23 апреля 2016г.
Второй по объему потребления свинца, после производства аккумуляторов, является кабельная промышленность [9]. Свинец в кабельной промышленности применяется при изготовлении оболочек
электрических кабелей для защиты кабеля от коррозии, влаги, перегрева. Кроме того, из свинцовых сплавов изготавливают муфты для соединения кабелей, электрические предохранители и другие детали.
Среднее содержание свинца в ломе слаботочного кабеля составляет 50-55%, силового кабеля – 45%,
силового бронированного кабеля – 30-35%. [6]
Основным материалом для оболочек и покрытий из свинцового сплава является технически чистый свинец, представляющий собой мягкий блестящий металл плотностью 11,4 кг/м3, имеющий температуру плавления 327°С. В сравнение с другими металлами свинец характеризуется малой химической активностью и высокой коррозионной стойкостью
Большое количество свинца используется для покрытия листов и поверхностей для защиты их от коррозии, а также для уменьшения радиационного фона (ГОСТ 9559-89). На промышленных предприятиях, в медицине (рентгенографический кабинет), в исследовательских лабораториях для защиты от рентгеновского излучения применяют свинцовые листы, рентгенозащитные панели, окна, двери, ширмы, ставни, свинцовые блоки, кирпичи и др. изделия. К примеру, толщина свинцового покрытия рентгенозащитной панели 0,5-4 мм, окон и дверей 1-7,5 мм. [5]
Посредством свинцевания на поверхности металлов наносят слой свинца (для защиты от коррозии, уплотнения посадок): при изготовлении кровельного материала, при изготовлении бензобаков, узлов и деталей различных изделий и аппаратуры.
Свинец, наряду с медью и алюминием, является наиболее рециклируемым металлом. В настоящее время 60% товарного свинца получают при переработке вторичного свинецсодержащего сырья. В процессе рециклинга свинца наравне с вопросом повышения эффективности ее извлечения стоит вопрос об извлечении и других цветных металлов без потерь. Актуальность необходимости извлечения цветных металлов из вторичного сырья подтверждается данными Табл.1.
Таблица 1 Официальные цены на металлы в мире на 2015 г. по данным Лондонской биржи металлов LME [11]
|
Металл
|
Средняя цена
|
|
US $ / тонна
|
Тыс. руб / тонна
(12.2015)
|
|
Алюминий
|
1671
|
117,000
|
|
Медь
|
5481
|
383,670
|
|
Свинец
|
1847
|
129,290
|
|
Никель
|
11767
|
823,700
|
|
Олово
|
16737
|
1171,600
|
|
Кобальт
|
28000,00
|
1960,000
|
|
Молибден
|
17300,00
|
1121,000
|
В связи с этим, авторами была предпринята попытка поиска и разработки оптимального гидрометаллургического метода извлечения цветных металлов из вторичного сырья. Предметом исследования послужил лом кабеля со свинцовым покрытием.
В настоящее время лом кабеля подготавливается перерабатывается в основном механическим и термическим способом, и основной целью при этом является извлечение токопроводящего материала. При этом места соединений, деформаций и др. помехи приводят к использованию ручного труда. [7]
Авторами была разработана методика удаления свинцовой оболочки раствором уксусной кислоты и перекиси водорода. Эффективность методики был проверена рядом экспериментов.
Исследование процесса взаимодействия свинца с раствором уксусной кислоты и перекиси водорода
проводились авторами в несколько этапов при различных значениях концентрации реагентов, времени взаимодействия и температуре.
Растворение свинца в растворе уксусной кислоты и перекиси протекает следующим образом:
1. Взаимодействие металла с окислителем:
Pb + H2O2 = PbO + H2O
2. Взаимодействие оксида с кислотой:
PbO + 2CH3COOH = Pb(CH3COO)2 + H2O
3. Суммарная реакция:
Pb + H2O2 + 2CH3COOH = Pb(CH3COO)2 + 2H2O
В Табл.2 приведены полученные данные о растворимости свинца в растворе в зависимости от продолжительности реагирования
Таблица 2
Растворимость свинца в зависимости от продолжительности реагирования
|
Концентрация раствора MCH3COOH/mH2O2
|
Растворимость Pb в уксусной кислоты и перекиси водорода, г/г р-ра при различных t,
мин
|
|
120
|
60
|
30
|
15
|
10
|
5
|
3
|
1
|
|
8:1
|
0,213
|
0,208
|
0,153
|
0,057
|
0,032
|
0,066
|
|
|
|
4:1
|
0,223
|
0,219
|
0,245
|
0,203
|
0,216
|
0,135
|
0,074
|
0,016
|
|
2:1
|
0,282
|
0,215
|
0,227
|
0,232
|
0,263
|
0,210
|
0,285
|
0,237
|
|
1:1
|
0,200
|
0,207
|
0,171
|
0,159
|
0,220
|
0,210
|
0,193
|
0,035
|
|
1:2
|
0,167
|
0,163
|
0,182
|
0,144
|
0,156
|
0,150
|
|
|
|
1:4
|
0,130
|
0,137
|
0,150
|
0,147
|
0,166
|
0,167
|
|
|
Как выяснилось, наиболее эффективно растворение происходит при стремлении CH3COOH : H2O2 (50%) при пропорции 2:1 (по массе). Изменение температуры в процессе реагирования выглядит следующим образом (Рисунок 1). Среднее значение pH раствора после реакции 2,6. Значение pH раствора зависит от первоначального состава раствора, и малозависимо от времени взаимодействия, т.к. основной пик взаимодействия приходится на первые три минуты реакции.
Как следует из [10], исследуемый процесс растворения происходит по диффузионному режиму. Полученные результаты подтверждают, что при низких концентрациях реагентов скорость определяется из подводом, при высоких – скоростью отвода продуктов реакции. [6] Сопоставив данные с результатами [8] отметим, что при низких концентрациях реагентов образуется растворенный свинцовый сахар (т.е. при наличии большого объема воды), а при высоких – большая часть свинца оседает в виде порошка на дне, что многократно сокращает время и стоимость извлечения свинца из раствора (Рисунок 2).
Из вышеотмеченного следует, что для хорошего
растворения свинца в уксусной кислоте необходимо наличие свободного кислорода, окислителя (например, Н2О2) и движение раствора.
Растворенный свинец можно выделить из раствора электролизом.
Схема переработки кабельного лома, в основе которой лежит растворение свинца в уксусной кислоте, выглядит следующим образом (Рисунок 3). Непосредственно стадия обработки раствором лома состоит из процессов подводки лома и раствора в пространство реагирования, процесса реагирования, отвода продуктов реакции и дальнейшей переработки.
Экономически данный способ эффективен тем, что при переработке не столь важен уровень деформирования, размеры и тип кабеля, и очень высока скорость переработки.
Данный метод можно использовать для удаления свинцовой оболочки с любых освинцованных отходов без применения термической обработки.
С экологической точки зрения данный способ является более экологически чистым, чем пирометаллургические и механические методы извлечения металлов. Но получаемый при этом ацетат свинца Pb(CH3COO)2 – токсичен, а уксусная кислота CH3COOH обладает специфическим запахом, и в связи с этим следует принять меры предосторожности при осуществлении данного процесса.
Выводы
1. Применение гидрометаллургического метода переработки отходов кабельной промышленности целесообразно ввиду его экологичности и эффективности извлечения цветных металлов.
2. Удаление свинцовой оболочки кабельного лома воздействием раствора уксусной кислоты и перекиси водорода позволит в минимальные сроки и с наименьшими потерями извлечь как свинец, так и токопроводящие металлы из вторичного сырья.
3. Скорость растворения свинцовой оболочки кабеля зависит от концентрации реагентов, наличия кислорода и движения растворяющей
среды.
4. Раствор уксусной кислоты и перекиси водорода применим для удаления свинцовых покрытий различных изделий.
Список литературы
1.
ГОСТ 10929-76. Реактивы. Водорода пероксид. Технические условия.
2.
ГОСТ 24641-81. Оболочки кабельные свинцовые и алюминиевые.
3.
ГОСТ 3778-98. Свинец. Технические условия.
4.
ГОСТ 61-75. Реактивы. Кислота уксусная. Технические условия.
5.
ГОСТ 9559-89. Листы свинцовые. Технические условия.
6.
Кинетика процессов растворения. Каковский И.А., Поташников Ю.М., «Металлургия», 1975 г. 224 с. Стр.15-32.
7. Марченко Н. В. Металлургия тяжелых цветных металлов [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие / Н. В. Марченко, Е. П. Вершинина, Э. М. Гильдебрандт. – Электрон. дан. (6 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2009. – (Металлургия
тяжелых цветных металлов: УМКД № 1821/1003–2008 / рук. творч. коллектива Е. П. Вершинина). – 1 электрон. опт. диск (DVD).
8. Нурмагомедов Т.Н., Задиранов А.Н., Малькова М.Ю., Пархоменко П.К. Переработка ломов кабельной промышленности гидрометаллургическим способом с извлечением свинца и других тяжелых цветных металлов// Цветная металлургия, №5, сентябрь-октябрь 2015 г. Стр. 26-30.
9. Уткин Н.И. Производство цветных металлов. – 2-е изд. – М.: Интермет Инжиниринг, 2004. – 442 с.: илл.
10. Чуланова Г.А. Исследование кинетики растворения свинца в органических кислотах. [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. хим.
наук (02.073)/ Технол. Институт им. Ленсовета. Ленинград,
1970. Стр. 10- 15.
11. http://www.lme.com/ - Материалы с сайта Лондонской биржи металлов LME.
