Объем отходов, содержащих редкие и цветные металлы и их сплавы, из года в год возрастает и исчисляется величинами от десятков килограммов до сотен тысяч тонн в год. Поэтому вопросы рационального и комплексного использования вторичных сырьевых ресурсов приобретают все большее значение в общем балансе производства металлов.
Таблица 1. Основные виды вторичного сырья редких металлов.
| Источники образования вторичного сырьяМеталлургическая и химическая промышленностьЭлектротехническа я, электронная и радиотехническая промышленностьМашиностроение судостроение авиационная и космическая промышленность | Виды втор. отходы производства Шлаки, шламы, пыли, кеки, илы, съемы, золы. Маточные и травильные растворы, отработанные электролиты. Некондиционные металлы, сплавы, солиОпилки, сколы, обрезь, высечка, шлифпорошки. Некондиционные сплавы, соединения, изделия. Бракованные микросхемы, модули, приборыСтружки, опилки, шлаки, пыли, высечка, режущий инструмент. Растворы. Бракованные узлы изделий | ганого сырья отходы потребления Металлургическое оборудование и приборы, выработавшие срок эксплуатации: печи, насосы, реакторы, контрольно-измерительные и регулирующие приборыТехнологическое оборудование и приборы, вышедшие из строя в процессе эксплуатации и не подлежащие ремонтуСамолеты, машины, выработавшие срок эксплуатации. Узлы и агрегаты, заменяемые при ремонте |
На захоронение или используются в виде строительного материала; отходы 1 - пыли, шламы, кеки и съемы, растворы, образующиеся в процессе производства, бракованные металлы, сплавы и соли - в основном содержат металл и компоненты, которые присутствуют в исходном сырье или введены с реагентами в процессе его обогащения и переработки. Они могут быть переработаны на предприятии, производящем данный металл. Более сложными по составу являются отходы 2 - стружки, опилки, высечка, обрезь, проволока, шлифпорошки, травильные растворы и особенно отходы 3 - стружка, опилки, бракованные узлы машин, приборов и механизмов, поскольку в их состав могут входить искусственные материалы - пластмасса, резина, бумага, отсутствующие в природе. Они содержат в большом количестве Fe, Ni, Cr (конструкционные материалы), Pb, Sn, Zn (припои), Си и Al (провода). Поэтому переработка отходов 3 вызывает наибольшие трудности и требует создания новых, специальных технологий для их обогащения и извлечения ценных компонентов. Еще больше проблем возникает при переработке вторичного сырья - приборов, машин и аппаратов, бывших в эксплуатации. Поскольку в процессе эксплуатации может существенно изменяться вещественный и фазовый состав вторичного сырья (испарение, взаимная диффузия металлов и др.), возможно накопление токсичных и взрывоопасных соединений, загрязнение продуктами смазки и окисления. Это требует дополнительных операций, особенно на стадии обогащения.
Для переработки многокомпонентного вторичного сырья, разрабатывается, как правило, несколько альтернативных схем. Они подвергаются опытно-промышленной проверке, а затем выбирается схема, оптимальная по технико-экономическим, экологическим и другим показателям [2].
Для правильной организации сбора, хранения, обезвреживания, обогащения и переработки вторичного сырья необходимо знать его состав, количество и свойства, поэтому различные виды сырья необходимо классифицировать. Все вторичное сырье делится на три основные группы: 1 - твердое; 2 - жидкое; 3 - газообразное [2]. .
По физическим признакам отходы цветных металлов делятся на четыре класса: А - лом и кусковые отходы; Б - стружка, проволока; В - порошкообразные и пастообразные; Г - прочие отходы
Кроме основных четырех классов существуют специальные классы для наиболее распространенных видов вторичного сырья: АЛ - лом и отходы свинцовых аккумуляторов; АК - лом, отходы, покрытые оловом (луженые); 3 - отходы, содержащие титан, высечка, обрезь; Ж - отходы кабельной промышленности; Н - отходы катализаторов; Е - ртутьсодержащие отходы; К - отходы щелочных аккумуляторов [2].
По химическому составу вторичное сырье делится на группы и марки. Группы характеризуют состав вторичного сырья. Чем больше номер группы, тем ниже содержание основного компонента и сложнее химический состав. Так, к первой группе относится черновой вольфрам, содержащий 96-98% W, ко второй группе - сплав вольфрама с рением (10% Re), а к третьей группе - отходы твердых сплавов, содержащие до 40% W.
Марки указывают на состав данного вида сырья. Например, Су-00 - металлическая сурьма; ВР-10 - сплав вольфрама с 10% рения; ВНЖ - сплав вольфрам (90%), никель (6%), железо (4%); АГО-1 - арсенид галлия.
Кроме классов, групп и марок отходы делят на три сорта:
1-й сорт может быть подвергнут обработке непосредственно без специальной подготовки и обогащения;
2-й сорт имеет более высокую засоренность неметаллическими материалами и черным металлом (до 10%);
3-й сорт характеризуется наличием включений черных металлов и имеет высокую засоренность. Такое сырье требует обязательной первичной обработки.
На многие виды вторичного сырья, содержащего редкие металлы, государственный стандарт не разработан, на них имеются отраслевые стандарты (ОСТ) или технические условия (ТУ), которые служат критерием во взаиморасчетах предприятий и при выборе технологической схемы обогащения и переработки.
Жидкие виды вторичного сырья также классифицируют, разделяя на токсичные и нетоксичные; содержащие и не содержащие органические соединения; кислые, щелочные или нейтральные. Кроме того, жидкие отходы можно классифицировать по содержанию ценных компонентов: А - богатые травильные растворы; Б - растворы отработанных электролитов; В - промывные и сточные воды; Д - маточные растворы. В зависимости от вида жидкого сырья выбирается соответствующая технологическая схема обезвреживания, обогащения и переработки [2].
Промышленные газообразные отходы (ПГО) подразделяют на токсичные и нетоксичные. Причем токсичные газообразные отходы подразделяют на ПГОх - содержащие токсичные вещества в виде твердых частичек, пыли и ПГОг - содержащие токсичные вещества в виде паров и газов. ПГОТ, соответственно, делятся на отходы, содержащие твердые вещества неорганического происхождения - ПГОТМ (асбест, соли минеральных кислот) и ПГОТО, содержащие пылевидные вещества органического происхождения. Аналогично ПГОГ могут содержать газообразные токсические вещества неорганического (ПГОГМ) и органического (ПГОГО) происхождения. Кроме того, ПГОГОМ могут содержать органические соединения в состав которых входят фосфор, сера, азот и галогены.
Такая классификация позволяет оценить экологические особенности данного вида отходов и правильно выбрать способ их обезвреживания и переработки [2].
Основные этапы переработки вторичного сырья определяются его видом. Переработка твердых отходов включает:
• контроль радиоактивности, взрывоопасности и токсичности сырья; •классификацию и выбор способов обогащения и обезвреживания отходов; •разработку экологически чистой, оптимальной схемы извлечения ценных компонентов из вторичного сырья.
Переработка жидких отходов и промышленных стоков включает:
• входной контроль и обезвреживание токсичных веществ (цианидов, хрома, ртути, органических веществ);
• нейтрализацию растворов (не обязательна);
• разработку оптимальной схемы обогащения и извлечения ценных компонентов.
Выбор способа измельчения, обогащения и переработки зависит от размера перерабатываемого сырья, его состава, требований к конечному продукту, наличия необходимых реагентов, достаточного количества воды и соответствующих энергоресурсов (природный газ, электроэнергия, уголь). Кроме того, учитывается наличие необходимого оборудования, квалификация технического персонала и рабочих предприятия, на котором планируется проводить обогащение и переработку.
Особо следует учитывать экологические проблемы. Выбранная схема должна характеризоваться минимальными объемами твердых отходов и сбросных растворов, предусматривать улавливание и утилизацию газообразных продуктов; по возможности не должны использоваться ядовитые вещества (ртуть, кадмий и др.) [2].
Сплавы редких металлов перерабатывают окислением, хлорированием, электролизом и гидрометаллургическим способом. Их переработка осложнена более высоким содержанием других металлов и взаимным влиянием компонентов сплавов на технологические процессы [2].
Их можно использовать и для переработки сплавов и кусковых отходов твердых сплавов. Применяемые в настоящее время инструментальные твердые сплавы базируются на карбидах вольфрама, титана и тантала или на смеси указанных соединений с добавлением связующего металла - кобальта. К кусковым отходам твердых сплавов относятся брак производства, неиспользованные части пластинок инструмента, их осколки и др. В последние годы развивается выпуск неперетачиваемого твердосплавного инструмента; в связи с этим масштабы переработки кусковых отходов увеличиваются [2].
1) Распространенный способ переработки кусковых отходов твердых сплавов - сплавление с NaNOs.
Недостатки способа - значительный расход реагентов, большое количество циркулирующих растворов, разнообразной специальной аппаратуры, выделение агрессивных газов (NO, N02) - ограничивают его применение. Этот метод целесообразно применять на предприятиях, перерабатывающих вольфрамовые концентраты.