Регион:

Отходы горячего цинкования

Отходы горячего цинкования

Технологию горячего цинкования можно считать условно экологически чистой. Условно – потому что нет ни одного промышленного производства, которое не выбрасывало бы в окружающую среду вещества, не утилизируемые природой. Действительно, в этом производстве есть и выбросы газов – как с горелочных устройств (NOх), так и с ванн подготовки поверхности (летучие кислоты). Возможны случайные проливы веществ подготовки поверхности, приводящие, как правило, к попаданию этих веществ либо в ливневую канализацию, либо в муниципальные сточные воды.

Тем не менее данное производство готово к тому, чтобы эти выбросы не превышали предельно допустимых параметров, а планируемые отходы производства либо утилизировались с получением полезных продуктов, либо переводились в неядовитые осадки, пригодные к складированию на полигонах бытовых отходов с минимальным ущербом для окружающей среды.

Основными отходами производства на стадии окунания изделий в расплав являются золка, гартцинк и летучая пыль, которая образуется при окунании изделий в расплав как результат разложения флюса.

Самый простой способ утилизации первых двух компонентов – это их продажа. Дело в том, что в золке содержится до 90%, а в гартцинке – порядка 96% металлического цинка. До недавнего времени достаточно большим потребителем цинка и его соединений была лакокрасочная промышленность, производство цинковых белил. Однако в настоящее время цинковые белила интенсивно вытесняются из производства другими видами белых красок, в основном, на основе диоксида титана.

Другой путь утилизации данных отходов – это отправка их на заводы по получению металлического цинка. За рубежом существует определенная такса на эти отходы – примерно 30 и 70% от цены металлического цинка, соответственно. Однако такой способ утилизации приемлем для Западной Европы (из-за малого плеча перевозки), несколько менее приемлем для Нового Света и, вероятно, неприемлем для России из-за малой массы перевозимого груза и больших расстояний.

Но даже в условиях Западной Европы люди задумываются о том, чтобы снизить потери цинка, вернуть хотя бы часть его обратно в процесс. Для этого придумываются различные способы, но все они основаны на физическом состоянии отходов. Рассмотрим все виды отходов по отдельности.

Золка

Внешний вид данного отхода изображен на рис. 13.19. Золка возникает в результате того, что рабочие скребками освобождают поверхность ванны перед погружением изделий в расплав от оксидной пленки. При этом скребок захватывает не только оксид цинка (собственно золку), но и металлический цинк. Этот металлический цинк находится в золке в виде небольших капель размером от долей миллиметра до нескольких миллиметра.

Исследована возможность процесса возврата значительной части металлического цинка путем следующих операций: размола золки, просеивания на отдельные фракции и возврата части фракций в ванну с расплавом. Показано, что такой способ является экономически выгодным.

Предложено также несколько изменить условия сгребания золки. Золка сгребается не за пределы ванны, а в специальное устройство (сборщик золки), расположенное у одного из концов ванны над расплавом. В этих условиях частички металлического цинка, находясь под температурным воздействием расплава, стекают обратно в расплав, в результате чего золка по химическому составу все больше приближается к оксиду цинка (64% цинка в соединении).

Внешний вид золки

Рис. 13.19. Внешний вид золки – одного из основных рециклируемых отходов процесса горячего цинкования.

Возможно также периодическое высыпание золки на поверхность ванны, когда последняя находится в нерабочем состоянии; при этом  происходят те же самые процессы, что и в предыдущем случае.

Недостатком данных методов является наличие на поверхности капелек металлического цинка слоя оксида, который при температуре ванны не плавится, поэтому препятствует быстрому слипанию расплавившихся частиц  в более крупные агрегаты. Поэтому предложены  специальные смеси типа флюкс-цинк, небольшие добавки которых значительно ускоряют процесс переработки золки и позволяют возвратить в ванну до 80% металлического  цинка, находящегося в золке. Химический состав смесей не сообщается, но его легко определить химическим путем. Как правило, это хлористый или азотнокислый аммоний, к которому добавлены некоторые вещества, препятствующие их слеживаемости и самопроизвольной взрываемости.

Предлагаются также установки по отделению механическим путем капелек цинка от оксида цинка. Согласно этим методам, производится размол технического продукта и затем рассев на фракции. Оксид цинка, как более хрупкий продукт, превращается в пылевидную фракцию, а более крупные частицы – это металлический цинк.

В последнее время широко рекламируется, на наш взгляд, более прогрессивный способ переработки золки в специально сконструированных печах (рис. 13.20). Экспериментально показано, что при общем цинковании в золке содержится до 70% металлического цинка, а при цинковании труб и при цинковании с использованием центрифуг – до 80% цинка. В то же время показано, что до 90% металлического цинка может быть извлечено из этого отхода. Практика подтверждает эти выводы. Для работы такой печи требуется 10 куб. м горючего газа в час, печь обслуживается одним рабочим, а стоимость регенерированного цинка составляет 0,125 доллара/кг, что дешевле покупного более чем на порядок.

Гартцинк (дросс)

Гартцинк – это железо-цинковый сплав примерной формулы FeZn7 с плотностью около 7, с температурой плавления порядка 530°С. Пути его образования очевидны – это взаимодействие расплавленного цинка с железом, входящим в состав флюса, высушенного на поверхности изделия; это также взаимодействие   цинка с железом, выходящим с поверхности изделия при образовании железо-цинкового сплава; это также результат взаимодействия цинка со стенками ванны. Образующийся гартцинк, будучи тяжелее расплава цинка, оседает на дно ванны. Для того, чтобы более эффективно убрать гартцинк со дна ванны, на ее дно помещают свинцовую подушку. В этом случае удаление гартцинка с помощью грейфера является достаточно эффективным. Кроме того, не происходит прирастания гартцинка ко дну ванны.

В имеющихся пособиях не акцентируют внимания читателя на том, что кристаллы гартцинка, зародившиеся малыми, непрерывно растут, и лишь достигнув определенной величины, начинают опускаться на дно. Различные ванны, будучи снабжены горелками различной конструкции, по-различному создают и потоки жидкости в ваннах. В результате на дне различающихся по способу нагрева ванн образуется осадок гартцинка различающейся крупности.

Извлеченный из ванны гартцинк, будучи разлит в чушки для последующей утилизации, по внешним признакам мало чем отличается от чушек металлического цинка (рис. 13.21). Если рассмотреть его срез под микроскопом, то можно увидеть (рис. 13.22), что частички гартцинка «плавают» в цинке, то есть вместе с гартцинком в отходы идет и чистый цинк. Поскольку отходы в виде гартцинка являются хорошим исходным материалом для получения из него вновь металлического цинка, то покупатели платят за этот отход реальные деньги. Обычно они указывают, что принимают для переработки гартцинк с концентрацией целевого продукта (цинка) 92-96%. Посчитаем, сколько лишнего цинка, еще способного послужить технологическим целям, отдается по цене отхода.

Внешний вид устройства для переработки золки

Рис. 13.20. Внешний вид устройства для переработки золки на месте оцинковочного производства и получение конечного продукта.

Расчеты показывают, что чистый гартцинк формулы FeZn7 должен содержать 11,1% железа. В реальном отходе содержание железа колеблется от 4 до 8%. Элементарные расчеты показывают, что при содержании железа в гартцинке 4 и 8% доля гартцинка в чушках составляет 36 и 72%, соответственно, то есть содержание чистого цинка равно 64 и 28%.

Последняя величина в принципе равна доле пустот между плотной упаковкой кристаллов гартцинка, если последние принять за шарообразные частицы, и добиться лучшего результата можно лишь с помощью термической  обработки отхода (о ней позже). Однако величина 64% говорит о том, что по крайней мере половину цинка из отходов можно было сохранить для производства. Во-первых, необходимо осуществлять мероприятия по увеличению полноты осаждения гартцинка в ванне – осуществляются специальные мероприятия – барботаж расплава.

Имеются патентные решения, в которых предлагается осуществлять нагрев гартцинка в специальном тигле (по аналогии с вышеупомянутым решением по золке), в результате чего кристаллы гартцинка оседают на дно тигля, а сверху оказывается металлический цинк, который можно вернуть в ванну. Неизвестно, однако, проработана ли экономическая сторона вопроса.

Внешний вид отходов гартцинка

Рис. 13.21. Внешний вид отходов гартцинка.

Гартцинк под микроскопом

Рис. 13.22. Гартцинк под микроскопом.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments