Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введення

У світі постійно розробляють і вдосконалюють технології вилучення металів із вторинної сировини. Це обумовлюється наступними економічними та екологічними перевагами:

– зменшення обсягів матеріалів, які з руд;

– економія енергії через зниження потреби у видобутку і плавці;

– зниження забруднення грунту і води;

– збереження запасів цінксодержащіх руд.

У порівнянні з виробництвом первинного цинку, при рециклінгу зберігається від 54 до 99,5% енергетичних витрат.

1. Цинк та його сплави

Відповідно до ГОСТ 3640-94 випускається цинк восьми марок, хімічний склад яких вказано в табл.1.1


Таблиця 1.1 - Марки і хімічний склад (%) ГОСТ 3640-94 [1].
Позначення марок Zn не меньше Pb Cd Fe Cu Sn As Al Усього
ЦВ00 99,997 0,00001 0,002 0,00001 0,00001 0,00001 0,0005 0,00001 0,003
ЦВ 99,99 0,005* 0,002 0,003 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,01
ЦОА 99,98 0,01 0,003 0,003 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,02
ЦО 99,975 0,013 0,004 0,005 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,025
Ц1 99,95 0,02 0,01 0,01 0,002 0,001 0,0005 0,005 0,05
Ц2 98,7 1,0 0,2 0,05 0,005 0,002 0,01 0,010 1,3
Ц3 97,5 2,0 0,2 0,1 0,05 0,005 0,01 - 2,5

Цинк застосовують: для гарячого, хімічного і термодиффузионного оцинкування сталевих деталей; в поліграфічної промисловості; для виготовлення хімічних джерел струму; як легуючий елемент у сплавах, в першу чергу в латунях (сплав системи Cu-Zn), і як основу для цинкових сплавів.

Цинк застосовують: для гарячого, хімічного і термодиффузионного оцинкування сталевих деталей; в поліграфічної промисловості; для виготовлення хімічних джерел струму; як Латунь - був отриманий набагато раніше, ніж металевий цинк. Найдавніші латунні пред¬мети, зроблені приблизно в 1500 р до н.е. Зараз латунний сплав позначають буквою «Л», після чого слідують літери основних елементів, що утворюють сплав. У марках деформівних латуней перші дві цифри після букви «Л» вказують середній вміст міді у відсотках. Наприклад, Л70 - латунь, що містить 70% Cu. В разі легованих деформівних латуней вказують ще букви і цифри, що позначають назву і кількість легуючого елемента, ЛАЖ60-1-1 означає латунь з 60% Cu, леговану алюмінієм (А) в кількості 1% і залізом (Ж) в кількості 1%. Вміст Zn визначається по різниці від 100%. У ливарних латунях середній вміст компонентів сплаву у відсотках ставиться відразу після букви, що позначає його назву. Наприклад, латунь ЛЦ40Мц1,5 містить 40% цинку (Ц) і 1,5% марганцю (Мц)[2].

Цинк входить і до складу іншого давнього сплаву на мідній основі. Йдеться про бронзі. Раніше ділили чітко: мідь плюс олово - бронза, мідь плюс цинк - латунь. Тепер «межі стерлися». Сплав ОЦС-3-12-5 вважається бронзою, але цинку в ньому в чотири рази більше, ніж олова.

Zamak (ZAMAK, Zamac) - сімейство цинкових сплавів, легованих алюмінієм, магнієм і міддю, дуже широко використовуються в ливарному виробництві. Сплави цього сімейства відрізняються вмістом алюмінію приблизно в 4%. Абревіатура розшифровується як: zink - aluminium - magnesium - kupfer, - тобто, складається з перших букв німецьких позначень входять до сплав металлов.Сплави сімейства ZAMAK позначаються різними номерами (ZAMAK-1, 2, 3, 5, 7 і т. Д. ), - найбільш поширений сплав ZAMAK-3. Він має твердість по Брінеллю 97 одиниць, що порівняно з маловуглецевої сталлю (~ 120 HB). Межа міцності - 268 Мпа, модуль пружності - 96 ГПа, температура плавлення - 381 - 387 ° C, щільність - 6,7 г / см ?, коефіцієнт тертя - 0,07. Головна область застосування сплавів сімейства ZAMAK - лиття під тиском. Ці сплави мають низьку температуру плавлення (трохи вище, ніж у свинцю) і дуже хороші ливарні властивості, при цьому досить міцні (на рівні маловуглецевої сталі), що дозволяє отримувати досить міцні деталі з дуже складною формою.

Таблиця 1.2 - Хімічний склад ливарних цинкових сплавів, масова частка,%[3].
Елементи ZAMAK2 ZAMAK3 ZAMAK4 ZA8 SUPERLOY
Al 3,8...4,2 3,8...4,2 3,8...4,2 8,2...8,8 6,6...7,2
Сu 2,7...3,3 ?0,03 0,7...1,1 0,9...1,3 3,2...3,8
Mg 0,035...0,06 0,035...0,06 0,035...0,06 0,02..0,035 ?0,005
Pb 0,003 0,003 0,003 0,005 0,003
Fe 0,02 0,02 0,02 0,035 0,02
Cd 0,003 0,003 0,003 0,005 0,003
Sn 0,001 0,001 0,001 0,002 0,001
Si 0,02 0,02 0,02 0,035 0,02
Ni 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001

У всьому світі слово Zamak стало, по суті, синонімом цинк-алюмінієвих сплавів. У країнах колишнього СРСР для аналогічних сплавів використовується абревіатура ЦАМ: цинк - алюміній - мідь.

Список виробів, виготовлених із сплавів цього сімейства, досить широкий, і включає в себе: застібки-блискавки, корпусу карбюраторів, сантехнічні змішувачі, промислові степлери, всілякі дверні ручки і аналогічну фурнітуру, корпусу замків, масштабні моделі, ключки для гольфу, художню мініатюру, рибальські котушки, затвори вогнепальної (Hi-Point Firearms) і травматичного (Zoraki, Streamer) зброї, а також багато іншого.

Зростаючий дефіцит свинцю і олова змусив металлур¬гов шукати рецептури нових друкарських і антіфрікці¬онних сплавів. Доступний, досить м'який і относі¬тельно легкоплавкий цинк, природно, привернув увагу в першу чергу. Майже 30 років пошукових і ісследова¬тельскіх робіт передували появі антіфрікціон¬них сплавів на цинковій основі. При невеликих нагруз¬ках вони помітно поступаються і бабіту і бронзам, але в под¬шіпніках великовантажних автомобілів і железнодорож¬них вагонів, угледробілок і землечерпалок вони стали ви¬теснять традиційні сплави. І справа тут не тільки у відносній дешевизні сплавів на основі цинку. Ці ма¬теріали прекрасно витримують великі навантаження при великих швидкостях в умовах, коли бабіти починають фарбувати.

Друкарські сплави - сплави кольорових металів, що застосовуються в поліграфічному виробництві. Відрізняються низькою температурою плавлення і хорошими ливарними властивостями. З огляду на шкідливості свинцю для здоров'я працюючих почали застосовувати друкарські сплави на цинковій основі. Характеристики таких сплавів наступні:

  1. Tвёрдость по Брінеллю: до 120 кг / см 2 (значно більш високі механічні властивості, ніж у свинцевих друкарських сплавів);

  2. Температура плавлення 340 380 ° C

2. Області використання цинку

У світі використовується близько 9,5 млн. т цинку. Цинк виробляється і споживається, головним чином, у вигляді металу, хлориду, порошку, оксиду і сульфату. У табл. 2.1 вказані області споживання цинку в світі. Великими споживачами цього металу є Китай, США, Японія і країни Західної Європи.

Таблиця 2.1 - Області застосування цинку в світі,%
За продуктам По галузях
Оцинкована сталева продукція 41 Будівництво 48
Латунь 19 автомобілебудування 23
Цинкові сплави 16 Машинобудування 10
Порошок, оксид, солі 15 Товари народного споживання 10
Листи та інші напівфабрикати 7 інфраструктура 9
інше 2
всього 100 всього 100

Найбільша кількість цинку витрачається на оцинкування сталевих виробів: листів, смуг, дроту, труб, контейнерів, болтів, цвяхів. Інша важлива область споживання цинку - випуск латуні. Світова потреба в цинку для виготовлення латуні становить близько 2,1 млн. Т. При цьому у виробництві використовується 1 млн. Т первинного цинку, 600 тис. Т цинку, отриманого з відходів власного виробництва, і 500 тис. Т вторинної сировини. Таким чином, понад 50% цинку, який використовується у виробництві латуні, отримують з відходів [3] .

Найбільш численна і важлива група цинкових сплавів - це сплави для лиття, які використовують для виготовлення виробів широкого асортименту - від автомобільних компонентів до іграшок і моделей. Оксид цинку використовують для виробництва шин, гумотехнічної продукції, фарбувальних пігментів, керамічної глазурі, копіювального паперу. Зростає виробництво антикорозійного покриття, заснованих на використанні цинкових порошків в грунтах і фарбах. Антикорозійні покриття металевих виробів і конструкцій цинк наповненими грунтами і фарбами застосовуються в автомобільній, суднобудівній, нафтової, будівельної та інших галузях промисловості. Перевагою цинк наповнених грунтів і фарб є простота нанесення їх на вироби будь-яких габаритів, а також кращі захисні властивості. Хлорид цинку застосовується в лудінні, як паяльного флюсу і для сухих елементів електробатарей. Сульфат цинку використовується в текстильній, хімічній, металургійній промисловості. Перспективною сферою застосування цинку є виробництво цинк-повітряних і лужних елементів живлення. Цинк-повітряні елементи відрізняються найбільшою щільністю зі всіх сучасних технологій. В якості катодного реагенту в цих елементах використовується атмосферний кисень. Електролітом в цих елементах є гідроксид калію, що володіє високою провідністю. Найкраще такі елементи зарекомендували себе при тривалій роботі в малопотужних пристроях. В даний час розробляються способи застосування цинк-повітряних елементів живлення в електромобілях

3.Характеристика джерел вторинного цінксодержащіх сировини

Близько 30% від обсягу використаного цинку становить вторинний ме-талл. Збільшення виробництва цинку з вторинної сировини не спостерігається, оскільки більша його частина витрачається для антикорозійного покриття, звідки витяг цинку утруднено. Цим же пояснюється і найнижча серед цвет¬них металів частка збору (від теоретично можливого) відходів цинку.

Оскільки з цинку і його сплавів виготовляють полу¬фабрікати і вироби методами пластичної деформації і фасонного лиття, то відходи утворюються на всіх стадіях виробництва від гідро- і пірометалургійних до отримання готової продукції.

Металеві відходи представлені обріз прокатної продукції, відходами ливарного виробництва, висічкою, виштамповкою, стружкою. До цієї групи за вмістом цинку примикає і амортизаційний брухт виробів з цинку і цінко¬вих сплавів.

У кольоровій металургії при виробництві первинних міді, свинцю і олова з поліметалічних руд утворюються цинкоутримуючий (у вигляді оксиду) шлаки, пилу і возгони, які можна розглядати як вторинну сировину для вилучення цинку. Що містять цинк відходи (шлаки, знімання, жужелицею, пилу) утворюються також при виробництві лиття та прокату латуні і сплавів ЦАМ (система Zn-Al-Сu-Mg).

Величезні ресурси цінксодержашіх відходів, що утворюються при доменній плавці залізних руд, що містять цинк. У відновної атмосфері доменної плавки руди, окатишів або агломерату 95-98% Zn виводиться з печі з газами у вигляді возгонов, причому 70% цинку концентрується в тон¬кой пилу. Вміст цинку в ній збільшується в 20-30 разів у порівнянні з вмістом у вихідному матеріалі, що надходить на плавку, і досягає 10%. Крупність високоцінковістой пилу становить 0,15-0,055 мм, вона має високу гігроскопічність і містить 15-20% С. Що містять цинк шлами утворюються при уловлюванні пилу в мокрих пиловловлювачах.

4. Витягнете цинку з відходів чорної металургії

4.1 Переробка брухту і відходів оцинкованих сталевих напівфабрикатів

У світі на оцинкування сталевих напівфабрикатів і виробів витрачається близько 40% споживаного цинку. Отже, завдяки рециклінгу цинку, який покриває сталь, можна отримувати значні обсяги вторинного цинкового сировини.

В процесі гарячого цинкування сталевих напівфабрикатів цинк частково переходить в жужелицею, що знімається з поверхні ванни, і в гартцинк, що осідає на дно. Изгарь являє собою сипучий порошок, значна частина якого (близько 80%) має крупність більше 1 мм. Вміст цинку в изгари становить приблизно 75%, причому до 30% цинку знаходиться в металевій формі. Гартцинк, який отримують з дна ванн у вигляді шматків сріблястого або чорного кольору, є найбільш багатим по цинку відходом, що містить 90-95% цинку. При використанні в якості флюсу хлористого амонію утворюються нашатирного опад - самий низькоякісний вид цінксодержащіх відходів гарячого цинкування. Життєвий цикл відходів цинкування становить приблизно три місяці. Новий скрап утворюється або в виробництві оцинкованих листів, або при виготовленні автомобілів та іншої продукції. Старий скрап складається з використаних машин, електропобутових приладів, дорожніх бар'єрів, стовпів вуличного освітлення та ін. Життєвий цикл нового скрапу оцінюється в 1,6 місяці, старого скрапу у вигляді деталей машин - 10-15 років, елементів будівель - мінімум 25 років, громадських споруд - 20-100 років. Корпус сучасного автомобіля виготовляється, в основному, з оцинкованого сталевого листа. У Європі частка виробництва автомобілів з оцинкованим корпусом в 1980 р дорівнювала 10%, в 1990 - 45%, в 2000 - 70%. Разом з тим посилюються вимоги до утилізації використаного автотранспорту. Європейська директива по вийшли з експлуатації автомобілів зобов'язує в 2005 р переробляти 85%, в 2015 р - 95% ваги автомобіля. Переробку оцинкованого брухту зазвичай здійснюють плавкою в електро-дугових печах. Велика кількість цинку, що міститься в скрапе, може створити кілька проблем при плавці. Перша з них - випаровування пилу оксиду цинку в супроводі невеликої кількості свинцю і кадмію. Оксид цинку є шкідливим для здоров'я, тому необхідно встановлювати необхідну апаратуру для його уловлювання. У пил йде близько 98% цинку, решта металу залишається в ємності і створює другу проблему. Вона полягає в тому, що цинковий пар утворює, бульбашки в стали. Так як вміст цинку в ванні поступово збільшується, то ступінь пористості може зрости аж до зяючих дірок, які можна спостерігати в поперечному перерізі сталевого виробу [14] .

З цинкових пилу навчилися виготовляти корисну продукцію, напри-заходів, цинковий порошок, застосовуваний у виробництві фарби, лаку, глазурі і фарбуванні кераміки, скла, чорнила, косметики. Додатково з пилу витягають свинець, кадмій, залізо і кальцій. Традиційно цинкові пилу обробляють в Вельца-печах, що забезпечує досить високу витяг цинку. Однак вельцеваніе вимагає високої витрати коксу, значних капітальних витрат, пов'язаних, головним чином, зі складною системою пиловловлювання. В основі інших процесів лежать не термічні, а переважно хімічні методи переробки. Iterpro Zinc LLC пропонує додавати хлор або полівінілхлорид в піч, що дозволяє знизити температуру процесу децінкованія.

При видаленні цинку зі сталевого брухту підвищується можливість утилізації газів, що утворюються в процесі виробництва сталі, і усувається цинк в потоках стічної води. Таким чином, у виробництві цинку частка вторинного металу становить близько 30%. Найбільші переробники скрапу зосереджені, в основному, в країнах Європи і Азії [15] .

4.2 Каток пилу і шламів

На підприємствах чорної металургії в пилях і шламах доменного і сталеплавильного виробництв накопичується значна кількість цинку. Використання пилу і шламів як обігові матеріалів призводить до підвищення кон¬центраціі в них цинку, що ускладнює технологію виробниц-ства чавуну і сталі.

Щорічний сумарний світовий приріст Цинкоутримуючий пилу оцінюється в 10-15 млн. Тонн. Вміст цинку в такий пилу коливається в широкому діапазоні: від 2 до 20%.

Існуючі методи переробки такої пилу в основному або нерентабельні, або малоефективні [4], [5]. Можна виділити три групи технологій.

Перша група - технології не извлекающие цинк з пилу. До цих методів належать: агломерація, з подальшим поверненням в доменне виробництво і стабілізація шлаком або цементом. До плюсів обох технологій можна віднести тільки низьку собівартість. До мінусів методу агломерації відноситься неможливість виведення цинку з процесу, що призводить до його накопичення в вловлюється пилу, а то робить цей метод доцільним тільки при дуже низьких концентраціях цинку. Мінуси технології стабілізації - це відсутність вилучення цінних компонентів і неповне усунення можливості вилуговування важких металів атмосферними опадами.

Друга група - технології пірометалургійного вилучення. До цих технологій відносяться процеси вельцеванія, і технології: FASTMET, FASTMELT, Oxycup, PRIMUS, PaulWurth і ін. [8]

Існують також пірометалургічні методи засновані на отриманні та отгонке хлориду цинку [9]

Третя фупп - технології гідрометалургійного вилучення із застосуванням різних розчинників. Можна виділити кислотне і лужне вилуговування. Кислотні методи забезпечують високу витяг цинку, але при цьому одержувані розчини містять значну кількість домішок, особливо солей заліза. Виділення цинку з розчинів по даній технологи передбачається шляхом електролізу, що вимагає високого ступеня очищення розчину і викличе додаткові витрати [6] , [7] . В основному в даному методі використовують сірчану кислоту, так як вона дешевше і забезпечує більшу ступінь вилучення цинку ніж соляна і азотна [10] .

4.3 Переробка пилу за допомогою процесу «Плазмацінк»

Процес розроблений шведською фірмою «СКФ стіл» [13] і здійснюється в низькій шахтної печі, заповненої коксом. У робочий простір печі знизу через спеціальні пристрої вдувають суміш металургійної, що містить кольорові метали, і кам'яновугільної пилу. Подачу суміші в піч виробляють природним газом, нагрітим до 3500 o З плазмової пальнику.

Високі температури процесу і відновне середовище забезпечують повне відновлення оксидів металів і сублімацію металів, що мають високий тиск парів. Розпечений кокс виконує роль фільтра, що уловлює пилові частинки і пропускає газ з парами металів. Газ після конденсації пари і виділення з нього матеріалів використовують для вдування пилу спільно з природним газом [11] .

Дослідно-промислові випробування процесу були проведені на установці, що забезпечує виробництво в рік 20 тис.т цинку, 4,5 тис.т свинцю і 22 тис.т заліза з пилу, що містить,%: 22Zn; 5Рb і 26Fe. Витрата коксу на 1 т вка-заних металів склав 0,023; 2,2; 0,285т, а електроенергії - 3300; 0,1125 і 684,4кВт / ч відповідно [12] .

Окупність капітальних витрат на спорудження установки - 3 роки. Процес може бути застосований для переробки цінксодержащіх пилоподібних відходів чорної і кольорової металургії. Спосіб має значні переваги перед вельцеваніем цинкосодержащих відводів: невелика витрата кок¬са; невисокий вихід газів і невеликі капітальні й експлуатаційно-ційних витрати на їх отчистки; можливість отримання металевого цинку. Однак зазначені переваги явля¬ются потенційними, вони можуть бути реалізовані після повного освоєння процесу «Плазмацінк» [13] .

Висновки

У металургії є два види цінксодержащіх відходів: в першому цинк Розміщена основному у вигляді неметалічних сполук це шлак, шлам, с'ёми, пил, жужелицею и.т.п; другий це металеві відходи представлені обріз прокатної продукції, відходами ливарного виробництва, висічкою, виштамповкою, стружкою.

Переробка такої сировини переважно розвивається в двох напрямках:

  1. пірометалургійного витяг. В основному ці технології зводяться до високотемпературного відновлення оксидів цинку різними углеродсодержащими реагентами, з отриманням і наступним відгоном парів цинку.
  2. гідрометалургійне витяг із застосуванням різних розчинників.

Можна виділити кислотне і лужне вилуговування. Кислотні методи забезпечують високу витяг цинку, але при цьому одержувані розчини містять значну кількість домішок, особливо солей заліза. Виділення цинку з розчинів по даній технологи передбачається шляхом електролізу.

Список джерел

  1. Вышегородский Д.В. Мировой рынок: Вторичный цинк. Статья. Журнал « Уральский рынок металлов». №8. август 2003
  2. Сбор обработка вторичного сырья цветных металлов. Учебник или ву-зов/Колобов ГЛ., Бредихин ВН., Черновасе В.М. - М.: Металлургия. 1992. - 288 с.
  3. Грицай В.П., Бредихін В.М.,Червоний І.Ф.,Пожуєв В.І.,Маняк М.О.,Рабинович О.В., Шевелев О.І., Ігнатьєв В.С. Металургія кольорових металів. Металургія кольорових металів. Частина 5.Металургія важких металів. Книга 1. Технологія свинцю та цинку:підручник/ Грицай В.П., Бредихін В.М.,Червоний І.Ф.,Пожуєв В.І.,Маняк М.О.,Рабинович О.В., Шевелев О.І., Ігнатьєв В.С./За ред. д.т.н., професора Червоного І.Ф.-Запоріжжя,ЗДІА,2011.-480с.
  4. Валавин B.C., Юсфин Ю.С., Подгородецкий Г.С. Поведение цинка в агломерационном процессе // Сталь. 1988. №4. С. 12 - 17.
  5. Курунов И.Ф., Греков В.В., Яриков И.С. Производство и проплавка в доменной печи агломерата из жслсзоцинкосодсржащих шламов. // Черная металлургия. 2003. №9. С. 33-37.
  6. Гудим Ю.А., Голубев А.А., Овчинников С.Г., Зинуров И.Ю. Современные способы безотходной утилизации шлаков // Сталь. 2009, №7. с. 93-95.
  7. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве / B.C. Горшков, А.Е. Александров, С.И. Иващенко, В.С Горшкова. М.: Стройиздат, 1985. 272 с.
  8. Стовпченко Л.II., Пройдак Ю.С., Камкина Л.B. Современное состояние проблемы переработки пыли дуговой сталеплавильной печи. // III Международная конференция "Сотрудничество для решения проблемы отходов". Харьков.2009. - с. 61-63.
  9. Камил В., Ян С., Яна В. Отгонка цинка из сталеплавильной пыли // Операции химических технологий 2010. №21. с. 739-744.
  10. Оустадакис П., Тсакиридис П.E., Катслапи А., Агатзини-Леонардоу С. Гидрометаллургический процесс извлечения цинка из пыли электродуговой печи (ПЭДП), Часть 1: Характеристика и выщелачивание разбавленной серной кислотой // Журнал опасных материалов. 2010. №179. С. 5-8.
  11. Йан В., Стефан Я., Мичал Л. Извлечение цинка из отходов производства железа и стали традиционным выщелачиванием и с применением микроволнового излучения // Аста Монтанистиса Словаса. 2011. №16. С. 185-191.
  12. Худяков И.Ф., Дорошкевич А.П., Карелов С.В. Металлургия вторичных тяжелых цветных металлов. – М.: Металлургия, 1987. – 528с.
  13. Теслицкая М.В., Разгон Е.С. Новые способы переработки цинксодержащего сырья за рубежом. – М.:ЦНИИЭИЦМ. – Вып. 1, 1984. – 43с.
  14. Пинаев А.К., Мальцев В.Д., Трубачев В.И.//Цветная металлургия. Бют.НИТ. – 1982. - №19. – с.30-31.
  15. Медведева Л.Д, Аверина Н.Н., Сапрыгин А.Ф. / Цветные металлы. - 1981. - № 9. - С,32-33.