Научный редактор выпуска: Запарий В. В. д и. н., профессор, зав каф. Инт
Скачать 1.96 Mb.
|
Обозначения:  , кг/(м2с) – пред-экспоненциальный множитель; a – коэффициент определяющий количество прореагировавшего оксида цинка;  – доля оксида цинка на поверхности слоя газа;  – доля оксида цинка на поверхности ядра;  – доля оксида цинка на поверхности реакционного слоя,  , – концентрация оксида цинка в долях;  , кг/(м с) – коэффициент диффузии через реакционный слой;  , моль/мг – молярная концентрация вещества j в реакции r;  , кг/(мс) – коэффициент диффузии через слой газа;  , Дж/моль – энергия активации; i – номер текущей расчетной клетки;  , кг/с – поток массы сероводорода идущего на реакцию с оксидом цинка;  , кг/(м2с) – коэффициент скорости реакции на поверхности ядра оксида цинка;  , кг/(м2с) – константа скорости прямой реакции;  , кг/(м2с) – константа скорости обратной реакции; , кг – масса твердой фазы;  , кг/моль – молярная масса оксида цинка;  , кг/ моль – молярная масса сульфида цинка;  , кг – масса сульфида цинка;  , кг – масса оксида цинка;  – массовая доля оксида цинка в твердой фазе;  , кг/моль – молярная масса для i-й клетки; N , шт – число расчетных клеток;  – количество реакций в системе; , Дж/(моль К) – универсальная газовая постоянная;  , м – радиус ядра, который уменьшается по мере протекания реакции;  , м – координата по горизонтали;  , м – изначальный радиус частицы;  – скорость образования компонента в i-й клетке для реакции под номером r;  , м2 – площадь поверхности всех ядер попавших в расчетный объем,  , К – температура; Time, с – время;  – объемная доля твердой фазы;  , м3 – объем расчетной клетки;  , м3 – объем газообразной фазы;  , м3 – объем твердой фазы;  – степенной множитель;  , м – толщина слоя газа вокруг частицы,  , кг/с – изменение массы засыпки с течением времени;  - порозность слоя;  , кг/м3 – плотность оксида цинка;  , кг/м3 – плотность сульфида цинка,  – коэффициент направления реакции r в сторону реагента j;  – коэффициент направления реакции r в сторону продукта j;  , кг/моль – молярная масса i-ой частицы;  , моль – стехиометрический коэффициент для реагента i-й клетки и реакций под номером r;,  , моль – стехиометрический коэффициент для продукта i-й клетки и реакций под номером r Литература:
O. Levenshpiel. Chemical reactions engineering. New York: John Wiley&Sons. 1999 Т.Н. Каргапольцева СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУКИ В ОБЛАСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНОГО СВИНЦОВОГО СЫРЬЯ Аннотация. Данная статья затрагивает актуальную тему, связанную с переработкой вторичного свинцового сырья. На сегодняшний день существуют различные технологии, но в этих технологиях существуют определенные трудности. Одной из проблем переработки вторичного свинцового сырья является свинец в оксисульфатной форме. В данной статье предлагается проводить десульфуризацию, а затем восстановительную плавку, это поможет сократить расходы свинцовых производств и улучшить экологические показатели. В настоящее время в России увеличивается производство свинца. Значимым источником свинца стали отходы его производства и потребления, главным образом, отработавшие свинцово-кислотные батареи. Этому способствовало значительное увеличение транспортных средств, использующих аккумуляторы, развитие энергетики. Накопление свинец содержащих отходов идёт быстрыми темпами, то есть срок службы изделий, содержащих свинец, не превышает 5 лет, за исключением некоторых изделий. В основном свинец получают пирометаллургическими способами. Пирометаллургические процессы неэффективны по извлечению ценных компонентов и экологически опасны ввиду выбросов в атмосферу свинца, серы в виде SO2 и SO3, кадмия, мышьяка, цинка и других вредных элементов. Не полностью изучены проблемы переработки вторичного свинцового сырья. Металлургия свинца находится в кризисном состоянии из-за экологической обстановки и вредности труда по применяемой технологии в современных условиях. Это создает предпосылки для перехода на новую технологию, менее вредную и более экологичную. Такая технология обеспечила бы большую эффективность коренной реконструкции свинцовых заводов. Конечно, способы переработки вторичного свинцового сырья постоянно совершенствуются, создаются новые способы, обеспечивающие повышение эффективности производства свинца и уменьшение воздействия его на окружающую среду, но до сих пор нет такой технологии, которая бы исключила все проблемы с экологической точки зрения и улучшила бы технико-экономические показатели. Проблемой переработки вторичного свинцового сырья является свинец в оксисульфатной форме, который влечет за собой огромный расход недешевых флюсов, затраты на электроэнергию, большой выход свинца в шлак, который потом направляется в отвалы, а также это влечет за собой экологическую проблему. Для каждого конкретного промпродукта или нескольких аналогичных по составу материалов необходимо разрабатывать и использовать рациональную технологию, обеспечивающую извлечение всех ценных компонентов. Например, к аналогичным по составу материалам можно отнести оксисульфатную пасту и свинцовый кек, который тоже содержит свинец в оксисульфатной форме. Свинцовые кеки целесообразнее перерабатывать самостоятельно или совместно с рудным сырьем, чтобы не загрязнять другое сырье. Из-за наличия значительного количества примесей, загрязняющих свинец, перерабатывать указанные промпродукты совместно с ОАБ нецелесообразно. Наиболее полно удовлетворить всем требованиям может гидрометаллургическая технология, которая имеет ряд преимуществ перед пирометаллургией: большие возможности полно и комплексно перерабатывать сырье, требует меньших затрат энергии, легче осуществимы природоохранные мероприятия, лучше условия труда, доступней механизация и автоматизация технологических процессов, получается металл лучшего качества. При пирометаллургической переработке оксисульфатной фракции от разделки батарей (пасты) сера из сульфат-иона переходит либо в газовую фазу в виде SO2, либо в сульфидно-железистый штейн, либо в штейно-шлаковый расплав, состоящий из сульфидов железа, натрия и свинца. Образование этих новых соединений серы увеличивает затраты на предотвращение загрязнения ими окружающей среды. Поэтому целесообразнее перед плавкой проводить операцию удаления сульфат-ионов из сульфата свинца, содержащегося в пасте, т.е, десульфуризацию (десульфатацию) пасты. Сущность этого процесса состоит в переводе сульфат-иона из сульфата свинца в раствор, а свинца – в менее растворимое соединение, не создающее затруднений при его пирометаллургической переработке. В качестве основных десульфуризующих реагентов применяют гидроксид натрия и карбонаты щелочных металлов или аммония. Десульфуризацию пасты отработавших аккумуляторных батарей можно производить как каустической содой, так и кальцинированной содой. Образуется раствор сульфата натрия, который направляется далее на получение кристаллического Na2SO4 с выпариванием и сушкой соли, присутствующий бикарбонат натрия будет термически разлагаться по реакции: 2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2, что приведет к загрязнению сульфата натрия содой. При использовании такого сульфата в стекольной промышленности это не имеет серьезного значения. Но в определенных случаях загрязнение сульфата натрия содой не допускается и поэтому желательно перед выпариванием нейтрализовать бикарбонат натрия кислотой по реакции: 2 NaHCO3 + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O + 2 CO2 При нейтрализации бикарбоната отработанным электролитом из батарей увеличивается объем выпариваемой воды, т.е повышаются энергозатраты при выпаривании раствора. Поэтому надо использовать крепкую H2SO4. Значительные трудности в десульфуризации пасты вызывает образование на ее поверхности частиц новых твердых фаз, которые затрудняют диффузию ионов СО32- внутрь частиц пасты и диффузию ионов SO4²- из частиц в раствор. Поэтому степень десульфуризации редко превышает 90%, а часть серы остается в десульфуризованном продукте с маточным раствором сульфата натрия, который необходимо отмывать водой. Количество промывной воды при этом не должно нарушать водного баланса по установке разделки батарей в целом. В повышении степени десульфуризации играет крупность частиц пасты, поступающей на десульфуризацию. Например, в промышленных условиях при крупности частиц менее 1 мм и исходном содержании серы в пасте 6% конечное содержание её в десульфуризованном продукте остается около 1 %, а при проведении исследований с пастой крупностью менее 0,5 мм в идеальнейших условиях ( 1 г пасты с исходным содержанием серы около 6 % на 1 л раствора соды, практически не содержащего сульфат-ионов) конечное содержание серы в десульфуризованном продукте оставалось менее 0,5 %. Выход карбонатного продукта десульфуризации составляет 94-96% от загружаемой пасты и также зависит от содержания в ней сульфата свинца. При десульфуризации пасты содой в раствор может перейти до 2-3% сурьмы от содержания её в пасте, а при 100 %-ном избытке соды от стехиометрии – до 7 %. Поэтому может понадобиться дополнительная очистка раствора (в том числе и от свинца), например, путем, добавки солей Fe³+. Технологическая схема десульфуризации пасты почти одинакова при использовании как гидроксидов, так и карбонатов щелочных металлов. Она включает следующие основные операции: приготовление раствора десульфуризующих реагентов; десульфуризацию пасты; фильтрацию пульпы после десульфуризации пасты и водную отмывку десульфуризованного продукта от сульфата натрия; очистку раствора сульфата натрия от примесей; контрольную фильтрацию пульпы после очистки раствора. Для проведения операций используется обычное кислотостойкое оборудование для проведения гидрометаллургических процессов: реакторы с устройствами для механического перемешивания пульп; фильтр-прессы; сборные баки; зумпфы для сбора проливов; насосы. Фильтр – пресс для фильтрации пульпы после очистки раствора сульфата натрия должен исключать проскок твердых частиц в фильтрат. Места возможного выделения паров и аэрозолей должны иметь укрытия, присоединенные к общей системе вентиляции. Газы необходимо очищать в системе мокрой очистки газов со всей установки разделки батарей. Необходимость улавливания или связывания части серы при пирометаллургической переработке даже десульфуризованного продукта остается, но затраты на их проведение существенно сокращаются. Если небольшая производительность по свинцу и благоприятный окружающий фон, то может оказаться возможной переработка десульфуризованного продукта без мокрой очистки газов. Таким образом, десульфуризация пасты позволяет уменьшить расход топлива и вспомогательных материалов на плавку, выход шлака (почти в 4 раза) и потери с ним свинца, выбросы серы в окружающую среду, затраты на очистку газов от SO2, затраты на пылеулавливание за счет повышения срока эксплуатации фильтровальных материалов при очистке газов (меньше объем газов, содержание в них пыли и диоксида серы). Гидрометаллургия как залог будущего должна развиваться и заводы, работающие в настоящий момент в основном пирометаллургическими методами не должны стоять на месте, работая давно известными способами, а идти вперед, улучшая тем самым не только технологию, но и экологическое состояние страны. Список литературы: 1 Глазкова Т.И, Угорец М.З., Шкодина Т.Б.// Известия ВУЗов. Цветная металлургия. – 1988. - № 5. – С. 42-45 2 Морачевский А.Г. //Журнал прикладной химии. – 1998. – 6. – С. 881-890. 3 Окунев А.И., Галимов М.Д. Окисление железа и серы в оксидно - сульфидных системах.-М. : наука,1983. 4 Русаков Н.В., Донерьян Л.Г.// Цветные металлы.- 2001.- №8.-С. 46- 48. 5 Шихеева Л.В., Зырянов В.В. Сульфат натрия. Свойства и производство. – Л: Химия, 1978. – 240 с. 6 Шубский А.Г., Васкевич А.Д.// Цветные металлы. – 1986г. - №5.- С.27-29. 7 AraiK., ToguriJ. Leachingofleadsulfateinsodiumcarbonate//Hydrometallugry. – 1984. – 12. – P. 49-59. 8 GongY., DutrizacJ.E, ChenT.T.// Hydrometallurgy.– 1992. – 28. –P. 399-421. 9 LammK.F.// Международный конгресс по переработке вторичного сырья. – М. 1992. 10 Olper M., Asano B. Improved technology lead processing- ENGITEC lead acid battery recycling system// Primary and Secondary Lead Processing. –Pergamon Press, 1989. –P. 119-132.; 11 RamusK., HawkinsP// J. ofPowerSources. – 1993/ - 42/- № 1-2. – P. 299-313. 12 ReynoldsR.M., HudsonE.K., OlperM.// Leand-Zine 90/Eds, T.S. Mackey, R.D.Prengaman. – TMS, Warrendale, PA, 1990, - P, 1001-1022 13 YazawaAkira, ItagakiKimio15// Met.Rev.MMU, -1984г. – 1.- №1.- P.105-117. |
Похожие:
 | Зав каф общей и клинической психологии Волгоградского государственного медицинского университета, доктор социологических наук, профессор... | | Научный редактор д т н., проф зав кафедрой электронной коммерции и маркетинга гуап а. П. Ястребов |
 | Новикова Т. А., д пед н., профессор, зав каф русского и инocтранных языков Омского государственного университета путей сообщения | | Петренко И. М., зав кафедрой экономической теории, д-р экон наук профессор Дулин М. П., зав кафедрой педагогики и психологии, д-р... |
| Научный редактор Заслуженный деятель науки рф, доктор социол н., профессор А. Н. Силин | | Научный редактор: доктор философских наук, доктор медицинских наук, академик раен, профессор Б. А. Астафьев |
| ... | | ... |
| В. К. Бальсевич член-корреспондент рао, д-р биол наук, профессор ргуфк, шеф-редактор журнала «Физическая культура: воспитание, образование,... | | Л. П. Бондаренко, канд филол наук, профессор; Л. Е. Корнилова, старший преподаватель; Н. С. Морева, канд филол наук, профессор, М.... |