марок типа НО, Н1у, МО, Ml, литье слитка и последующую его обработку давлением в горячем и холодном состоянии. Технологии характеризуется низким выходом готовой металлопродукции , обусловливающим высокий уровень оборотных техногенных отходов.

В настоящей работе, выполненной в рамках тематики, по заказам промышленности и в соответствии с планами НИР и ОКР заводов ОЦМ, на основании результатов проведенных исследований и опытно-промышленных испытаний разработаны и внедрены новые технологии получения готовой металлопродукции переработкой никелевых и медных техногенных отходов. Технологии построены на применении методов механической, пиро- и гидроэлектрометаллургической переработки техногенных отходов с получением рафинированного слитка и легированного серой и фосфором катодного осадка. При этом обеспечивается значительное снижение себестоимости готовой продукции, исключаются головные пи-рометаллургические переделы, уменьшаются безвозвратные потери металлов с угаром и шлаком.

Цель работы.

Исследование, разработка и внедрение новых малоотходных, экологически малоопасных технологий производства готовой металлопродукции из никель- и медьсодержащих техногенных отходов на основе методов механической, пиро- и гидроэлектрометаллургической переработки сырья.

Для достижения поставленной в работе цели проведено научно-технологическое обоснование:

- механической переработки никелевых и медных техногенных отходов с получением металлических концентратов;

- пирометаллургического рафинирования медных расплавов обдувом их парогазовыми смесями и обработкой солевыми флюсами;

- электрорафинирования никеля и меди в никель- и медьсодержащих электролитах;

- влияния условий электролиза на процесс электроформования никелевых и медных катодных осадков шарообразной формы, легированных серой и фосфором;

- использования катодных осадков при производстве тонколистовых анодов с толщиной до 100 мкм.

Методическое обеспечение исследований. Экспериментальная часть работы выполнена с использованием методов исследований и методик, регламентированных ГОСТом. Исследования проводили на оборудовании лабораторного и промышленного типа (дезинтеграторы, плавильные печи, электрохимические ячейки, измерительная аппаратура и т.п.), серийно выпускаемого отечественной и зарубежной промышленностью, а также на установках, разработанных и запатентованных автором. Для определения химического состава фаз техногенных отходов, сплавов, катодных осадков, растворов электролитов использовали методы атомно-эмиссионной спектрометрии, рентгеноспектрального, атомно-адсорбци-онного и химического анализов.

Исследования проводили с использованием метода планирования эксперимента с дисперсионной и регрессионно-корреляционной обработкой полученных данных на ЭВМ.

Научная новизна.

1. Установлено, что в результате обдува расплавов медных концентратов паровоздушными смесями происходит их рафинирование с переводом примесей никеля, железа, кремния, цинка, олова, свинца, серы и фосфора в шлак и газовую фазу. При этом наиболее полное их удаление происходит при содержании в расплаве 0,5-0,6 % кислорода.

2. Показано, что при окислении металлических расплавов меди в результате обдува паровоздушными смесями пар выполняет функции инертного разбавителя, обеспечивающего режим "мягкого" окисления по сравнению с обдувом расплава воздухом. Предложено уравнение скорости массопереноса кислорода к поверхности раздела фаз газ - расплав.

3. Разработана аналитическая модель расчета термодинамических свойств системы Си-О-Н, и на ее основе проведена оценка растворимости кислорода и водорода в жидких растворах металлической меди в широком диапазоне изменения температур (1373-1623 К) и давлений РН2о (0,12-1,0 атм.) в газовой фазе. Установлено, что с ростом температуры и величин РН2о в газовой фазе растворимость кислорода и водорода в расплавах металлической меди возрастает. Дана ее количественная оценка для области фазового равновесия Си(ж)-Си20(т). Установлено, что при Рн2о=1 атм. и 1462 К фазовое равновесие системы Си(ж)-Си20(т) сохраняется, а его нарушение и переход к фазовому равновесию Си(ж)-СигО(ж) обусловлено дальнейшим повышением температуры плавки ( 1502 К) и величины окислительного потенциала кислорода в смесях пар + воздух.

4. Установлено, что в результате обработки металлических расплавов медных концентратов флюсовыми композициями, составленными на основе солей щелочных и щелочноземельных металлов в концентрациях: Na2C03 - 45-50 %, CaF2 - 25-30 %, NaCl - 20-25 %, происходит избирательное рафинирование металла от примесей кремния, серы и фосфора с выводом их в шлак и газовую фазу.

5. Установлено, что скорость процесса цементации меди никелем и сплавами на его основе из сульфатных растворов резко возрастает в случае предварительного их легирования серой фосфором и углеродом. Показано, что присутствие вышеназванных примесей способствует активации поверхности никеля при его использовании в процессах цементации и других видах электрохимической переработки сырья.

6. Установлено, что в результате ввода органических серо- и фосфорсодержащих соединений в никель- и медьсодержащие электролиты, используемые при электрорафинировании никеля и меди, происходит легирование формирующихся катодных осадков серой и фосфором. Показано, что легированные серой и фосфором катодные осадки обладают тем большей электрохимической (анодной) активностью, чем выше катодная плотность их электроформования. Установлены оптимальные содержания серы и фосфора в катодном осадке, достаточные для достижения максимальной анодной активности металла, составляющие: для серы -0,02-0,10 %, для фосфора - 0,03-0,06 %.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. На основании установленных данных фазового состава, гранулометрических, физико-механических характеристик и свойств никелевых и медных техногенных отходов и продуктов их механической разделки разработана и внедрена в промышленное производство высокоэффективная технология механической переработки техногенных отходов, заключающая в дезинтеграции и сепарации сырья, характеризующаяся извлечением в концентрат 99,5-99,7 % металлической фазы при содержании ее в концентрате на уровне 93-97 %.

2. Разработана и внедрена в промышленное производство технология рафинирующего переплава техногенных медных концентратов с обдувом и обработкой расплава паровоздушными смесями и флюсовыми композициями на основе солей щелочных и щелочноземельных металлов. Показано, что технология обеспечивает извлечение металлической фазы концентрата в слиток на уровне 94,6 %.

3. Разработаны и внедрены в промышленное производство технологии электрорафинирования металлических никеля и меди концентратов с получением катодных осадков, легированных серой и фосфором, пригодных для использования в качестве растворимых анодов в гальванотехнике. Показано, что их применение при производстве никелевых и медных гальванических покрытий позволяет увеличить массу анодной загрузки на 20-25 % при снижении удельных энергетических затрат на 25-30 % и обеспечении высокого качества готовой металлопродукции.

4. Проведено промышленное опробование обработки плоских никелевых и медных катодных осадков давлением в холодном состоянии. Показана возможность получения тонколистовых анодов с толщиной до 100 мкм.

Реализация разработанных технологий на МАКФ "Зонт", ОАО "Радуга Лтд.", ОАО "Москвич", Печатная фабрика объединения "Госзнак" (г. Москва); ОАО "Красный Выборжец" (г. Санкт-Петербург); ОАО "Сплав" (г. Гай) с общим экономический эффектом в 4 657 тыс. рублей в год.

На защиту выносятся;

1. Результаты исследования химического состава, структурных, прочностных и технологических характеристик и свойств техногенных никелевых и медных отходов.

2. Выявленные закономерности получения никелевых и медных металлических концентратов, и процессов их пирометаллургического и электрорафинирования при производстве готовой металлопродукции.

3. Разработка технологии производства никелевой и медной металлопродукции из техногенных никелевых и медных отходов, включающей получение:

- никелевых и медных металлических концентратов механическим способом;

- металлического слитка окислительным рафинированием медного расплава парогазовыми смесями и флюсовыми композициями на основе солей щелочных и щелочноземельных металлов;

- никелевых и медных катодных осадков, легированных серой и фосфором, из никель- и медьсодержащих электролитов с органическими добавками.

4. Конструкции анодной и катодной оснастки, обеспечивающие условия электроформования никелевого и медного шарообразных осадков.

Подобные работы
Тихонов Дмитрий Николаевич
Исследование и разработка эффективной технологии рециклинга замасленной окалины
Ушакова Мария Викторовна
Исследования и разработка основ технологии электрококсовой переработки цинк-железосодержащих шламов с целью создания комплекса пирометаллургического извлечения цинка
Терре Александр Анатольевич
Исследование и разработка технологии рециклинга отходов огнеупорных материалов
Зайнуллин Лик Анварович
Разработка и внедрение ресурсосберегающих, экологичных и взрывобезопасных систем припечной грануляции металлургических шлаков
Барбин Николай Михайлович
Переработка вторичного сырья и техногенных отходов цветных металлов в ионных расплавах хлоридов, карбонатов, гидроксидов
Горобец Владимир Анатольевич
Разработка, исследование и внедрение технологии производства калиброванной круглой стали холодной винтовой прокаткой
Ермаков Игорь Геннадьевич
Исследование, разработка и внедрение технологии электроплавки техногенного никельсодержащего сырья
Сапелкин Валерий Сергеевич
Разработка, исследование и внедрение усовершенствованной технологии производства катанки и проволоки для холодной высадки и металлокорда
Чикалов Сергей Геннадьевич
Теоретические основы, исследование, разработка и внедрение высокоэффективных технологий производства бесшовных труб с использованием непрерывнолитой заготовки
Пешков Александр Анатольевич
Разработка и исследование принципов внедрения сетей на основе технологий CDN

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