Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов

Ситтиг М.

Металлургия, 1985 г.

НИКЕЛЬ ИЗ НИКЕЛЕВОГО ЛОМА

Никелевый лом является важным источником металлического никеля. Он образуется при формовке в процессе первичной переработки, а также при изготовлении изделий из никельсодержащих материалов, таких как нержавеющая сталь и специальные сплавы. Вышедшие из употребления предметы домашнего обихода, изготовленные из материалов, содержащих никель, также могут рассматриваться как никелевый лом.

Примерно одна треть потребляемого никелевого лома перерабатывается по той же схеме, что и первичный никель, т. е. проходит стадии измельчения, плавления, рафинации и литья. Исключением является лом сплава монеля, который находит применение только на сталеплавильных заводах, производящих специальные коррозионноустойчивые высокопрочные медноникелевые стали.

Лом нержавеющей и высокопрочной стали и специальных сплавов используется на предприятиях, производящих эти же материалы. Практически всегда лом нержавеющих сталей используют при производстве нержавеющих сталей, лом никельсодержащих сплавов — в производстве никельсодержащих сплавов, а лом специальных сплавов на основе никеля — в производстве специальных сплавов. Значительная часть никеля, потребляемого при производстве нержавеющей стали, происходит из обработанного лома сталеплавильных заводов.

Собственный никелевый лом образуется на сталеплавильных заводах при плавлении цветных металлов, на установках для рафинации и при литье. Обычно этот лом не попадает на открытый рынок. Свободный никелевый лом сталеплавильные заводы и заводы, производящие рафинацию, покупают у предприятий, на которых он образуется, либо непосредственно, либо через сборщиков лома. Основная часть никелевого лома, получаемого из устаревшего оборудования через сборщиков лома, возвращается на сталеплавильные и литейные заводы. Обычно сборщики продают лом нержавеющей стали и сплавов сталеплавильным заводам, а другой никелевый лом — предприятиям по рафинированию и плавлению цветных металлов. Сборщики также могут продавать сортированный никелевый лом непосредственно литейным заводам.

Количество лома, образующегося при производстве большинства никелевых сплавов, намного выше, чем при производстве стали и сплавов, содержащих медь, свинец, цинк и серебро. При производстве и переработке нержавеющих и легированных сталей выход в среднем не превышает 60 %, а для сплавов с высоким содержанием никеля выход часто составляет лишь 20 %. Поскольку отходы производства рециркулируются внутри одного и того же предприятия, потери никеля не очень велики. Однако если никельсодержащий материал выходит с первичного предприятия, то потери никеля в виде лома могут составить 30 % и более. Большинство сплавов с высоким содержанием никеля обладает свойствами огнеупоров и поэтому производство из них отдельных деталей является технически затруднительным и дорогостоящим. В США лом сплавов с высоким содержанием никеля утилизируют только в тех случаях, когда состав лома известен очень точно и позволяет использовать его как таковой в качестве сплава. В противном случае такой лом обычно экспортируют в Японию и ФРГ, где его подвергают переработке с целью выделения содержащихся в нем компонентов в виде пригодном для повторного использования [16].

НИКЕЛЬ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ

Катализаторы, содержащие никель, находят широкое применение, в частности в таких реакциях как гидрирование, алкилирование, гидроалкилирование, в процессах крекинга и др. Эти катализаторы обладают высокой активностью, которая в процессе работы падает. Через какое-то время активность катализатора снижается до такой степени, что его дальнейшее использование в промышленном процессе становится нецелесообразным.

В литературе описано большое количество никелевых катализаторов и их модификаций. Эти катализаторы применяются в реакциях гидрирования, в частности при гидрировании ненасыщенных органических соединений. Катализаторы, применяемые в процессах гидроалкилирования, помимо никеля обычно содержат другие металлы, например вольфрам. В никелевых катализаторах, применяемых при крекинге, часто содержатся молибден и другие элементы.

Никель является дорогостоящим металлом, а отходы, содержащие его, представляют опасность для окружающей среды. Ввиду этого большое внимание уделяется разработке методов регенерации отработанных катализаторов и (или) выделения никеля из отработанных катализаторов и других никельсодержащих отходов.

См. также «Кобальт из отработанных катализаторов», в частности патент США 4 145397.

См. также «Триарилбораны из отработанных катализаторов {1].

Процесс, разработанный Ю. Хираяма (патент США 4 029495, 14 июня 1977 г.), предусматривает нагревание катализатора на носителе, загрязненного органическими соединениями, или смеси такого катализатора с флюсом во вращающейся или качающейся печи или в градиентной печи. В результате нагревания и перемешивания сырье спекается или переходит в полурасплавленное состояние. После этого смесь отверждают, охлаждают и распыляют. Тяжелые металлы выделяют путем гравитационного обогащения или магнитного разделения. В другом варианте спекшуюся или полурасплавленную смесь можно подвергнуть плавлению при высокой температуре с последующим разделением компонентов на основе различия в их плотностях.

Схема процесса представлена на рис. 124. Ниже приводится конкретный пример осуществления процесса. 100 частей отработанного катализатора, содержащего 50 % масел и (или) жиров, 35 % кизельгура и 15 % никеля, смешивают с 5 частями щелочи (пластинки). Из смеси формуют гранулы диаметром 30 и высотой 50 мм. Гранулы помещают в предварительно нагретую вращающуюся печь и плавят в восстановительной атмосфере при 1000—1300 °С. Смесь выгружают из печи, охлаждают и измельчают. Шлак превращают в мелкий порошок и выделяют порошкообразный никель с помощью магнитного сепаратора; степень выделения никеля 95 %. Полученный никель имеет следующий состав, %: С 0,3; Ρ 0,024; S0,502; Si0₂ (свободная) 1,8; А1₂0₃ 0,5 %; Ni97.

Процесс, разработанный В.Д. Атчисоном, А. Энглшием и Д. Хальтером (патент США 4 120698, 17 октября 1978 г.; фирма «Зе Ханна Майнинг Компани»), включает окисление смеси отработанного катализатора и никелевой руды при повышенных температурах; плавление окисленной смеси; восстановление полученного расплава и выделение никеля.

Этот экономичный метод предназначен для увеличения содержания никеля и (или) получения ферроникеля из никельсодержащих руд с использованием отходов, содержащих никель, таких как отработанные никелевые катализаторы. Процесс позволяет выделять никель из отработанных катализаторов, используя энтальпию органических примесей, присутствующих в сырье.