Способ переработки медьсодержащего вторичного сырья

 

Изобретение относиться к способам переработки вторичного медьсодержащего сырья и может быть использовано при переработке отходов химической и электрохимической промышленности. В предложенном способе, включающем загрузку исходной шихты в расплав солей, плавление в соляной ванне при температуре, превышающей точку плавления меди, с последующей разливкой в слитки и полуфабрикаты, согласно изобретению из вторичного сырья предварительно удаляют железо, шихту загружают в расплав солей щелочных и щелочноземельных металлов и плавят выше температуры плавления меди на 10-310^oС, извлекают жидкую медь, а с поверхности солей удаляют образовавшийся нагар, после чего цикл повторяют, при этом соотношение объемов загружаемой шихты и расплава солей поддерживают в пределах (2-3,4):1; причем медьсодержащее вторичное сырье в виде медных проводов в полимерной и хлопчатобумажной изоляции плавят в расплаве солей следующего состава, вес.%: NaF - 28,3, СаF₂ - 28,3, BaCl₂ - остальное; причем медьсодержащее вторичное сырье, содержащее стеклоткань и слюду, плавят при температуре 1250-1300^oС в расплаве бутылочного стекла; причем в качестве расплава солей используют смесь следующего состава, вес. %: ВаСl₂ - 50-80, CaCl₂ - 20-50; причем медьсодержащее вторичное сырье в виде голых проводов с изоляцией из лака плавят в соляном расплаве карбоната натрия. Достигается уменьшение объемов отходящих газов и шлаков, экономия топлива, трудозатрат, упрощение процесса, уменьшение переделов. 4 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам переработки вторичного медьсодержащего сырья, и может быть использовано при переработке отходов химической и электротехнической промышленности в виде проводов, шин, кабеля и других видов отходов, имеющих изоляцию в виде органики, лака, хлопчатобумажной оплетки, слюды и стеклоткани.

Основным способом переработки проводов, кабеля и других видов меди, применяемых в электротехнике, является многоступенчатый процесс, включающий плавку в шахтных и отражательных печах на черновую медь, продувку в конвертере с целью окисления менее благородных металлов (железо, цинк, свинец, олово и другие) или огневое рафинирование, так называемое дразнение с помощью древесины или углеродистых материалов, отливка в виде анодов, электролитическое рафинирование с получением катодной меди. Катодную медь снова расплавляют и получают слитки и полуфабрикаты, пригодные для прокатки и волочения в виде лент, листов, шин и проволоки [1].

Этот процесс сопряжен с потерями меди на каждом из 3-х металлургических переделов, требует больших затрат топлива и связан с экологически вредными процессами.

В частности, медные провода перед загрузкой в печь обжигают, при этом выделяется сажа и вредные органические вещества, содержащие хлор.

К недостаткам существующего способа переработки отходов меди, применяемых в электротехнике, относятся: - многостадийность процесса, сопряженного с потерями меди, большим количеством отходов в виде шлака, сплесов, съемов, газов; - большие затраты топлива и электроэнергии; - использование дорогого, экологически вредного процесса электролитического рафинирования меди; - необходимость повторной плавки катодной меди; - большие трудовые затраты; - необходимость экологически вредного обжига проводов, кабеля, других изделий, покрытых изоляцией.

Обычно отходы цветных металлов смешивают с солями щелочных металлов, например с содой, азотнокислым натрием, шихту спекают и выщелачивают водой [2] .

Недостатками этих способов являются: - большие энерго- и трудовые затраты на приготовление спека; - образование вязких прилипающих к футеровке печи спеков, затрудняющих промышленное использование процесса.

Медь, употребляемая для электротехнических изделий, не содержит примесей, в том числе и благородных металлов, и не требует электролитического рафинирования. Такую медь можно перерабатывать по укороченному циклу, который позволит избежать потерь меди на каждом переделе, снизить энергозатраты и получить качественную медь, пригодную для изготовления электротехнических изделий и полуфабрикатов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки вторичного медьсодержащего сырья в электропечи с соляной ванной, куда загружается перерабатываемая шихта и плавится при температуре выше температуры плавления меди. Расплавленная медь, имеющая наибольший удельный вес из продуктов плавки, собирается на дне соляной ванны и выпускается через вертикальный канал, выполненный в электроде [3].

Переработке по данному способу подвергается шихта, содержащая лом черных и цветных металлов, например якори электродвигателей, изготовленные из стали, и содержащие медь, что непосредственно влияет на показатели извлечения меди, так как уже при температуре плавления меди 5-8% железа растворяется в расплаве. Отсюда недостатки известного способа: низкое извлечение и необходимость дополнительных переделов получаемого продукта.

Технической задачей настоящего изобретения является упрощение способа переработки, утилизация всех видов отходов и получение сплава высокого качества.

Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки медьсодержащего вторичного сырья, включающего загрузку исходной шихты в расплав солей и плавление в соляной ванне при температуре, превышающей точку плавления меди, с последующей разливкой в слитки и полуфабрикаты, согласно изобретению из вторичного сырья, предварительно удаляют железо, шихту загружают в расплав солей щелочных и щелочноземельных металлов и плавят выше температуры плавления меди на 10-310^oС, извлекают жидкую медь, а с поверхности солей удаляют образовавшийся нагар, после чего цикл повторяют, при этом соотношение объемов загружаемой шихты и расплава солей поддерживают в пределах (2-3,4):1.

При этом в качестве расплава солей может быть использована смесь следующего состава, вес. %: BaCl₂ - 50-80, CaCl₂ - 20-50.

Переработку медьсодержащего вторичного сырья в виде медных проводов в полимерной и хлопчатобумажной изоляции осуществляют в расплаве солей следующего состава, вес. %: NaF - 28,3, CaF₂ - 28,3, ВаСl₂ - остальное, а с изоляцией из лака - в соляном расплаве карбоната натрия.

Медьсодержащее вторичное сырье, содержащее стеклоткань и слюду, плавят при температуре 1250-1300^oС в расплаве бутылочного стекла.

Органика при погружении в расплав солей обугливается в основной массе и частично горит на поверхности (5-10% от массы), стеклоткань, слюда, оксиды растворяются в расплаве солей и за счет свойства адгезии солей отделяются от меди. Происходит рафинирование меди от углерода, оксидов, инородных включений и повышается чистота меди до марок М3, M1.

При температуре, превышающей температуру плавления меди менее чем на 10^oС, медь становится менее жидкотекучей, от нее плохо отделяются примеси в виде стеклоткани, углерода, оксидов, а при температуре, превышающей температуру плавления меди более чем на 310^oС, медь сильно перегревается, разъедает футеровку печи, стекло также вступает в реакцию с футеровкой.

Соотношение загружаемого материала и соляного расплава поддерживается в пределах (2-3,4):1. При соотношении 1,9:1 и меньше падает производительность печи, так как медь плавится значительно быстрее, а загрузка металла отстает. При большем количестве загружаемых медных отходов соль застывает, и приходится увеличивать период между загрузками, что опять же снижает производительность печи.

Различный состав солей связан с различными видами изоляции проводов и найден эмпирическим путем с учетом физико-химических свойств индивидуальных солей.

Возгоны мелкодисперсного углерода (технический углерод) можно уловить в рукавных фильтрах и использовать как наполнитель резины, лаков, краски, эбонита.

Преимуществом данного способа является простота, уменьшение количества металлургических переделов, уменьшение отходов меди, затрат топлива.

Например, в индукционной печи расходуется только электроэнергия и соли. При переработке электротехнических отходов с изоляцией из слюды и стеклоткани последние сплавляются со стеклом и могут быть использованы для витражей, стеклянных изоляторов.

Исключается процесс электролитического рафинирования, сопряженный с большим количеством трудозатрат, электроэнергии и испарением кислоты.

Техническим результатом, достигаемым в заявляемом способе при его реализации, является уменьшение переделов, уменьшение объема отходящих газов и шлаков, экономия топлива, трудозатрат, упрощение процесса.

Пример 1. В печь Таммана с графитовым нагревателем устанавливают алундовый тигель высотой 5,5 см, диаметром 5 см, загружают в него 15 г NaF, 15 г CaF₂ и 23 г BaCl₂. Расплавляют при температуре 1093^oС и загружают первую порцию медной проволоки с изоляцией из слюды, с перерывом в 5-6 мин загружают еще 2 порции проволоки общим весом 103 г. Средняя температура опыта была 1106^oС, время плавки - 17 мин.

Тигель извлекли, соль вылили в алундовый тигель, а медь - в графитовую изложницу.

Получено меди 101,7 г, соли - 41,1 г.

Потери за счет изоляции 1,3 г или 1,25%.

Потери солей с учетом остатка на стенках тигля - 20%.

Пример 2. В печь Таммана установили алундовый тигель диаметром 5,8 см и высотой 7,0 см. В него загрузили 94 г безводной кальцинированной соды (Na₂CO₃), расплавили и при достижении температуры 1105^oС загрузили 1 порцию отходов меди в виде голых проводов с изоляцией из лака. В пять приемов, в течение 13 мин проплавили 214,7 г медных отходов при средней температуре 1112,5^oС, на поверхности соли собралась сажа. Тигель извлекли, соль вылили в алундовый тигель, медь - в графитовую изложницу. Получили 205,5 г меди, соли - 75 г.

Извлечение меди составило 95,72%.

Пример 3. В индукционную печь с графитовым тиглем загрузили смесь солей BaCl₂ - CaCl₂ в соотношении 80% BaCl₂ и 20% СаСl₂, объем соли - 1/3 тигля. После расплавления солей в несколько приемов загрузили концы голых медно-оловянных контактов, полученных при сборке радиоаппаратуры. Всего загружено при Т~950^oС 31,5 кг контактов, получено 31,1 кг сплава. Соль не взвешивали, т.к. плавка других отходов продолжалась. Извлечение сплава составило 98,73%.

Пример 4. В печи сопротивления в алундовом тигле наплавили ~50 г бутылочного стекла, при 1250-1300^oС погрузили кусочку толстых проводников в х/б оплетке и слюде. Когда медь расплавилась, тигель извлекли и охладили, медь и стекло не изменились в весе (30 г меди), стекло приобрело зеленовато-голубой яркий цвет.

Результаты всех опытов приведены в табл.1, а химический состав некоторых опытов - в табл.2. Металл в проанализированных образцах имел марки МЗП, M1б по ГОСТ. В опыте 5 получен медно-оловянный сплав.

Состав солей в примере 1 выбран по температуре плавления (около 900^oС), уменьшение количества фторидов приведет к снижению растворимости оксидов, присутствующих в слюде, увеличение - соли будут более тугоплавки и растворят тигель печи.

BaCl₂ имеет низкую упругость паров и приводит к снижению потерь от испарения. Состав солей в примере 2 выбран как наиболее дешевый, имеющий низкую упругость паров, а также повышенную энергию адгезии при очистке от оксидов и неметаллических включений (сажа, керамика, карбиды).

Использование карбоната натрия наиболее предпочтительно при отходах с изоляцией из органики (пластмасса, х/б ткань, лаки), так как сода взаимодействует с углеродом, хлоридами, растворяет оксиды меди.

Кроме того, использование карбоната натрия обеспечивает хорошую смачиваемость металла, образуя на поверхности расплава прочный защитный покров и тем самым предохраняя его от испарения и окисления.

Стекло можно применять, когда в отходах много слюды, керамики, стеклоткани. При этом стекло не идет в отходы, а возможно его использование для художественных изделий и стеклянной изоляции в электротехнике.

При многократном повторении циклов плавки отходов меди, организации улавливания возгонов и их возврате в печь, расход солей многократно уменьшается, а шлаков как таковых не будет.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Худяков И. Ф. , Дорожкович А.П., Карелов С.В. Металлургия вторичных цветных металлов. М.: Металлургия. 1987.

2. Авторское свидетельство СССР 730849, МКИ C 22 B 7/00, приоритет 11.07.77, опубликовано в БИ 16, 1980.

3. Патент СССР 449490, МКИ C 22 B 7/00, приоритет 19.04.71, опубликовано в БИ 41, 1974.

Формула изобретения

1. Способ переработки медьсодержащего вторичного сырья, включающий загрузку исходной шихты в расплав солей, плавление в соляной ванне при температуре, превышающей точку плавления меди, с последующей разливкой в слитки и полуфабрикаты, отличающийся тем, что из вторичного сырья предварительно удаляют железо, шихту загружают в расплав солей щелочных и щелочноземельных металлов и плавят выше температуры плавления меди на 10-310^oС, извлекают жидкую медь, а с поверхности солей удаляют образовавшийся нагар, после чего цикл повторяют, при этом соотношение объемов загружаемой шихты и расплава солей поддерживают в пределах (2-3,4):1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что медьсодержащее вторичное сырье в виде медных проводов в полимерной и хлопчатобумажной изоляции плавят в расплаве солей следующего состава, вес.%: NaF - 28,3, CaF₂ - 28,3, BaCl₂ - остальное.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что медьсодержащее вторичное сырье, содержащее стеклоткань и слюду, плавят при 1250-1300^oС в расплаве бутылочного стекла.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве расплава солей используют смесь следующего состава, вес.%: BaCl₂ - 50-80, CaCl₂ - 20-50.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что медьсодержащее вторичное сырье в виде голых проводов с изоляцией из лака плавят в соляном расплаве карбоната натрия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2