Разработка эффективной технологии извлечения цветных и благородных металлов из отходов радиотехнической промышленности

На правах рукописи

ТЕЛЯКОВ Алексей Наильевич

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОТХОДОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.16.02 – Металлургия черных, цветных

и редких металлов

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2007

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель –

доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ В.М.Сизяков

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор И.Н.Белоглазов

кандидат технических наук, доцент А.Ю.Баймаков

Ведущее предприятие – институт «Гипроникель»

Защита диссертации состоится 13 ноября 2007 г. в 14 ч  30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт - Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 2205.

С диссертацией можно познакомится в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 12 октября 2007 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д.т.н., доцент В.Н.Бричкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Современная технология нуждается во все большем количестве благородных металлов. В настоящее время добыча последних резко сократилась и не обеспечива­ет потребности, поэтому требуется использовать все возможности по мобилизации ресурсов этих металлов, и, следовательно, возрастает роль вторичной металлургии благородных металлов. Кроме того, извлечение Аu, Ag, Pt и Pd, содержащихся в от­ходах, выгоднее, чем из руд.

Изменение хозяйственного механизма страны, включая военно-промышленный комплекс и вооруженные силы, обусловили необходимость созда­ния в отдельных регионах страны заводов по переработке лома радиоэлектрон­ной промышленности, содержащих драгоценные металлы. При этом обязательным является максимальное извлечение драгметаллов из бедного сырья и уменьшение массы хвостов-остатков. Немаловажным также является то, что наряду с извлечени­ем драгметаллов можно получать дополнительно еще и цветные металлы, например, медь, никель, алюминий и другие.

Цель работы. Повышение эффективности пиро-гидрометаллургической технологии переработки лома радиоэлектронной промышленности с глубоким извлечением золота, серебра, платины, палладия и цветных металлов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач основные экспериментальные исследования осуществляли на оригинальной лабораторной установке, включающей печь с радиально расположенными дутьевыми соплами, позволяющими обеспечивать вращение расплавленного металла воздухом без разбрызгивания и за счет этого многократно увеличить подачу дутья (в сравнении с подачей воздуха в расплавленный металл через трубы). Анализ продуктов обогащения, плавки, электролиза осуществлялся химическими методами. Для исследования использовали метод рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и рентгенофазового анализа (РФА).

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обусловлены использованием современных и надежных методов исследования и подтверждается хорошей сходимостью теоретических и практических результатов.

Научная новизна

Определены основные качественные и количественные характеристики радиоэлементов, содержащих цветные и драгоценные металлы, позволяющие спрогнозировать возможность химико-металлургической переработки радиоэлектронного лома.

Установлен пассивирующий эффект свинцовых оксидных пленок при электролизе медно-никелевых анодов, изготовленных из радиоэлектронного лома. Выявлен состав пленок и определены технологические условия подготовки анодов, обеспечивающие отсутствие пассивирующего эффекта.

Теоретически рассчитана и подтверждена в результате огневых экспериментов на 75-килограммовых пробах расплава возможность окисления железа, цинка, никеля, кобальта, свинца, олова из медно-никелевых анодов, изготовленных из радиоэлектронного лома, что обеспечивает высокие технико-экономические показатели технологии возврата благородных металлов. Определены величины кажущейся энергии активации для окисления в медном сплаве свинца – 42,3 кДж/моль, олова – 63,1 кДж/моль, железа 76,2 кДж/моль, цинка – 106,4 кДж/моль, никеля – 185,8 кДж/моль.

Практическая значимость работы

- разработана технологическая линия по опробованию радиоэлектронных ломов, включающая отделения разборки, сортировки и механического обогащения с получением металлоконцентратов;

- разработана технология плавки радиоэлектронного лома в индукционной печи, совмещенная с воздействием на расплав окислительных радиально-осевых струй, обеспечивающих интенсивный массо- и теплообмен в зоне плавления металла;

- разработана и испытана в опытно-промышленном масштабе технологическая схема переработки радиоэлектронных ломов и технологических отходов предприятий, обеспечивающая индивидуальную переработку и расчет с каждым поставщиком РЭЛ.

Новизна технических решений подтверждена тремя патентами РФ: № 2211420, 2003 г.; № 2231150, 2004 г.; № 2276196, 2006 г.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались: на Международной конференции «Металлургические технологии и оборудование». Апрель 2003 г. Санкт-Петербург; Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в металлургии, химии, обогащении и экологии». Октябрь 2004 г. Санкт-Петербург; Ежегодной научной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» 9 марта – 10 апреля 2004 г. Санкт-Петерубрг; Ежегодной научной конференции молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" 13-29 марта 2006 г. Санкт-Петербург.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4-х печатных трудах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, 3-х приложений, выводов и списка литературы. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста, содержит 38 таблиц, 28 рисунков. Библиография включает 117 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору литературы и патентов в области технологии переработки отходов радиоэлектронной промышленности и способов переработки продуктов, содержащих драгоценные металлы. На основе анализа и обобщения литературных данных сформулированы цели и задачи исследований.

Во второй главе приведены данные по изучению количественного и вещественного состава радиоэлектронного лома.

Третья глава посвящена разработке технологии усреднения радиоэлектронного лома и получения металлоконцентратов обогащения РЭЛ.

В четвертой главе представлены данные по разработке технологии получения металлоконцентратов радиоэлектронного лома с извлечением благородных металлов.

В пятой главе описываются результаты полупромышленных испытаний по плавке металлоконцентратов радиоэлектронного лома с последующей переработкой на катодную медь и шлам благородных металлов.

В шестой главе рассмотрена возможность улучшения технико-экономических показателей процессов, разработанных и проверенных в опытно-промышленном масштабе.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Физико-химические исследования многих разновидностей радиоэлектронного лома обосновывают необходимость предварительных операций разборки и сортировки отходов с последующим механическим обогащением, что обеспечивает рациональную технологию переработки получаемых концентратов с выделением цветных и благородных металлов.

На основании изучения научной литературы и предварительных исследований были рассмотрены и опробованы следующие головные операции переработки радиоэлектронных ломов:

1. плавка ломов в электрической печи;
2. выщелачивание ломов в растворах кислот;
3. обжиг ломов с последующей электрической плавкой и электролизом полуфабрикатов, включающих цветные и благородные металлы;
4. физическое обогащение ломов с последующей электрической плавкой на аноды и переработкой анодов на катодную медь и шлам благородных металлов.

Три первые способа были отклонены по причине экологических трудностей, которые оказываются непреодолимыми при использовании рассматриваемых головных операций.

Способ физического обогащения был разработан нами и заключается в том, что поступающее сырье направляется на предварительную разборку. На этой стадии из электронно-вычислительных машин и другого электронного оборудования извлекаются узлы, содержащие драгметаллы (таблицы 1, 2). Материалы, не содержащие драгметаллы, направляют на извлечение цветных металлов. Материал, содержащий драгметаллы (платы с печатным монтажом, штепсельные разъемы, провода и др.), сортируется для удаления золотых и серебряных проводов, позолоченных штырей боковых разъемов печатных плат и других деталей с высоким содержанием драгметаллов. Эти детали могут быть переработаны отдельно.

Таблица 1

Баланс электронного оборудования на участке 1-й разборки

№ п/п	Наименование промпродукта	Количество, кг	Содержание, %
1	Пришло для переработки Стойки электронных приборов, машин, коммутационного оборудования	24000,0	100
2 3	Получено после переработки Электронный лом в виде плат, разъемов и т.п. Лом цветных и черных металлов, не содержащий благородных металлов, пластик, органическое стекло Итого:	4100,0 19900,0	17,08 82,92
		24000,0	100

Таблица 2

Баланс электронного лома на участке 2-й разборки и сортировки

№ п/п	Наименование промпродукта	Количество, кг	Содержание, %
1	Получено для переработки Электронный лом в виде (разъемов и плат)	4100,0	100
2 3 4 5	Получено после отделения ручной разборки и сортировки Разъемы Радиодетали Платы без радиодеталей и фурнитуры (на впаянных ножках радиодеталей и на полуде содержатся благородные металлы) Защелки плат, штыри, направляющие плат (элементы не содержащие благородные металлы) Итого:	395,0 1080,0 2015,0 610,0	9,63 26,34 49,15 14,88
		4100,0	100

Такие детали, как разъемы на термореактивной и термопластиковой основе, разъемы на платах, небольшие платы из фальгированного гетинакса или стеклопластика с отдельными радиодеталями и дорожками, конденсаторы переменной и постоянной емкости, микросхемы на пластиковой и керамической основе, резисторы, керамические и пластмассовые гнезда радиоламп, предохранителей, антенн, выключатели и переключатели, могут быть переработаны приемами обогащения.

В качестве головного агрегата для операции дробления были испытаны молотковая дробилка МД 2х5, щековая дробилка (ДЩ 100х200) и конусно-инерционная дробилка (КИД-300).

В процессе работы выяснилось, что конусная инерционная дробилка должна работать только под завалом материала, т.е. при полном заполнении приемной воронки. Для эффективной работы конусной инерционной дробилки существует верхний предел крупности перерабатываемого материала. Куски большего размера нарушают нормальную работу дробилки. Эти недостатки, главным из которых является необходимость смешивания материалов разных поставщиков, заставили отказаться от использования КИД-300 в качестве головного агрегата для измельчения.

Использование в качестве головного измельчительного агрегата молотковой дробилки в сравнении со щековой оказалось более предпочтительным вследствие ее высокой производительности при дроблении электронного лома.

Установлено, что продукты дробления включают в себя магнитную и немагнитную металлическую фракции, которые содержат основную часть золота, серебра, палладия. Для извлечения магнитной металлической части продукта измельчения был опробован магнитный сепаратор ПБСЦ 40/10. Установлено, что магнитная часть в основном состоит из никеля, кобальта, железа (таблица 3). Определена оптимальная производительность аппарата, которая составила 3 кг/мин при извлечении золота 98,2%.

Немагнитная металлическая часть измельченного продукта была выделена с использованием электростатического сепаратора ЗЭБ 32/50. Установлено, что металлическая часть состоит в основном из меди и цинка. Благородные металлы представлены серебром и палладием. Определена оптимальная производительность аппарата, которая составила 3 кг/мин при извлечении серебра 97,8%.

При сортировке радиоэлектронного лома возможно селективное выделение сухих многослойных конденсаторов, которые характеризуются повышенным содержанием платины - 0,8% и палладия - 2,8% (таблица 3).

Проведенные исследования позволили рекомендовать аппаратурную технологическую схему переработки рассортированного радиоэлектронного лома (рис. 1).

Таблица 3

Состав концентратов, получаемых при сортировке и переработке радиоэлектронного лома

N п/п	Содержание, %
	Cu	Ni	Co	Zn	Fe	Ag	Au	Pd	Pt	Прочие	Сумма
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Серебряно-палладиевые концентраты
1	64,7	0,02	сл.	21,4	0,1	2,4	сл.	0,3	0,006	11,8	100,0
Золотосодержащие концентраты
2	77,3	0,7	0,03	4,5	0,7	0,3	1,3	0,5	0,01	19,16	100,0
Магнитные концентраты
3	сл.	21,8	21,5	0,02	36,3	сл.	0,6	0,05	0,01	19,72	100,0
Концентраты из конденсаторов
4	0,2	0,59	0,008	0,05	1,0	0,2	нет	2,8	0,8	MgO-14,9 CaO-25,6 Sn-2,3 Pb-2,5 R2O3-49,5	100,0