Введение к работе
Актуальность темы. Свинец относится к числу важнейших в техническом отношении металлов. В сложившейся структуре потребления свинца расход его на производство свинцовых аккумуляторов превышает 60% и имеет тенденцию к росту. Ограниченность сырьевых запасов свинца, рост числа транспортных средств и экологические проблемы определяют обязательную переработку аккумуляторного лома. До настоящего времени около 80% вторичного свинца в мировой металлургической практике выплавляют в шахтных печах. При переработке неразделенного аккумуляторного лома пироме-таллургическими методами возникают трудности экологического характера. Необходимы разработки новых процессов не только безотходных или малоотходных, но и содержащих в своей основе минимальную экологическую опасность. Для легкоплавкого и токсичного свинца наиболее перспективны низкотемпературные процессы (600-700 С) выплавки в сочетании с минимальным числом гидрометаллургических операций, а также электрохимические технологии с применением водных или расплавленных электролитов. Основные операции одной из возможных технологических схем переработки лома свинцовых аккумуляторов сводятся к разделению металлической (Pb-Sb сплав), сульфатно-оксидной и органической фракций, десульфатации сульфатно-оксидной фракции, восстановлению продуктов десульфатации при низких температурах (до 700 С), очистке свинца от сурьмы с применением низкоплавких ионных расплавов. Помимо основного металла свинцово-кислотные батареи всегда содержат сурьму, которая вводится в сплав решеток для улучшения механических и литейных свойств свинца. Вследствие протекания кор-розионно-электрохимических процессов с участием сурьмы, она попадает во все основные части аккумулятора. К концу срока службы батареи активные массы пластин помимо свинца и его оксидных и сульфатных соединений могут содержать до 0.5-1.3 масс.% сурьмы. Изучение поведения сурьмы на различных стадиях переработки сульфатно-оксидной фракции аккумуляторного лома позволит получать чистые свинецсодержащие продукты и избежать потерь такого дорогостоящего элемента, как сурьма.
Цель работы состояла в изучении поведения сурьмы на различных стадиях переработки сульфатно-оксидной фракции лома свинцовых аккумуляторов и в установлении оптимальных условий низкотемпературного (до 700С) восстановления окисленного свинцового сырья твердым углеродом.
Основные задачи: - выбор методов количественного определения содержания сурьмы в различных свинецсодержащих материалах;
изучение распределения сурьмы между твердой и жидкой фазами при де-сульфатации активных масс отработанных свинцовых аккумуляторов растворами гидроксида и карбоната натрия;
определение температур начала восстановления оксидов свинца (II) и (IV) твердым углеродом и подбор условий протекания этих процессов с наибольшей степенью превращения оксидов в металл;
изучение поведения сурьмы при восстановлении десульфатированных активных масс углеродистыми восстановителями;
оценка возможности очистки свинца от сурьмы при анодной поляризации в расплавленном гидроксиде натрия.
Методы исследования. В работе использовали различные химические и физико-химические методы контроля за составом растворов и твердых фаз, а также метод термогравиметрического анализа..
Научная новизна. Впервые выполнены исследования по изучению поведения сурьмы при переработке сульфатно-оксидной фракции лома свинцовых аккумуляторов и определены основные параметры процесса восстановления десульфатированных активных масс углеродом в твердых фазах.
Установлено, что при использовании карбоната натрия при десульфата-ции активных масс лома свинцовых аккумуляторов часть сурьмы переходит в раствор. Наиболее предпочтительным десульфатирующим реагентом, по сравнению с содой, является гидроксид натрия, применение которого не ведет к потерям сурьмы с жидкой фазой.
Определены температуры начала и интенсивного протекания процессов восстановления РЬО и РЬОг углеродом в твердых фазах. Впервые показано, что добавки оксидов сурьмы (III) и (V) снижают температуру начала восстановления РЬО и влияют на характер кинетических зависимостей процесса. Восстановление окисленного свинецсодержащего сырья твердым углеродом с наибольшей полнотой протекает при ограничении доступа воздуха в зону реакции при 600-700 С за 60-100 минут.
Установлено, что большая часть сурьмы, содержащаяся в активны* массах аккумуляторного лома, восстанавливается вместе со свинцом до металла. Применение при выплавке металла расплавленного NaOH позволяет! существенно снизить содержание сурьмы в свинце.
Практическая ценность. Полученные результаты позволяют судить о рас пределении сурьмы во всех продуктах переработки сульфатно-оксидно! Фракции аккумуляторного лома, при этом появляется возможность -выводил сурьму из технологического цикла в самостоятельный полупродукт, которьп в дальнейшем может быть использован для извлечения из него металлическоі сурьмы или ее соединений. Проведенные исследования по процессам восста ношіеиия свинцовых окисленных материалов углеродом в твердых фазах мо гут быть использованы при разработке технологии получения свинца из вто ричного сырья.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Аналитические методы определения сурьмы в свинецсодержащих материалах.
-
Поведение сурьмы при десульфатации активных масс лома свинцовых аккумуляторов.
-
Получение товарного сульфата натрия.
-
Восстановление оксидов свинца (II) и (IV) углеродистыми материалами в твердой фазе.
-
Восстановительная плавка активной массы после десульфатации.
-
Удаление примеси сурьмы из свинца путем анодной поляризации в гидроксидном расплаве.
-
Общая технологическая схема переработки активных масс лома свинцовых аккумуляторов.
Апробация работы. Материалы, составляющие основное содержание работы, докладывались на VIII Кольском семинаре по электрохимии редких металлов, Апатиты, 1995 и на Первом Украинском электрохимическом съезде, Киев, 1995.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 7 научных статьях и тезисах докладов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и основных выводов, изложена на 120 страницах текста, включая 23 таблицы, 12 рисунков и список литературы из 128 наименований.