Bezodpadowa technologia. przerobu złomu akumulatorowego. Autor: prof. dr inż. Ryszard Chamer. Forum Recyklingu Poznań, 9.X.2013.

Transkrypt

1 Bezodpadowa technologia przerobu złomu akumulatorowego Autor: prof. dr inż. Ryszard Chamer Forum Recyklingu Poznań, 9.X

2 Wprowadzenie W ramach działalności badawczo rozwojowej i wdrożeniowej, Oddział IMN w Legnicy specjalizuje się w zagospodarowywaniu metodami piro i hydrometalurgicznymi odpadów przemysłowych z hutnictwa i przetwórstwa metali nieżelaznych. Głównym przedsięwzięciem badawczym i gospodarczym prowadzonym od kilkunastu lat, jest odzysk ołowiu. W referacie przedstawiono technologię przerobu złomu akumulatorowego z wykorzystaniem innych dobranych materiałów odpadowych. Technologia ta została opracowana i opatentowana w wyniku 5-letniej współpracy Oddziału IMN w Legnicy z firmą A.L.V. LINK sp. z o.o., posiadającej wieloletnie doświadczenie w branży energetycznej.

3 Złom akumulatorowy Złom akumulatorowy stanowi mieszankę przepracowanych lub wybrakowanych przenośnych akumulatorów kwasowo ołowiowych różnego typu. Składnikami złomu akumulatorowego uwzględniając masę suchą materiałów stałych są: frakcja metaliczna 28%, pasta 40%, polipropylen 6%, przekładki + inne 2%, elektrolit 24%. Ołów występuje w postaci Pb, PbO2, PbO, PbSO4. Złożoność i różnorodność form występowania ołowiu wskazują na skomplikowany przebieg reakcji chemicznych w technologii odzysku ołowiu. 3

4 Schemat procesowy rozbiórki i separacji złomu akumulatorowego Załadunek do instalacji przetwarzania Rozszczelnienie obudowy Elektrolit akumulatorowy: ok. 20% H 2 SO 4 Rozdrobnienie akumulatora w granulatorze Odwodnienie pasty Oddzielenie pasty od frakcji stałych Pasta ołowiowa: Pb ok.77% H 2 O 8-12% Sb 0,1-0,4% S 6-8% Przekładki Oczyszczona woda procesowa Oddzielenie frakcji metalicznych ołowiu Separacja tworzyw sztucznych Polietylen PE Obudowa PP Regranulat Frakcja metaliczna: Pb ok. 92% H 2 O 2-4% Sb 0,4-1,5%

5 Prace inwestycyjne Firma A.LV. LINK zakończyła budowę hali breakera, gdzie prowadzony będzie proces rozbiórki akumulatorów i segregacji produktów tego procesu. 5

6 Według omawianej technologii, przerób złomu akumulatorowego odbywa się w trzech zasadniczych etapach: przetwarzanie mechaniczne złomu w celu usunięcia elektrolitu i rozdzielenia stałych składników złomu na materiały ołowionośne i tworzywowe przerób pirometalurgiczny: frakcji metalicznej, którego zadaniem jest odzysk ołowiu oraz oddzielny przerób pasty z tlenkowymi i siarczkowymi materiałami wsadowymi z wykorzystaniem przekładek jako reduktora i źródła energii wykorzystanie elektrolitu w procesie ługowania zawrotowych materiałów ołowionośnych w celu otrzymania koncentratu ołowiu

7 Do przerobu złomu akumulatorowego przeznaczony jest piec obrotowo-wahadłowy o pojemności roboczej 2,3 m 3, opalany palnikiem gazowo-tlenowym o nominalnej mocy cieplnej 0,7 MW. Piec wyposażony jest w instalację odpylającą firmy Kreisel Umwelttechnik GmbH oraz instalację do odsiarczania gazów firmy TREMA GmbH, a ponadto w: układ do załadunku i odlewania produktów ciekłych, instalację hydrometalurgiczną do przerobu pyłów zwrotnych.

8 Produkty procesu: Ołów o zawartości > 99% Pb produkt handlowy Przetop frakcji metalicznej ołowiu Zgodnie z opracowaną technologią, zakłada się oddzielny przetop pasty Pb i frakcji metalicznej, w niskiej temperaturze do 700 C i redukcyjnej atmosfery z dodatkiem reduktora koksiku. Z uwagi na obecność we frakcji metalicznej niewielkiej ilości pozostałości siarczanowej pasty, po 3 4 cyklach wytopu ołowiu wykonuje się cykl dotapiający w podwyższonej temperaturze w celu upłynnienia i usunięcia z pieca skumulowanego materiału, z dodatkowym odzyskiem ołowiu. Powstający w tym procesie materiał żużlowy stanowi dodatek do materiałów ołowionośnych przerabianych w piecu obrotowo wahadłowym V 13m 3. Podstawowe wskaźniki przetopu frakcji metalicznej : Ilość frakcji metalicznej na cykl: 5 6 Mg Zdolność przerobowa frakcji: Mg na dobę Żużel zawierający 4 12% Pb dodatek do wsadu ołowionośnego pieca V 13m3 Pyły, zawierające 50 60% Pb zawrót w procesie przetopu frakcji metalicznej Gazy technologiczne kierowane są do instalacji odpylająco odsiarczającej 8

9 Przetop pasty Pb Samodzielny przerób pasty Pb metodami hutniczymi jest możliwy dzięki instalacji odsiarczania gazów i wymaga zastosowania odpowiednich warunków w zakresie rodzajów i udziałów dodatków, a także parametrów procesu topienia, głównie temperatury i czasu. Podstawą technologii odzysku ołowiu z pasty jest jej kolektywny przetop w warunkach redukcyjnych z odpowiednio dobranymi innymi materiałami ołowionośnymi. Pasta stanowi składnik mieszanek ołowionośnych odpowiednio dobranych pod względem składu chemicznego i mineralogicznego, pod kątem uzyskania wsadu ołowionośnego charakteryzującego się możliwie najkorzystniejszymi właściwościami metalurgicznymi w aspekcie zachodzących w trakcie topienia reakcji chemicznych. Gazy technologiczne odciągane są z pieca i wstępnie odpylane w komorach osadczych, a następnie - w tkaninowym filtrze pulsacyjnym, po czym kierowane są do instalacji odsiarczającej.

10 Przetop pasty Pb Cykl kończy się oddzielnymi spustami produktów ciekłych, tj. powtórnym ołowiu, oraz końcowym żużla. Podstawowe parametry procesu topienia: wielkość wsadu całkowitego: Mg całkowity czas trwania cyklu przetopu: do 6.5 godz. zdolność przerobowa (wsad ołowionośny): do 90 Mg na dobę zużycie gazu w trakcie cyklu: do 300 Nm3/godz. nadmiar tlenu lambda: 1,1-3 temperatura żużla spustowego: C Produkty: ołów surowy, zawierający > 97.5% Pb oraz głównie Sb żużel, z którego produkowane jest kruszywo drogowe pyły, zawierające: 25-35% Pb, 8-15% Zn surowiec do otrzymywania metodami hydrometalurgicznymi koncentratów ołowiu i cynku gazy technologiczne, zawierające do 22 g/nm3 SO2

11 Przetop przekładek PE Skład chemiczny: polietylen: 20-25% krzemionka - SiO % olej mineralny 8-15% ołów 2-8% H H C C H H n W procesie przetopu mieszanek wsadowych wykorzystuje się odpadowe przekładki polietylenoweseparatory, zawierające substancje organiczne, które ulegają degradacji z wydzieleniem stałych i gazowych węglowodorów, będących reduktorami związków ołowiu. Wykorzystanie w procesie odpadowych przekładek polietylenowych, zawierających ołów, jest również korzystne dla środowiska naturalnego, ponieważ tylko proces wysokotemperaturowy realizowany w piecu obrotowym gwarantuje przeprowadzenie ołowiu, zawartego w przekładkach polietylenowych, do produktu.

12 Przerób odpadowego elektrolitu Odpadowy elektrolit wykorzystywany jest jako czynnik ługujący w hydrometalurgicznym przerobie pyłów z pieców obrotowo wahadłowych. Proces prowadzony jest w oparciu o metodę tzw. lekko kwaśną, w której roztwór kwasu siarkowego dodawany w ilości niezbędnej do osiągnięcia właściwego ph końcowego roztworu na poziomie 3,5-4. Proces ługowania nie stawia żadnych wymagań dotyczących jakości kwasu siarkowego i ze względów ekonomicznych oraz ekologicznych korzystne jest stosowanie niskiej jakości czynników ługujących na bazie kwasu siarkowego. Odpadowy elektrolit z rozbiórki akumulatorów, zawierający około 20% H 2 SO 4, około 6 g/dm3 ołowiu (PbO2, PbSO4) spełnia wymagania procesu ługowania w stanie surowym bez dodatkowej obróbki.

13 Przerób odpadowego elektrolitu w procesie uzdatniania pyłów Pb Zn metodą hydrometalurgiczną Pyły H2O H2SO4 (elektrolit) Ługowanie Filtracja Koncentrat Pb (produkt) Roztwór pofiltracyjny Wytrącanie cynku Filtracja Koncentrat Zn Roztwór technologiczny Neutralizator ścieków przemysłowych

14 Instalacja uzdatniania pyłów i szlamów Pb Główne urządzenia instalacji: Reaktory ługowniki o objętości 18 m3, wyposażone w mieszadła elektryczne Węzeł załadunku pyłów Komorowe prasy filtracyjne Zbiorniki magazynowe filtratu 14

15 Ogólny schemat technologii kompleksowego przerobu złomu akumulatorowego Złom akumulatorowy (Pb, S, tworzywo PP, PE, r-r H 2 SO 4 ) Rozbiórka i mechaniczny rozdział 25 30% 35 40% do 2% do 24% 4 8% Frakcja metaliczna Pb 92,5% Pb Pasta Pb 76,8% Pb Przekładki PE 6% Pb Elektrolit 21% r-r H 2 SO 4 Obudowa - PP Produkt: Regranulat gaz+tlen+powietrze Przerób pirometalurgiczny w piecu obrotowo wahadłowym V = 2,5 m 3 Pyły Pb Hydrometalurgiczny proces uzdatniania ołowiowych pyłów wtórnych Produkt: Ołów handlowy Żużel - topnik Pyły i gazy Odpylanie Koncentrat Pb Odpadowe surowce Pb bazowe (siarczkowe, siarczanowe, tlenkowe) Odsiarczanie r-r Na 2 SO 4 gaz + tlen Przetop w piecu obrotowo wahadłowym V-13 m 3 NaOH Produkt: Ołów surowy Żużel krzemianowo - żelazowy Produkt: Kruszywo drogowe

16 Podsumowanie Przedstawiona technologia przerobu złomu akumulatorowego, oparta o doświadczenie firmy A.L.V. LINK i wiedzę Oddziału IMN w Legnicy, została opatentowana i wejdzie w fazę wdrożenia na początku roku Technologia przerobu produktów mechanicznej rozbiórki złomu akumulatorowego stanowi alternatywny kierunek zagospodarowania tego rodzaju surowców, zwłaszcza w odniesieniu do nieodsiarczonej pasty ołowiowej. Przerób złomu akumulatorowego oparty na procesach piro i hydrometalurgicznych związanych z odzyskiem ołowiu z odpadowych surowców i innych materiałów ołowionośnych z hutnictwa i przetwórstwa metali nieżelaznych, stwarza możliwość ekologicznego zagospodarowania w całości odpadowych produktów z przerobu zużytych akumulatorów elektrolitu, przekładek oraz żużli, a także pyłów z układu odpylającego. 16

17 Bezodpadowa technologia przerobu złomu akumulatorowego została doceniona i wyróżniona w roku 2011 na 60. Międzynarodowych Targach Wynalazczości, Badań Naukowych i Nowych Technik INNOVA w Brukseli. Zdobyła złoty medal z wyróznieniem. 17

18 Bezodpadowa technologia przerobu złomu akumulatorowego otrzymała również w marcu 2012 roku dyplom i nagrodę Ministra Nauki na 19. Giełdzie Wynalazków Nagrodzonych na Światowych Wystawach roku

19 IMN Oddział w Legnicy ul. Złotoryjska Legnica nr tel nr faksu sekretariat.ilg@imn.gliwice.pl 19