Вторичное сырье цветных металлов

Обновлено: 05.10.2024

Природно-ресурсный потенциал России огромен, но не бесконечен. Это делает актуальными вопросы использования ресурсов и сопутствующие им экологические проблемы, возникающие по техногенным причинам. Поэтому так важно решение вопроса о рациональном применении твердых промышленных отходов (ТПО), скапливающихся в процессе металлургического производства, то есть о применении малоотходных технологий в металлургии.

Переработка отходов металлургических производств

Работа современных предприятий, занятых в металлургической сфере, направлена не только на производство заготовок и изделий из металла, но и на переработку ТПО: любой серьезный металлургический завод имеет в своем распоряжении производственные ресурсы для их переработки.

Переработка вторичного сырья включает в себя два процесса, в равной степени применимых как к черному, так и к цветному металлу: утилизацию и рециклинг.

Утилизация

Процесс утилизации подразумевает переработку ТПО с целью их повторного использования. Утилизация включает в себя резку, сортировку, очистку и обработку отходов, в результате чего получаются имеющие практическую ценность материалы. Примеры утилизации — шлаковая пемза или минеральная вата: будучи продуктами металлургии, они являются не металлом, а силикатными материалами, полученными из отходов производства.

Утилизацию нередко смешивают с уничтожением, но это два разных понятия. При утилизации получается новый продукт (в том числе тепловая энергия), тогда как уничтожению подвергаются абсолютно непригодные к дальнейшему использованию отходы.

Рециклинг

В отличие от утилизации рециклинг — процесс переработки отходов, ставящий результатом их возвращение в производственный цикл. При этом вторсырье используется в производстве по своему прямому назначению. Основными технологиями рециклинга, применимого к металлическому лому и мусору, являются измельчение и переплавка.

Пример рециклинга — переплавка и повторное использование в металлургическом производстве лома черного или цветного металла. Так, полученная в результате рециклинга сталь по своим характеристикам практически не уступает той, которая выработана непосредственно из железной руды, а добавленные в нее присадки еще и способны выделить и усилить необходимые для дальнейшего ее использования в промышленности характеристики. Рециклингу подвергают и бытовой металлический мусор — жестяные банки из-под напитков, металлические крышки от бутылок.

Использование ТПО

Наибольшие возможности для вторичного использования представляют собой куски лома разных категорий и групп. Габаритные куски лома (например, образовавшиеся в процессе строительства коммуникаций) переплавляют для получения металлопроката.

Однако современные технологии переработки ТПО основаны на рациональном использовании даже тех отходов, которые кажутся бесполезными (металлические стружки, железные опилки) и содержат в себе мало металлов (шлаки, шлам).

Мелкие металлические отходы, скрап и высечка

Мелкие металлические отходы и обрезки подвергают рециклингу — брикетируют или дополнительно измельчают, переплавляют и вновь используют в литейном или химическом производстве.

Высечка — отход прессовального производства, представляющий собой перфорированную металлическую ленту или лист, — часто используется и без вторичной переработки. Материал применяется в строительстве как армирующее средство для усиления кирпичной кладки, при закладке фундамента, возведении стен.

Благодаря своим прочностным и эстетическим свойствам высечка разных видов активно используется и как материал заграждений: она заменяет собой сетку-рабицу или применяется как верхняя часть глухих (например, бетонных) заграждений для обеспечения вентиляции огороженной территории.

Шлак в строительстве и металлургии

Шлаками называют побочные продукты или отходы от производства металла. До 80% всех ТПО на металлургическом производстве составляют именно они. По своей структуре шлаки — силикаты с различным процентом содержания железа или другого металла.

В основном шлаки утилизируются. В результате их переработки получается экономичная продукция, востребованная в строительстве:

гранулированные шлаки — используются при изготовлении портландцемента и шлакоблоков, для заполнения пустот в бетоне;
щебень — применяется для изготовления бетона, укрепления фундамента и дорожных покрытий;
шлаковая пемза — служит компонентом в изготовлении шлакобетона для ограждений и несущих конструкций;
минеральная вата — действует как тепло- и звукоизоляционный материал стен, перекрытий, дверей и т.п.

Доменные шлаки используют и в шлаковом литье. Например, произведенные этим способом металлошлаковые трубы существенно экономят металл, который уходит на строительство трубопровода.

Частично шлак перерабатывается и с целью получения обратного продукта металлургии. Так, из ферросплавных шлаков, благодаря высокому содержанию в них железа, добывают частицы металла с использованием технологий дробления, магнитной сепарации.

Обратный продукт получают и из шлаков цветных металлов, но технология добычи из них частиц металлов пока недостаточно совершенна и потому не получила распространения.

Шлам: возможности переработки

Шламом называют отходы разработки горной породы или производственного процесса в виде пыли, грязи, мелкого порошка, осадка. В металлургии шлам образуется в результате газоочистки доменных и мартеновский печей, конвертеров, задействованных в производстве стали и чугуна.

В процессе плавки на каждую тонну стали приходится примерно 12-24 кг шлама, который может использоваться в металлургии. Малоотходные технологии подразумевают извлечение из него металлических частиц и их «спекание», то есть получение агломерата, который может затем применяться в агломерационной шихте при выплавке чугуна.

В промышленности находит применение и использование шлама некоторых цветных металлов. Так красный бокситный шлам, отход производства алюминия, используют в производстве цементов, шлакового щебня, дорожных покрытий.

Проблема малоотходных технологий пока стоит остро. Крупное металлургическое предприятие в среднем перерабатывает за год 1 млн тонн сырья. Это означает, что каждые сутки к отходам металлургического производства прибавляется 500 тонн одних только шлаков, не говоря о шламе, золе, вредных веществах типа диоксида серы, оксида азота. Сбрасывание отходов в отвалы и шламохранилища экономически невыгодно, чревато истощением природных ресурсов и загрязнением окружающей среды. Поэтому все большее распространение получают крупные производственные базы по получению и переработке металлов, а также освоению скапливающихся ТПО.

Свой вклад в экономику и экологию вносят и небольшие базы приема металлолома, которые занимаются сортировкой и утилизацией лома черных и цветных металлов разных категорий, включая мелкий лом — металлические отходы, пригодные для брикетирования. Отходы сортируют, очищают, при необходимости измельчают и сдают на металлургические предприятия или цементные заводы, а вредные отходы транспортируют на специальные полигоны, где уничтожают.

Вторичное сырье цветных металлов

Как только человек научился добывать металл из руды у него возникла потребность в повторном использовании отходов производства и отходов потребления.

В принципе, металл из руды и металл из отходов, в конечном счёте, не имеет отличий. Однако энергетические затраты для получения металла из руды значительно больше ( иногда на порядок), чем при получении металла из отходов.

Большинство стран мира уделяют значительное внимание вторичной металлургии, т.е. вовлечению отходов в оборот. Отходы это «консервы промышленности» и государство, вовлекая их в оборот, имеет значительные преимущества перед государствами, получающими тот же металл из руды, табл. 2.2.

В принципе, зная объёмы потребления цветных металлов в стране и на какие изделия расходуется цветной металл можно прогнозировать объёмы и физические виды возврата отходов металла по годам. Это позволяет, корректировать импорт металла и обьёмы добычи руды, заменяя их возвращаемыми из эксплуатации отходами потребления (лом).

Развитая структура в государстве по сбору, подготовке, и металлургической переработке лома и отходов производства является необходимым и достаточным условием для динамического и устойчивого развития экономики любого государства.

Государство не способное перерабатывать (утилизировать) лом и отходы не имеет будущего.

Виды металлического и металлсодержащего вторичного сырья (лом и отходы) показано на рис.2.5.

Наиболее существенную его часть составляет отходы производства – лом различного происхождения. В зависимости от того, в какой форме находится металл в отходах они подразделяются на металлические и неметаллические. Между этими группами отходов имеются, однако, многообразные формы перехода. При этом следует учесть, что имеются значительные экономические и технические преимущества при использовании вторичного сырья по сравнению с рудным сырьëм. Эти преимущества заключается в следующем:

уменьшаются общие затраты на производство продукции, так как отпадает необходимость в одной или нескольких технологических операций;
снижается удельное потребление энергии на производство продукции;
замкнутый кругооборот металла ограничивает воздействие неблагоприятных факторов на состояние окружающей среды.

Значительная экономия энергии достигается особенно при использовании алюминиевого лома (рис.2.6.а). При переплаве медного лома энергии экономится меньше, так как он часто загрязнён, т.е. имеет относительно низкий энергетический уровень (рис.2.6.б).

В целом же использование лома экономически выгодно и это выражается в значительной доле металла, производимого из лома и отходов.

Однако исходное состояние лома таково, что в большинстве случаев его нельзя непосредственно подавать на переплав, т.е. его физические свойства и состав не соответствуют требованиям, предъявляемым к металлургической шихте. По этой причине лом должен предварительно готовиться к переплаву, что можно считать первой стадией его переработки. Для решения этой задачи применяются различные технологические процессы и оборудование. При этом часто возможно использовать опыт подготовки минерального сырья, что и наблюдается в практической деятельности.

Большое количество видов отходов и разнообразие технологий их переработки, как вторичного сырья, диктуют необходимость чёткой их классификации, ГОСТ 1639-93 (ДСТУ 3211-95).

Классификация лома и отходов цветных металлов — деление лома и отходов по видам, физическим признакам, химическому составу и засорённости. Отходы цветных металлов и сплавов делят на классы, группы и сорта.

Класс – единица классификационного деления, определяющая лом и отходы цветных металлов и сплавов по физическим признакам (лом, стружка, шлак и т.п.).

Группа – единица классификационного деления, определяющая совокупность марок цветных металлов и сплавов, объединённых по механическим и (или) по технологическим свойствам и близких по химическому составу (чистый алюминий, алюминиевые литейные сплавы, деформируемые алюминиевые сплавы и т.п.).

Сорт – единица классификационного деления, характеризующая лом и отходы цветных металлов и сплавов по видам, засорённости и размерам.

По источникам образования отходы производства делят на:

отходы металлургического производства (шлаки, съёмы, сплесы и др.);
отходы прокатного передела (обрезь концов, стружка, опилки, окалина и др.);
отходы литейного производства (литники, прибыли, съёмы, и др.);
отходы механической обработки литья, прессованных изделий, поковок и т.д. (стружка, высечка, обрезь, облой и др.);
отходы кабельного производства (обрезь концов кабеля и проволоки, путанка и др.);
отходы химического производства (отработанные катализаторы, шламы);
отходы процессов горячего и электролитического покрытия (изгарь, шламы).

По способу использования отходы делят на текущие, оборотные, отвальные и безвозвратные потери.

Текущие отходы образуются на предприятиях в процессе производства.

Оборотные отходы используются на предприятиях, где они образуются.

Отвальные — это отходы, переработка которых существующими в настоящее время методами экономически не целесообразна.

Безвозвратные потери — это отходы, образующиеся при коррозии, истирании, чистовой механической обработке, угаре металлов, несобранные отходы. Безвозвратные потери составляют 8÷10% от выпуска цветных металлов.

Взрывоопасные – отходы, в которых имеются взрывчатые и легковоспламеняющиеся вещества, герметически закрытые и полые предметы, содержащие лёд, влагу, масла, специальные жидкости, а также любые отходы, не прошедшие пиротехнический контроль.

Обезвреженные – отходы, освобождëнные от взрывоопасных предметов, ядовитых и вредных веществ.

Габаритные – отходы, габариты которых соответствуют требованиям загрузки металлургических печей.

Негабаритные – отходы, габариты которых не соответствуют требованиям загрузки металлургических печей.

Легковесные – отходы с низкой объёмной плотностью (фольга).

Кусковые – отходы, полученные при литье, прокатке, ковке, штамповке и обрезке (сюда не относятся шлаки, пыль, окалина, опилки и т.п.).

Стружка – отходы, образующиеся при обработке полуфабрикатов и изделий на металлообрабатывающих станках. Стружка делится на вьюнообразную (с длиной витка более 100мм), сыпучую (с длиной витка до 100мм) и смешанную, низкокачественную, состоящую из смеси вьюнообразной и сыпучей стружки и содержащую посторонние включения.

Порошкообразные – отходы, образующиеся при производстве металлических порошков и изделий из них.

Отходы потребления (лом) по источникам образования укрупнено делят на три группы:

Промышленные, транспортные и сельскохозяйственные (машины, оборудование, детали, изделия, инструмент).
Военные (самолетные, корабельные, ракетные, боеприпасы и другое военное имущество).
Бытовые (предметы домашнего обихода), образующиеся у населения.

Отходы потребления (лом) первой и второй групп образуют категорию амортизационного лома.

Аналогично отходам производства отходы потребления (лом) делят по физическим признакам.

В соответствии с ДСТУ 3211-95 (ГОСТ 1639-93) “Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Общие технические условия” отходы цветных металлов подразделяются на следующие классы:

Класс А — кусковые отходы, представленные в виде части объема заготовки из цветных металлов и сплавов, отделяемой при обработке металла давлением, раскрое, литье, а также лом – отходы потребления в виде изделий или их составных частей.

Класс Б — стружка цветных металлов и сплавов, представленная как отходы производства в виде узкого поверхностного слоя металла, отделяемого от заготовки при обработке резанием.

Класс В — порошкообразные и пастообразные отходы, образующиеся в процессе изготовления и обработки различных изделий.

Класс Г — прочие отходы.

Класс Ж — отходы кабеля и проводников тока.

Класс И — прочий лом сложный.

Класс Л — отходы биметаллов.

Класс Н — отходы катализаторов.

Лом и отходы цветных металлов подразделяются по видам металлов:

медь и медные сплавы;
алюминий и алюминиевые сплавы;
вольфрам, вольфрамсодержащие химические соединения, сплавы вольфрама;
кадмий; кобальт, его соединения и сплавы;
магний и магниевые сплавы;
молибден, молибденсодержащие химические соединения и сплавы;
никель и никелевые сплавы;
олово и оловянно-свинцовые сплавы;
ртуть и ее соединения;
свинец и свинцовые сплавы;
титан и титановые сплавы;
цинк и цинковые сплавы;
лом сложный;
лом бытовой.

Классы в зависимости от химического состава делятся на группы. В зависимости от вида металла количество групп различно; каждая первая группа представляет собой технически чистый металл, а каждая последняя — отходы низкокачественные. Каждую группу подразделяют на сорта, характеризующие качественные признаки лома и отходов: содержание металла, степень разделки, габариты, засорëнность.

К первому сорту относятся наиболее качественные лом и отходы, не требующие дополнительной подготовки для металлургического передела. Отходы первого сорта поставляют сортированые по маркам сплавов, а при возможности их пакетирования — в пакетах или же в пачках или стопках.

Второй сорт — отходы, состоящие из сплавов одной группы или марки, но засорëнность у которых выше, чем в первом сорте.

Третий сорт — отходы, поставляемые по группам сплавов, имеют засорëнность чëрными металлами или другими цветными металлами больше, чем во втором сорте.

Отходы цветных металлов, не отвечающие требованиям к сортам основных групп, но направляемые на переработку, относятся к низкокачественным. Максимальные размеры отдельных кусков низкокачественных отходов не должны превышать 1000•1000•2000мм (по соглашению с потребителем допускается сдача отходов, превышающих указанные размеры и массу).

Медь, алюминий, свинец, цинк и их сплавы составляют ~ 95% заготавливаемых в настоящее время отходов цветных металлов. Остальная часть заготавливаемых лома и отходов представлена титаном, никелем, магнием, оловом, вольфрамом, кадмием, кобальтом, молибденом, ртутью или их соединениями и сплавами.

Разновидностями сложного лома являются освинцованный кабель и провода с медной или алюминиевой жилами, кабель с алюминиевой оболочкой и медной жилой. Наиболее многокомпонентными из сложных видов является лом или брак радиоаппаратуры и электротехнических изделий.

Бытовой лом содержит в основном сплавы меди, алюминия, магния, никеля, олова, свинца и цинка.

Отнесение отходов к какой-либо классификационной группе требует опробования сырья, которое включает комплекс операций по отбору и подготовке пробы для определения засоренности, металлургического выхода и химического состава. Под засорëнностью понимают наличие механических примесей (включая влагу и масло) в ломе и отходах, под металлургическим выходом — выход цветного металла или сплава в процентах при плавке шихтовых материалов. Лом может иметь приделки, т.е. детали из стали, чугуна,
неметаллического материала, а также цветного металла и сплава, отличающегося по химическому составу от лома, с которым они соединены.

Эффективность использования вторичного сырья тесно связана с его подготовкой и переработкой, тем более что свыше 60% заготавливаемых лома и отходов цветных металлов сдается как низкокачественное сырье. Для получения качественных металлов и сплавов оно должно быть подвергнуто первичной обработке, под которой понимают операции пиротехнического и радиационного контроля, а также совокупность процессов сортировки, разделки и приведения лома и отходов к соответствующей массе и размерам.

Сырье, флюсы и состав шихты в производстве вторичных медных сплавов

Лом и отходы медных сплавов, содержащие олово, цинк, свинец и другие компоненты, используют для выпуска вторичных бронз и латуней.

Бронза внешне отличается от лома других медных сплавов по характеру изделий. Это в основном детали машин, несущие значительные нагрузки: вкладыши подшипников, венцы червячных шестерен или арматура ответственного назначения, художественное литье и т. д.

Отходы бронз — это главным образом стружка.

Оловянные бронзы в зависимости от содержания олова меняют цвет от желтовато-розового при 2% олова до розоватокоричневого при 9—11%. С дальнейшим повышением содержания олова цвет переходит сначала в серый, а затем при 30— 35% в белый. По условиям поставки лом и отходы оловянных бронз разделяются на три сорта: сорт первый (не ниже 6% Sn), сорт второй (не ниже 2% Sn), сорт третий (неразделанный и засоренный лом).

Алюминиевые бронзы имеют цвет от бледно-желтого до желтовато-коричневого, бывают как в литом, так и в деформированном виде. Необработанное бронзовое литье имеет большие усадочные раковины. Условиями поставки сырья выделяются отходы прокатных бронз Бр.А5; Бр.А7.

Свинцовистая бронза в зависимости от содержания свинца имеет цвет от серовато-коричневого до темно-серого. Поставляется отдельными партиями с паспортом.

Латунь может быть в виде литья (арматура, художественные изделия), но в значительно большем количестве она поступает в деформированном виде (отходы труб, прутков, лент, листов; стреляные гильзы, радиаторы, домашняя утварь). Латуни двухкомпонентные при низком содержании меди имеют зеленый цвет, с повышением содержания меди цвет переходит в желтый и затем в розовый (томпак). Латунное сырье делится на три группы:

Группа I (лом и кусковые отходы непаяные и нелуженые). Эту группу можно отличить по отсутствию полуды и паяных швов. В первом сорте содержится не менее 62% Cu. Это отходы листов, труб, проволоки, военный лом — гильзы. Сюда относятся также томпак и полутомпак, легко отличимые по цвету. Ко второму сорту относятся свинцовистые латуни.
Группа II (лом и кусковые отходы паяных и луженых, а также оловянных латуней). Основным признаком этой группы является полуда и следы пайки. Сорт 1-й разделанный лом, 2-й — не разделанный лом.
Группа III (латунная стружка с паспортом).

Кремнистая латунь имеет серовато-желтый цвет. Твердость большая — напильник скользит по поверхности лома. Необработанное литье имеет большие усадочные раковины. Поставляется отдельными партиями с паспортом. Марганцовистая латунь имеет розовый цвет. Поставляется отдельными партиями с паспортом. Алюминиевые латуни имеют зеленовато-желтый цвет. Поставляются партиями с паспортом.

Разделка лома

Лом и металлические отходы медных сплавов, поступающие на производство вторичных сплавов, подвергаются следующей подготовке.

Бронзовый лом, негабаритный по размерам или вследствие чрезмерно большого веса, режут дисковыми пилами или разделывают электродуговой резкой; иногда разбивают под копром в холодном или нагретом виде. При небольших масштабах работы применяют местный нагрев в наиболее уязвимых местах разделываемого лома посредством пламени керосинореза. Мелкий бронзовый лом разделывают на аллигаторных ножницах.

Латунный лом — радиаторы и прочий лом разделывают пневматическим инструментом и режут на приводных ножницах. Используемые для целей охлаждения воды или каких-либо других жидкостей радиаторы, устанавливаемые на автомобильных, тракторных, танковых и авиационных двигателях, состоят из охлаждающей решетки в виде набора трубок и пластин, кожуха из латуни или листовой стали, нижней и верхней коробок из латуни или стали.

Рис. 98. Решетки радиаторов

Охлаждающие решетки делаются из латуни и томпака. Решетки с воздушными трубками (рис. 98, а) имеют набор круглых трубок длиной по толщине радиатора и диаметром 6—8 мм, развальцованных на краях квадратом или шестигранником. Концы трубок спаиваются. В радиаторах этого типа охлаждающий воздух проходит внутри трубок, а охлаждаемая жидкость — между трубками в перпендикулярном направлении. Решетки с водяными трубками (рис. 98, б) отличаются тем, что в них охлаждаемая жидкость проходит в трубках, а воздух — между трубками.

В некоторых типах радиаторов трубки или пластины могут быть из черного металла.

По характеру металла решеток радиаторный лом разбивается на группы:

латунные радиаторы;
томпаковые радиаторы;
комбинированные (латунь и томпак) радиаторы;
радиаторы с железными частями в решетке.

Различают радиаторы по их назначению: авиационные, имеющие круглую, овальную или полуовальную форму; автомобильные, тракторные и танковые, имеющие прямоугольную форму. Бывают небольшие радиаторы, применяемые для охлаждения в системе смазки двигателей.

Радиаторы разделывают посредством пневматического инструмента и ножниц. Рубка позволяет отделить кожух, нижнюю и верхнюю коробки, патрубки. Охлаждающую решетку режут на аллигаторных ножницах, после чего она поступает на пакетирование в пакет-пресс.

Бытовой латунный лом разделывают пневматическим инструментом: отделяются детали из прокатного материала от литых, например, от корпусов самоваров отделяют поддоны, ручки, краны, конфорки, изготовленные из литейных сплавов.

Крупный медный лом (паровозные топки) режут на дисковых пилах или рубят пневматическим инструментом.

Для разделки медного кабеля имеются специальные станки, простейший из них представляет собой стационарно установленную дисковую пилу, посредством которой разрезают стальную броню и свинцовую обкладку кабеля, после чего извлекают медные жилы. Для отделения изоляции медные провода подвергают обжигу, иногда после обжига применяют грохочение через крупное сито для отделения обуглившегося материала.

Сортировка

Сортировка сплавов на медной основе требует большого внимания и опыта. Характер сплава оценивается по форме изделия, по цвету, излому и т. д. Капельное опробование облегчает распознавание сплавов. Может использоваться электролитический метод определения элементов в медных сплавах, основанный на явлении электролиза, при этом в электролит переходят ионы элементов с испытуемого образца, присутствие которых вызывает окрашивание при воздействии реактивами.

Рис. 99. Схема установки для электролитического капельного метода определения сплавов

Схема действия прибора для электролитического определения показана на рис. 99. Установка состоит из 4-в батареи 1, катода 2, анода 3, прокладки 4. Анод подключают к положительному полюсу батареи и устанавливают на испытуемый образец 5. Катод, изготовленный из алюминия, подключают к отрицательному полюсу батареи и устанавливают на образец через прокладку, пропитанную электролитом. В течение нескольких секунд пропускают ток, затем снимают прокладку и, положив ее на вогнутое стекло, подвергают действию одной-двух капель реактива. Происходит характерное окрашивание, указывающее на присутствие определенных элементов. Составы электролитов и реактивов, материал прокладки, время прохождения тока и цвета окрашивания приведены в табл. 46.

Таблица 46 Материалы, применяемые при электролитическом определении металлов

Наиболее точным методом распознавания медных сплавов является стилоскопнческий метод. В качестве пробы используются анализируемые детали. Работу ведут с постоянным медным электродом.

Присутствие кремния в сплаве можно заметить по характерной слегка отскакивающей корочке, образующейся на поверхности лома при обжиге электрической дугой.

Определение состава лома медных сплавов начинают с цинка. Отсутствие цинка или присутствие его в небольших количествах указывает на то, что сплав не латунь, а оловянная или безоловянная бронза. Последующая проверка содержания олова позволяет отделить оловянные бронзы от специальных бронз. Содержание цинка до 16% указывает, что это томпак или полу- томпак, латунь ЛО90-1 или оловянноцинковая бронза. Группу томпака и полутомпака отделяют при полном отсутствии олова, латунь ЛО90-1 при содержании до 0,75% Sn и, наконец, оловянноцинковые бронзы при содержании свыше 2% Sn. Отобранную оловянную бронзу разделяют на группы по содержанию олова. При содержании цинка свыше 16% могут быть только латуни — двойные или специальные. Специальные бронзы и латуни после проверки компонентов (алюминия, железа, марганца, свинца, кремния, никеля) делят на соответствующие сплавы.

Таблица 47 Классификация сырья медных сплавов по содержанию основных компонентов сплава Таблица 47 продолжение
Классификация сырья медных сплавов по содержанию основных компонентов сплава

По содержанию важнейших элементов сырье может быть разделено на следующие группы (табл. 47).

сырье, содержащее олово, предназначается для производства бронз ОЦС;
сырье, содержащее цинк и не имеющее, кроме меди, других компонентов, предназначается для производства латуней и как подшихтовочный материал для бронз;
сырье, содержащее алюминий, предназначается для производства алюминиевых бронз;
сырье, содержащее марганец, предназначается для производства марганцевых латуней;
сырье, содержащее кремний, предназначается для производства кремнистых латуней.

При отсутствии анализа лома содержание основных компонентов при расчете шихты принимают на основании данных, установленных практикой (табл. 48).

Таблица 48
Ориентировочный состав оловосодержащего сырья

Стружку различных медных сплавов подготавливают раздельно для каждого сплава. Вьюнообразную стружку «паук» измельчают в дробилках. Для удаления масел используют центрифуги. Стружку сушат в сушильных барабанах, затем обрабатывают на магнитных сепараторах для извлечения механической примеси железа, после чего брикетируют.

Военный лом на заводы должен поступать в обезвреженном виде. Для лучшей гарантии от попадания взрывоопасных предметов на заводах должен быть проведен повторный пиротехнический контроль.

Контроль осуществляется пиротехниками поштучным осмотром деталей в ломе. Мелкий лом (винтовочные и револьверные гильзы), при контроле которых бывает недосмотр (попадание гильз с непрострелянными капсюлями), пускают на обжиг в специальную вращающуюся барабанную печь.

Листовые отходы подлежат пакетированию на гидравлическом пакет-прессе.

Легирующие материалы

В производстве вторичных сплавов на медной основе применяют следующие легирующие материалы.

Олово — чушковое олово (первичное); переплавленная оловянная фольга; олово, снимаемое с консервных банок; оловянносвинцовые сплавы.

Свинец — кабельный свинец, рольный свинец.

Цинк — переплавленный лом цинка.

Кремний — кристаллический, ферросилиций.

Марганец и ферромарганец.

Железо — стальная стружка, биметалл.

Флюсы

При плавке вторичного сырья на медной основе применяются флюсы, способные растворять окислы или понижать вязкость шлаков. К таким материалам относятся: плавиковый шпат (CaF₂), образующий легкоплавкие расплавы, кальцинированная сода (Na₂CO₃), понижающая температуру плавления и вязкость силикатных шлаков, и криолит (Na₃AlF₆), растворяющий окись алюминия.

При чистой шихте применяют бой обыкновенного технического стекла с добавкой буры (Na₂B₄O₇).

В качестве силикатного флюса можно использовать гранулированный шлак шахтных печей после плавки медного сырья.

На заводах по производству вторичных медных сплавов применяются следующие составы флюсов, %:

Плавка оловянных бронз

Гранулированный шлак шахтных печей …..60—70

Плавиковый шпат ……………………………………10—20

Кальцинированная сода …………………………..10—20

Плавка латуней

Кальцинированная сода ………………………50—60

Плавиковый шпат ……………………………….30—40

Бура или бой стекла …………………………….5—10

Плавка алюминиевых бронз

Расчет шихты

Металл при плавке теряется вследствие окисления и механического захвата в процессе скачивания шлаков. При плавке медных сплавов потери отдельных компонентов неодинаковы. Наибольшему окислению подвергаются: цинк, алюминий, марганец, кремний, железо. Металлы, содержащиеся в шлаках, могут быть извлечены последующей плавкой в шахтной печи.

Таблица 49 Потери металлов при выплавке медных сплавов, %

В табл. 49 приведены потери металлов при производстве сплавов, учитываемые в расчетах шихты.

Расчет шихты для производства литья из бронзы Бр.ОЦС6-6-3 плавкой в отражательной печи

В бронзе содержание олова и цинка в пределах 5—7%, содержание свинца 2—4% (см. табл. 23). Берут среднее содержание компонентов: 6% Sn; 6% Zn; 3% Pb; Cu — остальное. Расчет ведут на 1 т готового металла.

Содержание олова в шихте

Необходимое количество олова с учетом угара 3%

Всего олова в шихте нужно иметь 60 кг + 1,8 кг = 61,8 кг.

Содержание цинка в шихте с учетом угара 17%

Содержание свинца в шихте при угаре 3%

Содержание меди определяют по разности. Общий вес шихты, принимая потери металлов 5%,

тогда необходимое количество меди 1050 — (61,8 + 70,2 + 30,9) = 887,1 кг.

Количество шихты, готового металла и потерь для производства 1 т бронзы можно представить в виде баланса (табл. 50).

Таблица 50 Баланс металлов при плавке бронзы ОЦС6-6-3

Если бы бронзу изготавливали только из чистых металлов, данный баланс завершал бы расчет шихты. При плавке бронзы из вторичного сырья рассчитанные количества основных компонентов необходимо набрать из различных сплавов, исходя из имеющегося сырья. Недостающие количества компонентов в шихте восполняют первичными металлами. Содержание элементов во вторичном сырье принимают на основании химических анализов. Приблизительный состав сырья, не имеющего анализа, принимают по табл. 48. Расчет шихты из вторичного сырья с подшихтовкой первичных металлов приведен в табл. 51.

Таблица 51 Шихта для производства бронзы ОЦС6-6-3

Если в процессе плавки экспресс-анализ покажет содержание какой-либо смеси выше допустимого, необходимо сплав рафинировать с целью снижения содержания примеси до предела, допускаемого стандартом, или разбавить содержание примеси введением меди.

Расчет шихты для производства бронзы Бр.ВАЖМц в электрической печи

Расчет производится на 1 т сплава. Содержание компонентов в сплаве следующее: 9,2% Al; 1,5% Mn; 3% Fe; Cu — остальное.

Необходимое количество алюминия при угаре 3% составит

Необходимое количество марганца при угаре 10% будет

Необходимое количество железа при угаре 4% составит

Содержание меди в шихте подсчитывают по разности с учетом основных компонентов и примесей. Общее количество шихты при потере металлов 4% равно 1040 кг/т. Расчет шихты из вторичного сырья с подшихтовкой первичных металлов в качестве примера приведен в табл. 52.

Таблица 52 Шихта для производства Бр.ВАЖМц

Расчет шихты для производства кремнистой латуни ЛК в отражательной печи

Расчет производится на 1 г сплава. Содержание компонентов в сплаве следующее: 3,5% Si; 19% Zn; Cu — остальное. Необходимое количество кремния с учетом угара 18% составит

Необходимое количество цинка с учетом угара 20% будет

Количество шихты при общей потере металлов 8% составит

Содержание меди подсчитывают по разности.

Таблица 53 Шихта для производства латуни ЛК

В табл. 53 приведен пример расчета шихты для производства латуни ЛК из вторичного сырья.

Производство меди из вторичного сырья

Производство меди из вторичного сырья состоит из следующих переделов:

Подготовка сырья к плавке.
Шахтная плавка, осуществляемая с целью восстановления меди из окислов и для разделения в расплавленном виде продуктов плавки — металла и шлака. Получаемый в процессе шахтной плавки металл называется черной медью. Кроме меди, в нем содержатся примеси других металлов.
Конвертирование черной меди с дополнительной переработкой некоторой части вторичного сырья, вводимого в конвертер в качестве холодных присадок. В этом процессе из черной меди удаляется основная масса примесей и получается черновая (конвертерная) медь, содержание меди в которой 96—98%.
Огневое рафинирование, осуществляемое для удаления примесей из конвертерной меди. Медь после огневого рафинирования разливают в аноды для последующего электролитического рафинирования. Содержание меди в анодах (анодная медь) составляет в среднем 99,2%.
Электролитическое рафинирование, в результате которого получается высококачественная катодная медь.

Сырье и его подготовка

Для производства меди используют сырье, относящееся по ГОСТ 1639—48 к группе низкокачественного лома и отходов меди и сплавов на медной основе, сорт II и вне сорта.

Крупный лом и отходы — сырье крупных габаритов в виде неразделенного лома с большим содержанием стали и прочих примесей, а также отходы литейного производства: выломки из ковшей, печные «козлы» — разбивают под копром, режут автогенной или электродуговой резкой на куски, допускающие завалку их через загрузочные окна шахтных печей.

Мелкий лом и отходы (всевозможный лом и отходы меди и медных сплавов, значительно засоренные сталью, пластмассами. лакокрасочными покрытиями и т. д.) непосредственно направляют в шахтные печи.

Военный лом. Гильзы винтовочные, револьверные, охотничьи и другие, поступающие в смешанном виде или значительно засоренные, должны пройти пиротехнический осмотр, после чего их направляют на плавку в шахтные печи.

Латунные отходы. Нешихтовая латунь: высечка, лента, обрезки, отходы труб, стружка. Латунные отходы используют в качестве холодных присадок при конвертировании.

Шлаки литейного производства, содержащие корольки меди и медных сплавов, окислы меди и другие химические соединения ее, подвергают грохочению на сите с отверстиями в 15 мм. Мелочь после грохочения направляют на спекание, крупные шлаки — в шахтные печи.

Сора. Содержащими медь сорами называется мелкий сыпучий материал (отработанные формовочные земли), в котором имеются корольки металла и сплески, мелкие шлаки, наждачная пыль от абразивной обработки литья, сметы меднолитейных цехов и др.

Обогащение отходов

Для обогащения сора и шлаки в отдельных случаях можно подвергать сухому или мокрому измельчению в шаровой мельнице, а затем грохочению на сите 1 мм. Класс +1 мм в зависимости от содержания в нем металла или считают готовым концентратом, или подвергают дальнейшему обогащению на отсадочной машине. Класс —1 мм далее обогащают на концентрационном столе.

Спекание

Мелкое сыпучее сырье не пригодно для переработки в шахтной печи, так как оно в значительной степени выносится с отходящими газами или плотно слеживается в шахте печи и затрудняет выход газов. Поэтому мелкое сырье спекают для получения агломерата — спеченных пористых кусков. Поступающие на переработку сора обычно содержат мелкую металлическую стружку и другие вещества, окисляющиеся при спекании и выделяющие при этом тепло. В состав шихты, подвергающейся спеканию, вводят горючие вещества в виде каменноугольной мелочи или древесных опилок и шлакообразующие вещества из расчета получения жидкоплавких соединений, способствующих спеканию.

Технологический процесс спекания сырья в чашах состоит в следующем.

Для обеспечения однородности состава агломерата различные партии соров смешивают.

Шихта для спекания обычно имеет следующий состав, %:
Сора……………………………………………………………………………….. 60
Медистая окись цинка от пылеулавливания ………………….. 10
Мелкая стружка (стальная или загрязненная латунная) … 5
Оборотный агломерат (мелочь)……………………………………… 10—15
Гранулированный оборотный шлак ……………………………… 10—20
Угольная или коксовая мелочь ……………………………………… 2—4

Шихту увлажняют до содержания влаги 8—10%, затем смешивают в смесителе или в дезинтеграторе. Подготовленную таким образом шихту подают в тележку с бункером, называемую загрузочной кареткой. На колосники спекательной чаши загружают тонкий слой известняка, поверх которого из бункеров каретки высыпается шихта. Шихту укладывают равномерным слоем толщиной 20—30 см по всей поверхности чаши. Поверх слоя шихты насыпают древесную стружку и опилки, которые зажигают забрасыванием небольших кусков раскаленного агломерата от предыдущего цикла спекания.

Процесс спекания продолжается 60—90 мин., после чего шибером отключают систему отсоса, приводят в действие механизм поворота чаши, при этом агломерат вываливается на наклонную колосниковую решетку и раскалывается на куски.

Годный агломерат должен быть прочным, пористым и содержать не более 10—15% мелочи.

3. Вторичное сырье цветных металлов

Все более заметную роль в общих сырьевых ресурсах цветной металлургии играют вторичные ресурсы или ресурсы отходов цветных металлов. Можно считать, что треть основных цветных металлов производится из вторичного сырья и эта доля с годами будет неизбежно увеличиваться.

Ресурсы отходов цветных металлов и сплавов - часть фонда цветных металлов и сплавов, перешедшая в категорию отходов к моменту, на который определяется фонд. При этом под отходами цветных металлов и сплавов подразумеваются остатки цветных металлов и сплавов, образующиеся в процессе производства (отходы производства), потребления и эксплуатации продукции (отходы потребления или лом), утратившие первоначальные потребительские свойства.

Отходы производства - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства.

Отходы потребления (лом) - изделия и материалы, потерявшие потребительские свойства из-за физического или морального износа.

Различают оборотные отходы - часть отходов цветных металлов и сплавов, предназначенная для использования в местах ее образования, и товарные отходы - часть отходов, предназначенная для реализации на внутреннем рынке и для экспорта. Основными методами расчета ресурсов лома и отходов, от есть вторичного сырья цветных металлов, являются нормативный, расчетно-аналитический и расчетно-статистический.

При этом под вторичным сырьем цветных металлов и сплавов подразумевается лишь та часть отходов цветных металлов и сплавов, повторное использование которых технически возможно и экономически целесообразно.

Увеличение производства цветных металлов из рудного сырья сопряжено со значительными трудностями: ограниченностью и невосполнимостью запасов руд многих металлов; снижением содержания металла в рудах на 20-50 % в последнее десятилетие; большими капитальными затратами на разработку новых месторождений, строительство рудников, обогатительных фабрик и металлургических предприятий; большими топливно-энергетическими затратами при производстве цветных металлов; возрастанием капитальных и эксплуатационных затрат на природоохранные объекты.

Преимущества получения цветных металлов из отходов по сравнению с их получением из рудного сырья характеризуется следующими показателями: содержанием металла в сырье, извлечением в готовую продукцию, расходом топливно-энергетических ресурсов, количеством отходящим газов, которое определяет капитальные и эксплуатационные затраты на их очистку.

Большое количество видов отходов и разнообразие технологий их переработки как вторичного сырья определяют необходимость четкой их классификации.

Классификация отходов - разделение отходов цветных металлов по физическим, химическим свойствам и качеству. Отходы цветных металлов и сплавов делят на классы, группы и сорта. Класс - классификационная группа, объединяющая отходы по физическим признакам; группа - объединяет отходы по химическим признакам; сорт - объединяет отходы по признакам качества.

По источникам образования отходы производства можно разделить на: отходы металлургического передела (шлаки, съемы, сплесы и др.); отходы прокатного передела (обрезь концов, стружка, опилки, окалина и др.); отходы механической обработки литья, прессованных изделий, поковок и т.д. (стружка, высечка, обрезь, облой и др.); отходы производства оцинкованного железа и белой жести (обрезь, изгарь, зола и др.); отходы химического производства (отработанные катализаторы, шламы); отходы, получаемые при изготовлении и ремонте твердосплавного инструмента (пылевидные и кусковые); отходы процессов горячего и электролитического покрытия (изгарь, шламы).

Отходы потребления (лом) по источникам образования укрупненно делят на три группы: лом промышленный, транспортный и сельскохозяйственный (машины, оборудование, детали, изделия, инструмент); лом военный (самолетный, корабельный, ракетный, боеприпасы и другое военное имущество); лом бытовой (предметы домашнего обихода), образующийся у населения. Лом первой и второй групп образует категорию амортизационного лома.

Аналогично отходам производства отходы потребления (лом) делят по физическим признакам на: взрывоопасные, обезвреженные: габаритные; негабаритные; легковесные (самолетный лом, лом изделий, изготовленных из листового проката); тяжелые - лом с высокой объемной плотностью (лом литья и поковок); сложные - лом соединенных изделий или их частей из двух или более цветных металлов и сплавов; кусковые - разделанный лом, а также изделия из цветных металлов, размеры которых не превышают установленных ГОСТом.

В соответствии с ГОСТ 1639-78 “Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Общие технические условия”, отходы цветных металлов подразделяются на следующие классы:

Класс А - кусковые отходы, представленные в виде части объема заготовки из цветных металлов и сплавов, отделяемой при обработке металла давлением, раскрое, литье, а также лом - отходы потребления в виде изделий или их составных частей.

Класс Б - стружка цветных металлов и сплавов, представленная как отходы производства в виде узкого поверхностного слоя металла, отделяемого от заготовки при обработке резанием.

Класс В - порошкообразные и пастообразные отходы вольфрама, кобальта, молибдена и их сплавов, образующиеся в процессе изготовления и обработки различных изделий.

Класс Г - прочие отходы.

Класс АК - отходы белой жести и лом луженой тары.

Класс АЛ - отходы свинцовых аккумуляторов (кислотных).

Класс Ж - отходы кабеля и проводников тока.

Класс З - листовая обрезь титана и его сплавов

Класс И - прочий лом сложный.

Класс К - отходы щелочных аккумуляторов.

Класс Л - отходы биметаллов.

Класс М - отходы алюминия, покрытые селеном.

Класс Н - отходы катализаторов.

Отходы ртути и ее соединений из-за особенностей их физического состояния имеют особую классификацию:

Класс Д - ртуть отработанная.

Класс Е - твердые ртутьсодержащие отходы.

Лом и отходы цветных металлов подразделяются по видам металлов: алюминий и алюминиевые сплавы; вольфрам, вольфрамсодержащие химические соединения, сплавы вольфрама; кадмий; кобальт, его соединения и сплавы; магний и магниевые сплавы; медь и сплавы на медной основе; молибден, молибденсодержащие химические соединения и сплавы; никель и никелевые сплавы; олово и оловянносвинцовые сплавы; ртуть и ее соединения; свинец и свинцовые сплавы; титан и титановые сплавы; цинк и цинковые сплавы; лом сложный; лом бытовой.

Классы в зависимости от химического состава делятся на группы. В зависимости от вида металла количество групп различно; каждая первая группа представляет собой технически чистый металл, а каждая последняя - отходы низкокачественные. Каждую группу подразделяют на сорта, характеризующие качественные признаки лома и отходов: содержание металла, степень разделки, габариты, засоренность.

К первому сорту относятся наиболее качественные лом и отходы, не требующие дополнительной подготовки для металлургического передела. Отходы первого сорта поставляют разделенными по маркам сплавов, а при возможности их пакетирования - в пакетах, пачках или стопках.

Второй сорт - отходы, состоящие из сплавов одной группы или марки, но с засоренностью выше, чем в первом сорте.

Третий сорт - отходы, поставляемые по группам сплавов, имеют засоренность черными металлами или другими цветными металлами больше, чем во втором сорте.

Масса пакетов, пачек или стопок всех групп (или марок) и сортов не должна превышать: для алюминия и алюминиевых сплавов - 150 кг, для металлов и сплавов других видов - 250 кг. Масса отдельных кусков для всех металлов и сплавов - не более 100 кг, размеры не более 600х600х1500 мм.

Отходы цветных металлов, не отвечающие требованиям к сортам основных групп, но направляемые на переработку, относятся к низкокачественным. Максимальные размеры отдельных кусков низкокачественных отходов не должны превышать 1000х1000х2000 мм (по соглашению с потребителем допускается сдача отходов, превышающих указанные размеры).

В зависимости от физического состояния отходы могут быть представлены следующими видами.

Отходы алюминия и его сплавов: кусковые отходы, бракованные детали (штампованные, литые, кованые), шины, проволока, проводники тока, брак заготовок, чушки переплавов, обрезь труб, листов, лент, профилей, высечка лент и листов, проволока и провода сталеалюминиевые, фольга, стружка, съемы и шлаки алюминиевых сплавов, алюминиево-наждачная пыль. Алюминиевые отходы могут быть чистыми (не засоренными другими металлами и сплавами), засорены черными и цветными металлами, иметь приделки (металлические и неметаллические), покрытия другими металлами, изоляцией, краской, засорены влагой, маслом, смазочно-охлаждающими жидкостями.

Отходы меди и сплавов на медной основе: кусковые отходы, брак литых, кованых и штампованных деталей, обрезь, высечка листов, лент, труб, решеток и проволоки, проводники тока без изоляции и с изоляцией, латунные радиаторные трубки, капсульные втулки, гильзы для винтовок, карабинов, револьверов, пушек, радиаторы автомобильные, тракторные, самолетные, якоря электродвигателей, радиаторы с железными охлаждающими пластинами, проволока, проводники тока и кусковые отходы медестальные, стружка сыпучая в брикетах, вьюнообразная, смешанная, шлаки, “козлы”, печные выломы, сора, пропиловка, медная и медно-графитовая пыль, лом и отходы биметаллов. Отходы меди и ее сплавы могут быть чистыми и засорены неметаллическими материалами, цветными металлами и сплавами, черными металлами, а также иметь покрытие в виде полуды, пайки, изоляции и лака, разную массу.

Отходы свинца и свинцовых сплавов могут быть представлены в виде чушек переплавов, брака заготовок, обрези рольного свинца, отходов проката и проволоки, лома кабельной оболочки, лома и кусков типографических сплавов, кальциевых баббитов, лома и отходов свинцовых аккумуляторов (в том числе решеток и клемм), аккумуляторов без баков, крышек и прокладок, лома аккумуляторов с медными пластинами, лома серебросодержащих аккумуляторов, а также аккумуляторных шламов, стружки свинца, кальциевых и свинцовосурьмянистых баббитов, шламов, съемов, изгари, пыли, шлаков, глета, пасты, золы, тировых земель и др. Отходы свинца и свинцовых сплавов могут быть чистыми (не засоренными другими металлами и сплавами), засорены черными металлами, другими металлами и сплавами, содержать влагу.

Отходы цинка и цинковых сплавов могут быть представлены в виде кусковых отходов, стружки и прочих цинксодержащих отходов. Кусковые отходы включают лом прокатного цинка, мерных листов, типографские клише, обрезь листов, лент, проволоки, труб, обоймы подшипников, снарядные пробки, втулки, карбюраторы. Лом и кусковые отходы могут быть с полудой и пайкой. Стружка может быть одной марки сплава, одной группы сплавов, смешанная. Прочие цинксодержащие отходы представлены гартцинком, изгарью, съемами, цинкосвинцовой изгарью, цинксодержащими шламами и отходами различного химического состава, в которых содержится цинк. Отходы цинка и его сплавов могут быть чистыми (одной группы сплавов), засорены черными и другими металлами и сплавами, а также влагой, маслом и другими неметаллическими материалами.

Алюминий, медь, свинец, цинк и их сплавы составляют  95 % заготавливаемых в настоящее время отходов цветных металлов. Остальная часть заготавливаемых лома и отходов представлена титаном, никелем, магнием, оловом, вольфрамом, кадмием, кобальтом, молибденом, ртутью или их соединениями и сплавами. Отходы этих металлов могут быть в виде кусковых, стружки, порошков, слитков, высечки, пасты, пыли, окалины, съемов и сплесов и т.д.

Разновидностями сложного лома являются освинцованный кабель и провода с медной или алюминиевой жилами, кабель с алюминиевой оболочкой и медной жилой, пули свинцовые с мельхиоровой или биметаллической оболочкой, кадмийникелевые аккумуляторы, алюминиевый лом после снятия селена. Наиболее многокомпонентным из сложных видов является лом или брак радиоаппаратуры и электротехнических изделий.

Бытовой лом содержит в основном алюминий, магний, медь, никель, олово, свинец, цинк.

тнесение отходов к какой-либо классификационной группе требует опробования сырья, которое включает комплекс операций по отбору и подготовке пробы для определения засоренности, металлического выхода и химического состава. Под засоренностью понимают наличие механических примесей (включая влагу и масло) в ломе и отходах, под металлургическим выходом - выход цветного металла или сплава в процентах при плавке шихтовых материалов. Лом может иметь приделки, то есть детали из стали, чугуна, неметаллического материала, а также цветного металла и сплава, отличающегося по химическому составу от лома, с которым они соединены.

Эффективность использования вторичного сырья тесно связана с его подготовкой и переработкой, тем более что свыше 60 % заготавливаемого лома и отходов цветных металлов сдается как низкокачественное сырье. Для получения качественных металлов и сплавов оно должно быть подвергнуто первичной обработке, под которой понимается совокупность процессов сортировки, разделки, пиротехнического контроля и приведения лома и отходов к соответствующим массе и размерам.

Читайте также: