Способ утилизации медьсодержащих отходов

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к извлечению меди из медьсодержащих отходов сверхпроводниковых материалов. Способ утилизации медьсодержащих отходов включает растворение меди погружением корзины с ломом в медно-кальциевый сплав в процессе электролиза кальция при температуре 650-715°С. Растворение меди проводят из брикетов, полученных из медной стружки путем прессования с последующим вакуумным отжигом при температуре 720-750°С. Обеспечивается высокая степень извлечения меди из медьсодержащих отходов сверхпроводниковых материалов, а также уменьшение времени растворения меди из медьсодержащих отходов и повышение производительности и безопасности процесса электролиза кальция. 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к извлечению меди из медьсодержащих отходов сверхпроводниковых материалов.

Известны гидрометаллургические способы растворения меди в горячей концентрированной серной кислоте [Реми Г. Курс неорганической химии. М.: Мир, 1974, т. 2] или азотной кислоте [патент РФ № 2243163, МПК C01G 3/08]. Недостатками данных способов являются использование агрессивных реагентов и образование токсичных газов.

Известен способ переработки металлического лома, содержащего ниобий-титановую проволоку в медной основе [Авторское свидетельство №1669194, МПК С22В 7/00], включающий растворение меди погружением корзины с ломом в кальцийсодержащий расплав. Недостатком способа является образование сплавов меди с компонентами проволоки, что снижает выход меди из лома.

Медный лом, преимущественно в виде стружки, как правило, содержит остатки смазочно-охлаждающей жидкости и/или жидкости для прессования. Известный способ переработки металлической стружки, включающий обезжиривание стружки, промывку в воде, сушку (Металлургия циркония. Под редакцией Г.А.Меерсона. М.: Издательство иностранной литературы, 1959, с. 157), снижает, но не исключает опасность взаимодействия указанных жидкостей с солевым и металлическим расплавами.

Наиболее близким к заявляемому изобретению аналогом является способ переработки медьсодержащих отходов [патент РФ № 2393247, МПК С22В 15/00, С22В 7/00], включающий обезжиривание стружки, промывку в воде, сушку, растворение меди погружением корзины с ломом в медно-кальциевый сплав в процессе электролиза кальция при температуре 650-715°С.

В условиях производства кальция электролитическим способом [Доронин Н.А. Металлургия кальция. М.: Госатомиздат, 1959] усвоение меди из «бедного» медно-кальциевого сплава происходит, как правило, за 0,5-1,0 ч. При осуществлении способа процесс растворения меди длится до 1,5 ч.

Поэтому к недостаткам данного способа следует отнести длительность цикла электролиза между сливами «богатого» сплава, а также недостаточно высокую производительность электролизера.

Техническим результатом предлагаемого способа является сокращение времени растворения меди, за счет чего уменьшается время цикла электролиза и повышается его производительность, а также исключение опасности взаимодействия солевого и металлического расплава электролизера с остатками жидкостей, имеющихся в медьсодержащих отходах.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки медьсодержащих отходов в виде стружки, включающем обезжиривание стружки, промывку в воде, сушку, растворение меди погружением отходов в медно-кальциевый сплав и растворение меди в процессе электролиза кальция при температуре 650-715°С, медьсодержащие отходы предварительно под давлением 70-100 МПа прессуют в брикеты, которые затем подвергают вакуумному отжигу при температуре 720-750°С.

Медьсодержащие отходы в виде лома и стружки образуются в большом количестве при изготовлении сверхпроводящих проводов. Стружка меди может быть получена из лома путем известных способов обработки резанием.

Нижний предел усилия прессования стружки в брикеты выбран достаточным для получения брикетов, не склонных к рассыпанию. Верхний предел - из условия рассыпания брикетов на отдельные элементы стружки при погружении в расплав медно-кальциевого сплава. Предельные значения интервала подобраны экспериментально с учетом заявляемого интервала температуры последующего вакуумного отжига.

При вакуумном отжиге происходит повышение прочности брикетов за счет частичного спекания. Температура вакуумного отжига выбрана таким образом, чтобы, с одной стороны, нижний ее предел был выше температуры электролиза для удаления легколетучих жидкостей, например, смазочно-охлаждающей, а, с другой стороны, весь заявляемый интервал в целом, подобранный экспериментально, способствовал формированию связей между элементами стружки в брикете, легко разрывающихся при погружении в расплав медно-кальциевого сплава.

При погружении подготовленных в заявляемой последовательности при заявляемых условиях медьсодержащих отходов в электролизер происходит их нагрев и рассыпание на элементы стружки, имеющие развитую поверхность. Поэтому время растворения меди сокращается до 15 мин.

Таким образом, предлагаемый способ, в отличие от ближайшего аналога, сокращает время растворения меди и исключает опасность активного взаимодействия смазочно-охлаждающей жидкости или жидкости для прессования с солевым и металлическим расплавами в процессе электролиза.

Совокупность существенных признаков заявляемого способа при анализе научно-технической и патентной литературы не выявлена, что подтверждает изобретательский уровень заявляемого технического решения.

Пример

Исходную стружку меди в виде путанки, полученную обработкой резанием при изготовлении сверхпроводящих материалов, с остатками смазочно-охлаждающей жидкости и механической примеси ниобий-титанового сплава (НТ47) предварительно обезжиривают в водном растворе моющего средства с концентрацией 0,05-0,07 кг/л при 70-80°С в течение 10-15 мин и промывают в горячей воде при 40-60°С в течение 3-5 мин. Промывают в холодной воде в течение не менее 3 мин. Затем осуществляют сушку. Далее стружку прессуют при давлении около 85 МПа с получением цилиндрических брикетов диаметром 190 мм и высотой 100-150 мм. Затем брикеты отжигают в вакууме при остаточном давлении 13,3 Па (0,1 мм рт.ст.) и температуре 720-750°С. Полученные брикеты имеют прочность, достаточную для их транспортировки и загрузки в электролизер.

При загрузке в медно-кальциевый сплав работающего электролизера брикеты массой 4,8-6,2 кг растворяются в течение 1-2 мин. Процесс растворения брикетов протекает спокойно, с небольшим газовыделением за счет выхода воздуха из пор. Нерастворившиеся остатки ниобий-титанового сплава извлекают из электролизера вместе со шламами.

Способ утилизации медьсодержащих отходов, включающий обезжиривание стружки, промывку в воде, сушку, растворение меди погружением корзины с ломом в медно-кальциевый сплав в процессе электролиза кальция при температуре 650-715°С, отличающийся тем, что растворение меди проводят из брикетов, полученных из медной стружки путем прессования и последующего вакуумного отжига при температуре 720-750°С.