AP09058297 Разработка новой безотходной технологии утилизации отходов горячего оцинкования с комплексным извлечением ценных компонентов
Актуальность:
Проблема защиты металла от коррозии является одной из важнейших технических задач. В числе большого количества известных способов защиты от коррозии является горячее оцинкование. Высокие цены на цинк, составляющие главную часть расходов в оцинковании, требуют экономного использования цинка и утилизации его отходов, в частности, изгари. Выход изгари составляет от 0,5 до 3,5 % от массы пропускаемых изделий. В нем остается до 30-40 % металлического цинка. Сложный химический состав изгари затрудняет дальнейшее ее использование. При переработке изгари большое значение имеет изучение поведения свинца, как одного из главных примесей, сдерживающей дальнейшее ее использование. Результаты работ не дают однозначной картины по удалению свинца. Нет данных по минимизированию содержания свинца в металлизированной и неметаллической части изгари. Не исследованы формы нахождения цинка, свинца и других металлов-примесей в оксидно-металлизированных расплавах, составляющих основу изгари. Остаются открытыми вопросы механизма распределения свинца между продуктами плавки металлической части и хлорирующей переработки неметаллической части изгари. Большой интерес для практики представляет разработка высокоэффективной технологии переработки изгари с комплексным извлечением цинка и его оксида в товарные продукты.
Цель:
Создание новой ресурсосберегающей экологически чистой, безотходной технологии переработки изгари с получением товарных продуктов с высокой добавленной стоимостью: компактных металлических слитков цинка и чистого порошка оксида цинка высокого качества («ноу-хау»), пригодного для приготовления пищевых добавок в корм для животных и птиц.
Ожидаемые результаты:
- Будет разработана новая безотходная технология комплексного извлечения цинка, свинца из отходов горячего оцинкования путем обработки изгари смесью хлорсодержащих реагентов с получением товарных продуктов с высокой добавленной стоимостью;
- Будут проведены укрупненно-лабораторные испытания по переработке изгари и цинксодержащих окисленных материалов цветной металлургии республики с высоким извлечением ценных металлов в товарные продукты;
- Будут получены новые научные знания в области хлорирующего восстановления цинк-, свинец содержащих твердых продуктов и определены оптимальные технологические параметры осуществления технологии переработки изгари.
Полученные результаты по 1 этапу календарного плана:
1) Впервые получены новые данные по формам нахождения металлов в отходах процесса горячего цинкования. Установлено, что наличие Si, Cu, As, Sb, Pb, Fe в изгари ведет к образованию сложных по составу устойчивых фаз, которые необходимо учитывать при разработке способа ее переработки. Показано, что во всех известных процессах цинкования изделий наблюдается образование значительного количества интерметаллидов цинка с металлами-примесями по типу ZnxMey (Me – Cu, As, Sb, Pb, Fe), наличие которых не позволяет получение чистого металлического цинка.
2) Проведен сравнительный анализ существующих способов переработки металлической части изгари, получаемых после оцинкования изделий и сделан выбор оптимальных параметров плавки: температура – 460-520 ºС; хлорирующий реагент – NH4Cl (расход в 1,5 раза больше от стехиометрии по реакциям хлорирования примесей). Установлено, что в интервале температур 460-520 ºС исключается возможность образования интерметаллидов (температура плавления интерметаллидов выше 560 ºС).
3) Получены новые данные по термодинамике взаимодействия компонентов изгари с хлоридами кальция и аммония. На основании термодинамических расчетов определены значения свободной энергии Гиббса и констант скорости реакций хлорирования металлического цинка и металлов-примесей с хлоридами кальция и аммония в температурном интервале 973…1373 К.
4) Установлено, что хлорирование примесей и глубокая их возгонка в форме хлоридов достигается при их взаимодействии с хлоридом аммония. Получены новые данные по поведению металлов-примесей (Cu, Pb, Fe, As, Sb) в процессе хлорирования. Показано, что использование хлорида аммония обеспечивает лучшие условия для глубокой возгонки примесей, чем хлорид кальция.
5) Установлены закономерности хлорирования свинца из его оксида хлористым кальцием. Показано, что в температурном интервале 1073…1373 К свободная энергия Гиббса реакции взаимодействия оксида свинца с хлоридом кальция меняется от ∆G1073K = –100,6 кДж/моль до ∆G1373K = –83,0 кДж/моль.
6) Установлено, что оптимальный расход хлорида кальция, необходимый для полного хлорирования оксида свинца составляет в 1,2 – 1,7 раза превышающий его расход по стехиометрии.
7) Разработана предварительная общая технологическая схема переработки изгари, включающая раздельную переработку металлической и оксидной части изгари с получением чистого металлического цинка и чистого порошка оксида цинка с минимальным содержанием примесей.
Список исполнителей:
- Койшина Гулзада Мынгышкызы - научный руководитель
- Жолдасбай Ержан Есенбайулы - главный научный сотрудник
- Каплан Аркадий - ведущий научный сотрудник
- Курмансейтов Мурат Бауыржанулы - старший научный сотрудник
- Тажиев Елеусиз Болатович - научный сотрудник
Список публикаций:
- Койшина Г.М., Жолдасбай Е.Е., Курмансейтов М.Б., Тажиев Е.Б. Выбор и обоснование технологии комплексной переработки изгари с получением товарных продуктов // Вестник КарГТУ. – 2021. – № 3 (84). – С. 87-93. DOI: 10.52209/1609-1825_2021_3_87
- Koishina G.M., Zholdasbay E.E., Kurmanseitov M.B., Tazhiev E.B., Argyn A.A. Study on the behavior of zinc and associated metal-impurities in the process of chlorinating roasting of dross // KIMS. – 2021. – №3 (318). – P. 71-80. DOI: 10.31643/2021/6445.30