ПРОИЗВОДСТВО СВИНЦА, ЦИНКА И КАДМИЯ (ИТС 13-2020)

Содержание

Введение

Предисловие

VIII

Область применения

Раздел 1. Общая информация о рассматриваемой отрасли

промышленности

1.1 Цинк

1.1.1 Общая информация

1.1.2 Производство цинка

1.2 Кадмий

1.2.1 Общая информация

1.2.2 Производство

1.3 Свинец и олово

1.3.1 Общая информация

1.4 Основные экологические проблемы отрасли

Раздел 2. Процессы производства цинка, свинца и кадмия

2.1 Общие производственные процессы

2.1.1 Системы менеджмента

2.1.2 Энергетический менеджмент и энергоэффективность

2.1.3 Предварительная обработка, подготовка и транспортировка

сырья

2.1.4 Размораживание

2.1.5 Сушка

2.1.6 Дробление, измельчение и грохочение

2.1.7 Приготовление шихты

2.1.8 Брикетирование, гранулирование, окатывание и другие методы

компактирования

2.1.9 Снятие покрытий и обезжиривание

2.1.10 Методы сепарации

2.1.11 Системы транспортировки и загрузки

2.2 Производство цинка и кадмия

2.2.1 Производство первичного цинка

2.2.2 Гидрометаллургический способ получения цинка

2.2.3 Производство вторичного цинка

2.2.4 Процессы плавки, легирования и литья цинка

2.3 Кадмий

2.3.1 Получение кадмия в рамках процессов производства

первичного цинка

2.3.2 Производство вторичного кадмия, в основном извлеченного из

аккумуляторных батарей

2.4 Производство свинца и олова

2.4.1 Применяемые процессы и методы

2.4.2 Плавка первичного свинца

2.4.3 Спекание/плавка в шахтной Imperial Smelting печи

2.4.4 Прямая плавка

2.4.5 Первичное олово

2.4.6 Производство вторичного свинца и олова

2.4.7 Рафинирование первичного и вторичного свинца и олова

116

2.4.8 Плавление и производство свинцовых сплавов

119

2.5 Производство других металлов (In, Ge, Ga)

119

2.6 Экономические аспекты применения наилучших доступных

технологий

119

2.6.1 Факторы, влияющие на данные по затратам при производстве

свинца, олова, цинка и кадмия

119

2.6.2 Примеры инвестиционных затрат по заводам по производству

цинка

122

2.6.3 Примеры инвестиционных затрат по заводам по производству

свинца

124

2.6.4 Данные о затратах на природоохранные мероприятия

125

Раздел 3. Существующие уровни потребления ресурсов и эмиссий в

окружающую среду

126

3.1 Производство цинка и кадмия

126

3.1.1 Расход материальных ресурсов

126

3.1.2 Расход энергии

130

3.1.3 Выбросы в атмосферу

132

3.1.4 Сбросы в водные объекты

138

3.1.5 Остаточные продукты технологических процессов

142

3.2 Производство свинца и олова

145

3.2.1 Энергия

147

3.2.2 Выбросы в атмосферу

148

III

3.2.3 Диоксид серы и другие соединения серы

151

3.2.4 Оксиды азота

152

3.2.5 Пыль и металлы

152

3.2.6 Органические соединения (VOC5, PCDD/F) и СО

154

3.2.7 Сбросы в воду

155

3.2.8 Cточные воды от газоочистки

155

3.2.9 Сточные воды от восстановления аккумуляторных батарей

156

3.2.10 Промежуточные продукты

158

3.2.11 Пирометаллургические шлаки и отходы

158

3.2.12 Пластмассы от обработки аккумуляторных батарей

162

Раздел 4. Определение наилучших доступных технологий

164

Раздел 5. Наилучшие доступные технологии

166

5.1 Общие НДТ для производства свинца, цинка и кадмия

166

5.2 НДТ для производства свинца и олова

174

5.3 НДТ для производства цинка

181

5.4 НДТ для производства кадмия

186

Раздел 6. Перспективные технологии

188

6.1 Производство цинка

188

6.2 Производство свинца

189

Заключительные положения и рекомендации

205

Приложение А (обязательное) Перечень маркерных веществ и

технологических показателей

207

Приложение Б (обязательное) Перечень НДТ

210

Приложение В (обязательное) Энергоэффективность и ресурсная

эффективность

214

Приложение Г (справочное) Технологическое оборудование

223

Приложение Д (обязательное) Заключение по наилучшим доступным

технологиям

229

Библиография

257

Введение

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным

технологиям (далее ― справочник НДТ) представляет собой документ по

стандартизации, разработанный в результате анализа технологических, технических и

управленческих решений, применяемых при производстве свинца, цинка и кадмия.

Справочник НДТ разработан в соответствии с распоряжением Правительства РФ

от 30 апреля 2019 г. № 866-р «Об утверждении поэтапного графика актуализации

информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям».

Термин «наилучшие доступные технологии» определен в статье 28.1

Федерального закона

№ 7-ФЗ

[1], согласно которому НДТ ― это технология

производства продукции (товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на

основе современных достижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев

достижения охраны окружающей среды при условии наличия технической возможности

ее применения.

Структура настоящего справочника НДТ соответствует ГОСТ Р 113.00.03-2019 [2],

формат описания технологий - ГОСТ Р 113.00.04-2020 [3], термины приведены в

соответствии с ГОСТ Р 56828.15-2016 [4].

Краткое содержание справочника

Введение. Во введении приводятся краткое содержание справочника НДТ и обзор

законодательных документов, использованных при его разработке.

Предисловие. Указаны цель разработки справочника НДТ, его статус,

законодательный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с

установленным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными

документами.

Область применения. Описаны основные и дополнительные виды деятельности,

на которые распространяется действие справочника НДТ, а также приводится

информация о взаимосвязанных видах деятельности, смежных с определенными в

настоящем справочнике НДТ.

В разделе 1 представлена информация о состоянии и уровне развития в

Российской Федерации производства свинца, олова, цинка и кадмия по основным

переделам. Также в разделе 1 приведен краткий обзор экологических аспектов

производства свинца, олова, цинка и кадмия.

В разделе 2 представлены сведения о технологических процессах, применяемых

при:

- производстве свинца, олова, цинка и кадмия из первичного и вторичного сырья;

- производстве сплавов и полуфабрикатов;

- вспомогательных производственных процессах.

Для каждой стадии указывают входные и выходные материальные потоки,

основные энергетические потоки, условия проведения процесса или основные

операции, основные эмиссии.

Приведены сведения об экономических аспектах применения наилучших

доступных технологий.

В разделе 3 дана оценка текущих уровней потребления сырья, материалов,

энергетических ресурсов. Приведена информация об эмиссиях, характерных для

производства свинца, цинка и кадмия.

Также приведено описание особенностей производственного экологического

контроля, в том числе особенностей измерения, включая измерения системами

автоматического контроля.

Раздел подготовлен на основе данных, представленных предприятиями

Российской Федерации в рамках разработки справочника НДТ, а также различных

литературных источников.

В разделе 4 описаны особенности подходов, примененных при разработке

данного справочника НДТ и в целом соответствующих Правилам определения

технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки,

актуализации и опубликования информационно-технических справочников по

наилучшим доступным технологиям (утверждены постановлением Правительства

Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458) и Методическим рекомендациям

по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии.

В разделе 5 приведено краткое описание НДТ для производства свинца, олова,

цинка и кадмия, включая:

- системы экологического и энергетического менеджмента, контроля и

мониторинга технологических процессов;

- технические и технологические решения для повышения энергоэффективности,

ресурсосбережения, снижения эмиссий загрязняющих веществ, методы обращения с

отходами и побочными продуктами производства.

В разделе 6 приведены краткие сведения о новых технологических и технических

решениях, направленных на повышение энергоэффективности, ресурсосбережения,

снижение эмиссий загрязняющих веществ, эффективное обращение с отходами,

промежуточными и побочными продуктами.

Заключительные положения и рекомендации. Приведены сведения о членах

технической рабочей группы, принимавших участие в разработке справочника НДТ,

рекомендации предприятиям по проведению дальнейших исследований.

Приложения. Приведены перечень маркерных загрязняющих веществ, перечень

технологических показателей, перечень НДТ, сведения о ресурсной (в том числе

энергетической) эффективности, информация об оборудовании, а также «Заключение

по наилучшим доступным технологиям» для рассматриваемой отрасли

промышленности.

«Заключение по наилучшим доступным технологиям» включает части ИТС НДТ,

содержащие:

- область применения;

- описание НДТ, уровни эмиссий, соответствующие НДТ (технологические

показатели), а также информацию, позволяющую оценить их применимость;

- методы производственного экологического контроля (прежде всего подходы к

организации измерений, в том числе касающиеся систем автоматического контроля).

«Заключение по наилучшим доступным технологиям» сформировано для

использования заинтересованными лицами, в том числе промышленными

предприятиями, при формировании заявок на комплексные экологические разрешения,

а также надзорными органами при выдаче комплексных экологических разрешений и

является кратким описанием основных положений ИТС НДТ, включая описание

наилучших доступных технологий, информации, позволяющей оценить их

применимость, уровни эмиссий и потребления ресурсов, методы производственного

экологического контроля.

Библиография. Приведен перечень источников информации, использованных

при разработке справочника НДТ.

VII

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки информационно-технического

справочника по наилучшим доступным технологиям установлены постановлением

Правительства Российской Федерации от

23 декабря

2014 г.

№ 1458. Перечень

областей применения наилучших доступных технологий определен распоряжением

Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. № 2674-р.

1 Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным

технологиям является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой «Производство свинца,

цинка и кадмия» (ТРГ 13), состав которой утвержден приказом Минпромторга России от

01 апреля 2020 г № 1089.

Перечень организаций и их представителей, принимавших участие в разработке

настоящего справочника НДТ, приведен в разделе «Заключительные положения и

рекомендации».

3 Краткая характеристика

Настоящий справочник НДТ содержит описание применяемых при производстве

свинца, цинка и кадмия технологических процессов, оборудования, технических

способов, методов, в том числе позволяющих снизить эмиссии в окружающую среду,

водопотребление, повысить энергоэффективность, обеспечить экономию ресурсов на

предприятиях, относящихся к областям применения НДТ, определенным

распоряжением Правительства РФ от 24 декабря 2014 г. № 2674-р. Из числа описанных

технологических процессов, технических способов, методов выделены решения,

отнесенные к наилучшим доступным технологиям (НДТ). В справочнике НДТ

установлены технологические показатели, соответствующие выделенным НДТ.

Разработка справочника НДТ проводилась в соответствии с порядком

определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, разработки,

актуализации и опубликования информационно-технических справочников по

наилучшим доступным технологиям, утвержденным постановлением Правительства

Российской Федерации 23 декабря 2014 г. № 1458 «О порядке определения технологии

в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и

опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным

технологиям».

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Настоящий справочник НДТ разработан на основе европейского справочника НДТ

для предприятий цветной металлургии (Best Available Techniques (BAT) Reference

Document for the Non-Ferrous Metals Industries) с учетом особенностей производства

свинца, цинка и кадмия в Российской Федерации.

VIII

5 Сбор данных

Информация о применяемых на промышленных предприятиях технологических

процессах, оборудовании, об источниках загрязнения окружающей среды,

технологических, технических и организационных мероприятиях, направленных на

снижение загрязнения окружающей среды и повышение энергоэффективности и

ресурсосбережения, была собрана в процессе разработки/актуализации справочника

НДТ в соответствии с Порядком сбора и обработки данных, необходимых для

разработки и актуализации информационно-технических справочников по наилучшим

доступным технологиям, утвержденным приказом Минпромторга России от 18 декабря

2019 г. № 4841.

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ,

разрабатываемыми (актуализируемыми) в соответствии с распоряжением

Правительства от 30 апреля 2019 г. № 866-р «Об утверждении поэтапного графика

актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным

технологиям», приведена в разделе «Область применения».

7 Информация об утверждении и введении в действие

Настоящий справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 23 декабря

2020 г. №2182.

Настоящий справочник НДТ введен в действие 01 июля 2021 г., официально

опубликован в информационной системе общего пользования ― на официальном сайте

Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

(www.rst.gov.ru ).

8 Взамен ИТС 13 - 2016

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОИЗВОДСТВО СВИНЦА, ЦИНКА И КАДМИЯ

Production of lead, zinc and cadmium

Дата введения - 2021-07-01

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие основные виды

деятельности:

- процессы производства первичных и вторичных цинка, свинца и олова;

- процессы рафинирования свинца;

- процессы переплавки, легирования цинка и свинца с получением товарного

продукта (цинк, свинец и сплавы на их основе в слитках);

- процессы производства кадмия.

Настоящий справочник НДТ распространяется на методы производства как

первичных, так и вторичных цинка, свинца, олова и кадмия. Первичные свинец, олово и

цинк получают из рудного сырья. Вторичное производство цинка включает переработку

цинксодержащих продуктов, таких как окиси цинка технические (пыли медных

предприятий, содержащие цинк, катализаторы), продукты из латуни и изделия,

полученные с помощью литья под давлением, цинковая стружка. Вторичное извлечение

также осуществляется: при переработке изгари, шлаков, цинкового порошка и гартцинка

от производств горячего цинкования стального проката и металлоконструкций; при

переработке окиси цинка (вельц-оксидов), полученной при переработке с помощью

специальных технологий пылей электродуговых печей (ЭДП). Вторичное производство

свинца включает переработку различных продуктов, содержащих свинец, например,

аккумуляторов, листового свинца. Также перерабатываются отходы и побочные

продукты других производств: кеки, шламы, пыли и т. д. Настоящий справочник НДТ

также распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности,

которые могут оказать влияние на объемы эмиссий и (или) масштабы загрязнения

окружающей среды:

- хранение и подготовка сырья;

- хранение и подготовка топлива;

- производственные процессы (пирометаллургические, гидрометаллургические и

электролитические);

- методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов;

- хранение и подготовка продукции;

- производство серной кислоты из отходящих газов цинкового производства.

Настоящий справочник НДТ не распространяется на:

- добычу и обогащение цинковых, свинцовых и полиметаллических руд на

месторождениях;

- вопросы, которые касаются исключительно обеспечения промышленной

безопасности или охраны труда.

Вопросы обеспечения промышленной безопасности и охраны труда частично

рассматриваются только в тех случаях, когда оказывают влияние на виды деятельности,

включенные в область применения настоящего справочника НДТ.

Дополнительные виды деятельности при производстве свинца, цинка и кадмия и

соответствующие им справочники НДТ приведены в таблице 1.

Таблица 1 ― Дополнительные виды деятельности при производстве свинца, цинка и

кадмия и соответствующие им справочники НДТ

Вид деятельности

Соответствующий справочник НДТ

Методы очистки сточных вод,

ИТС 8 - 2015 «Очистка сточных вод при производстве

направленные на сокращение

продукции (товаров), выполнении работ и оказании

сбросов металлов в водные

услуг на крупных предприятиях»

объекты

Обращение с отходами

ИТС 15 - 2016 «Утилизация и обезвреживание отходов

(кроме обезвреживания термическим способом

(сжигание отходов)»

Промышленные системы

ИТС 20 - 2016 «Промышленные системы охлаждения»

охлаждения, например, градирни,

пластинчатые теплообменники

Методы очистки выбросов

ИТС 22 - 2016 «Очистка выбросов вредных

загрязняющих веществ в

(загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при

атмосферный воздух

производстве продукции (товаров), а также при

проведении работ и оказании услуг на крупных

предприятиях»

Общие принципы

ИТС 22.1 - 2016 «Общие принципы производственного

производственного

экологического контроля и его метрологического

экологического контроля

обеспечения»

Хранение и обработка

ИТС 46 - 2019 «Сокращение выбросов загрязняющих

материалов

веществ, сбросов загрязняющих веществ при хранении

и складировании товаров (грузов)»

Повышение энергетической

ИТС 48 - 2017 «Повышение энергетической

эффективности

эффективности при осуществлении хозяйственной и

(или) иной деятельности»

Сфера распространения настоящего справочника НДТ приведена в таблице 2.

Таблица 2 ― Сфера распространения ИТС НДТ

Наименование продукции

Наименование вида

ОКПД 2

ОКВЭД 2

по ОК 034-2014 (ОКПД)

деятельности по ОКВЭД 2

Производство основных

24.4

драгоценных металлов и прочих

цветных металлов,

производство ядерного топлива

Производство свинца, цинка и

24.43

олова

Производство свинца

24.43.1

24.43.11

Свинец необработанный

24.43.11.000

Свинец необработанный

Производство цинка

24.43.2

24.43.12

Цинк необработанный

24.43.12.000

Цинк необработанный

Производство олова

24.43.3

24.43.13

Олово необработанное

24.43.13.000

Олово необработанное

24.43.2

Полуфабрикаты из свинца,

цинка и олова или их

сплавов

Производство прочих цветных

24.45

металлов

24.45.30.171

Кадмий необработанный

Деятельность по обработке

38.3

вторичного сырья

Утилизация отсортированных

38.32

материалов

Обработка отходов и лома

38.32.4

цветных металлов

Обработка вторичного сырья,

38.32.49

содержащего прочие цветные

металлы

Производство прочих основных

20.13

неорганических химических

веществ¹

20.13.24.122

Кислота серная¹

¹ Только в части кислоты, производимой из отходящих газов цинкового производства.

Раздел 1 Общая информация о рассматриваемой отрасли

промышленности

1.1 Цинк

1.1.1 Общая информация

Цинк - голубовато-серебристый блестящий металл средней твердости. В сухом

воздухе цинк тускнеет, покрываясь тонкой пленкой оксида, защищающей металл от

дальнейшего окисления. Металл высокой чистоты пластичен, и его можно прокатывать

в листы и фольгу. Металл технической чистоты хрупкий.

Цинк является одним из базовых металлов на Лондонской бирже металлов (ЛБМ).

В связи с этим производство цинка основано на стандарте Special High Grade Zinc / цинк

особой чистоты (содержание цинка -

99,995%), определяемом самой ЛБМ.

В EN 1179:2003 используется обозначение марки Z1, в ASTM B6:07 - LME (Z12002).

В Российской Федерации требования к первичному цинку в чушках и блоках, а

также марки цинка установлены в ГОСТ 3640-94 «Цинк. Технические условия». Все

отечественные марки цинка предусматривают чистоту металла не менее 97,5%.

Цинк находится на третьем месте по применению среди цветных металлов после

алюминия и меди. Конечное использование цинка охватывает широкий спектр

применений, наиболее важное из которых - защита от коррозии поверхностей

различного рода стальных деталей и элементов конструкций. Другими важнейшими

областями применения являются производство цинковых сплавов (латуни, бронзы,

сплавов для литья под давлением) и выпуск полуфабрикатов на основе цинка.

Соответствующие продукты широко применяются в строительстве, в производстве

бытовых приборов и в автомобильной промышленности.

Информация о состоянии, воспроизводстве и использовании минерально-

сырьевой базы цинка в России представлена в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1 ― Состояние минерально-сырьевой базы цинка России

На 01.01.2017 г.

На 01.01.2018 г.

На 01.01.2019 г.

Запасы

А+В+С1

С2

А+В+С1

С2

А+В+С1

С2

Количество, тыс. т (изменение к

41332

18242

41018

18244

41310

18102

предыдущему году)

Доля распределенного фонда, %

89,9

90,1

57,2

47,1

57,5

46,8

На 01.01.2018 г.

Прогнозные ресурсы

Р1

Р2

Р3

Количество, тыс. т

12207,2

24841,9

62517

Таблица 1.2 ― Воспроизводство и использование минерально-сырьевой базы цинка

России, тыс. т

2016 г.

2017 г.

2018 г.

Прирост апробированных прогнозных ресурсов

822

категории Р1 по ГП «ВИПР»

Прирост запасов кат. А+В+С1 за счет переоценки

1315,5

63,3

602,2

Прирост/убыль запасов кат. А+В+С1 за счет переоценки

-311,5

112,6

Добыча из недр

423

388,1

399,1

Кроме того, из техногенных образований

77,4

86,8

39,3

Производство цинковых концентратов

505,2

521,8

530

Производство цинка в концентратах

245,8

255,2

260

Производство металлического цинка

247,3

256,7

254,6

Экспорт цинковых концентратов

266,6

267,5

366

Импорт цинковых концентратов

185,9

199,6

177,8

Экспорт металлического цинка

48,1

41,6

40,8

Импорт металлического цинка

34,1

29,1

13,6

Перечень основных разведанных месторождений цинксодержащих руд на

территории Российской Федерации приведен на рисунке 1.1 и в таблице 1.3.

Рисунок 1.1 ― Основные месторождения цинка и распределение его запасов и

прогнозных ресурсов категории Р1 по субъектам Российской Федерации, млн т

Таблица 1.3 ― Основные месторождения цинка²⁾

Запасы, тыс. т

Доля в

балан-

совых

Среднее

Добыча в

Геолого-

запасах

содержание

Месторождение

A + B +

2018 году,

промышленный тип

С2

Рос-

цинка в

тыс. т

сийской

руде, %

Федера-

ции, %

ООО «Лунсин»

Кызыл-Таштыгское

Полиметаллический

785,3

172,8

1,6

10,5

52,5

(Республика Тыва)

ОАО «Учалинский ГОК» (ОАО «Уральская горно-металлургическая компания»)

Узельгинское

Медноколчеданный

(Челябинская

874,7

55,8

1,6

2,36

56,1

область)

ОАО «Горевский ГОК»

Горевское

Колчеданно-

511,6

1093

2,7

1,38

48,2

(Красноярский край)

полиметаллический

ЗАО «Шемур» (ОАО «Уральская горно-металлургическая компания»)

Ново-Шемурское

Медноколчеданный

(Свердловская

398,9

3,7

0,7

1,61

18,3

область)

ООО «Байкалруд»

Нойон-Тологой

Свинцово-цинковый

864,4

305,7

1,3

20,8

ОАО «Гайский ГОК»

Гайское

Цинково-

(Оренбургская

медноколчеданный

1297,5

192,6

2,5

0,54

24,9

область)

АО «Уралэлектромедь» (ОАО «Уральская горно-металлургическая компания»)

Степное

Полиметаллический

132,3

73,1

0,3

6,83

19,8

(Алтайский край)

ОАО «Сибирь-Полиметаллы»

Корбалихинское

Колчеданно-

2216,4

129,5

9,9

11,2

(Алтайский карай)

полиметаллический

ООО «Башкирская медь»

Юбилейное

Цинково-

(Республика

медноколчеданный

945,1

33,9

1,6

1,26

6,4

Башкортостан)

ООО «Техпроминвест»

Озерное

Колчеданно-

(Республика

полиметаллический

7718,7

550,9

6,16

Бурятия)

²⁾ «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2018 году».

Доля в

Запасы, тыс. т

балан-

совых

Среднее

Добыча в

Геолого-

запасах

содержание

Месторождение

2018 году,

A + B +

промышленный тип

Рос-

цинка в

С2

тыс. т

сийской

руде, %

Федера-

ции, %

ОАО «Учалинский ГОК» (ОАО «Уральская горно-металлургическая компания»)

Ново-Учалинское

Цинково-

(Республика

медноколчеданный

2052,6

963,3

5,1

2,94

2,8

Башкортостан)

АО «Первая горнорудная компания»

Павловское

Стратиформный

(Архангельская

1325,3

1162,6

4,2

4,93

область)

ООО «Башкирская медь»

Подольское

Цинково-

(Республика

медноколчеданный

1079,1

13,1

1,8

1,34

Башкортостан)

АО «Уралэлектромедь» (ОАО «Уральская горно-металлургическая компания»)

Таловское

Полиметаллический

323,3

92,3

0,7

9,91

(Алтайский край)

Нераспределенный фонд

Холоднинское

Колчеданно-

7,856,

(Республика

полиметаллический

13339,1

35,7

3,99

Бурятия)

Сырьем для производства цинка служат концентраты, получаемые путем

обогащения цинковой руды на горно-обогатительных предприятиях, а также

образующиеся в ходе производства вторичные цинксодержащие промпродукты.

Почти половина всех цинковых концентратов России производится на

обогатительных фабриках, находящихся под управлением холдинга УГМК. Еще около

40% производят на собственных предприятиях китайские компании ООО «Лунсин» и

ООО «Байкалруд». Остальной объем производства обеспечивают две обогатительные

фабрики Русской медной компании, Новоангарский обогатительный комбинат,

Центральная обогатительная фабрика АО «ГМК “Дальполиметалл”» и ОФ Ново-

Широкинского рудника в Забайкальском крае. Концентраты, производимые на

предприятиях холдингов УГМК и РМК, в том числе в Казахстане, поставляются на

отечественные металлургические заводы. Продукция остальных компаний реализуется

за рубеж - в Китай, Казахстан, Южную Корею и Японию. Концентраты, поступающие на

внутреннее потребление, содержат в среднем около 47% цинка при его извлечении в

концентрат на уровне 50-75%. Содержание цинка в концентратах, поставляемых за

рубеж, составляет не менее 50%; извлечение цинка в концентрат на обогатительных

фабриках Республики Тыва и Приморского края превышает 80%.

Производство металлического цинка ведется на мощностях УГМК - на

Челябинском цинковом заводе (АО «ЧЦЗ»). Потребности Челябинского цинкового

1.1.2 Производство цинка

Существуют

два

способа

извлечения

цинка

из

концентрата:

пирометаллургический и гидрометаллургический. Несмотря на то, что

гидрометаллургический процесс предъявляет более жесткие требования к качеству

сырья и, как правило, связан с большими капитальными затратами, 95% цинка в мире

получают гидрометаллургическим способом³⁾.

России

применяется

только

гидрометаллургический

способ,

предусматривающий выщелачивание цинка из предварительно обожженного

концентрата раствором серной кислоты. После окислительного обжига цинкового

концентрата производятся:

- выщелачивание цинкового огарка;

- очистка цинкового раствора от примесей;

- электролиз сульфатных цинковых растворов с получением катодного цинка;

- переплавка катодного цинка для получения товарного цинка.

При реализации гидрометаллургического способа производства цинка

образуются полупродукты - цинковый кек и медно-кадмиевый кек. В России цинковые

кеки перерабатываются для извлечения цинка и свинца в вельц-печах (за рубежом

цинковые кеки в основном перерабатываются в гидрометаллургическом цикле).

Вельц-печи являются универсальными агрегатами, и в них можно перерабатывать

цинксодержащие промежуточные продукты и отходы.

От общего российского производства цинка и цинк-алюминиевых сплавов на долю

производства цинк-алюминиевых сплавов приходится 56%.

Доля России в общемировом производстве цинка (включая цинк-алюминиевые

сплавы) составила

1,5%. По итогам

2019 года российское производство цинка

уменьшилось на 19%, до 207 тыс. тонн относительно 2018 года. На снижение данного

показателя повлияла остановка производства на ПАО «Электроцинк» из-за пожара в

конце 2018 года. Вследствие этого на российском рынке цинка образовался дефицит

металла, что повлекло за собой резкое увеличение импорта и сокращение экспорта.

Импорт цинка в рассматриваемом периоде увеличился на 266%, до 49,9 тыс. тонн.

Большая часть цинка импортируется из Казахстана (75%) и Узбекистана (14%). Импорт

цинка из Казахстана в 2019 году увеличился более чем в 7 раз, до 37,6 тыс. тонн, из

Узбекистана ― на 2%, до 7,1 тыс. тонн. Экспорт цинка снизился на 82% и составил

7,2 тыс. тонн. Основные поставки цинка осуществлялись в Эстонию (46% от общего

объема экспорта), Казахстан (19%), Белоруссию (14%).

Доля импортного цинка в структуре потребления возросла с

6% до 20%.

Увеличение видимого спроса объясняется ростом потребления цинка на предприятиях,

выпускающих оцинкованный прокат, доля которых в общероссийском объеме

потребления цинка составляет более 60%. Так, объем продаж оцинкованного листового

³⁾ Bruno Schwab Zinc recoveri // The Lead-Zinc Conference. - June 14-17, 2015, Dusseldorf,

Germany.

проката крупными российскими металлургическими предприятиями в 2019 году вырос

на 3%, до 3,3 млн тонн. Металлурги отмечают высокий спрос на данную продукцию на

внутреннем рынке со стороны автомобильной промышленности и строительного

сектора. В перспективе поддержку внутреннему спросу на цинк также может оказать

решение Коллегии Евразийской экономической комиссии от 3 декабря 2019 года ввести

антидемпинговые пошлины в отношении ввозимого в Евразийский экономический союз

оцинкованного плоского проката из КНР и Украины сроком на 5 лет. Годовой объем

импорта продукции, попавшей под ограничения, оценивается в 400 тыс. тонн.

1.2 Кадмий

1.2.1 Общая информация

Кадмий относится к редким, рассеянным элементам: он содержится в виде

изоморфной примеси во многих минералах и всегда в минералах цинка.

С коммерческой точки зрения кадмий относится к группе малых металлов, куда

также входят сурьма, висмут, хром, кобальт, индий, магний, марганец, ртуть, селен,

кремний, галлий, рений, германий.

В земной коре кадмия содержится около 1,4·10 ^- ⁵ % (по массе), это достаточно

редкий элемент. Нигде в мире он не встречается в промышленных концентрациях, за

исключением обнаруженных в 2005 году месторождений в провинции Гуйчжоу на юго-

западе Китая, где его содержание составляет 2-8 кг/т.

Единственный минерал, который представляет интерес для получения кадмия -

гринокит, так называемая «кадмиевая обманка». Его добывают вместе с фаеритом при

разработке цинковых руд. В ходе переработки он концентрируется в побочных продуктах

процесса, откуда его потом извлекают.

Основные

области

применения -

производство

никель-кадмиевых

аккумуляторных батарей, где используются соли кадмия; производство пигментов и

покрытий, где применяется как металлический порошок кадмия, так и его

синтезированные сульфиды. В последние годы около 10% металлического кадмия

используется в производстве пигментов. В настоящее время никель-кадмиевые

аккумуляторные батареи все чаще заменяются на литий-ионные.

В России производство кадмия регламентируется ГОСТ 1467-93 «Кадмий.

Технические условия» и ГОСТ 22860-93 «Кадмий высокой чистоты. Технические

условия».

1.2.2 Производство

Кадмий может производиться пирометаллургическим, гидрометаллургическим, а

также

комбинированным

способами.

В мировой

практике

применяется

преимущественно гидрометаллургический процесс.

Основными мировыми производителями кадмия являются Китай, Южная Корея и

Япония, на долю которых суммарно приходится около 20% от мирового производства.

На долю России приходится около 5% от общемирового производства.

Поскольку кадмий является побочным продуктом производства цинка, его выпуск

в России полностью обеспечивается цинковыми заводами (АО «ЧЦЗ)».

Практически весь объем производимого в России кадмия экспортируется.

1.3 Свинец и олово

1.3.1 Общая информация

Свинец

Свинец обладает рядом уникальных свойств: высокими пластичностью,

ковкостью, плотностью, низкой температурой плавления, жидкотекучестью, отсутствием

растворимости железа, а также чрезвычайной устойчивостью к коррозии и защитой от

проникновения различных видов излучения, что определяет широкий спрос на него в

различных отраслях промышленности как в виде металла допустимой чистоты, так и

компонента сплавов.

Свинец является одним из базовых металлов на Лондонской бирже металлов

(ЛБМ). В связи с этим производство свинца основано на EN 12659, повторяющим

DIN 1719, с содержанием металла от 99,940 (марка РВ 940R) до свинца высокой чистоты

99,990 (марка РВ 990 R). В ASTM В29-92 имеются три марки выше 99,90: марки L50006-

99,995, L50021-99,97, L0049-99,94.

В Российской Федерации требования к первичному свинцу в чушках и блоках, а

также к маркам свинца установлены в ГОСТ 3778-98 «Свинец. Технические условия».

Все отечественные марки свинца предусматривают чистоту металла не менее 99,50

(марка С3С). Высшая марка СО отвечает чистоте

99,992, что немного выше

европейского стандарта.

Для переработки сульфидных свинцовых концентратов применима как

пирометаллургическая, так и гидрометаллургическая технология. Однако

гидрометаллургические способы извлечения свинца вследствие технологического

несовершенства неконкурентоспособны относительно пирометаллургических и до сего

времени не нашли применения в промышленности.

Возможны три вида плавки свинца из сульфидных концентратов: реакционная,

осадительная и восстановительная.

В настоящее время осадительная плавка, основанная на взаимодействии

сульфида свинца с железом, потеряла свое значение.

В основе получения свинца методом реакционной плавки лежит химическое

взаимодействие между его сульфидом и оксидом или сульфатом.

Протеканию этих реакций должен предшествовать частичный окислительный

обжиг исходного концентрата, проводимый предварительно или в том же аппарате, в

котором происходит реакционное взаимодействие.

Реакционная плавка может быть осуществлена процессами КИВЦЭТ, QSL.

Широко применяемая восстановительная плавка осуществляется в шахтных

печах. Перед плавкой свинцовые сульфидные концентраты подвергают обжигу с

одновременным спеканием.

Классическим примером выплавки свинца в шахтных печах является процесс

«Империал Смелтинг» (ISP).

Произведенный черновой свинец содержит 2-10% примесей. В числе примесей

могут быть медь, сурьма, мышьяк, висмут, золото, серебро и др. Рафинирование

чернового свинца можно проводить пирометаллургическим и электролитическим

способами. Электролиз экономически оправдан только при небольшом содержании

примесей и поэтому применяется в меньшей степени.

Пирометаллургическое

(огневое)

рафинирование

чернового

свинца

предусматривает последовательное выделение примесей с учетом химических свойств

примесей или их соединений. На каждой стадии рафинирования образуются съемы

(промежуточные продукты), в которые переходят примеси и часть свинца. Съемы

подвергают дополнительной переработке. Технология огневого рафинирования

чернового свинца включает следующие стадии: обезмеживание (очистку от меди);

обестеллуривание (удаление теллура); окислительное рафинирование (удаление

мышьяка, сурьмы и олова); обессеребрение (удаление серебра и золота);

обесцинкование (удаление цинка); обезвисмучивание (удаление висмута); качественное

(окончательное) рафинирование от кальция, магния, сурьмы и иногда цинка.

Продолжительность всего цикла рафинирования зависит от многих факторов и

составляет около 100 ч.

Недра России богаты на свинец так же, как и на иные металлы и минералы.

Таблица 1.4 ― Добыча и запасы свинца по странам мира, тысяч тонн

Страна

2017

2018

Запасы

США

310

260

5000

Австралия

459

450

24000

Боливия

110

100

1600

Китай

2150

2100

18000

Индия

170

2500

Казахстан

112

100

2000

Мексика

243

240

5600

Перу

307

300

6000

Россия

200

6400

Швеция

1100

Турция

6100

Остальные

379

380

5000

Мир

4580

4400

83000

Основные продуценты существенно уступают лидеру. Вторую позицию занимает

Австралия.

Российская Федерация располагает значительной сырьевой базой свинца и

входит в десятку крупнейших продуцентов металла в концентрате. При этом весь

получаемый в стране концентрат поступает на экспорт - Россия является третьим в

мире экспортером металла в концентрате.

Более половины мировых ресурсов и добычи свинца связано с

полиметаллическими рудами, на которые в России приходится лишь треть запасов

металла и

17% добычи. Основу отечественной сырьевой базы составляют

месторождения свинцовых и свинцово-цинковых руд, крупнейшее из которых -

Горевское - является главным источником свинца в стране. Руды золота, серебра,

меди и некоторых других цветных металлов, содержащие свинец в качестве попутного

компонента, заключают почти четверть мировых ресурсов свинца и обеспечивают треть

его добычи, тогда как в России их роль пока невелика. В перспективе в стране может

увеличиться доля серебряных руд в структуре производства свинцовых концентратов за

счет реализации ряда подготавливаемых к эксплуатации объектов. По качественным

параметрам руды разрабатываемых отечественных месторождений в целом

сопоставимы с мировыми.

Производство свинцовых концентратов за последние десять лет выросло более

чем вдвое. Все свинцовые концентраты, получаемые на обогатительных предприятиях

страны, отправляются на экспорт, поскольку их металлургическая переработка в России

последнее пятилетие не проводится. Кроме того, в отдельные годы осуществлялась

продажа концентрата из складских запасов.

Основным потребителем российских концентратов является Китай, с 2011 года

начался также их экспорт в Казахстан и Южную Корею. Незначительное количество

концентратов было вывезено в 2018 году в Японию.

Производство металлического свинца в России осуществляется на мощностях

мелких и средних предприятий, перерабатывающих вторичное сырье. При этом объем

производства, по оценочным данным, за последние десять лет вырос чуть более чем на

треть, составив к 2018 году 140 тыс. тонн металла в год. Большая часть металла

поставляется на экспорт, однако некоторое количество идет на внутреннее

потребление - производство аккумуляторов. В связи с тем, что часть металла

производится непосредственно аккумуляторными заводами для собственного

потребления, оценка объемов производства и внутреннего потребления может быть

занижена.

Таким образом, сырьевая база свинца России значительна, но ее освоение

ведется в ограниченных масштабах. Объемы добычи и производства товарной

продукции определяются спросом со стороны зарубежных потребителей, в первую

очередь - Китая. Внутренние потребности в металле обеспечиваются за счет

переработки вторичного сырья, что в целом является общемировой практикой.

Таблица 1.5 ― Состояние сырьевой базы свинца Российской Федерации

Состояние сырьевой базы свинца Российской Федерации

на 1.01.2017 г.

на 1.01.2018 г.

Прогнозные

ресурсы

А+В+С1

С2

А+В+С1

С2

А+В+С1

С2

количество, тыс. т

10241,6

7351,9

10079,3

7369,2

10 367

7 307

Доля

распределенного

84,7

64,5

66,4

65,5

66,1

фонда,%

На 01.01.2018 г.

Прогнозные

Р1

Р2

Р3

ресурсы

Количество тыс. т

3 246,2

9 477

25 690

Таблица 1.6 ― Использование сырьевой базы свинца РФ, тыс. т

2016

2017

2018

Добыча из недр

272,4

228,3

246,8

Производство свинцового концентрата

367

371,4

380

Производство свинца в концентрате

204.3

210,8

220

Экспорт руд и концентратов свинца

384,6

372,8

388.9

Производство металлического свинца

130

140

Экспорт металлического свинца

125,8

118

101,5

Импорт металлического свинца

3,3

0,6

2,2

Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых (ГКЗ) имеет свою

методику подсчета, учитывающую и доказанные, и вероятные запасы.

Государственным балансом запасов полезных ископаемых РФ учтены

102 коренных месторождения свинца, запасы 10 из них относятся к забалансовым.

В распределенном фонде недр по состоянию на

01.01.2017 числилось

43 месторождения, заключающих 84,7% запасов свинца категорий А+В+С1+С2; часть их

сосредоточена в объектах, разрабатываемых на другие компоненты.

В российских недрах разведаны запасы свинца в количестве 17,6 млн тонн, более

половины которых подсчитаны по категориям А+В+С1. Разрабатываемые и

подготавливаемые к эксплуатации месторождения заключают 6,3 млн тонн запасов этих

категорий, что позволяет стране занимать четвертое место в мире по величине

сырьевой базы после Китая, Австралии и Перу. Качество руд основных отечественных

и зарубежных месторождений в целом сопоставимо. По количеству добываемого

металла Россия входит в пятерку крупнейших продуцентов в мире.

Таким образом, их сумма выводит Российской Федерации на второе место на

планете по запасам свинца.

Основные месторождения свинца, разрабатываемые в Российской Федерации,

приведены в таблице 1.7 и на рисунке 1.6.

Таблица 1.7 - Удельный вес геолого-промышленных типов свинецсодержащих

месторождений

Запасы, тыс. т

Доля в

Содержа-

Добыча в

Месторождение

Промышленный тип

руды

запасах

ние в

2018 г.,

(субъект РФ)

руд

РФ, %

рудах, %

тыс. т

А+В+С1

С2

ОАО «Горевский ГОК»

Горевское

Колчеданно-поли-

(Красноярский

металлический в

2458

2472,1

27,9

6,5

171

край)

тирригенных породах

ООО «Байкалруд»

Нойон-Тологой

Скарново-

(Забайкальский

716,7

323,7

5,9

1,1

14,5

полиметаллический

край)

АО «Сибирь-Полиметаллы» (ОАО «Уральская горно-металлургическая компания»)

Колчеданно-поли-

Корбалихинское

металлический в

443,1

31,4

2,7

4,1

(Алтайский край)

тирригенных породах

АО «Ново-Широкинский рудник»

Ново-

Широкинское

Скарново-

79,9

175,1

1,4

1,7

10,7

(Забайкальский

полиметаллический

край)

АО «ГМК «Дальполиметалл»

Николаевское

Скарново-поли-

(Приморский

173,3

0,6

2,3

4,7

металлический

край)

ООО «Лунсин»

Кызыл-

Таштыгское

Полиметаллический

131,6

27,2

0,9

1,7

5,2

(Республика

Тыва)

ООО «Озерное»

Озерное

(Республика

Свинцово-цинковый

1464,1

99,5

8,8

1,2

Бурятия)

Продолжение таблицы 1.7

Запасы, тыс. т

Доля в

Содержа-

Добыча в

Месторождение

Промышленный тип

руды

запасах

ние в

2018 г.,

(субъект РФ)

руд

РФ, %

рудах, %

тыс. т

А+В+С1

С2

АО «Первая горно-рудная компания»

Павловское

(Архангельская

Свинцово-цинковый

область,

303

246,3

3,1

1,13

стратиформный

архипелаг Новая

Земля)

ООО «Прогноз-Серебро»

Прогноз

Серебряно-

(Республика

95,5

117,8

1,2

2,1

полиметаллический

Саха (Якутия))

АО «Уралэлектромедь»

Таловское

Полиметаллический

149,9

48,9

1,1

4,6

(Алтайский край)

ООО «ГеоПроМайнинг Верхне Менкече»

Верхне-Менкече

Серебряно-

«Республика

10,1

134,1

0,8

2,3

8,4

полиметаллический

Саха (Якутия))

Нераспределенный фонд недр

Холоднинское

(Республика

Полиметаллический

2011,6

1347,3

19,3

0,6

Бурятия)

Рисунок 1.6 ― Основные месторождения свинца и распределение его запасов и

прогнозных ресурсов категории Р1 по субъектам Российской Федерации, млн т

В настоящее время число предприятий, перерабатывающих руды цветных

металлов с выпуском цветных металлов, сократилось. Перестали перерабатывать

свинецсодержащие полиметаллические руды. АО «Садонский СЦК» (ликвидирован в

2011 году), АО «Салаирский ГОК» (ликвидирован в 2008 году), АО «Алтайполимет» и

ЗАО «Полиметалл» перешли на выработку и обогащение медной руды. Одновременно

наращивают мощности ОАО «Уральская горно-металлургическая компания» и АО

«Горевский ГОК», последний является главным производителем свинцовых

концентратов на ближайшее десятилетие.

Структура свинцовой промышленности в Российской Федерации представлена на

рисунке 1.7.

соответственно 85,5, 77,9, 65%; из руд Рубцовского месторождения, содержащего

10,90% цинка, 6,01% свинца, 4,26% меди, соответственно

65,1, 72,1, 61,2 %; из руд

Озерного месторождения, содержащего 4,3% цинка, 0,9% свинца, соответственно 85-

87% и 55-60 %; из руд Горевского месторождения, содержащего 1,22% цинка и 6,42%

свинца, извлечение металлов в одноименные концентраты составляет соответственно

50,4% и 87,7 %. При этом расходы реагентов депрессоров (цинкового купороса, извести,

цианида, сернистого натрия и т. д.) в ряде случаев превышают килограммы на тонну

руды, что делает бесперспективным освоение ряда месторождений. В этом случае

вновь возникает необходимость разработки комбинированных обогатительно-

металлургических процессов переработки коллективных концентратов или

полупродуктов, что позволит резко повысить извлечение всех ценных компонентов (в

том числе и попутчиков), уменьшать расходы на обогащение.

Качество свинцовых концентратов определяется содержанием в них свинца,

металлов-примесей и составом компонентов пустой породы. С технологической точки

зрения свинцовые концентраты грубо можно разделить на весьма богатые, содержащие

от 70% до 80% свинца при малом содержании кремнезема, сурьмы и других примесей,

и на прочие концентраты, содержащие менее 70% свинца и заметные количества других

сопутствующих металлов. Эти прочие концентраты включают как богатые концентраты

с 55-70% свинца, так и концентраты, содержащие менее 55% свинца и много примесей.

Основную массу свинца выплавляют из концентратов, получаемых из

сульфидных или смешанных руд самого различного состава и содержащих менее 70%

этого металла. В большинстве случаев руды носят полиметаллический характер,

поэтому качество получаемых концентратов во многом зависит от минералогического

состава руд, степени прорастания в них минералов и многих других факторов, влияющих

на процесс обогащения. Но даже из весьма труднообогащаемых руд можно выделить

достаточно удовлетворительные концентраты в результате перевода значительной

части металлов в промежуточные продукты сложного состава. Расчеты показывают, что

нередко целесообразно выделять такие продукты и подвергать их самостоятельной

переработке, чтобы получать богатые и достаточно чистые концентраты.

На Новоангарском обогатительном комбинате и обогатительных фабриках АО

«ГМК «Дальполиметалл» и ООО «Байкалруд» выпускаются концентраты наиболее

высокого качества КС 3-5 с содержанием свинца более 50%. На остальных предприятиях

выпускается менее качественная продукция по содержанию свинца, но нередко с

промышленным содержанием попутных компонентов, имеющих высокую стоимость, ―

серебра, золота и др. Концентраты, получаемые на отечественных обогатительных

фабриках, поставляются на экспорт в Китай, Казахстан, Южную Корею и частично

Японию.

Металлический свинец и свинцовые сплавы в России производятся в основном из

свинецсодержащих ломов, в том числе аккумуляторных, и попутных промышленных

продуктов производства меди и цинка (пылей, шлаков, кеков). Наиболее крупными

предприятиями по выпуску вторичного свинца являются: ООО «Фрегат», ГК «Маглюг»,

АО «Уралэлектромедь», ООО «Экорусметалл» Большая часть рафинированного

свинца, производимого в России, наряду с концентратами, направляется на экспорт в

Турцию, Швейцарию, Чехию, Грецию и другие страны.

Несмотря на достаточную базу минерального сырья, подавляющий объем

выпускаемого в России свинца производят из вторичного сырья: аккумуляторного лома,

пыли и кеков других производств цветной металлургии.

Основными производителями свинца в России являются:

- ООО «Фрегат» ― производит высококачественный свинец и сплавы на его основе;

- ЗАО «Метком Групп Зарайск» ― производит вторичный марочный свинец,

свинцово-сурьмяные сплавы;

- ЗАО «Агроприбор» ― производит свинец и сплавы на его основе, оловянные,

свинцовые и кальциевые баббиты;

- АО «Челябинский цинковый завод» ― производит цинк, медный клинкер,

свинцовый кек, металлы редкие: индий, кадмий, серную кислоту;

- ЗАО «Комбинат по переработке вторичных ресурсов «Сплав» ― производит

свинец, цинк и т. д.;

- ООО «Курский аккумуляторный завод» ― производит свинцово-кислотные

аккумуляторы, щелочные аккумуляторы, закрытые никель-кадмиевые аккумуляторы;

- ООО «АКОМ-инвест» ― производит мягкий свинец, свинцово-сурьмянистые

аккумуляторные сплавы, свинцово-кальциевые аккумуляторные сплавы, сплавы свинца

по индивидуальным требованиям Заказчика;

- ОАО «Тюменский аккумуляторный завод» ― производство свинцовых

аккумуляторных батарей стартерных и стационарных;

- АО «Уралэлектромедь» ― производит свинец чушковой, сплав свинцово-

висмутистый, свинец медистый;

- ООО «Экорусметалл» ― производит продукцию в виде свинца и сплавов на его

основе, соответствующую требованиям ГОСТ РФ, а также мирового стандарта качества.

Таблица 1.8 - Производство свинца в концентрате по годам, тыс. т

2014

2015

2016

2017

2018

70,0

180,0

156,0

204,0

На мировом рынке рафинированного свинца по итогам текущего года ожидается

дефицит 123 тыс. тонн с переходом в избыток до 50 тыс. тонн по итогам 2019 года.

Ожидается, что спрос на свинец возрастет на 0.2% и составит 11.71 млн тонн в текущем

году, в следующем году эти показатели составят 0,7% и 11,79 млн тонн.

Международная организация International Lead & Zink Study Group (ILZSG),

отслеживающая обстановку на мировом рынке свинца и цинка, прогнозирует, что по

итогам текущего года спрос на свинец в мире превысит предложение на 46 тыс. тонн.

Ранее ILZSG ожидала, что баланс будет подведен с избытком в размере 71 тыс. тонн.

Уровень добычи свинца за последние десять лет вырос почти вдвое, что

обусловлено интенсивной разработкой Горевского месторождения с выходом

обогатительного комбината сначала на мощность по руде в 1000 т/год с увеличением до

2500 т/год, а также с началом отработки месторождений Ново-Широкинское и Нойон-

Тологой в Забайкальском крае. Увеличилось и количество свинца, извлекаемого в

концентрат. Большую часть добычи свинца и производства свинцового концентрата в

России обеспечивает группа компаний «Новоангарский обогатительный комбинат и

Горевский горно-обогатительный комбинат» (ГК «НОК, ГГОК»), занимающаяся

разработкой Горевского месторождения в Красноярском крае и переработкой его руд и

рудных отвалов. Горевскому ГОК принадлежит чуть менее половины всех российских

запасов свинца. Обеспеченность запасами предприятия составляет 30 лет. Остальной

объем добычи и производства свинца в концентрате приходится на компанию ООО

«Руссдрагмет» (Highland Gold Ltd.), разрабатывающую месторождение Ново-

Широкинское в Забайкальском крае, вертикально интегрированный холдинг ООО

«УГМК», разрабатывающий месторождения Алтайского края, компанию ООО

«Байкалруд» под управлением китайских инвесторов, ведущую добычу на

месторождении Нойон-Тологой в Забайкалье, а также компанию АО «ГМК

“Дальполиметалл”», разрабатывающую месторождения Приморья. Кроме того,

несколько компаний занимаются добычей серебра в Магаданской области и Республике

Саха (Якутия). Обеспеченность предприятий запасами в среднем составляет 15-20 лет.

Концентраты, получаемые на отечественных обогатительных фабриках, поставляются

на экспорт в Китай, Казахстан, Южную Корею и частично Японию. На Новоангарском

обогатительном комбинате и обогатительных фабриках АО «ГМК “Дальполиметалл”» и

ООО «Байкалруд» выпускаются концентраты наиболее высокого качества КС 3-5 с

содержанием свинца более 50%. На остальных предприятиях выпускается менее

качественная продукция по содержанию свинца, но нередко с промышленным

содержанием попутных компонентов, имеющих высокую стоимость, - серебра, золота и

др.

Россия располагает богатой сырьевой базой свинца, достаточной для

обеспечения работы горнодобывающих и металлургических предприятий страны в

течение многих десятилетий.

Олово

Россия располагает одной из крупнейших в мире сырьевых баз олова ― запасы

металла достигают почти 2,17 млн тонн, более чем в 1,8 раза превышая запасы Китая ―

ключевого производителя олова в мире. В российской сырьевой базе олова

представлены как коренные, так и россыпные объекты. Качество руд коренных

месторождений в целом соответствует мировому уровню ― среднее содержание олова

на месторождениях, учтенных Государственным балансом запасов, составляет 0,28%.

В то же время качество отечественных россыпей, пески которых содержат в среднем

0,6 кг/м³ олова, заметно превосходит параметры, например, индонезийских объектов.

В России добычу олова с последующим получением оловянных концентратов

ведут две компании, управляемые ПАО «Русолово» (входит в структуру ПАО

«Селигдар»): ООО «Правоурмийское» и АО «Оловянная рудная компания»,

разрабатывающие в Хабаровском крае Правоурмийское и Фестивальное

месторождения. Оба объекта с апреля 2018 года входят в состав ТОСЭР «Комсомольск»

(площадки «Правоурмийское» и «Оловянно-рудная»).

Кроме того, в малых количествах олово добывается компанией

АО «ГМК» Дальполиметалл» на олово-полиметаллическом месторождении Южное в

Приморском крае, однако в концентрат оно не извлекается по экономическим причинам.

Таблица

1.9 ― Основные месторождения олова и перечень эксплуатирующих их

предприятий

Запасы, тыс. т

Доля в

Содер-

балан-

Добыча*

жание

Месторождение

Тип руд

совых

олова в

А+В+С1

С2

запасах

2018 г., т

рудах

РФ, %

ООО «Правоурмийское» (ПАО «Русолово»)

Правоурмийское**

Грейзеновый

55,6

22,4

3,6

1,15%

1864

(Хабаровский край)

ОАО «Оловянная рудная компания» (ПАО «Русолово»)

Фестивальное **

Касситерит-

55,9

29,5

0,65%

860

(Хабаровский край)

силикатный

АО «Янолово» ( АО «Республиканская Инвестиционная Компания»(АО «Республиканская

Инвестиционная Компания»)

Россыпь руч.

Тирехтях (Якутия)

Россыпной

65,9

2,3

3,2

814,13г/м³

(Республика Саха)

Добыча на основных разрабатываемых месторождениях

2724

Добыча на прочих месторождениях

134

Подготавливаемые к эксплуатации и разведываемые

ОАО «Забайкальская Горнорудная Компания»

Соболиное

Касситерит-

46,9

45,1

4,3

1,07%

(Хабаровский край)

силикатный

ЗАО «ГОК Депутатский»

Депутатское

Касситерит-

(Республика Саха)

198,3

57,5

11,9

1,15%

силикатный

(Якутия)

Нераспределенный фонд

Одинокое

Касситерит-

(Республика Саха)

125,8

1,8

5,9

0,32%

кварцевый

(Якутия)

Одинокий руч.

(Республика Саха)

Россыпной

50,9

2.4

828,71г/м³

(Якутия)

Окончание таблицы 1.9

Запасы, тыс. т

Доля в

Содер-

Добыча*

балан-

жание

Месторождение

Тип руд

совых

олова в

2018 г.,

А+В+С1

С2

запасах

рудах

РФ, %

Чекурдахская

россыпь

Россыпной

18,2

0,8

492,97г/м³

(Республика Саха)

(Якутия)

Шерловогорское

Касситерит-

55.5

4.9

0,17%

(Забайкальский край)

сульфидный

Пыркакайский

Касситерит-

оловянный узел

231,6

6.8

11,1

0,26%

кварцевый

(Чукотский АО)

Валькумейская рос-

Россыпной

12,5

3,2

0,7

1259,95г/м³

сыпь (Чукотский АО)

Верхнее

Касситерит-

93,7

4,6

0,3%

(Приморский край)

силикатный

Тигриное

Касситерит-

170,5

15,6

8,6

0,12%

(Приморский край)

кварцевый

* включая добычу из отвалов

** часть запасов учитывается в нераспределенном фонде недр

Рисунок 1.8 ― Структура оловянной промышленности Российской Федерации

Основу мировой сырьевой базы олова составляют месторождения руд

кассетерит-кварцевого (включая грейзеновый), россыпного, кассетерит-сульфидного и

апоскарнового типов. В России главную роль играют объекты с кассетерит-силикатными

и кассетерит-кварцевыми рудами, содержащими около 75% запасов страны, при этом

апоскарновые объекты практически отсутствуют.

Доля России в добыче олова крайне мала ― всего около 0,2%. Лидирующие

позиции в оловодобывающей отрасли традиционно занимают Китай, который с

середины 1990-х гг. обеспечивает не менее 30% мировой добычи металла, и Индонезия

(около 20-25% мировой добычи). В Боливии крупнейшим источником металла в стране

является рудник Уануни, разрабатывающий крупное жильное месторождение богатых

(со средним содержанием Sn более

2,5%) кааситерит-сульфидных руд. В Перу

оловодобыча ведется на единственном объекте ― жильном месторождении очень

богатых (среднее содержание Sn более 5%) касситерит-кварц-хлоритовых руд, запасы

которого близки к исчерпанию. С 2013 года в число крупных продуцентов оловянного

сырья вошла Мьянма, уже в 2014 году занявшая третье место в мировом рейтинге

оловодобывающих стран. Ее сырьевая база включает как россыпные, так и коренные

месторождения.

В целом в мире основными источниками оловянного сырья являются коренные

месторождения апоскарнового и касситерит-сульфидного геолого-промышленного

типов и россыпи, доли которых в мировой добыче близки между собой, суммарно

составляя порядка 90%.

Основой российской сырьевой базы олова являются разномасштабные коренные

месторождения оловянных руд, в основном относящихся к касситерит-силикатному и

касситерит-кварцевому геолого-промышленным типам и содержащих руды

неоднородного качества со средним содержанием от сотых долей процента до более

5%. На долю россыпей приходится 11% российских запасов олова. Еще около 3%

запасов заключено в комплексных оловосодержащих рудах, в которых олово в основном

сопутствует редким металлам, а его среднее содержание преимущественно находится

на уровне первых сотых процента.

Рисунок 1.9 ― Основные месторождения олова и распределение его запасов и

прогнозных ресурсов категории Р1 по субъектам Российской Федерации, тыс. т

Более 91% запасов олова и практически весь прогнозный потенциал страны

сконцентрированы в Дальневосточном ФО. Около 40% запаса округа заключено в

недрах Республики Саха (Якутия), на территории которого располагается Яно-

Индигирская оловоносная провинция. В их числе ― крупнейшее в России Депутатское

месторождение богатых (1,15% Sn) касситерит-турмалиновых руд, входящее в десятку

лучших оловорудных объектов мира. Заключенные в его недрах запасы превышают

250 тыс. тонн металла, имеется потенциал для их прироста ― в количестве 80 тыс. тонн

олова. На территории республики также расположены два уникальных россыпных

месторождения с богатыми (среднее содержание 800 г/м³) песками ― ручьи Тирехтях и

Одинокий, запасы первого превышают 74 тыс. тонн металла, запасы второго близки к

52 тыс. тонн.

Еще около 22% запасов олова содержится в месторождениях Приморского края

(восточная часть Сихоте-Алинской оловоносной провинции). Практически в полном

объеме эти запасы заключены в коренных месторождениях, большинство из которых

относятся к касситерит-силикатному и касситерит-сулфидному типам.

Около 16,5% российских запасов олова приходится на долю Хабаровского края,

где также доминируют коренные месторождения касситерит-силикатного типа, но с

касситерит-турмалиновыми рудами. На его территории расположен главный объект

России ― Правоурмийское грейзеновое месторождение богатых (1,16% Sn) руд.

Около 16% запасов олова разведано в Чукотском АО. Остальные запасы олова

Дальневосточного ФО заключены в месторождениях Еврейской АО и Магаданской

области, среди которых доминируют коренные объекты. В Сибирском ФО значительная

часть запасов олова заключена в месторождениях Забайкальского края с суммарными

запасами около 6% российских. Запасы олова также разведаны в комплексных рудах

коренных объектов Иркутской области и Республики Бурятии, суммарная доля которых

в запасах страны составляет 2,2%.

На государственном учете находятся запасы 271 месторождения олова (124

коренных и 147 россыпных), из которых 58 (35 коренных и 23 россыпных) содержит

только забалансовые запасы.

Основным производителем олова в России является ООО «Новосибирский

оловообрабатывающий завод» (ООО «НОЗ»), производящий металлическое олово и

оловянные сплавы, мощности предприятия позволяют выпускать около 11 тыс. тонн

олова в год. Предприятие получает сырье с рудников Хабаровского края.

Импорт оловянных концентратов в Россию не регулярен: в

2017 году

осуществлялся в незначительных объемах, основным поставщиком выступала Мьянма.

Российские потребители продолжают зависеть от импорта металлического олова. В

2017 году они возросли до

1520 тонн. Основной поставщик ― Индонезия, в

значительных количествах металл также поступает из Китая и Боливии. Кроме того,

Россия в малых количествах закупает (на уровне десятков тонн) за рубежом

обработанное олово в форме прутков, проволоки и прочих изделий. При этом она

продолжает поставлять металлическое олово на внешний рынок, главным образом в

страны СНГ, среди которых ключевым покупателем традиционно выступает Казахстан.

После 2017 года активизировались продуценты металла во всех регионах мира;

итоговые показатели десяти крупнейших мировых оловопроизводящих компаний

превзошли уровень предыдущего года почти на 5,5%, или на 11 тыс. тонн. При этом

рынок олова оценивался как сравнительно сбалансированный.

Российская сырьевая база олова, будучи одной из крупнейших в мире, способна

в течение длительного времени обеспечить практически любой уровень добычи.

Несмотря на то, что отечественные объекты соответствуют требованиям мировой

горной промышленности, многие из них остаются невостребованными. Главная

причина ― крайне низкий спрос на оловянное сырье внутри страны и высокая стоимость

освоения новых объектов и их эксплуатации, что негативно влияет на

конкурентноспособность отечественного сырья на внешних рынках в случае экспортной

ориентации потенциальных производств.

1.4 Основные экологические проблемы отрасли

Основные экологические проблемы отрасли связаны с загрязнением воздуха,

воды и образованием отходов.

К основным типам выбросов в атмосферу от производства относятся:

- диоксид серы (SO2), иные соединения серы и кислотные пары;

- оксиды азота (NOx) и иные его соединения;

- металлы и их соединения;

- ЛОС и ПХДД/Ф.

Основными загрязняющими веществами, содержащимися в стоках, являются

металлы и их соединения, а также материалы в форме суспензии.

В рамках производства образуется ряд побочных продуктов, остаточных

продуктов и отходов. Основным видом отходов, оказывающим значительное

воздействие на окружающую среду, являются остаточные продукты выщелачивания.

Подробная информация о воздействии на окружающую среду, а также уровни

потребления ресурсов приведены в разделе 3 настоящего справочника НДТ.

Раздел 2 Процессы производства цинка, свинца и кадмия

2.1 Общие производственные процессы

В производстве цинка, кадмия, свинца и олова используется ряд технологических

процессов, разнообразное оборудование и различные методы. Для ясного

представления излагаемой информации эти процессы и различия необходимо

рассматривать в логическом порядке.

Методы снижения воздействия производственных установок на окружающую

среду можно условно разделить на три категории:

1) методы управления/менеджмента - методы, связанные с системами и

процедурами управления проектированием и эксплуатацией производственного

процесса, а также с подготовкой операторов и другого персонала;

2) методы, интегрированные в производственный процесс, - это главным

образом методы, связанные с предупреждением или снижением эмиссий,

образующихся при реализации таких видов деятельности, как хранение, химические

реакции, разделение и очистка различных материалов и веществ;

3) методы борьбы с загрязнением - это методы «на конце трубы», направленные

на сокращение эмиссий в воздух, водные объекты и на почву.

В настоящем разделе кратко описаны основные методы, которые применяются

при производстве свинца. Там, где возможно, отдельно указываются методы,

направленные на предотвращение или снижение эмиссий применительно к конкретным

компонентам окружающей среды (воздух, вода, почва). В настоящем разделе также

рассматривается, где и на каких этапах производственного цикла могут быть применены

эти методы для совершенствования существующих процессов.

2.1.1 Системы менеджмента

Эффективный менеджмент имеет существенное значение для достижения

высокой результативности природоохранной деятельности. Это важный компонент НДТ.

Практика показывает, что наблюдаются значительные различия между экологической

результативностью процесса, который управляется и реализуется хорошо, и

аналогичного процесса, который управляется и реализуется плохо. Наиболее

значимыми факторами, определяющими эту разницу, являются системы менеджмента

и информационного взаимодействия.

Достижение высокой результативности требует приверженности принципам

экологического менеджмента на всех уровнях менеджмента в компании: от правления

или иного органа, определяющего политику компании, до руководителей объектов,

участков и непосредственных операторов. Система должна определять цели и задачи и

обеспечивать доведение до исполнителей соответствующих инструкций, а также

информации о результатах деятельности. Стандартизированные на международном

уровне системы экологического менеджмента, определяемые требованиями стандарта

ISO 14001; системы менеджмента в области охраны здоровья и безопасности в

соответствии с требованиями стандарта OHSAS 18001; системы менеджмента качества,

построенные на основе требований стандарта ISO 9000, позволяют формализовать

системы менеджмента компаний и предприятий.

Хотя применение этих стандартов не является обязательным требованием,

владельцам/операторам соответствующих установок следует учитывать преимущества,

которые может обеспечить их внедрение. Применяемые в рамках соответствующих

систем менеджмента методы также могут способствовать улучшению экономических

показателей за счет повышения эффективности производства, снижения затрат на

энергетические ресурсы и утилизацию отходов, повышения выхода металла. Таким

образом, применение этих методов является важным фактором повышения

результативности работы современной установки.

2.1.2 Энергетический менеджмент и энергоэффективность

Вопросы использования энергии при оценке НДТ в цветной металлургии в целом

и при производстве металлов, входящих в область применения настоящего справочника

НДТ, в частности имеют существенное значение. Так, например, существенная доля в

общем производстве свинца обеспечивается за счет вторичных ресурсов. Поскольку

удельные прямые выбросы плавильных заводов, перерабатывающих лом, в 3 раза

ниже, чем выбросы плавильных заводов, работающих на первичном сырье,

изготовление свинца из вторичных материалов исключает выбросы десятки тыс. т

загрязняющих веществ и CO2.

Основным методом повышения энергоэффективности является использование

систем энергоменеджмента, описанных в международном стандарте ISO 50001 или

национальном стандарте ГОСТ Р ИСО 50001.

Утилизация энергии и тепла широко применяется и при производстве цветных

металлов. Пирометаллургические процессы обжига, агломерации, плавки обычно

сопровождаются интенсивным выделением тепла, содержащегося, в частности, в

отходящих газах. Поэтому для утилизации тепла используются регенеративные и

рекуперативные горелки, теплообменники и котлы. Пар или электроэнергия могут

вырабатываться на заводе как для собственного использования, так и для внешних

потребителей, например для муниципальных систем отопления, и для подогрева

материалов или газообразного топлива. Технологии, применяемые для рекуперации

тепла на различных объектах, могут существенно различаться. Их характеристики

зависят от целого ряда факторов, таких как эксергетический КПД, возможные

направления использования тепла и электроэнергии на промплощадке или рядом с ней,

масштаба производства и способности газов или содержащихся в них компонентов

откладываться или осаждаться в теплообменниках.

Ниже приведены примеры методов, которые могут быть использованы для

применяемых технологических процессов производства.

Горячие газы, образующиеся при плавке или обжиге сульфидных руд, почти

всегда проходят через паровые котлы. Получаемый пар может использоваться для

производства электроэнергии или для отопления. Помимо генерации электроэнергии,

пар используется в процессе сушки концентрата, а остаточное тепло используется для

предварительного подогрева воздуха, поступающего для поддержания горения.

Другие пирометаллургические процессы также имеют ярко выраженный

экзотермический характер, особенно при использовании дутья, обогащенного

кислородом. Многие процессы используют избыток тепла, который на этапах обжига или

плавки используется для плавки вторичного сырья (лома). В этом случае лом

используется для снижения температуры процесса, причем состав лома тщательно

контролируется.

Использование в горелках обогащенного кислородом воздуха или кислорода

сокращает потребление энергии за счет возможности автогенной плавки или полного

сгорания углеродных материалов. Объемы отходящих газов существенно сокращаются,

что позволяет применять вентиляторы меньших размеров и т. п.

Материал футеровки печи может также влиять на энергетический баланс плавки.

Имеются данные о положительном эффекте применения легких огнеупорных

материалов с низкой теплопроводностью, снижающих потери тепла в окружающую

среду. При этом необходимо сбалансировать получаемые от этого выгоды со сроком

службы футеровки, инфильтрацией металлов в футеровку.

Раздельная сушка концентратов и вторичного сырья при низких температурах

сокращает потребность в энергии. Это связано с объемом энергии, необходимой для

перегрева пара в плавильной печи, и значительным увеличением общего объема газа

при производстве пара. Больший объем газа увеличивает количество тепла, отводимого

из печи, и, следовательно, размер вентилятора, необходимого для работы с

увеличенным объемом газа. В некоторых случаях сушка может быть обусловлена

необходимостью поддержания минимального уровня влажности для предотвращения

выбросов пыли и (или) самовозгорания.

Производство серной кислоты из диоксида серы, образующегося на стадиях

обжига и плавки, - экзотермический процесс, включающий несколько стадий

охлаждения газа. Тепло, накапливаемое в газе при обжиге и плавке, а также тепло,

содержащееся в произведенной кислоте, может быть использовано для производства

пара и (или) горячей воды.

Тепло утилизируется путем использования горячих газов со стадий плавки для

сушки и предварительного подогрева шихты. Аналогичным образом топливный газ и

подаваемый для поддержания горения воздух могут быть предварительно подогреты,

или в печи может быть использована рекуперационная горелка. Термоэффективность в

этих случаях повышается.

Важным методом является охлаждение отходящих газов перед подачей в

рукавный фильтр, поскольку оно обеспечивает температурную защиту фильтра и

допускает более широкий выбор материалов для его изготовления. В некоторых случаях

на этой стадии возможна утилизация тепла.

Образующаяся при восстановительной плавке в шахтной печи окись углерода

улавливается и сжигается в качестве топлива в нескольких различных процессах или

используется для производства пара, например для местного отопления, а также на

другие энергетические нужды. CO может образовываться в существенных объемах, и

можно привести целый ряд примеров, когда большая часть энергии, используемой

установкой, производится на основе CO, улавливаемого в электродуговой печи.

Значительную экономию энергии также обеспечивает вторичное использование

загрязненных отходящих газов в кислородно-топливной горелке. Горелка использует

остаточное тепло газа, энергию содержащихся в нем примесей и разрушает последние.

С помощью этого процесса можно также сократить выбросы оксидов азота.

Часто практикуется использование тепла газов или пара для увеличения

температуры выщелачивающих растворов. В некоторых случаях часть газового потока

может отводиться на скруббер для отдачи тепла в воду, которая затем используется для

целей выщелачивания. Охлажденный газ затем возвращается в основной поток для

дальнейшей очистки.

В отдельных случаях во время переплавки батарейного лома горючий пластик

вносит свой вклад в энергию, которая используется в процессе плавки и сокращает

объем необходимого ископаемого топлива.

Преимущества предварительного нагрева воздуха, подаваемого для

поддержания горения, подтверждены многими документами. Если воздух подогревается

на 40 °C, рост температуры пламени составляет 20 °C, а если предварительный

подогрев составляет 50 °C, температура пламени растет на 300 °C. Такое увеличение

температуры пламени обеспечивает более высокую эффективность плавки и

сокращение потребления энергии. Имеются сведения о регенеративных горелках,

подогревающих подаваемый воздух до 90 °C, что сокращает потребление энергии на

70 %. Этот метод хорошо освоен, и достигнутый срок окупаемости составляет менее

одного года.

Во многих обстоятельствах предварительная сушка сырья обеспечивает

энергосбережение, потому что скрытое тепло, аккумулируемое в образующемся паре,

не теряется, кроме того, уменьшается объем газов, следовательно, вентиляторы и

газоочистки тоже могут быть меньшими по размеру и потреблять меньше энергии.

Горячие газы, улавливаемые над литейными желобами, могут использоваться для

поддержания горения.

Вторичное использование тепла и энергии - несомненно, важный фактор для

предприятий цветной металлургии, отражающий высокую долю энергозатрат в

себестоимости. Многие методы вторичного использования энергии относительно легки

для применения при модернизации существующих производств, однако иногда могут

возникать проблемы, связанные с отложениями в теплообменниках. Поэтому в основе

качественного проектирования должны лежать достоверные знания о выбрасываемых

компонентах и их поведении при различных температурах. Для поддержания высокой

термоэффективности также используются системы очистки теплообменников.

Поскольку эти методы экономии являются примерами экономии на отдельных

компонентах установок, их применение и экономическая эффективность зависят от

специфических условий конкретной промышленной площадки и технологического

процесса.

2.1.3 Предварительная обработка, подготовка и транспортировка сырья

Руды, концентраты и вторичное сырье нередко поступают на производство в такой

форме, в которой они не могут быть использованы непосредственно в основном

процессе. Из соображений контроля качества и безопасности могут быть необходимы их

сушка/размораживание, радиационный и пироконтроль. Размер фракций материала

бывает необходимо увеличить или уменьшить, чтобы интенсифицировать химические

процессы или снизить окисление. Для обеспечения металлургических процессов могут

добавляться специальные добавки, такие как уголь, кокс, флюсы и (или) другие

шлакообразующие материалы. Флюсы добавляют, чтобы оптимизировать процесс

извлечения основного металла и отделить примеси. Для того чтобы избежать проблем

с очисткой выбросов и для повышения скорости плавки может потребоваться удаление

защитных покрытий.

Все эти методы применяются для получения стабильной и надежной смеси

исходных материалов (шихты), используемой в основном технологическом процессе.

2.1.4 Размораживание

Размораживание выполняется с целью последующей обработки смерзшихся

материалов. Его приходится проводить, например, когда руды, концентраты или твердое

ископаемое топливо (прежде всего уголь) выгружаются из железнодорожных составов

или судов в зимний период.

2.1.5 Сушка

Процессы сушки используются для обеспечения качества исходных материалов,

соответствующего требуемым характеристикам основных технологических процессов.

При выборе способов сушки необходимо учитывать экономические аспекты,

доступность, надежность и особенности источников энергии, используемых при

различных методах сушки, например вращающихся сушилок, паровых и других

установок непрямой сушки.

Наличие избыточного количества влаги в шихте может быть нежелательным по

нескольким причинам:

- резкое (взрывное) образование больших объемов пара в горячей печи может

привести к аварии;

- вода может провоцировать переменную потребность в тепловой энергии, что

нарушает управляемость процесса и может тормозить автотермический процесс;

- раздельная сушка при низких температурах уменьшает потребности в энергии;

это связано с сокращением потребления энергии, необходимой для перегрева пара в

плавильной печи, который существенно увеличивает объемы и создает проблемы с

эвакуацией газов из печи и дальнейшей их утилизацией;

- может возникать химическая коррозия установки и трубопроводов;

- водяной пар при высоких температурах может реагировать с углеродом с

образованием H2 и CO или угольной кислоты;

- большие объемы пара могут вызвать неорганизованные выбросы, поскольку

объемы технологических газов могут оказаться слишком велики и превысить мощности

системы газоулавливания и газоочистки.

Сушка обычно осуществляется за счет прямого нагрева материала от сгорания

топлива либо за счет косвенного нагрева с помощью теплообменных аппаратов, в

которых циркулируют горячий пар, газ или воздух. Тепло, выделяемое

пирометаллургическими процессами, например в анодных печах, также часто

используется для этой цели, равно как и содержащие CO отходящие газы, которые могут

сжигаться с целью сушки сырья. Используются вращающиеся печи и сушилки с

псевдосжиженным слоем. Высушенный материал, как правило, очень сильно пылит,

поэтому для улавливания и очистки газов с высоким содержанием пыли применяются

специальные системы. Собираемая пыль возвращается в технологический процесс.

Высушенные руды и концентраты также могут быть пирофорными, что учитывается при

проектировании системы улавливания и очистки выбросов. Отходящие газы сушильной

установки могут содержать SO2, поэтому возникает необходимость в их очистке от

соединений серы.

2.1.6 Дробление, измельчение и грохочение

Дробление, измельчение и грохочение применяются для уменьшения размера

частиц продуктов или сырья с целью их дальнейшей переработки. Используются

различные виды дробильных установок, такие как валковые, щековые, молотковые

дробилки и мельницы с различным типом мелющих тел. Влажные или сухие материалы

измельчают и, при необходимости, смешивают. Выбор того или иного оборудования

определяется свойствами обрабатываемых исходных материалов. Главным

потенциальным источником выбросов пыли является сухое дробление, поэтому здесь

всегда используются системы пылеулавливания, собранная пыль из которых обычно

возвращается в технологический процесс. Измельчение влажных материалов

практикуется в тех случаях, когда образование пыли может вызвать серьезные

проблемы и когда за измельчением непосредственно следует стадия мокрой обработки.

Гранулирование используется, в частности, для отходов производства и

формирования мелких частиц шлака, которые могут применяться при пескоструйной

обработке, противоскользящей подсыпке автодорог в зимний период времени.

Расплавленный шлак подается в ванну с водой или пропускается через поток воды.

Гранулирование также используется при производстве металлических продуктов.

В процессе грануляции могут образовываться мелкодисперсные пыли и аэрозоли,

выбросы которых необходимо собирать и возвращать в технологический цикл.

Вторичным источником целого ряда цветных металлов являются отработанные

электронные устройства, которые измельчаются для отделения пластика и других

материалов от металлических компонентов, таким образом, появляется еще и этап

разделки.

2.1.7 Приготовление шихты

Приготовление шихты предусматривает собственно смешивание руд или

концентратов различного качества и введение в состав образующихся смесей флюсов

или восстанавливающих агентов в определенных пропорциях с целью получения

стабильного заданного состава смеси (шихты) для переработки в основном

технологическом процессе. Приготовление шихты может осуществляться на

собственных смесительных установках на стадии измельчения или во время

транспортировки, хранения и сушки. Точность требуемого состава смеси достигается с

помощью установок для усреднения шихты, систем дозирования, конвейерных весов

или с учетом объемных параметров погрузочной техники. Приготовление шихтовой

смеси может быть связано с образованием значительных объемов пыли, поэтому

используются системы, обеспечивающие высокую степень улавливания, фильтрации и

возврата пыли. Собранная пыль, как правило, возвращается в технологический процесс.

С целью уменьшения пылеобразования иногда применяется приготовление влажных

шихт. Для этой цели также могут также использоваться покрывающие и связывающие

агенты. В зависимости от характера технологического процесса перед дальнейшей

обработкой,

например

перед

спеканием,

может

потребоваться

брикетирование/гранулирование.

2.1.8 Брикетирование, гранулирование, окатывание и другие методы

компактирования

Для обработки мелкодисперсных концентратов, пылей и других вторичных

материалов используются различные методы компактирования и укрупнения,

включающие прессование проволоки или мелкоразмерного лома, изготовление

брикетов, окатывание, гранулирование (как упоминалось выше).

После добавления связующих или воды смесь подают в пресс для получения

прямоугольных брикетов или во вращающийся барабан, диск или смесительную

установку для получения гранул (окатышей). Связующий материал должен иметь такие

свойства, чтобы брикеты, с одной стороны, обладали достаточной устойчивостью и

не разрушались при подаче в печь, а с другой - легко обрабатывались (имели хорошую

газопроницаемость). Используются различные типы связующих, например

лигносульфонат (побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности), меласса

и известь, силикат натрия, сульфат алюминия или цемент. Для повышения прочности

брикетов/гранул могут также добавляться различные смолы. Грубые фракции

отфильтрованной пыли с фильтров печей и фильтров, используемых на стадии

дробления и грохочения, перед брикетированием могут смешиваться с другими

материалами.

Также для уменьшения пыления на последующих стадиях технологического

процесса могут использоваться пылеподавляющие, покрывающие и связывающие

агенты.

2.1.9 Снятие покрытий и обезжиривание

Операции по снятию покрытий и обезжириванию обычно выполняются

применительно к вторичному сырью для снижения содержания органических веществ в

материалах, обрабатываемых в рамках некоторых основных процессов. При этом

используются процессы промывки и пиролиза. Извлечь масла и снизить нагрузку на

термические системы можно с помощью центрифугирования. Существенные изменения

в содержании органических веществ могут приводить в некоторых печах к

неэффективности процесса горения и образованию больших объемов печных газов,

содержащих остаточные органические соединения. Наличие покрытий может также

значительно уменьшить скорость плавки. Эти факторы могут вызвать значительные

выбросы дыма, ПХДД/Ф и металлической пыли, если системы газоулавливания и

сжигания недостаточно надежны. Могут возникать искры или горящие частицы, что

может причинить значительный ущерб газоочистному оборудованию. Удаление

покрытий из загрязненного металлолома внутри общей печи во многих случаях менее

эффективно, чем удаление покрытий из измельченного материала в отдельной печи,

поскольку в первом случае образуется большего шлака, однако некоторые печи

специально предназначены для переработки органических примесей.

Удаление масла и некоторых покрытий осуществляется в специальных печах,

например, в сушилках для стружки. В большинстве случаев для испарения масел и воды

используется вращающаяся печь, работающая при низкой температуре. Применяется

как прямой, так и косвенный нагрев материала. Для разрушения органических продуктов,

образующихся в печи, используется дожигательная камера, работающая при высокой

температуре (более 85 °C), а отходящие газы, как правило, подаются на рукавный

фильтр.

Для удаления изоляции с проводов и покрытий с других материалов также часто

применяется механическая зачистка. В некоторых случаях применяются криогенные

методы, облегчающие удаление покрытий за счет придания им хрупкости. Также может

использоваться промывка с помощью растворителей (иногда хлорированных) или с

помощью моющих средств. Наиболее распространенными являются системы испарения

растворителей со встроенными конденсаторами. Эти процессы также применяются для

обезжиривания производимой продукции. В этих случаях для предотвращения

загрязнения воды используются системы водоочистки.

2.1.10 Методы сепарации

Эти процессы применяются для удаления примесей из сырья перед его

использованием.

Методы сепарации чаще всего применяются для обработки вторичного сырья, а

наиболее распространенной является магнитная сепарация, позволяющая удалять

железные предметы. Для предварительной обработки потоков отходов, такой как

удаление батарей, контактировавших с ртутью элементов и других частей электронного

оборудования, применяются ручные и механические методы сепарации. Сепарация

позволяет извлечь с помощью специальных процессов больший объем металлов. Для

обогащения использованных выщелачивающих растворов и извлечения меди из печных

шлаков также используется флотация. Для отделения тяжелых частиц применяются

отсадочные установки.

Магнитная сепарация применяется для удаления кусков железа, чтобы уменьшить

загрязнение сплавов. Обычно используемые для сепарации магниты устанавливаются

над конвейерами.

Другие методы сепарации предусматривают использование цветовых,

ультрафиолетовых, инфракрасных, рентгеновских, лазерных и других систем

обнаружения в сочетании с механическими или пневматическими сортировщиками.

2.1.11 Системы транспортировки и загрузки

Эти системы используются для передачи сырья, полупродуктов и готовой

продукции между стадиями обработки. Применяются методы, подобные тем, которые

используются для сырья, и для них характерны те же проблемы, связанные с

образованием, улавливанием и извлечением выбросов пыли. В основном применяются

механические системы, но также большое распространение получили пневматические

системы транспортировки, где в качестве носителя применяется воздух и которые

способны наряду с транспортировкой выровнять различия в составе шихты.

Предварительно подготовленные материалы могут быть еще суше, чем сырье, и

поэтому для предотвращения выбросов пыли применяются более качественные методы

сбора и очистки. Конвейеры для транспортировки пылящих материалов, как правило,

закрыты, и в этих случаях в чувствительных зонах, таких как точки перегрузки с одного

конвейера на другой, устанавливаются эффективные системы улавливания и очистки

выбросов. В качестве альтернативы используют распыление воды. Для

предотвращения разноса материала при обратном ходе ленты на конвейерах

устанавливаются нижние очищающие скребки. Для транспортировки сыпучих

материалов часто используются пневматические системы.

Некоторые материалы поступают в бочках, мешках (биг-бегах, МКР) или в другой

упаковке. Если материал пылит, то его выгрузка из упаковки должна осуществляться с

использованием пылеулавливающих систем, например, герметичных устройств с

аспирацией, при орошении водой или в закрытых помещениях. В некоторых случаях

целесообразно смешивание этих материалов с водой или увлажненным сырьем, при

условии, что исключены нежелательные химические реакции. В противном случае

предпочтительна их раздельная обработка в закрытых системах.

2.2 Производство цинка и кадмия

Цинк и кадмий в рудах и концентратах обычно присутствуют вместе, и для

извлечения и разделения этих металлов применяется ряд методов. Когда в сырье также

присутствует большое количество свинца, то к основным факторам, определяющим

выбор пирометаллургических или гидрометаллургических методов или их комбинации,

относятся химическое состояние (сульфидное или оксидное) и процентное соотношение

извлекаемых металлов. Специфические методы также применяются для переработки

вторичного или смеси первичного и вторичного сырья [6], [7].

В концентратах, используемых при производстве цинка и свинца, иногда

присутствуют и иные металлы, такие как In, Ge, Ga (см. 2.1.4.3).

2.2.1 Производство первичного цинка

Цинк можно производить из первичного сырья с помощью пирометаллургических

или гидрометаллургических методов. Пирометаллургические методы в России в

настоящее время не применяются. Определяющие отказ от этих методов факторы -

это необходимость дополнительной стадии дистилляции для получения

рафинированного цинка и относительно низкая эффективность извлечения цинка.

2.2.2 Гидрометаллургический способ получения цинка

Гидрометаллургический способ используется для извлечения цинка из сульфида

цинка (сернистый цинк), оксида, карбонатных или силикатных концентратов, а также для

некоторых вторичных материалов, таких как вельц-оксид. Этим способом получают

около

90% мирового производства цинка

[8]. На обоих российских предприятиях

применяется гидрометаллургический способ: RLE-процесс («обжиг-выщелачивание-

электроэкстракция»). Это непрерывный процесс, упрощенная схема которого

представлена на рисунке 2.1.

Получение, хранение и внутренняя транспортировка

концентраторов

На сернокислотную

установку

Пар для нагрева

Сухая

Мокрая

и производства

Обжиг

газоочистка

энергии

Дробление. Хранение и внутренняя

Обработка

транспортировка огарка

сточных вод

Отработанный электролит

Кислый раствор

ZnSO4

Очистка

Чистый раствор

Выщелачивание

Электролиз

Сu Cd Co Ni Tl

ZnSO

нейтральным

растворителем

Cu концентрат

катод

Нерастворённые

Co и Ni концентрат

твёрдые частицы

Cd концентрат

(Zn ферриты)

гипсовый остаток

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Пирометаллургическая

Литье и

Кислотное

Пирометаллургическая

обработка в печи типа ISF или

получение

выщелачивание

обработка в вельц-печи

Аусмелт

сплавов

ZnO

Fe шлак

Цинк и цинковые

Pb Ag концентрат

сплавы

Pb Ag концентрат

Fe остаток (гетит, ярозит)

Рисунок 2.1 - Упрощенная схема гидрометаллургического способа

Готовая шихта может быть приготовлена путем отбора из систем бункеров-

дозаторов с помощью ленточных весов или весового питателя непрерывного действия.

Окончательное смешивание и усреднение происходит в миксерах или в конвейерных и

дозирующих системах. Для мелкодисперсных материалов используются закрытые

конвейеры

или

пневматические

системы

транспортировки.

Концентраты

перемешиваются, чтобы получить относительно однородную шихту. Поэтому обычная

практика - отбор и анализ проб для разделения и отдельного хранения концентратов

по группам, чтобы получать готовую смесь перед обжигом. Для создания хорошего

кипящего слоя применяются специальные правила подготовки шихты перед обжигом

или агломерацией.

После подготовки шихты выделяются следующие основные этапы процесса:

- обжиг;

- подготовка огарка;

- выщелачивание;

- очистка;

- электролиз.

2.2.2.1 Обжиг

Концентраты сульфида цинка (сфалерита) непрерывно подаются в печь при

помощи питателей и лент забрасывателей шихты и обжигаются в закрытых обжиговых

печах с кипящим слоем для получения оксида цинка и диоксида серы.

Воздушное дутье (или обогащенный кислородом воздух) вдувается через сопла

подины (решетку) печи в слой материала обжиговой печи. Воздух служит несущей

средой для образования кипящего слоя и источником кислорода для основной реакции.

Обжиг сульфидного материала не требует дополнительного топлива, так как это

экзотермический процесс.

2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2 ΔH = -440 кДж/моль.

Часть избыточного тепла после реакции поглощается пароиспарительными

охлаждающими элементами (змеевиками, кессонами и т. д.), установленными в

кипящем слое и связанными с системой принудительной циркуляции котла-утилизатора

(см. рисунок 2.2). Охлаждающие элементы, установленные в кипящем слое,

поддерживают температуру обжига между 900 °C и 1000 °C.

Горячий газ из сухого электрофильтра поступает на установку мокрой очистки

газа, которая включает в себя систему орошаемых башен или скрубберов и мокрые

электрофильтры, как показано на рисунке 2.3. Использование установки мокрой

газоочистки, обеспечивающей снижение содержания в газах пыли и примесей (таких как

As, Sb, Se, F, Cl и Hg), гарантирует получение чистой серной кислоты.

Рисунок 2.2 - Первый этап очистки отходящего газа обжиговой печи - очистка сухого

газа (циклон устанавливается при необходимости)

SO2

из обж

серно

кислот

ное

пр-во

1 ― промывные башни (скруббера); 2 ― мокрые электрофильтры;

3 ― теплообменники (холодильники); 4 ― сборники.

Рисунок 2.3 - Второй этап очистки отходящего газа обжиговой печи: мокрая очистка

газа

Образующиеся в башнях шламы фильтруются, промываются и частично (по

возможности) перерабатываются, а частично отправляются на контролируемые отвалы

для опасных веществ.

Затем диоксид серы перерабатывается в серную кислоту с помощью

традиционного процесса [8], [7], [9], [6]. Отходящий газ, содержащий H2SO4, подается на

свечевые фильтры или скрубберы для снижения концентрации кислотных паров в виде

SO3. Используемая в цикле очистки газа вода проходит обработку на водоочистной

установке.

Из уловленного SO2 можно также получить жидкий SO2. В Российской Федерации

этот метод не применяется.

2.2.2.2 Подготовка огарка к выщелачиванию

Оксид цинка (огарок) непрерывно забирается из печи, котла-утилизатора,

циклонов (устанавливаются при необходимости) и электрофильтров и охлаждается в

поворотном охладителе или охладителе псевдоожиженного слоя. В поворотном

(секционном) охладителе теплообмен осуществляется путем контакта огарка с

водоохлаждаемой поверхностью охладителя, в то время как в охладителе

псевдоожиженного слоя огарок охлаждается путем контакта как с ожижающим газом, так

и с водоохлаждаемыми поверхностями. Огарок, подлежащий охлаждению в поворотном

охладителе, поступает на входной цилиндр охладителя через загрузочное устройство

(например, через пластинчатый конвейер, винтовой конвейер). Секционный охладитель,

по существу, состоит из вращающегося ротора, часто с цепным приводом. На концах

ротора находятся жесткие короба для загрузки и выпуска огарка. В зависимости от

размеров охладителя, ротор либо вращается на концах собственного вала, либо

устанавливается на движущихся зубчатых колесах, что характерно для вращающихся

барабанов. Внутренняя часть ротора состоит из нескольких секторных камер,

расположенных в виде кусков пирога вокруг центрального полого вала. Такая

конструкция полностью погружена в водную оболочку. Секторные камеры содержат

элементы конвейера (лопатки, цепи и т. д.; имеется также информация об

использовании охладителей псевдоожиженного слоя).

Отходящий газ из охладителя поступает в котел-утилизатор или в аспирационную

систему.

Мелкодисперсный обожженный материал, захваченный газом после обжига,

охлаждается в котле, забирается цепным скребковым конвейером и выгружается вместе

с огарком, поступающим из поворотного охладителя или охладителя псевдоожиженного

слоя, в шаровую мельницу, которая перемалывает его до необходимой крупности

(примерно 70% частиц размером менее 50 мкм).

Чтобы предотвратить выброс пыли из системы транспортировки огарка, все

оборудование работает при пониженном давлении, которое создается вытяжным

вентилятором, а для задержания пыли обычно применяется рукавный фильтр.

Прежде чем попасть на установку выщелачивания, огарок временно помещается

на хранение в бункер. Из бункера он направляется на участок выщелачивания с

помощью пневматических или гидравлических систем транспортировки.

Возможно также использование гидроудаления обожженного продукта из печи КС.

Огарок из печи самотеком через разгрузочные течки поступает в желоб смыва огарка,

куда подается пульпа кислотностью до 80 г/дм³ Н2SO4. В этот желоб также направляется

пыль из циклонов, электрофильтров и других источников. Полученная пульпа поступает

на участок классификации, снабженный гидроциклонами и другим оборудованием, для

отделения и измельчения песковой фракции.

2.2.2.3 Выщелачивание

Выщелачивание огарка предусматривает ряд последовательных этапов, на

которых применяется раствор серной кислоты с постепенно повышающейся

концентрацией. Начальные этапы (выщелачивание слабокислым раствором серной

кислоты или нейтральное выщелачивание) осуществляются при низких значениях

кислотности и температуры (обычно при значениях pH от 4 до 4,5 и температуре 50 °C).

Процесс выщелачивания выполняется в ряде реакторов с применением открытых и

герметичных резервуаров и резервуаров под давлением или их комбинации [8], [7]

(см. рисунок 2.4).

При использовании вторичного сырья после вельцевания пылей электродуговых

печей вельц-оксид необходимо заранее отмыть для удаления хлоридов. Этот метод в

основном применяется в компаниях, перерабатывающих пыль из электродуговой печи в

вельц-печи.

Раствор после выщелачивания дополняется раствором выщелачивания с этапа

удаления железного осадка. Если применяются лишь небольшие количества вторичной

шихты (<10% вельц-оксида), вторичное сырье может быть добавлено после этапа

обжига.

Огарок

Выщелачивание нейтральным растворителем

Осадитель

Очистка

Электролиз

Выщелачивание разогретой кислотой

Осадитель

Осаждение Fe

Отработанный электролит

Железосодержащие остаточные

продукты (ярозит, гетит)

Выщелачивание в сильно разогретой кислоте

Осадитель

Концентрат Pb-Ag

Рисунок 2.4 - Упрощенная схема процесса выщелачивания

В зависимости от присутствия в огарке ферритов цинка и после первых этапов

выщелачивания (нейтральным раствором вместе с раствором слабой кислоты) доля

перешедшего из шихты в выщелачивающую жидкость цинка составляет от 70% до 95%.

Прочие металлы, такие как Cu, Cd, Co и Ni, также частично выщелачиваются. Поэтому

выщелачивающая жидкость перед поступлением на электролиз должна пройти

несколько этапов очистки.

Неизвлеченные

5-30% цинка оказываются в остаточном продукте

выщелачивания вместе с нерастворимым железом, свинцовыми соединениями и

прочими примесями.

Помимо емкости для перемешивания в процессе выщелачивания также

применяются (для разделения твердой и жидкой фракций) емкости

загустители/осветлители, а в некоторых случаях - также фильтры и центрифуги. Для

отделения продуктов выщелачивания и (или) образующихся железосодержащих

остаточных продуктов, направляемых на конечную утилизацию, обычно применяются

вакуумные или мембранные фильтры. Существует несколько вариантов дальнейшей

обработки таких остаточных продуктов.

Прямое выщелачивание

Прямое выщелачивание - это процесс, в котором сфалеритовые руды

выщелачиваются без предварительного окисления в обжиговой печи. Чтобы получить

высокий выход цинка, выщелачивание происходит при высоких температурах в

присутствии кислорода. Есть варианты реализации данного процесса при атмосферном

давлении, а также при повышенном давлении в автоклавах. Для последних требуются

более дорогое оборудование и более строгие меры безопасности, однако процесс идет

быстрее.

Процесс прямого выщелачивания при атмосферном давлении имеет некоторые

преимущества по сравнению с традиционным процессом:

- процесс может быть экономичен при небольших объемах обработки;

- низкие капитальные затраты;

- может применяться для повышения промежуточной мощности без значительных

вложений в обжиговую печь и сернокислотную установку;

- сниженные эксплуатационные затраты;

- простота управления процессом (контролируются значения кислотности и

содержания железа);

- очень гибкий процесс, позволяющий применять различные способы удаления

железа;

- высокая степень извлечения Zn;

- низкое потребление энергии: требуется незначительный нагрев, или же он

не требуется вообще;

- отсутствует риск взрывов;

- отсутствуют выбросы SO2 или расплавленной серы.

С другой стороны, есть также некоторые недостатки:

- высокая себестоимость серы при отсутствии субсидий и отсутствие утилизации

тепла экзотермической реакции в ходе обжига;

- получение остаточной серы, которую необходимо размещать в

соответствующих шламохранилищах.

Процессы прямого выщелачивания всегда являются неотъемлемой частью

традиционного RLE-процесса, и только незначительная часть руды выщелачивается

напрямую.

Некоторые предприятия в различных странах выщелачивают часть концентрата

напрямую без стадии обжига. Процессы прямого выщелачивания при атмосферном

давлении осуществляются на заводах New Boliden в Кокколе (с 1998 года) и Одде (с

2004 года) в Финляндии, а также Жужоу в Китае (с 2010 года). Прямое выщелачивание

под давлением было внедрено на заводе Korea Zinc в Оснане, Южная Корея (в

1994 году). Там железо в процессе выщелачивания остается в растворе, а затем

осаждается на отдельном этапе в виде гетита, в то время как в Кокколе и Одде железо

осаждается в виде ярозита одновременно с выщелачиванием сульфидов. На Жужоу

железо осаждается в виде гетита.

Концентрат вместе с технологическим раствором и кислотой после электролиза

подается в реакторы, где происходит выщелачивание с применением барботажа

воздухом. Остаток растворенного железа в растворе после преобразования и

растворенного железа из концентрата осаждается как ярозит. Суммарная реакция

прямого выщелачивания и одновременного осаждения ярозита может быть выражена с

помощью формулы:

3ZnS + 3Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + 9H2O + 1,5O2 =

2Na(Fe3(SO4)2(OH)6) + 3ZnSO4 + 3H2SO4 + 3S.

Концентрат серы отделяется от шлама путем флотации и хранится отдельно от

ярозита. Такая сера содержит значительное количество примесей и подлежит

захоронению, что ставит процесс прямого выщелачивания в зависимость от местных

условий. Применяемое оборудование сложнее оборудования, обычно используемого в

гидрометаллургии цинка.

Схема процесса выщелачивания, использующего прямое выщелачивание при

атмосферном давлении, показана на рисунке 2.5.

Включение прямого выщелачивания в существующий процесс производства цинка

Огарок

MnO2

Отработанный

Нейтральное

Предварительная

Zn электролит

выщелачивание

нейтрализация

Нейтральный

Флокулянт

раствор

Сгуститель нейтрального

Сгуститель предварительной

выщелачивания

нейтрализации

Na2SO4

MnO2

Кислое выщелачивание

Цинковый

концентрат

Флокулянт

Осаждение ярозита

Сгуститель кислого

выщелачивания

Флокулянт

Подготовка пульпы

H2SO4

Кислород

из концентрата

Сгуститель ярозита

Высокотемпературное

выщелачивание

Прямое выщелачивание

Флокулянт

концентрата

Флокулянт

Сгуститель Pb/Ag

Вода

Флотация

Ленточный фильтр

Остаток

Ленточный фильтр

выщелачивания

Ярозитный кек

Серебряно-свинцовый кек

Элементарная сера

Рисунок 2.5 ― Схема процесса выщелачивания с применением прямого

выщелачивания при атмосферном давлении для повышения мощности завода

Более подробное описание данного процесса приводится в работе [10].

2.2.2.4 Очистка

Удаление примесей из электролита перед электролизом - это залог качества

цинка, осаждающегося на катодах. Очистка цинксодержащего раствора производится

различными способами с применением цинкового порошка (для уменьшения

концентрации и осаждения металлических примесей) или экстракции растворителем

(для извлечения чистого раствора ZnSO4). Выбор применяемого процесса зависит от

концентраций содержащихся в сырье металлов.

2.2.2.5 Очистка с помощью химикатов

Основные процессы химической очистки включают применение цинкового

порошка для осаждения таких примесей, как Cu, Cd, Ni, Co и Tl. Являясь более

благородными, чем цинк, эти примеси извлекаются и при добавлении в раствор

мелкодисперсного цинкового порошка образуют металлический осадок за счет

характерной электрохимической реакции:

Me²⁺ + Zn⁰ => Me⁰ + Zn²⁺,

где Me²⁺ = Cu, Cd, Co, Ni, Tl или Pb.

Медь и кадмий легко осаждаются с помощью цинкового порошка. Однако кинетика

осаждения кобальта и никеля слишком низка для промышленных процессов и требует

экономически невыгодных количеств цинкового порошка. Поэтому для удаления Co и Ni

необходимо применение дополнительного активирующего агента. Распространенными

процессами очистки цинка являются так называемые мышьяковый и сурьмяный. В этих

процессах в качестве добавок к цинковому порошку используются ионы As³⁺ и Sb³⁺

соответственно. При использовании мышьяка, например, происходит следующая

реакция:

As³⁺ + 2Co²⁺ + 5Zn → 2CoAs + 5Zn²⁺,

где Ni может замещать Co.

Цинковый порошок, используемый в процессе очистки, обычно производится на

месте с применением катодного цинка, получаемого с помощью электролиза.

Потребление цинкового порошка различными предприятиями и в различных процессах

разное, и для очистки используется от 1,5% до 6% катодов. На потребление цинкового

порошка влияет не только технологический метод, но также концентрация/объемы

примесей в обрабатываемом растворе. Несмотря на то, что различные заводы могут

иметь различные технологические схемы, основные химические реакции одинаковы.

В процессах, основанных на мышьяке, для достижения желаемой концентрации

As в растворе используется As2O3. Согласно результатам исследования, проведенного

Boliden Odda в

2002 году для цинковых заводов по всему миру, оптимальная

концентрация As варьируется от нескольких до 150 мг/л. Исходный раствор триоксида

мышьяка может быть приготовлен с применением, например, каустической соды или

горячей воды. В качестве примера очистки на основе мышьяка на рисунке 2.6 приведена

упрощенная схема этого процесса на одном из заводов. Следует отметить, что

существуют и другие варианты процесса на основе As, предусматривающие, например,

дополнительную предварительную стадию удаления меди.

Рисунок 2.6 - Пример схемы процесса очистки, основанного на As,

для удаления Co и Ni

Чтобы рабочее место не загрязнялось мышьяком, при приготовлении исходного

раствора As следует проявлять осторожность и применять особое оборудование. As2O3

обычно поставляется в металлических бочках, и их опорожнение, транспортировка и

удаление должны производиться с особым вниманием. Для контроля выбросов пыли все

операции с содержащими это вещество бочками могут, например, производиться в

полностью закрытой зоне, соединенной со скрубберной системой. Пустые стальные

бочки перед отправкой на металлолом необходимо тщательно очищать.

Из-за использования в процессе соответствующих реакций сильной

восстановительной среды происходят побочные реакции с образованием и выбросом из

реакторов небольших объемов AsH3 (мышьяковистый водород). Чтобы избежать

выбросов AsH3 с воздухом из вентиляционной трубы, AsH3 (газ) обычно окисляют до As³⁺

за счет мокрой очистки при помощи KMnO4 или серной кислотой. Мышьяк улавливается

и повторно вводится в процесс в жидком состоянии или после особой обработки.

Затем мышьяк выводится из процесса в виде компонента побочного медного

продукта, который продается на медеплавильное предприятие для извлечения

металлов. В качестве альтернативы мышьяк может выщелачиваться из побочного

продукта с применением каустической соды и стабилизироваться в цикле

выщелачивания для удаления в отвал в качестве компонента железосодержащего

остаточного продукта.

В Европе процесс на основе мышьяка применяется на заводе A.

В процессе на основе сурьмы для добавления Sb в технологический раствор

обычно применяется тартрат сурьмы. Концентрация Sb обычно составляет несколько

миллиграмм Sb³⁺ на литр. Например, на одном из европейских заводов добавка Sb

обычно составляет от 3 до 4 мг/л в зависимости от конкретных условий.

Рисунок 2.7 - Схема процесса очистки на основе сурьмы на одном из европейских

заводов

На данном заводе исходный раствор/раствор дозирования доводится до крепости

около 4 г/л Sb3 + (в воде) в стальной цилиндрической емкости, из которой с помощью

полуавтоматического устройства опорожнения/дозирования смывается в контейнер для

хранения (миксер). Небольшой контейнер имеет внутри пластиковый пакет, содержащий

тартрат сурьмы. Металл от опорожненных контейнеров сдается в муниципальную

систему вторичной переработки. Эмиссии сурьмы в данном процессе незначительны.

В Европе процесс на основе сурьмы применяется на пяти заводах.

В ходе обоих процессов (на основе мышьяка и на основе сурьмы) в реакторах в

связи с наличием восстановительной среды также образуется небольшое количество

газообразного водорода (H2), которое, в свою очередь, не должно превышать нижний

взрывоопасный предел, чтобы избежать риска взрыва/возгорания. Это, естественно,

создает необходимость принудительной вентиляции реакторов для постоянного

поддержания низкого уровня концентрации H2 в отходящих газах. Уровень концентрации

водорода непрерывно отслеживается системой автоматизированного пробоотбора.

В связи с восстановительным характером этапов очистки (добавление цинкового

порошка) комбинация непредусмотренных условий может привести к образованию

летучих соединений мышьяка и сурьмы. Соответственно постоянно контролируется

содержание арсина или стибина. Однако на сегодняшний день на многих заводах

усовершенствовали характеристики технологического процесса, чтобы избежать

опасных условий, связанных с возможным образованием арсина или стибина.

Из-за растущих объемов переработки вторичного сырья возникает необходимость

вывода из растворов примесей кальция, магния, хлора, фтора и т. д. Снижение

концентрации Ca в цикле выщелачивания достигается путем удаления гипса из

раствора. В отдельных случаях для удаления магния, хлорида и фторидов может

проводиться обработка части потока раствора. Непрерывное удаление Cо более

эффективно с точки зрения минимизации выбросов арсина, чем периодическое

удаление. Конкретные методы улавливания и очистки отходящих газов зависят от

общего проекта (предприятия на открытом воздухе или в помещении), но мокрая очистка

газов из реакторов с применением окислительного раствора для удаления арсина, по

опыту, более эффективна [11].

2.2.2.6 Очистка с помощью жидкостной экстракции

Электролит также можно концентрировать и очищать при помощи системы

жидкостной растворителем, такой как модифицированный процесс ZincexTM. В данном

процессе цинк селективно извлекается в органическую фазу, такую как ди (2-этилгексил)

фосфорная кислота в особом керосине, для очистки и обогащения богатого раствора

после выщелачивания. Применение жидкостной экстракции означает, что другие

металлы не переносятся в электролит. Кальций, магний и галоиды, нежелательные для

этапа электрохимического извлечения, также исключаются. Цинк затем десорбируют из

органической фазы с использованием отработанного электролита после

электрохимического извлечения цинка

[12]. Несмотря на то, что данный процесс

используется в основном для переработки вторичных цинковых материалов, таких как

вельц-оксид, он также может применяться для концентрирования слабых растворов

цинка, образующихся, например, при выщелачивании оксидных руд и очистке цинковых

растворов, полученных после переработки цинковых/марганцевых батарей. Основные

этапы экстракции растворителем - это экстракция, промывка, сдирка и регенерация

органики (см. рисунок 2.8).

Кислый рафинат

Рисунок 2.8 - Упрощенная схема модифицированного процесса Zincex^TM (экстракция

растворителем)

Водный кислотно-цинковый очищенный продукт после этапа экстракции

перерабатывается в отделении выщелачивания с предварительным удалением

захваченных органических веществ. Небольшая часть направляется в отделение

подготовки раствора для уравновешивания компонентов цикла.

Типичные эксплуатационные характеристики: расход - 50 м³/ч/т полученного

цинка. В таблице 2.1 приведены данные по расходу реагентов и энергоносителей в

процессе экстракции растворителем.

Таблица 2.1 - Расход основных реагентов и энергоносителей в модифицированном

процессе Zincex^TM

Единица

Потребление на тонну

Компонент

измерения

полученного цинка

NaCl

кг

Активный уголь

кг

0,9

D2EHPA

кг

0,7

Керосин

кг

Деминерализованная вода

м³

Электричество (за искл. электролиза)

кВт·ч

115

Источник - [13].

Технология жидкостной экстракции:

- позволяет снизить образование твердых остаточных продуктов и стоков;

- обеспечивает экономию энергии в электролитическом процессе, так как при

использовании более чистого электролита, полученного в процессе жидкостной

экстракции, на ванне может применяться пониженное напряжение;

- при том же уровне производства требует более низкой мощности

электрохимического извлечения цинка, так как для очень чистого электролита не нужна

очистка цинковой пылью.

По состоянию на

2014 год только один завод, расположенный в Намибии,

применял данный процесс при переработке первичных материалов. Предприятие

работает на особом концентрате с высоким содержанием марганца, что делает

невозможной переработку руды на заводе со стандартной схемой очистки раствора.

В данном случае процесс экстракции позволяет перерабатывать руду месторождений с

низкосортным оксидом цинка.

2.2.2.7 Электролиз

Очищенный раствор как после цементационной очистки, так и после процесса

экстракции поступает в цех электролиза, где цинк получают с помощью

электрохимического извлечения с использованием свинцовых анодов и алюминиевых

катодов. Цинк осаждается на катоды и далее поступает на переплавку, а на анодах

образуется кислород. В ходе процесса электролиза цинка высвобождается серная

кислота. В ходе процесса электролиза образуются выбросы аэрозоля серной кислоты,

для минимизации которых могут применяться различные укрытия, а также

пенообразующие реагенты. Воздух, поступающий в систему вентиляции из цеха

электролиза, может очищаться от аэрозоля серной кислоты, из которого затем

конденсируется кислота. Тепло, образующееся в ходе электролиза, отводится в

охлаждающий цикл, который спроектирован для оптимизации водного баланса

процесса, но попутно может также являться дополнительным источником выброса

аэрозоля серной кислоты.

Полученный цинк осаждается на алюминиевые катоды и удаляется путем сдирки

катодов, осуществляемой обычно раз в сутки. Для плавки применяются низкочастотные

индукционные печи [9]. Небольшая часть полученного цинка превращается в цинковый

порошок или пыль, используемые на стадиях очистки. Порошок получают путем

воздействия на поток расплавленного цинка с помощью воздуха, воды или путем его

центробежного распыления, а также конденсации цинкового пара в инертной

атмосфере.

2.2.3 Производство вторичного цинка

Вторичный или переработанный цинк составляет примерно 30% от общего

объема годового потребления цинка в России. Около 50% такого вторичного цинка

перерабатывается в цветной металлургии. Особенно это характерно для цинкования и

производства латуни; лом, образующийся в результате производства или переработки

различных продуктов, можно перерабатывать практически сразу же.

К остаточным продуктам и ломам, занимающим значительное место при

вторичном производстве цинка, относятся:

- пыль, образующаяся при производстве меди и медных сплавов;

- шлак, образующийся при переработке меди и свинца;

- остаточные продукты литья под давлением;

- зола, нижний и верхний дроссы после цинкования;

- старые кровельные и прочие листовые материалы;

- фракции цветных металлов, образующиеся при разделке старых автомобилей

и других продуктов, состоящих в основном из стали;

- пыль, образующаяся при производстве стали в электродуговых печах и

производстве чугуна;

- остаточные продукты, образующиеся при химическом применении цинка и от

сгоревших колесных бандажей.

Технология извлечения цинка зависит от формы и содержания цинка, а также

степени загрязнения продуктов [9]. Для металлических, смешанных металло-оксидных и

оксидных потоков применяются различные процессы.

2.2.3.1 Общие процессы

Применяются физическая сепарация, плавка и прочие высокотемпературные

методы обработки. Остаточные продукты, богатые цинком, применяются для

производства металлического цинка, цинка высокой чистоты, цинковых сплавов, оксида

цинка или продуктов, богатых оксидом цинка. Металлы с примесями или сплавы можно

рафинировать, например, в дистилляционной колонне для получения цинка высокой

чистоты или высокосортного оксида или использовать напрямую в процессе вторичного

извлечения. Если присутствуют хлориды или прочие галоиды, то они удаляются до

получения цинка гидрометаллургическим способом из-за их агрессивных характеристик

[9], [14].

На заводах, занимающихся вторичной переработкой цинка, проводится

визуальная проверка для удаления нежелательных предметов, таких как

использованные изделия из кожи, пластика, дерева и стальная проволока, часто

встречающиеся в цинковой изгари, получаемой от потребителей. Все эти посторонние

предметы, оказавшиеся в контейнерах с цинковым ломом, необходимо удалять.

Наиболее распространенный метод физического разделения смешанного

металлического лома - это магнитная сепарация, направленная на удаление железных

предметов. Методы ручного и механического разделения применяются для

предварительной обработки потоков отходов, таких как аккумуляторные батареи,

ртутные лампы и другие элементы электронного оборудования.

Ручное и механическое разделение применяется для удаления примесей из

старого цинкового лома. Для отдельных процессов оно позволяет извлечь большее

количество металлов.

Отделение тяжелых фракций и разделение по плотности (погружение/всплытие)

обычно используются на ломоперерабатывающих предприятиях, но могут встречаться

и в цветной металлургии, например, при переработке лома аккумуляторных батарей для

извлечения пластика. В данном случае разница плотности и размеров различных частиц

используется для сепарации металлов, оксидов металлов и пластиковых компонентов в

водной среде.

Магнитная сепарация используется для отделения частиц железа для снижения

загрязнения сплавов. Обычно для этого применяются надленточные магниты,

установленные на конвейерах. Наклонный под отражательных печей, используемых для

плавки цинка, свинца и алюминия, позволяет осаждать на поду крупнофракционные

тугоплавкие примеси (например, железо) и направлять их на дальнейшую переработку.

Движущиеся электромагнитные поля (вихревая сепарация) применяются для

отделения алюминия от прочих материалов. В одной из вариаций данного метода

движущееся электромагнитное поле служит для нагнетания расплавленного алюминия

или иных металлов без прямого контакта между металлом и механическими

компонентами.

Другой метод сепарации предусматривает применение цветового,

ультрафиолетового, инфракрасного, рентгеновского, лазерного излучения и прочих

аналогичных систем обнаружения в сочетании с механическими или пневматическими

устройствами сортировки. Они используются, например, для отделения компонентов

никель-кадмиевых аккумуляторных батарей от аккумуляторных батарей другого типа, и

эти способы дорабатываются для применения в других сферах.

Зачастую характеристики процессов являются конфиденциальными, поэтому

ниже приводятся отдельные примеры переработки.

1. Зола с предприятий по цинкованию заготовок, проволоки и труб по существу

представляет собой смесь металлического цинка и оксида цинка. Присутствие

различных металлических соединений связано с наличием в расплаве горячего

цинкования определенных легирующих элементов. Зола измельчается в шаровой

мельнице для отделения соответствующих фаз. Сепарация достигается за счет

продувки мельницы потоком воздуха для выноса неметаллических включений, которые

затем улавливаются рукавным фильтром. В других вариантах в мельницу встраивается

сито, которое пропускает мелкие неметаллические фракции, но удерживает крупные

металлические частицы. В обоих случаях металлическая фракция выгружается из

мельницы, плавится и отливается в слитки для продажи, повторного использования или

дальнейшей переработки.

2. Нижний дросс (также называемый гартцинком или цинковым техническим

цинком) - это цинково-металлическая смесь интерметаллических фаз с небольшим

количеством отдельных металлических частиц, включая также свинец. Он образуется в

миксерах и резервуарах, применяющихся для цинкования партиями и накопления. Если

он не удаляется, качество цинкового покрытия снижается и могут возникнуть наплывы и

шероховатости на поверхности покрытия, поэтому используются автоматические

системы удаления. Верхний дросс - это сплав цинка-железа-алюминия, образующийся

в процессе непрерывного горячего глубокого цинкования. Верхний дросс (иначе - съем

с поверхности расплава) и прочие остаточные продукты литья под давлением содержат

смесь металлического цинка и оксида цинка с небольшим количеством хлоридов или без

них. Все схемы переработки, упоминаемые выше, применяются именно для этих

материалов. То же самое относится к старым кровельным и прочим листовым

материалам, а также к остаточным продуктам химического применения цинка или

цинковых продуктов.

3. При последовательной переработке отслуживших транспортных средств на

ряде мельниц образуются измельченные остаточные продукты. После удаления

неметаллической фракции частицы цветных металлов отделяются от стальных частиц

путем магнитной сепарации. Для дальнейшей обработки используются методы

разделения по силе тяжести, а затем для получения цинка применяется селективная

плавка.

4. Пыль, содержащая цинк (смешанный оксид), может загружаться в клинкерную

печь, где оставшиеся галогены и свинец отделяются путем нагрева до 1000 °C. После

обработки в клинкерной печи ZnO может использоваться без дальнейшей обработки в

качестве сырья для выплавки цинка.

Остаточные продукты подвергаются двухстадийной плавке в отражательной печи,

работающей на газе. На первом этапе при 340 °C плавится свинец, который затем

выгружается и разливается в слитки. На втором этапе температура повышается до

440 °C и плавится цинк, который также выгружается и разливается в слитки.

Альтернативный процесс предусматривает применение поворотной печи с непрямым

обогревом и перфорированной внутренней футеровкой. Цинк плавится и вытекает через

футеровку в печь-миксер, откуда он разливается в слитки. После этого всегда

производится дальнейшее рафинирование.

2.2.3.2 Процессы извлечения вторичного цинка с помощью жидкостной

экстракции

Стадия жидкостной экстракции необходима для извлечения цинка из

загрязненного вторичного сырья, такого как аккумуляторные батареи. Прочие источники

вторичных цинковых материалов - это пыли и возгоны пирометаллургических

процессов (например, образующиеся в медеплавильных печах, электродуговых печах

для выпуска стали и т. д.); процессов сгорания (например, сжигание бытовых отходов,

использованных шин и т. д.); вторичные оксиды цинка, образующиеся при возгонке,

например, в вельц-печах или в примус-печах и т. д.

При использовании для обработки вторичного сырья данные процессы

предусматривают обогащение и очистку насыщенного выщелачивающего раствора

путем жидкостной экстракции для выделения из цинкового раствора галогенидов и

металлов. Полученный очищенный электролит может направляться в традиционный

процесс электрохимического извлечения.

Этот процесс применялся на некоторых заводах в Испании для извлечения цинка

из вторичных материалов (сейчас все эти предприятия закрыты). В настоящее время

(2014 год) данный процесс используется на заводе в г. Акита (Япония) для извлечения

цинка из различных вторичных материалов, содержащих оксиды цинка. Также

сообщалось, что данный процесс будет применяться для обработки вельц-оксида на

недавно сданном в эксплуатацию предприятии по рафинированию цинка в Портовесме

(Италия) и что существует еще один аналогичный реализуемый в настоящее время

проект в Форест Сити (США).

2.2.3.3 Вельц-печи

Вельц-оксид - это богатый цинком промежуточный продукт, используемый в

процессах извлечения цинка. Его получают из остаточных продуктов, в частности, из

пыли электродуговых печей для производства стали. Могут применяться вельц-печи и

печи для возгона шлака.

Процесс предназначен для отделения цинка и свинца от других материалов путем

восстановления, испарения и повторного окисления цинка и свинца [7], [9]. Пыль из

электродуговых печей, другие материалы, богатые цинком, коксовая мелочь и

материалы, содержащие CaO, хранятся отдельно. Для создания оптимальных условий

процесса загружаемые материалы можно усреднять и гранулировать. Затем они

направляются непосредственно в систему загрузки печи или на промежуточное

хранение. Для контроля объема восстанавливающих материалов (кокс) в соответствии

с содержанием цинка в сырье или флюсах с целью получения желаемого качества шлака

может применяться дозирующее оборудование. В зависимости от достигаемой

основности шлака существуют некоторые разновидности процесса [7], [9].

Нормальная рабочая температура в Вельц-печи составляет от

1200 °C до

1400 °C. Внутри печи твердые материалы сначала сушатся, а затем нагреваются за счет

встречного потока горячего газа и контактируют со стенками, футерованными

огнеупорами. В зависимости от наклона, длины и скорости вращения среднее время

нахождения материала в печи - от 4 до 6 ч. В сильной восстановительной атмосфере

твердого слоя цинк, свинец и прочие металлы восстанавливаются. Цинк и свинец

переходят в газовую фазу, а хлориды и щелочи испаряются вместе с прочими летучими

металлами и элементами. Так как в печи имеется избыток воздуха, металлические пары

окисляются. Смешанные оксиды выходят из печи вместе с технологическими газами и

отделяются в системе газоочистки (см. рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 - Технологическая схема вельц-процесса

На заводе I применяется традиционный основной вельц-процесс. На этом заводе

шихта, состоящая из пыли электродуговой печи и содержащая от 13% до 30% цинка,

смешивается с углем и известью и загружается в вельц-печь. Эта печь имеет длину 60 м,

внутренний диаметр - 3,6 м, наклон - 2% и стандартную скорость вращения -

1 об/мин. Внутри печи твердый материал перемещается от загрузочного отверстия до

выгрузки за счет вращения наклонной печи.

Процесс SDHL (получивший свое название по фамилиям изобретателей: Зааге,

Диттрих, Хаше, Лангбайн), представляет собой одно из усовершенствований обычного

вельц-процесса с использованием системы томас-шлака и добавлением в завершении

этапа повторного окисления железа, чтобы снизить расход энергии и повысить объем

выпуска цинка [15]. Он был запатентован в 2000 году и может использоваться на

существующих вельц-установках. В обычном вельц-процессе кокс загружается на

скорости, превышающей стехиометрические требования, в результате чего в шлаке

находится остаточный кокс. В процессе SDHL кокс добавляется субстехиометрически

(только около 70% необходимого кокса), и часть металлического железа повторно

окисляется в конце печи путем целевого добавления воздуха для создания повышенного

технологического тепла.

Из-за высвобождения энергии за счет окисления железа при нормальных

условиях работы не требуется дополнительно добавлять природный газ. Процесс

позволяет снизить расход коксовой мелочи до 40%, достичь более высокого объема

выпуска, большего извлечения цинка и снижения выбросов CO2 [16].

Результаты показывают, что система томас-шлака (полученная путем добавления

извести к шихте) позволяет достичь сокращения выбросов ПХДД/Ф примерно в 10 раз,

фиксации в шлаке около 60% фтора, а также удлинения срока службы футеровки.

Система газоочистки обычно включает осадительную камеру для удаления

крупной пыли, которая переносится механически и загружается напрямую обратно в

печь. Горячие технологические газы охлаждаются с применением различных кулеров

прямого или непрямого действия. Для выделения из охлажденных газов вельц-оксида

применяются электрические или тканевые фильтры. Методы минимизации и

улавливания ПХДД/Ф применяются по мере необходимости. На вельц-установках в

двухэтапном процессе используется адсорбент, содержащий вельц-оксид, лигнит или

активный уголь. Для минимизации выбросов летучих органических соединений может

применяться камера дожигания.

Получаемый шлак непрерывно выгружается с конца печи в систему водяного

охлаждения. После охлаждения и просеивания шлак процесса SDHL применяется в

качестве строительного материала для полигонов отходов и может также после

успешного тестирования на выщелачиваемость использоваться как материал в

гражданском строительстве, например, при строительстве дорог.

Шлак вельц-процесса (клинкер), полученный при переработке остаточных

продуктов, образующихся при производстве цинка, может после дробления

перерабатываться во флотационных процессах. В результате флотационного процесса

получают часть, богатую медью, которая возвращается в печь для плавки меди или

свинца для извлечения металла. Этот метод применяется, если есть возможность

надлежащей обработки хвостов (см. ИТС НДТ

16-2016 «Горнодобывающая

промышленность. Общие процессы и методы»). Клинкер также может использоваться в

пирометаллургических процессах производства меди непосредственно.

Полученный вельц-оксид может перерабатываться несколькими способами.

Основной процесс - горячее брикетирование или спекание с целью продажи

полученного продукта цинковым заводам, использующим пирометаллургический способ

его получения. При высоком содержании оксида свинца для испарения свинца

дополнительно также используется этап обжига. Термическая обработка вельц-окиси

(прокалка) также применяется для удаления галогенов и окисления железа и

сульфидной серы.

Вельц-оксид также можно промывать водой и карбонатом натрия, бикарбонатом

натрия или, возможно, гидроксидом натрия в двух- или трехэтапном противоточном

процессе. С помощью этих добавок хлориды металла могут осаждаться в виде

карбонатов или гидроксидов металла. Помимо удаления хлорида, этот процесс

промывки позволяет удалять фториды, натрий и калий. Щелочи из насыщенного

раствора после первого этапа промывки можно удалять на стадии кристаллизации и

получать соляной остаток и безщелочной конденсат. Соляной остаток захоранивается.

Конденсат можно переработать; в данном случае весь процесс может осуществляться

без образования сточных вод.

В Европе большая часть вельц-оксида промывается и далее перерабатывается

на заводах, использующих процесс RLE.

Если возможно образование хлорсодержащих стоков, применяется двухэтапный

процесс с последующей очисткой стоков. По сравнению с процессом промывки и

кристаллизации преимущества двухэтапной промывки состоят в низком потреблении

энергии, низких операционных и инвестиционных издержках и в отсутствии твердого

остаточного продукта.

2.2.3.4 Шлаковозгонка (фьюмингование)

Эти процессы также используются для извлечения цинка из остаточных

продуктов. В пыли из электродуговой печи, в большей части шлаков процесса плавки

свинца, комплексных шлаков Zn-Cu медеплавильных заводов и в других остаточных

продуктах, образующихся в процессе восстановления цинка, содержатся свинец и цинк,

которые могут быть потеряны, если остаточные продукты далее не перерабатываются.

Указанные материалы могут возгоняться в присутствии углерода, например, в виде угля,

для извлечения свинца и цинка и рекуперации технологического тепла [9].

Для достижения значений температуры, превышающих 1200 °C, с целью возгонки

металлов с последующим образованием оксидов, которые далее извлекаются из газов

на этапе фильтрации, используются циклонные печи или печи конвертерного типа.

Циклонные печи работают в атмосфере, обогащенной кислородом, но конвертер

работает при субстехиометрической атмосфере. Получаемое избыточное тепло

используется в котле-утилизаторе и для генерации электроэнергии. В зависимости от

результатов теста на выщелачивание и с учетом нормативных требований

образующийся шлак может использоваться для целей гражданского строительства или

сооружения полигонов для размещения отходов. Так, сообщается, что печь

Ausmelt/ISASMELT, многоподовая печь и погружная плазменная печь используются для

переработки сталеплавильной пыли, остатков выщелачивания и пульпы от покрытия

для извлечения цинка в качестве альтернативы вельц-процессу

[17]. Они, как

сообщается, используются для производства стали и других металлов из остатков в

сочетании с восстановительной печью [18].

2.2.3.4.1 Процесс возгонки в плазменной электродуговой печи

Этот процесс возгонки/фьюмингования может использоваться для переработки

оксидов металлов, содержащихся в собираемой рукавным фильтром пыли из

электродуговых печей для выпуска стали или во вторичных материалах, таких как

комплексные шлаки, содержащие цинк и ZnO. Эти материалы подаются в шлаковую

ванну плазменной дуговой печи, где происходят реакции, в результате которых

образуется ZnO. В качестве восстановителя используется кокс или аналогичный

материал. При необходимости в шихту вводятся шлакообразующие добавки. Различные

оксиды металлов восстанавливают в соответствии с равновесием, определяемым

температурой шлака и кислородным потенциалом [19].

Температура шлака регулируется мощностью плазмы и составом шлака.

Потребляемая мощность составляет около 1,2 МВт ч/т подаваемой пыли. Кислородный

потенциал регулируется скоростью подачи в фурмы кокса и потока сжиженного

природного газа.

Восстановленные металлы, такие как свинец и цинк, выходят из печи в виде паров

металла с высоким давлением. Отходящий газ на выходе из печи имеет температуру

около 1300 °C. Отходящие газы повторно окисляются воздухом, образуя ZnO и PbO.

Если повторное окисление происходит в печи, около одной трети от выработанного

тепла может быть использовано на нагрев шлака, тем самым уменьшая расход энергии

в плазменном генераторе.

Степень извлечения Zn составляет около 92%, а содержание ZnO - около 88%.

В виде побочного продукта получается стабильный нерастворимый шлак с

содержанием Pb около 0,1%. Основность шлака (СаО+MgO)/SiO2 составляет около 1.

Шлак используется для различных целей, например, при изготовлении бетона и (или) в

строительстве.

2.2.3.4.2 Процесс возгонки для производства вторичного ZnO, образующегося

при выплавке меди

Этот процесс, который является неотъемлемой частью медеплавильного

процесса, может быть использован для переработки оксидов металлов, содержащихся,

например, в собираемой рукавным фильтром пыли из электродуговых печей для

выпуска стали или во вторичных материалах, таких как комплексные шлаки из

медеплавильного процесса, содержащие цинк и медь. Шлак с высоким содержанием

цинка перерабатывается в фьюминг-печи, где цинк переводится в газообразное

состояние с помощью кислорода и углерода. Образуется окись углерода, и происходит

восстановление оксида цинка до металлического цинка.

Степень извлечения Zn составляет около 85%, а содержание ZnO - около 70-

75%.

Шлак из фьюминг-печи передается в осаждающую печь. После определенного

периода выдержки от шлака отделяется медный штейн, который возвращается в

медеплавильную печь. Оставшийся шлак гранулируется с образованием химически

стабильного железного песка, чьи дренажные свойства позволяют использовать его в

дорожном строительстве, а также при строительстве зданий и сооружений.

2.2.3.5 Переплавка и рафинирование

Чистый и несмешанный вторичный цинковый лом переплавляется либо

рафинируется во вторичные сорта цинка. Такие примеси, как материалы, содержащие

Al или Fe, если это возможно, в основном удаляются перед плавкой механическим

способом на этапе сепарации. Лом, содержащий тугоплавкие примеси, может

предварительно обрабатываться в сепарационной плавильной печи для отделения

цинка от металлов с более высокой температурой плавления.

Плавление в основном ведется в индукционных печах. После плавления следует

этап сегрегации и легирования. На первом этапе примеси могут быть частично или

полностью удалены в зависимости от растворимости элемента в расплаве. При

необходимости могут добавляться легирующие элементы.

2.2.4 Процессы плавки, легирования и литья цинка

2.2.4.1 Процессы плавления и легирования цинка

Плавление и легирование обычно осуществляют в тигельных печах с непрямым

сжиганием топлива или в индукционных печах. Температуру регулируют таким образом,

чтобы гарантированно исключить испарение цинка с образованием газовой фазы.

В качестве топлива, как правило, используется газ или жидкое топливо. Газовая или

нефтяная горелка может быть расположена за пределами тигля, который находится

внутри нагревательной камеры, или внутри тигля в виде трубчатого обогревателя с

погружением в расплав [8], [20].

Прямой нагрев происходит в печах для плавки алюминия (иногда расплавленный

алюминий загружают в цинковую печь вместо твердого алюминия). Прямой нагрев также

применяют для цинковых печей-миксеров, которые располагают между зонами плавки и

разливки.

В обоих случаях важен температурный контроль, так как температура при литье

не должна превышать 60 °C для большинства составов сплавов во избежание потерь

металла при угаре. Обычно в качестве добавок используются твердые вещества, но в

некоторых случаях из расположенной в непосредственной близости плавильной печи

добавляется расплавленный алюминий.

Если сплавы получают из сырья, содержащего примеси, то для абсорбирования

примесей требуются флюсы. Стандартный флюс содержит хлорид цинка и (или)

двойные соли с хлоридом аммония; некоторые флюсы составляются таким образом,

чтобы исключить содержание галогенов. При добавлении таких веществ или во время

чистки печи могут возникать неорганизованные выбросы пыли и газов.

Фторидсодержащие флюсы в настоящее время больше не используются, поскольку их

применение может приводить к выбросам газообразных фторидных соединений,

которые необходимо удалять методом мокрой очистки.

Регулярно с цинковой ванны снимают твердые дроссы, представляющие собой по

химическому составу оксид цинка и хлорид цинка. Флюсы часто используются для

снижения перехода цинка в дроссы. Окисная фракция в дроссах повторно используется

в печи процесса Imperial Smelting либо в обжиговой печи в процессе электролиза цинка.

При плавке цинковых катодов, цинковых сплавов и цинкового скрапа получают

следующие промежуточные материалы:

- цинковый дросс; образуется в плавильных печах, состоит из накипи,

образующейся на поверхности расплавленного металла, и содержит металлический и

окисленный цинк; удаляется с поверхности ванны механическим способом или вручную;

- цинксодержащие пыли и газы; их улавливают из потока отходящего из

плавильной печи газа с помощью газоочистного оборудования, например, рукавных

фильтров.

В большинстве случаев все эти остаточные продукты перерабатываются с целью

извлечения цинка.

2.2.4.2 Цинковое литье

Металл обычно сливают в многократно используемые литейные формы, которые

изготовлены из чугуна или литой стали. Применяют стационарные литейные машины

или конвейерные литейные машины непрерывного действия.

Стационарные литейные формы и конвейерные литейные машины используются

для получения слябов и чушек. При получении катанки, используемой для производства

проволоки, применяются машины непрерывного литья.

2.2.4.3 Производство цинкового порошка (пусьеры)

Цинковый порошок используют в качестве материала, применяемого в других

промышленных технологиях, либо в качестве реагента для очистки технологических

растворов от примесей. Расплавленный цинк, получаемый описанным выше методом,

впрыскивают под давлением через распылительную форсунку и затем быстро

охлаждают в инертной атмосфере для получения цинкового порошка [9]. Для получения

цинкового порошка может также использоваться метод воздушного, водяного или

центробежного распыления струи расплавленного цинка. Порошок собирают в тканевых

фильтрах и направляют в соответствующий процесс или на упаковку.

2.3 Кадмий

2.3.1 Получение кадмия в рамках процессов производства первичного цинка

Кадмий получают в виде промежуточного продукта в процессах извлечения ряда

металлов. Основными источниками получения кадмия являются процессы производства

цинка и свинца [9].

Цементат кадмия, получаемый в результате очистки цинковых растворов в

процессе «обжиг - выщелачивание - электроэкстракция» (RLE), также можно очищать

гидрометаллургическим способом. При этом цементат выщелачивается в

сернокислотную среду, раствор очищается, а кадмий извлекается электрохимическим

способом. Очищенный раствор ZnSO4 возвращается в основной цикл получения цинка

[16].

Цементат кадмия также можно перерабатывать путем прессования и плавления с

содой для удаления цинка. При необходимости можно включить дополнительный этап

дистилляции для получения кадмия высокой степени очистки.

Кадмий также извлекают в виде раствора хлорида кадмия методом ионного

обмена. Раствор направляется на смотанную в барабан цинковую ленту высокого

качества, погруженную в резервуар, в котором начинается реакция обмена,

позволяющая получить кадмиевую губку и хлорид цинка. Губка, полученная по такой

технологии, а также по технологии получения цементата или из сульфатных растворов,

расплавляется с хлопьями каустической соды (гидроксида натрия) с целью удаления

оставшегося цинка. Полученный продукт отливают и продают, либо, в случае

содержания значительного количества примесей, отправляют на последующий этап

рафинирования кадмия.

Кадмий также можно извлечь из получаемых остаточных продуктов в виде

карбоната. Для этого применяют методы выщелачивания и электроэкстракции.

На заводах по переработке кадмия получаемый в рамках описанных выше

технологических процессов кадмий можно плавить и отливать в формы. Если кадмий

недостаточно очищен, он подлежит дистилляции при высоких температурах.

Образующийся при этом конденсат представляет собой кадмий с содержанием

примерно 1% цинка, а оставшийся расплав - высококачественный цинк. Получившаяся

фракция кадмия плавится с каустической содой и нитратом натрия с целью удаления

остаточного цинка.

Ниже представлены схемы технологических процессов для методов получения

кадмия на одном российском (рисунок 2.10) и нескольких зарубежных предприятиях

(рисунки 2.11-2.15).

Раствор, содержащий ZnSO4

После выщелачивания нейтральным растворителем

Цинковая

Обезмеживание

пыль

Осаждение и фильтрация

Твердые вещества (высококачественный

Раствор

медный осадок от цементации)

(Сu, Cd и т. д)

Цинковая ппыль +

1-я очистка

соединения Sb

Фильтрация

Твердые вещества

Раствор

Цинковая

кислота

3-я очистка

2-я очистка

пыль

Фильтрация

Твердые

Раствор

частицы

Раствор на этап

Твердые

(низкосортный

электролиза

вещества на этап

медный осадок

цинка

обезмеживания

цементации)

Цементация Cd

пусьера

Фильтрация

Возврат раствора на

Твердый Cd кек

выщелачивание

Рисунок 2.12 - Технологическая схема очистки, включая производство кадмия: завод C

Рисунок 2.13 - Схема процесса производства кадмия: завод D

Осадок Cd 2-го этапа очистки

цинксодержащего раствора

Воздух

Пусьера

Выщелачивание кадмия

Отработанный

электролит

Медный остаток

Фильтр пресс

на переработку

Отработанный газ,

Раствор CdSO4

очищенный в

центральных скрубберах

Осаждение кадмия

участка очистки цинкового

Пусьера

(1 × 50 м³ )

раствора

Фильтрат на установку

Вода

Фильтр пресс

выщелачивания

Окатыши (98 % Cd)

Пресс для

Фильтрат на установку

брикетирования

выщелачивания

Брикеты (98 % Cd)

Металлический Cd

NaOH

Плавильная печь

Отработанный электролит

Дросс

NaOH

Рафинировочная печь

Переработка дроссов

Отработанный

Промежуточный продукт (98 % Cd)

Остаток

газ,

Раствор на установку

NaOH

Вакуумная дистилляция

очищенный в

выщелачивания

LSP

Рафинированный кадмий

Дросс

Печь для

рафинирования Cd

Литье

Кадмий

>99,99 %

Рисунок 2.15 - Схема процесса производства кадмия: завод F

2.3.2 Производство вторичного кадмия, в основном извлеченного из

аккумуляторных батарей

Другим важным источником получения кадмия является переработка

использованных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей. Существует два типа

аккумуляторных батарей: бытовые герметичные батареи и промышленные

негерметичные батареи.

Основными компонентами данных аккумуляторных батарей являются:

- анод: Cd;

- катод: NiOH на стальной сетке;

- мембраны и сепараторы: полимерные материалы и бумага;

- оболочка: сталь и пластмасса;

- электролит: KOH.

Процесс переработки состоит из трех этапов:

1. Сортировка. Промышленные и бытовые аккумуляторные батареи необходимо

идентифицировать и отсортировывать, чтобы минимизировать количество примесей.

Качество сортировки определяет чистоту извлекаемого кадмия и фракции NiFe.

2. Подготовка к переработке кадмия. Использованные промышленные

негерметичные аккумуляторные батареи. Из промышленных аккумуляторов сливают

жидкий гидроксид калия и разбирают их вручную. Все содержащие кадмий детали

направляются на дистилляцию кадмия. Прочие компоненты (электролит, полимеры, Fe

и Ni) идут на вторичную переработку. Разборка выполняется в закрытом помещении.

Вентиляция воздуха осуществляется через кассетный фильтр.

Использованные бытовые герметичные аккумуляторные батареи. Бытовые

аккумуляторные батареи, которые обычно представляют собой аккумуляторы от

бытовых электроинструментов и приборов в пластиковых корпусах, обычно

подвергаются механической обработке для отделения пластиковой оболочки.

Отделенный пластик идет на производство пластмасс или продается в качестве

горючего материала.

Оставшиеся органические фракции и вода удаляются методом пиролиза при

температуре 400-50 °C. Цель процесса - испарение воды, разложение органической

фракции методом термического крекинга и ее отделение путем выпаривания из

металлической фракции. Оставшаяся металлическая фракция направляется в процесс

дистилляции.

Пиролиз выполняют при электронагреве или нагреве пропаном. Перед выпуском

в атмосферу отходящие газы фильтруются. Разложенные углеводороды можно

извлекать путем конденсации в виде маслянистых веществ, которые продаются в

качестве горючих материалов или сжигаются в камере дожигания с извлечением тепла.

При применении камеры дожигания используют различные методы газоочистки

(например, мокрый скруббер, рукавный фильтр, активный угольный фильтр).

3. Дистилляция кадмия. Из металлической фракции извлекают кадмий методом

дистилляции. Для восстановления оксидов добавляют восстанавливающий агент (кокс).

Дистиллированный кадмий имеет чистоту 99,95%. Конденсированный жидкий кадмий

можно обрабатывать путем погружения в воду для получения окатышей или отливать в

чушки.

Оставшаяся металлическая фракция содержит Ni и Fe с очень небольшим

количеством Cd. При необходимости фракцию Ni-Fe можно гомогенизировать путем

плавки. Остаточную фракцию Ni-Fe продают производителям нержавеющей стали.

2.4 Производство свинца и олова

Существует несколько процессов/комбинаций процессов для производства и

плавки свинца и свинцовых сплавов. В настоящем подразделе приводится

характеристика основных процессов и методов производства свинца и олова по

технологическим переделам.

2.4.1 Применяемые процессы и методы

Свинец и олово производятся в основном путем пирометаллургических

процессов, что предопределяет использование печей. Производство свинца можно

разделить на процессы переработки первичного и вторичного свинца в зависимости от

перерабатываемых материалов. Плавка первичного свинца основана на

преобразовании свинцовых руд и концентратов, сложных вторичных материалов (кек

свинцовый, кек карбонизированный свинцовый, глет и т. п.) и некоторых частей скрапа

свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (пасты или сетки) в сырой черновой

свинец, требующий дальнейшей переработки. Плавка вторичного свинца ориентирована

в основном на переработку лома свинцовых кислотных аккумуляторных батарей, а также

других видов ломов и отходов⁴.

Применяемые процессы в ряде случаев могут быть идентичными для плавки

первичного, вторичного и смешанного сырья

[21]. В других случаях вторичные

материалы сепарируют и некоторые их части, такие как пасты, направляются на

переработку на другие предприятия.

Олово может быть извлечено из отходов, полученных в процессе производства

свинца и вторичной меди или из внутренних покрытий стальных банок. Также олово

может быть получено из первичных руд.

2.4.2 Плавка первичного свинца

Для переработки сульфидных свинцовых концентратов применимы как

пирометаллургическая, так и гидрометаллургическая технологии. Однако

гидрометаллургические способы извлечения свинца вследствие технологического

несовершенства неконкурентоспособны с пирометаллургическими и до сего времени

не нашли применения в промышленности.

Возможны три вида плавки свинца из сульфидных концентратов: реакционная,

осадительная и восстановительная плавка.

Существует два основных пирометаллургических способа производства свинца из

сульфидного сырья или из смешанного сырья:

- агломерация или спекание/плавка в шахтной печи или в печи Imperial Smelting

(ASF).

- прямая плавка ― стадия спекания не производится отдельно /печи включают

прямую плавку из смешанного сырья.

Последний завод по прямой плавке агломерата в шахтной печи был пущен в

Евросоюзе. Эти процессы могут быть использованы как для плавки концентратов, так и

для смешанного сырья. Состав шихты может меняться в зависимости от состава

концентратов и их предварительной обработки, что определяется возможностью

восстановления и извлечения сопутствующих металлов, таких как цинк, кадмий и ртуть.

Основные компоненты свинцового концентрата приведены в таблице 2.2.

⁴ Виды лома и отходов определены в ГОСТ 1639-2009 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов».

Таблица 2.2 - Содержание основных компонентов в свинцовом концентрате

Компонент

Содержание (%)

Компонент

Содержание (%)

Свинец

35-90

Медь

0-5

Цинк

0-15

Никель

0-1

Сера

0-35

Кадмий

0-0,2

Диоксид кремния

0-10

Хром

0-10

Оксид кальция

0-20

Мышьяк

0-5

Оксид железа

0-30

Ртуть

0-0,01

Источник - [9].

2.4.3 Спекание/плавка в шахтной Imperial Smelting печи

Как показано в 2.4.2, в Евросоюзе имеется только один завод, который использует

печь ASF для производства цинка и свинца из свинцово-цинковых концентратов.

Шахтные и ASF печи все еще используются за пределами Евросоюза для первичной

плавки свинца. Также в некоторых странах применяют комбинацию прямой плавки и

плавки в шахтной печи (например, в Китае).

2.4.4 Прямая плавка

В прямой плавке стадия спекания не проводится отдельно. Имеются процессы,

использующие прямую плавку свинцовых концентратов и некоторых вторичных

материалов для производства сырого свинца с получением шлака. Следующие

процессы/печи включают прямую плавку и используют обе в Евросоюзе и мире: Ausmelt /

ISASMELT (ванна печи, верхняя погружная фурма - копье) иногда в сочетании с

шахтными печами; Kaldo (TBRC), QSL (ванна печи), плавка во вращающихся

короткобарабанных печах, совмещенные процессы и электропечь (применяемы для

переработки первичных свинцовых концентратов совместно с вторичными материалами).

Ausmelt / ISASMELT печи и QSL и вращающиеся короткобарабанные печи принимают

влажную шихту, а Kaldo и Kivcet используют высушенную шихту [22]. Эти процессы

представлены в таблицах 2.3. и 2.4.

Таблица 2.3 - Перечень прямых процессов плавки

Содержание свинца в

Процесс

Комментарий

шлаке (%)

Процесс QSL

< 3

Эффективный процесс. Возможный процесс

Кивцет

3-5

Успешный процесс

Ausmelt/ ISASMELT

Не образуется шлак¹⁾

Эффективный процесс. Возможный процесс

Kaldo плавка

2-4

Эффективный процесс - смесь Pb/Cu

Вращающаяся печь

2-4

Эффективный процесс. Возможный процесс

(короткобарабанная)

Окончание таблицы 2.3

Содержание свинца в

Процесс

Комментарий

шлаке (%)

Эффективный процесс в широком диапазоне

Электроплавка

Cu/Pb отношения материалов

¹⁾ Ausmelt в Нордхаме остановила процесс восстановления шлака после стадии окисления и продает

свинцовый окисленный концентрат.

Источник - [9].

Таблица 2.4 - Сырье, используемое в процессах прямой плавки

Технология

Сырье

Комментарий

Kaldo процесс (ТВRC)

Свинцовый концентрат и

Сухая шихта, переменного

(полностью завершенный)

вторичные материалы (высшие

состава диоксид серы.

сорта)

Оперировал в комплексе с

медной плавкой

QSL

Свинцовый концентрат и

Влажная шихта

вторичные материалы

Кивцет печь

Cu/Pb концентрат и вторичные

Сухая шихта

материалы

Ausmelt/ISASMELT печи

Свинцовый концентрат и

Влажная, гранулированная

вторичные материалы

шихта

Вращающаяся печь

Кек свинцовый, кек

Влажная шихта,

(короткобарабанная)

карбонизированный свинцовый,

карбонизированная

глет и вторичные материалы

Электропечь

Cu/Pb концентрат и вторичные

Сухая шихта,

Сu/Pb материалы

гранулированные кеки

Другие печи, такие как Shuikoushan (SKS с донным дутьем), не используются в

Европе, но применяются в других странах. Во всех прямых плавильных процессах

концентраты или совместно с вторичными материалами смешиваются с другими

составляющими шихты и флюсами, чтобы обеспечить постоянство шихты. Главная

практика состоит в отборе проб, изучения состава концентратов и обеспечении их

хранения по отдельности для приготовления оптимальной смеси для плавки. Шихтовые

смеси могут быть приготовлены с помощью бендинг-систем с использованием ленточных

дозаторов или систем, фиксирующих потери в весе. Окончательное смешение и

усреднение осуществляется в смесителях, грануляторах или транспортирующих и

дозирующих системах. Если для плавильного процесса требуется сухая шихта,

используется горячая сушка. Сушка может также быть применена для уменьшения

влажности шихты, когда содержание влаги лимитировано плавильным процессом.

Во всех печах смешанные сульфидные концентраты и вторичные материалы

загружаются непосредственно в печь и затем плавятся и окисляются. Образуется

диоксид серы, который собирается, очищается и направляется на производство серной

кислоты. Углерод (кокс или газ) и флюсы добавляются к загрузке в печь. Оксид свинца

восстанавливается до элементного свинца и образуется шлак. Некоторое количество

цинка и кадмия улетучивается, и их окислы улавливаются и передаются на

восстановление в другое производство [9].

Во всех процессах образуется свинецсодержащий шлак, его содержание в QSL и

Кивцет процессах потребовало создание восстановительной зоны печи для извлечения

свинца до конечных допустимых содержаний в шлаке. Силикатный шлак QSL процесса

аттестован, как конструкционный материал. В Кальдо-процессе (также известном как

вращающийся вертикальный конвертор) применяют фьюминг-процесс для переработки

шлака. Ausmelt/ISASMELT печь может быть представлена в двухстадийном режиме, с

одной (порционно) или двумя непрерывными параллельными печами для обработки

шлака с получением необходимых кондиций. В другом случае одна печь может работать

непрерывно для получения сырого свинца и богатого по свинцу шлака для дальнейшей

его переработки и восстановления свинца.

Рекуперация тепла и конверсия диоксида серы в серную кислоту являются также

частью этих процессов. Управление процессом базируется на измерении концентраций

SO2 в отходящем газе, и это приводит к некоторой задержке реакции в процессе

производства серной кислоты. Собранная пыль возвращается в процесс и может быть

отмыта или выщелочена для уменьшения галогенидов [9].

Все эти процессы требуют определенного времени, чтобы быть полностью

освоенными и достичь проектной производительности и показателей конверсии. Кальдо

представляет собой двухстадийный процесс [21], [23], [7] и хорошо разработанный (с

1976 года). QSL и Ausmelt/ISASMELT процессы преодолели первоначальные трудности

и эффективно работают в настоящее время [16]. Ausmelt процесс в Германии может

работать с восстановлением шлака, но в действительности производит

металлургический свинцовый окисленный концентрат для продажи. Печь Кивцет

работает успешно с 1999 года [9], [24].

Процесс КИВЦЭТ-ЦС имеет ряд преимуществ перед другими процессами:

возможность переработки полиметаллических концентратов с широким отношением Pb:

Zn - от 0,4 до 14,4 (содержание свинца в концентратах может изменяться от 12% до

65%); высокое извлечение цинка (до 78%); относительно низкие капиталовложения,

небольшие габариты основного оборудования; низкие затраты на внутренний транспорт;

улучшение условий труда в связи с незначительным выбросом вредных газов;

возможность автоматизации процесса. Процесс КИВЦЭТ-ЦС включает следующие

последовательно проводимые в одном аппарате стадии: обжиг и реакционную плавку

исходного сырья в атмосфере технологического кислорода; углетермическое

восстановление цинка из шлакового расплава; возгонку и конденсацию цинка и очистку

технологических газов.

Продуктами процесса КИВЦЭТ являются черновой свинец, черновой цинк, штейн

(иногда), шлак, оборотная пыль и газы, содержащие 40-50% SO2.

Ausmelt / ISASMELT

В 1980-х годах в Австралии была разработана новая технология переработки

свинецсодержащих материалов, отличающаяся от традиционных способов. Основой

этой технологии является использование вертикальной цилиндрической футерованной

печи с длинной фурмой специальной конструкции, которая вводится сверху через свод

печи и после разогрева печи погружается непосредственно в расплав.

На разных этапах разработки и освоения печи и технологии плавки их называли

Isasmelt, Sirosmelt и затем Ausmelt. В настоящее время все права на изготовление

оборудования и распространение технологии переработки свинецсодержащего сырья

(как рудного, так и вторичного) имеет австралийская компания Ausmelt Ltd (Осмелт

лимитэд). Поэтому далее по тексту и печь и технология называются Ausmelt независимо

от того, как она называлась ранее в первоисточниках.

Принципиальная схема промышленных печей Ausmelt показана на рисунке 2.16.

Рисунок 2.16 - Схема печи Ausmelt

Основными особенностями конструкции и работы печи являются:

- погружная фурма особой конструкции (патент Ausmelt);

- цилиндрический корпус печи, футерованный изнутри огнеупором и

охлаждаемый снаружи орошением;

- ввод жидкого или газообразного топлива и воздуха (O2) через фурму

непосредственно в расплавленную ванну, т. е. прямой ее нагрев;

- загрузка перерабатываемого пылевидного или окомкованного материала, угля

или кокса в ванну через люк в своде печи;

- бурное перемешивание ванны горящими газами из фурмы с всплесками шлака;

- дожигание летучих горючих компонентов над ванной в газовом пространстве

печи с передачей части тепла от их сжигания шлаку;

- слив металла и шлака через сифон или летки.

Особенностью конструкции погружной фурмы является установка внутри нее

неподвижного спиралевидного вкладыша (типа шнека), который прижимает вдуваемые

топливо и воздух к стенкам фурмы. При этом топливно-воздушная смесь нагревается

внутри фурмы до высокой температуры, что позволяет уменьшить расход топлива и

воздуха, а стенки фурмы непрерывно охлаждаются, и снаружи на них образуется слой

твердого шлака, защищающий фурму от коррозии и повреждения.

Переработку вторичных свинцовых материалов по технологии Ausmelt проводят в

две стадии: сначала расплавление шихты, а затем восстановительное обеднение

шлака. Каждая стадия состоит из ряда окислительных и восстановительных реакций, в

которых сульфид, сульфат и оксид свинца восстанавливаются до металлического

свинца. Основные реакции на обеих стадиях:

PbS + O2 = Pb + SO2.

PbS + 1,5O2 = PbO + SO2.

На II стадии обеднение шлака идет преимущественно за счет восстановления

оксида свинца углеродом по реакции.

На обеих стадиях в верхнее пространство печи через трубу колпака,

присоединенного к фурме Ausmelt, вводится воздух для дожигания паров свинца, его

сульфида и любого горючего продукта неполного сгорания угля и углеводородов: оксида

углерода, водорода и летучих веществ. До 40% тепла, выделяющегося при этих

реакциях, снова извлекается в ванну плещущимся шлаком, что способствует

уменьшению расхода топлива в процессе.

Флюсы и восстановитель (уголь) загружают в печь на стадию расплавления

вторичных свинцовых материалов при температуре 1000-1100 °C. В зависимости от

содержания сульфида, сульфата и металлического свинца в шихте печь работает в

восстановительных, нейтральных или окислительных условиях за счет регулирования

соотношения шихты и восстановителя и (или) топлива и сжигающего кислорода.

Получаются черновой свинец, возгоны и высокосвинцовистый шлак. На установке

с двумя печами черновой свинец и шлак выводятся непрерывно. Шлак направляется во

вторую печь для обеднения. На установке с одной печью после заполнения печи

загрузка шихты прекращается и начинается стадия восстановления шлака. Черновой

свинец может выводиться непрерывно в течение плавки или периодически в

зависимости от устройства системы переработки чернового свинца.

Плавка во вращающейся печи (короткобарабанной)

Процесс плавки свинецсодержащих материалов представляет собой

окислительно-восстановительный процесс при температуре

1100-1200 °С с

использованием в качестве флюсов кальцинированной соды, железной стружки, в

качестве восстановителя ― коксовой мелочи.

Вращающаяся печь имеет трубчатую форму различной длины и диаметра и по

сути происходящих в ней процессов фактически является вариантом отражательной

печи, медленно поворачивающейся вокруг своей центральной оси.

Для нагрева расплава используется не только радиационное тепло, но и

физическое тепло стенок печи, нагреваемых факелом при ее вращении. Свинец и

шлакоштейновый расплав всегда находятся в нижней части печи по ее длине. Нагретая

стенка погружается в расплав и отдает ему часть своего тепла, а выходящая из него

остывшая стенка вновь нагревается факелом. Происходят постоянный подогрев

расплава изнутри и его перемешивание, необходимая температура поддерживается

практически во всем объеме шлака, процессы идут с большей скоростью и меньшим

ПРОИЗВОДСТВО СВИНЦА, ЦИНКА И КАДМИЯ (ИТС 13-2020) - часть 1