СПОСОБИ ЗНЯТТЯ ОЛОВА З ВІДХОДІВ ЖЕРСТІ
До теперішнього часу винайдено багато різних способів зняття олова з відходів жерсті:
1) методи, засновані на застосуванні високої температури;
2) механічні способи;
3) методи, засновані на застосуванні хлору;
4) гідрометалургійні способи із застосуванням кислих або лужних розчинів;
5) електролітичні способи із застосуванням кислих або лужних розчинів.
Однак далеко не всі відомі способи знайшли застосування в промисловості. Нижче описуються різні способи регенерації олова з бляшаного скрапу.
Способи, засновані на застосуванні високих температур
Ці способи зняття олова були широко поширені в період, коли жесть ізоготовлялі примітивним способом, без застосування механічних лудильних апаратів. Витрата олова на лудіння досягав 150 кг / т жерсті в XVIII в. і 40-70 кг / т-в XIX в. Шар олова на поверхні жерсті досягав тоді 15- 20 мк, тому при простому нагріванні відходів жерсті до температури, трохи більш високою, ніж температура плавлення олова, значна частина його розплавляють і стікала в приймачі. Спосіб давав більший ефект при здійсненні одночасно з нагріванням струшування відходів.
При цьому способі витяг олова становило близько 80% від вмісту його в відходах жерсті. На поверхні відходів ще залишався значний шар олова, тому відходи були непридатні для переплавки в сталеплавильних печах.
За .мере зменшення витрати олова на лудіння спосіб простого оплавлення олова з відходів жерсті ставав все менш рентабельним; потрібні були нові, більш досконалі методи. Наприклад, був запропонований спосіб зняття олова з відходів жерсті металевим натрієм. Однак цей складний і дорогий спосіб не набув поширення.
Так як олово має низьку температуру плавлення, то був запропонований такий спосіб зняття його з відходів жерсті: відходи поміщали в закриті апарати .і нагрівали паром .при температурі близько 350 ° С. Окис заліза сприяла відставанню олова від поверхні жерсті [28].
Можна також згадати про застосування для зняття олова розплавленого їдкого натру при температурі, що перевищує точку плавлення олова: відходи занурювали у ванну з розплавленим оловом, над яким знаходився шар розплавленого їдкого натру. Шар олова на поверхні жерсті ставав при цьому пухким і знімався.
За іншим способом відходи жерсті нагрівали в мінеральних маслах (наприклад, в карболову -масло) до 250-300 ° С. Однак при цьому, не дивлячись на тривалість процесу (до 5 година), витягувалися всього близько 65-75% Sn. При зменшенні шару олова в процесі виготовлення жерсті витяг ставало ще більш низьким.
Для виділення олова сплав продувають повітрям, в результаті чого утворюються оксиди свинцю, змішані з оксидами олова. Ці оксиди спливають на поверхню розплаву і легко знімаються.
Після змішування з порошкоподібною вугіллям їх завантажують у графітові тиглі і відновлюють. При цьому утворюється багатий оловом сплав зі свинцем, що застосовується для виготовлення припою.
У зв'язку зі зниженням змісту олова в бляшаному скрапе внаслідок впровадження електролітичних методів лудіння з'явилися нові пірометалургічні способи, що дозволяють одночасно використовувати і залізо. У США запатентований спосіб [29], що полягає в тому, що жерстяної скрап, що містить 0,5-1% Sn, плавлять в присутності FeS і FeS2, які додають з надлишком від 50 до 200% проти розрахункової кількості, необхідного для утворення сульфідів олова . Розплавлений метал витримують близько 1 години, протягом якого через нього пропускають інертний газ, який сприяє видаленню сульфідів олова. Цим способом виходить сплав заліза, що містить від 0,01 до 0,1% Sn, а сульфіди олова уловлюються з газів.
Однак даних про промислове застосування цього способу і його економічності в літературі немає.
Одним з механічних способів зняття олова є обробка відходів жерсті піскоструминним апаратом, в результаті якої з відходів здирається олово і трохи заліза.
Отриману суміш піску і олова з домішкою заліза піддають подальшій обробці, щоб виділити олово.
За іншим способом розрізані на шматки консервні банки поміщають в обертовий барабан, що містить пісок і тирса, і нагрівають до температури, при якій полуда стає в'язкою. При обертанні барабана розм'якшене в'язке олово знімається з поверхні жерсті, і потім його відокремлюють від піску і тирси.
В літературі відсутні відомості про промислове здійсненні механічних способів зняття олова, тому невідомі і економічні результати їх застосування.
Хлор використовували в промисловості для зняття олова з відходів жерсті довгий час як один з економічних способів обезлужіванія скрапу.
Одне з найбільш важливих умов застосування цього способа- повна відсутність вологи на оброблюваному матеріалі, а також будь-яких та не було органічних речовин, наприклад паперу, лаку і ін.
Хлорний спосіб заснований на реакції
Sn + 2С12 = SnCl4 + 127 250 код.
Теплота освіти хлорного олова, за даними різних дослідників, коливається в межах від 127 250 до 129 600 кал.
Хлорне олово реагує з металевим оловом, що знаходяться на поверхні жерсті, по реакції
Якщо для отримання хлорного олова використовують сухий хлор і відходи жерсті ретельно висушують, залізо залишається недоторканим. У присутності ж води хлор діє на залізо, утворюючи Fe Cl2.
Хлорне олово застосовується в текстильній промисловості для обважнення шовку та інших цілей.
Застосування хлорного способу вигідно тільки в більшому масштабі, так як одним з його переваг є можливість застосування апаратів великої місткості.
Практично здійснення хлорного способу представляє деякі труднощі. Як видно з рівняння реакції, процес протікає з виділенням великої кількості тепла. Занадто ж висока температура в реакційному просторі небажана, тому що попутно можуть утворитися помітні кількості хлорного заліза FeCl3. При утворенні хлорного заліза корозія заліза протікає дуже енергійно. Тому обов'язковою умовою цього процесу є безперервне відведення тепла.
У промислових умовах процес здійснюється в циліндричних ретортах, склепаних або зварених з 15- 20-мм заліза, в які в металевих кошиках, виконаних з дротяної сітки або перфорованих листів, завантажують очищені і висушені відходи жерсті.
За даними практики, надлишок тепла, що утворюється при роботі апарату для хлорування зазначеної вище ємності, становить близько 10 000 ккал / т відходів.
Для відводу надлишкового тепла реторти встановлюють попарно і обладнають двома вентиляторами, перекачувальними газ з однієї в іншу. Газ проходить через трубу, поміщену в холодильнику, де і відбувається безперервне відведення тепла.
Загальний вигляд реторт для хлорування відходів жерсті показаний на рис. 17.
Якщо газ стикається з усією поверхнею, завантаженої в реторти жерсті, то олово з неї знімається рівномірно. Для цього необхідна безперервна циркуляція газу, завдяки якій підтримується однакова температура у всьому обсязі реторти.
Реакція хлорування внаслідок утворення SnCl4 супроводжується зменшенням об'єму газу, тому необхідно подавати його в реторти під тиском. Якщо падіння тиску припинилося, значить процес хлорування закінчився.
На заводі в м Ессені (ФРН) пакети жерсті розміром 40Х X 60 X 15 см, вагою близько 50 кг завантажували в герметичні реторти, що вміщали від 50 до 70 τ відходів. Спочатку газ подавали при тиску 0,75 атм, а потім при підвищеному тиску рівному 2 атм. Протягом перших 3-4 год. реакція хлорування протікала найбільш інтенсивно. Процес зняття олова закінчувався приблизно протягом 10-12 год.
Утворене хлорне олово збиралося в нижній частині реторти і насосом подавалося в верхню її частину, звідки стікало через пакети жерсті. При такій циркуляції підвищувався витяг олова.
В СРСР хлорний спосіб вилучення олова з відходів жерсті був здійснений в заводському масштабі на заводі «Хімметалл». На цьому заводі був застосований метод роботи під вакуумом: з реторти, заповненої бляхою, відкачували повітря, а потім подавали в реторту хлор.
Реторти представляли собою циліндри, оканчивавшиеся внизу конусом. Вони були виготовлені з 22-мм заліза, герметично закривалися кришкою і були забезпечені манометром і вакуумметром. Кожна реторта чотирма стійками спиралася на колони.
Заготовлені пакети очищених і висушених відходів білої жерсті укладали в залізні кошики, виготовлені із смугового заліза (розмір кошиків: діаметр 1400 мм, висота 800 мм, в кожну корзину містилося близько 500 кг відходів жерсті). Кошики встановлювалися в реторти краном. У реторту ставили шість кошиків, після чого її герметично закривали і відкачували з неї повітря. Транспортування шести корзин і завантаження їх в реторти тривала близько 30 хв. На цих операціях було зайнято двоє обслуговуючих реторти робітників і один кранівник.
Хлор впускали в реторти з газосховища періодично, порціями по 8-10 кг / год, зважаючи на хід реакції.
Після закінчення реакції реторту охолоджували протягом 1 2 год. і через нижній штуцер її конуса зливали утворилося хлорне олово.
При зливі хлорного олова виділяються гази, тому у кожної реторти був встановлений вентиляційну віддушину, що забезпечує нешкідливість роботи. Перед розкриттям реторти для чергового завантаження з неї видаляли гази, промиваючи реторту водою або відкачуючи з неї гази.
При промиванні водою утворюється слабкий розчин соляної кислоти викликає корозію заліза, яка може зруйнувати реторту. Тому при застосуванні промивання реторта повинна бути виготовлена з кислотостійких матеріалів. Більш просто відсмоктувати гази вакуум-насосами.
Хлорне олово або очищають від заліза і вільного хлору дистиляцією, або переробляють на металеве олово або олов'яні солі.
Металеве олово може бути отримано з SnCl4 або цементацією більш електронегативними металами - цинком або алюмінієм, або електролізом з нерозчинними анодами. Метод цементації олова з солянокислих розчинів докладно описаний в гл. III. При електролізі з нерозчинними анодами олово осідає на катоді, а на аноді виділяється хлор.