Термическая переработка лома аккумуляторов
Опубликовано Редактор 26-10-2006 (1597 прочтений)На схеме 1 представленны примерные технологические этапы переработки лома цветных металлов.
Схема 1. Структура переработки лома цветных металлов.
В зависимости от чистоты, габаритных размеров заготавливаемого лома, его категории и вида, те или иные этапы могут быть заменены в порядке исполнения или исключены. Каждый этап переработки требует задействования специализированной техники.
Необходимо отметить, что советская плановая экономика уделяла большое внимание проблемам утилизации вторичных металлов. Переработкой вторичного сырья занимались специализированные металлургические заводы, заводы по обработке цветных металлов и предприятия первичной металлургии, которые был оснащены для этой цели необходимым оборудованием.
Проводилось и теоретическое обоснование процессов переработки металлолома. Капитальными работами в данной области являются следующие труды: Семенов Г.А., Ефремов H.JL, Баранов М.И. «Организация заготовки и переработки лома и отходов цветных металлов» (М.: Металлургия. 1981 г.), Худяков И.Ф., Дорошкеви А.П., Кляйн С.Э. «Технология вторичных цветных металлов.Учебник для вузов» (М.: Металлургия. 1981 г.). Койбаш В.А., Резняков А.А. «Оборудование предприятий вторичной цветной металлургии» (М.: Металлургия. 1976 г.), Шкляр М.С. «Печи вторичной цветной металлургии» (М.: Металлургия, 1987 г.).
Большую практическую помощь оказывали разработанные Министерством цветной металлургии СССР ГОСТ 1639 -78 (взамен ГОСТ 1639-71 и ГОСТ 13222-86) и Справочные таблицы засоренности лома цветных металлов (Министерство цветной металлургии. 1971 г.).
Перестройка дала возможность массовому частному предпринимательству в сфере заготовки и переработки вторичных цветных металлов. Но не многие вновь образованные специализированные предприятия могли использовать теоретический багаж и тем более освоенную технику, просто за неимением таковых. Технологии использовались донельзя упрощенные, как и приспособлени и механизмы, выполненные на производственной площадке умельцами. Извлечение выгоды коммерческим предприятием диктовало прохождение металлоизделий всех этапов утилизации, однако эффективность их была недостаточна.
Автор, например, наблюдал следующую технологическую цепочку утилизации электродвигателей: разделка корпуса с применением гаечных ключей, кувалды и зубила, статор или ротор с медной оплеткой подвергается обжигу в костре, после выгорания изоляции осуществляется обрубка витков проволоки и ее выемка из пазов с помощью пассатижей, алюминиевые крылышки оперения спиливаются ножовкой по металлу или сбиваются зубилом. Т.о. электродвигатель разделен на сталь (чугун), алюминий, медь.
Однако, жесткие условия конкурентной борьбы, ускоряют процесс механизации перерабатывающего производства. Производства по переработке вторичных металлов оснащаются специальным импортным оборудованием, развивается рыно оборудования б/у, ломозаготовительные предприятия осваивают станки и оборудование собственного изготовления («Горыныч» - установка обжига статоров, печь плавильная разделительная черных и цветных металлов. ООО «Металлокомплекс». г.Выборг), развиваются производства средств производства для потребителей («ИРИСмаш», г.Воронеж, оборудование для разделки кабеля, трубок теплообменников, лома аккумкляторов и пр.). вновь востребованы восстановленные и новые прессы-пакетировщики С-12 (R1CO). БА-1330 (ДонПрессМаш).
В настоящее время внимание ломозаготовителей все более привлекает переработка лома, имеющая постоянный источник образования; стремление достичь наибольшей эффективности в придании лому товарного вида, ведут к включению в производственный процесс плавильных агрегатов. Кроме того, современной тенденцией перерабатывающих цветной металлолом предприятий является сращивание ломозаготовительного и плавильно-литейных процессов.
Необходимым в промышленности металлом является свинец и его соединения. Для получении 1 тонны свинца из природного сырья требуется примерно 1000 тон породы, топлива, воды, воздуха и других компонентов!
Свинец же является одним из постоянно образующихся от деятельности человека отходов. По Классу АЛ. Группа I-II ГОСТ 1639-93 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Общие технические условия» данный отход классифицируется как свинец аккумуляторный. При достаточном уровне образования этого вида лома и потребности промышленности в подготовленном вторичном сырье - утилизация аккумуляторов является процессом весьма непростым, хотя и более выгодным, нежели первичное получение материала.
Сложность переработки лома свинца объясняется его химическим и структурным составом (Таб. 1-Таб.3.).
Таб. 1. Химический состав вторичного свинцового сырья, %.
| Компоненты | Аккумуляторный лом | Изгарь | Шламы | Пасты | Шлаки, штейны | Тировые земли | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| неразделанный | |||||||
| Pb | 56 | 64-75 | 65-92 | 50-60 | 30-75 | 13-35 | 1,0-10 |
| Sb | 3,0 | 3,0-5,5 | 0,5-10 | 0,5-1,2 | 0,1-0,5 | 0,5-2,5 | 0,1-0,5 |
| Sn | - | 0,1 | 0,1-1,0 | 0,5-2,5 | 0,1-0,8 | 0,2-0,6 | - |
| FeO | 0,8 | 0,8-1,0 | 2,0-4,0 | 2,0-4,0 | 3,0-4,0 | 4,0-12 | 13-18 |
| CaO | 0,3 | 0,5-1,5 | 2,0-10 | 1,0-2,0 | 4,0-6,0 | 3,0-6,0 | 1,0-3,0 |
| SiO 2 | 2,3 | 2,8-4,0 | 5,0-16 | 3,0-6,0 | 6,0-12 | 10,0-15 | 14-18 |
| Al 2 O 3 | 1,1 | 1,2-1,6 | 2,0-6,0 | 2,0-4,0 | 2,0-4,0 | 3,0-5,0 | 6,0-8,0 |
| S | 4,0 | 5,5-8,0 | - | - | - | 1,0-15 | - |
| Cl | 1,8 | 1,5-2,2 | 0,5-1,0 | 12,0-16 | 0,5-2,0 | 1,0-2,0 | - |
Таб. 2. Структурный состав аккумуляторного лома и содержание свинцовых соединений.
| Пластины, контакты, перемычки (сурьмянистый свинец) | 50% | |||||||||
| Масса положительных пластин | PbO 2 - 90%, PbO - 7%, PbSO 4 - 3% | |||||||||
| Масса отрицательных пластин | Pb - 95%, PbO - 3%, PbSO 4 - 4% | |||||||||
| Шламы | Pb - 70% | |||||||||
| Эбонит, полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид, пек, ткани (блоки, крышки, пробки, уплотнители и т. п.) | 20-25% | |||||||||
| Засоренность батарей: -с электролитом; | 50% | |||||||||
| -без электролита в эбонитовых моноблоках; | 45% | |||||||||
| -без электролита в термопластовых моноблоках | 40% | |||||||||
Таб.3. Справочная таблица засоренности лома свинца.
| № | Вид лома | Средняя засоренность, % | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Всего | В том числе | ||||
| Железо | Масло | Прочее | |||
| 1 | Аккумуляторы автомобильные, тракторные, танковые без электролита: | ||||
| - в эбонитовых баках; | 45 | - | - | 45 | |
| - в деревянных ящиках с эбонитовыми баками | 55 | - | - | 55 | |
| 2 | Аккумуляторы авиационные в эбонитовых баках, | ||||
| неразделанные | 45 | - | - | 45 | |
| 3 | Аккумуляторы морские в эбонитовых баках, | ||||
| неразделанные | 35 | - | - | 35 | |
| 4 | Лом аккумуляторов: свинцовые пластины автомобильных, тракторных и танковых аккумуляторов с эбонитовыми и деревянными прокладками и эбонитовыми крышками | 25 | - | - | 25 |
| 5 | Пластины свинцовые автомобильных, тракторных, танковых и самолетных аккумуляторов с эбонитовыми и деревянными прокладками | 20 | - | - | 20 |
| 6 | Пластины свинцовые морских аккумуляторов с сепараторами (прокладками) | 17 | - | - | 17 |
| 7 | Лом аккумуляторов: свинцовые пластины без прокладок | 15 | - | - | 15 |
| 8 | Свинец кабельный, снятый механическим путем | 2 | - | - | 2 |
| 9 | Свинец кабельный, выплавленный из кабеля обжигом в чушки | 1 | - | - | 1 |
| 10 | Пломбы свинцовые отработанные | 3 | - | - | 3 |
| 11 | Противовесы железнодорожных скатов (свинцовые в железной оболочке) | 68 | 68 | - | - |
| 12 | Свинец рольный, разделанный | 1 | - | - | 1 |
| 13 | Свинец рольный с электрованн: | ||||
| - неразделанный | 5 | - | - | 5 | |
| - разделанный | 2 | - | - | 2 | |
| 14 | Трубы свинцовые, разделанные | 5 | - | - | 5 |
Алгоритм переработки аккумуляторного лома можно свести к краткой схеме:
Сх.2. Этапы переработки аккумуляторного лома.
По виду используемой для плавки сплавов энергии, все плавильные печи делят на топливные и электрические (рис.1, рис. 2).
Рис. 1. Топливные плавильные печи: а -- тигельная; б -- отражательная; в - шахтно-ванная
Рис. 2. Электрические печи (сопротивления и индукционные): а - тигельная; б - отражательная; в - индукционная тигельная: г- индукционная канальная
Так как температура плавления свинца 327°С, а при его рафинирования температура расплава не должна превышать 600°С, свинцовые расплавы не поглощают газов и химически не активны, то для термической переработки свинцового лома подходят все типы печных агрегатов.
Выбор того или иного оборудования основывается на следующем:
- объемы переработки;
- наличие, мощности и экономичность определенных энергоносителей;
- эксплуатационные затраты;
- затраты на охрану окружающей среды;
- уровень качества выходного продукта (насыщенность технологического процесса).
Для переработки аккумуляторного лома с достаточной эффективностью можно применять отражательные печи (рис.1-б, рис. 2-б), технологический процесс в которых сводится к простому расплавлению свинцового металлолома и получению на выходе, так называемого, чернового свинца, загрязненного примесями сурьмы, олова, меди, серы, алюминия, железа, цинка и т.д. Удаление этих примесей, сведение содержания соединений к определенным нормам (рафинирование) позволяет повышать марку свинца (ГОСТ 3778-93).
Отражательная пламенная печь на жидком топливе (Санкт-Петербург. Завод им.К.Либкнехта), емкостью 4.5 т по свинцу обеспечивает выход годного 9 т/смену период загрузки и плавки составляет 3.5 часа, слив в чугунные изложницы через летечное отверстие.
При использовании тигельных печей сопротивления или топливных (рис.1-а, рис. 2-а), плавка ведется в чугунных либо стальных тиглях. Преимуществом тигельных печей перед отражательными является отсутствие прямого контакта нагревательного элемента и расплава, что снижает процент потерь металла, ограничивает окисляемость металла.
Свинец быстро остывает, что зачатую создает проблему с его разливкой. Тигель для разливки может доставаться из печи, либо тигельная печь может быть наклоняемой, так же может использоваться специальный насос для перекачки свинца. Эти возможности позволяют обойти проблему обмерзания леточного отверстия отражательной печи. Так же в тигельной печи проще вести процессы рафинирования.
Однако отражательная печь позволяет перерабатывать большие объемы металлолома (стандартные тигли имеют объем до 0.5 т), использовать более «грязные» лома. В отражательных печах отсутствует необходимость замены прогоревшего (разрушившегося) тигля
Летучие соединения свинца опасны для организма (ПДК - 0.0003 мг/м.куб). Отражательная печь, в сравнении с тигельной, в обязательном порядке оснащаетш системой удаления аспирационных и технологических газов, которые создают необходимую для режима горения тягу и отводят от околопечного пространства загрязненные газы.
Положительные свойства отражательных и тигельных печей совмещают в себе печи барабанного типа (Рис.З). Опытная наклонная (15°) короткобарабанная печь Силина («Экопромкомплекс»), при имеющихся габаритах 0 наруж/внутр=1300/900 мг\ L наруж/внутр = 2200/1800 мм. емкость 3 т по свинцу (20% - флюс), обеспечивает производительность 1,5 т/час, при мощности газовой горелки 83.5 кВт.
Лом аккумуляторов заготавливается при условии слива из баков электролита (ГОСТ 1639-93, таб.61). Однако, утилизация самих баков для ломозаготовителей является важной проблемой. В большинстве случаев, баки просто разрушаются и затем вывозятся на полигоны ТБО. Что безусловно увеличивает общие затраты на переработку лома цветных металлов.
Интересным, в данном случае, является использование шахтно-ванной конструкции плавильного агрегата (рис.1-в). Подобные печи позволяют производить термическую переработку неразделанного аккумуляторного лома, включающего и баки.
Шихта шахтной плавки имеет примерно следующий состав: 60% -аккумуляторный лом в сборе, 25% - мелкое свинцовое сырье (изгарь, шлам, шлак, дроссы, пластины аккумуляторов и т.п.), 15% - флюсы и кокс. Шихта загружается слоями: мелкое сырье - нижний слой, кокс - средний слой, аккумуляторы -верхний слой.
Горячее дутье подается в печи со стороны ванны на шахту. Это позволяет осуществлять просушку сырья и матер и аз о в и постепенную стабильную плавку свинца. Так же это способствует снижению содержания свинца в шлаках.
Органические вещества (емкости и баки) так же сжигаются, при этом процесс горения становится автогенным, органика горит с выделением дополнительного тепла, что в свою очередь позволяет использовать меньшее количество топлива на форсунки и кокса в шихте.
Расплавленный свинец из шахты переходит в ванну, где подвергается экспресс-анализу и рафинированию.
Потери свинца при шахтной плавке не превышают 2%.
Сравнительные характеристики шахтной плавки и плавки свинца в печи сопротивления приведены в Таб.4.
Таб.4. Расход материалов на 1 т свинцово-сурьмянистого сплава (Верхневийский завод цветных металлов).
Сырье н материалы |
Шахтная плавка |
Плавка в печи сопротивления |
|---|---|---|
Аккумуляторный лом, кг |
1800 |
1515 |
Различные компоненты, кг |
563 |
70-80 |
Электроэнергия, кВт ч |
242 |
600-700 |
Всего |
2363 |
1585-1595 |
Слабым звеном шахтно-ванной плавки является экологический аспект. При термическом разложении органики образуются так называемые фураны и диоксины - летучие бензольные соединения, весьма вредные для окружающей среды и человека.
Образуются они в определенном временном графике и определенных температурах. Обойти эти контрольные точки - процесс очень сложный технологически. Выходом из ситуации является использование процесса дожигания отходящих газов и установки системы эффективных дорогостоящих фильтров.
Т.о., перерабатывающее предприятие, используя шахтно-ванную печь для утилизации аккумуляторов существенно снижает затраты, исключив из технологического процесса этап подготовки и разделки аккумуляторного лома, уменьшая расход энергоносителей, с другой стороны - возрастают затраты на мероприятия по охране окружающей среды и здоровья людей.
Опыт строительства Завода по переработке отработанных аккумуляторных батарей в составе ОАО «Тюменский аккумуляторный завод» показал, что затраты на природоохранные мероприятия составили до 50% от объема капитальных затрат. Выполнения всех мероприятий по защите окружающей среды и их рентабельность возможна при превышении объема переработки в 20 тыс. т свинца в год.
Электротермическая плавка свинцового аккумуляторного лома позволяет в 3-4 раза сократить объем отходящих технологических газов, в 4-5 раз, по сравнению с барабанной и шахтной печью - эксплуатационные затраты на газоочистку, до 7-5 % сокращается выход отвальных шлаков и содержание в них свинца, сурьмы, уменьшается расход кокса.
Электротермическая печь Северо-Западного свинцового завода емкостью 1,29 м.куб. обеспечивает суточную производительность в 7-9 т по свинцу (шихта -аккумуляторный лом, изгарь, шлам, пыль оборотная, сода, коксовый орешек) при потребляемой мощности 400 кВт и расходе электродов 10-13 кг на т шихты.
Установка снабжена системой циклонов, кассетных и рукавных фильтров для очистки технологических газов, системой водоохлаждения агрегатов печи и очистных агрегатов.
Современное состояние сферы производства плавильного оборудования позволяет предложить переработчикам аккумуляторного лома все типы упомянутых выше печей («Экта» - дуговые печи, «Накал» - тигельные печи сопротивления. «Рэлтек» - индукционные печи, «Металлокомплекс» -отражательные стационарные и тигельные печи. «Литейный Двор» -короткобарабанные печи, индукционно-канальные печи). Существует рынок вторичного оборудования, представители иностранных фирм осуществляют поставку импортного оборудования («Политег»). Возможно приобретение дополнительного оборудования: насосы для перекачки свинца, разливочные лини! изложницы, конвейеры. Производится в России и оборудование, предназначенное для разделки аккумуляторов, кабеля и т.п., то есть, подготовки вторичного свинца переплаву (ИРИСмаш).
Научно-технический потенциал ряда российских инженерных предприятий (ВНИИцветмет, «Гинцветмет». Институт металлургии Уральского отделения РАЬ и др.) позволяет разработать конструкцию плавильного комплекса, правильно выбрать технологию переработки свинцового лома, рассчитать экономические и экологические риски.
Выбор, по какому пути идти, занимаясь утилизацией лома аккумуляторов, остается за заготовителями и переработчиками металлолома.
Ищенко Альберт Александрович
Генеральный директор ООО "Металлургический информационный центр анализа и развития" (МИЦАР)
