Рециклинг металлов Металлургия

В ряде развитых и развивающихся стран появилась и развивается новая отрасль производства, связанная с утилизацией и переработкой использованных металлов. Такая технология, позволяющая извлекать металлы из техногенных отходов, в результате чего становится возможным повторное использование металлов в технике, получила название рециклинга металлов. Сегодня производства, предназначенные для извлечения металлов из руд, переориентируются на рециклинг металлов.

В 1989 году для выработки общих подходов, обмена опытом и интеграции странами Европейского Сообщества была создана Европейская Ассоциация Утилизации и Рециклинга (ЕАУР). Ряд примеров указывает на то, что рециклинг принимает глобальный характер.

Фирмой Асарко (США) был создан завод по рециклингу отходов горнорудной, электронной промышленности и гальванических шламов, который в 1993-1994 годах переработал от 50 до 80 тыс. тонн техногенных отходов.

Немецкой фирмой Дегусса налажен рециклинг платины и родия из отработавших автомобильных катализаторов.

Фирма Mercury Refening Со (США) успешно занимается рециклингом ртутьсодержащего сырья.

В 1995 г. в мировой индустрии рециклинга было занято более 1 млн. человек, в результате рециклинга в 1995 году стоимость произведенной продукции составила 175 млрд долларов.

Известно, что каждый третий килограмм алюминия производится из вторичного сырья. В развитых странах производство вторичного алюминия уже превысило 30 %.

В России развитие работ по рециклингу сдерживается по причине отсутствия законодательной базы и организационных структур. Поэтому не разрабатываются правовые и методологические основы этого процесса. И самое главное – отсутствует государственное финансирование работ по рециклингу.

Проблема выделения металлов из техногенных отходов и рудного сырья издавна волнует исследователей и технологов. Следует различать выделение металлов из твердых и жидких отходов. Для выделения металлов из твердых отходов обычно используют методы пирометаллургии, микробиологического выщелачивания, гидрометаллургии, электрохимического выщелачивания, экстрагирования. Для выделения металлов из жидких отходов широкое применение получила флотация высокодисперсных частиц (микрофлотация), флотация молекул и ионов.

Под выщелачиванием принято понимать перевод в растворимое состояние одного или нескольких компонентов твердого вещества. Для этого используют водные или органические растворители. Обычно работают с водными растворами. Часто в процессе растворения принимают участие газы – окислители или восстановители.

Выщелачивание состоит из двух процессов. Первый процесс − химический (вскрытие), приводящий к переходу одного или несколько компонентов твердого тела в растворимое состояние. Второй процесс – физико-химический, связанный с появлением раствора и извлечением растворенного вещества из раствора, например, за счет экстрагирования.

Процесс извлечения металлов из руд и концентратов называют гидрометаллургией. Перед проведением химического процесса вещество измельчают. При этом существенно повышается химическая активность твердого тела. Причина этого кроется в появлении дефектов кристаллической решетки – дислокаций. Вскрытие производят перемешиванием дисперсных частиц с жидким реагентом. При необходимости процесс ведут в присутствии газа (воздуха), например, при выщелачивании золотых, урановых и сульфидных руд. Иногда используют просачивание жидкого реагента через слой твердого вещества (перколяция), например, при выщелачивании меди из окисленных руд и алюминатов из спечённых бокситов.

Скорость процесса выщелачивания зависит от степени дисперсности твердого вещества, концентрации жидкого реагента, температуры, интенсивности перемешивания, давления газообразного реагента. Для повышения интенсивности выщелачивания в систему вносят бактерии (микробиологическое выщелачивание).

Селективность процесса выщелачивания зависит от химических свойств твердого вещества, природы и концентрации реагента, растворимости образующихся при выщелачивании веществ.

Повышение эффективности процесса выщелачивания достигается при электрохимическом вскрытии упорных золотосодержащих руд. При этом для поверхности пирита и арсенопирита изменяется структурное состояние.

На практике применяется подземное выщелачивание. Для этого в рудном теле пробуриваются скважины. В одни закачивается жидкий реагент, из других извлекается металлосодержащий раствор.

Ограниченность запасов высококачественного минерального сырья заставляет исследователей и технологов разрабатывать методы вскрытия труднообогатимых полезных ископаемых, содержащих несколько полезных минералов с низким содержанием металлических элементов. Для таких полезных ископаемых характерна тонкая вкрапленность, сложная структура срастания. Для такого минерального сырья предлагаются комбинированные методы переработки, включающие химико-металлургичес-кие процессы. С помощью химико-металлургических процессов ценные компоненты или вредные примеси удается переводить в жидкую или газовую фазу.

Принято различать разные варианты химико-металлургических процессов (перевод минерала из одной модификации в другую; изменение химического состава минерала, как на поверхности, так и в объеме минерала; раскрытие сростков путем выщелачивания или перевода в газовую фазу цементирующего минерала или пленок поверхностных химических соединений; перевод полезного минерала в растворенное состояние или газовую фазу).

Для изменения химического состава минерала применяют сульфидизацию окисленных минералов, поверхностную металлизацию, электрохимическое модифицирование минералов перед классическими способами обогащения, бактериальные методы активации, термохимические методы и окислительный обжиг.

Электрохимическое модифицирование поверхности минерала определяется электрохимической обработкой реагентов, приводящей к смещению гидролитического равновесия, в некоторых случаях расход реагентов может быть снижен на 15-20 %, повышается селективность процесса. Электрохимическая обработка минерального сырья в процессе измельчения позволила на 10-15 % повысить эффективность процесса и увеличить степень раскрытия минералов. Это важное обстоятельство, если учесть, что в процессе обогащения минерального сырья 70 % электроэнергии расходуется на измельчение руды.

Химические процессы определяют переход полезного минерала или минерала породы в жидкую или газовую фазы. Для этого чаще всего применяется серная, соляная, азотная, ортофосфорная, сернистая, плавиковая и др. кислоты. Широкое применение находит использование растворов гидроксида натрия, растворов аммиака, а также растворов солей (сульфида, цианида, тиосульфата, карбоната, фторида, хлорида и сульфата натрия; карбоната, гидросульфата и бифторида аммония; хлорида и сульфата железа; хлорида кальция). Особое значение приобретает использование органических лигандов (водорастворимых аминов, тиомочевины и др.).

Используя процесс донорно-акцепторного взаимодействия органического лиганда, растворенного в апротонных растворителях, с химическими соединениями металлов, содержащими ковалентные связи (оксиды, сульфиды, гидроксиды, карбонаты, фосфаты, сложные оксиды и др.), представляется возможным переводить в растворенное состояние многие ценные металлы. Из образовавшихся комплексных соединений металлические элементы могут быть восстановлены электрохимическим способом или с использованием сильных восстановителей, например гидразина. Такая технология извлечения металлов из техногенного и рудного сырья соответствуют наиболее приоритетным направлениям Экологической доктрины Российской Федерации, одобренной распоряжением Правительства № 1225-р от 31 августа 2002 года.

  • Читать все новости