Адаптировано из 3-го издания, Энциклопедия охраны труда и техники безопасности.

При производстве и аффинаже металлов ценные компоненты отделяются от бесполезного материала в ходе ряда различных физических и химических реакций. Конечным продуктом является металл, содержащий контролируемое количество примесей. При первичной плавке и рафинировании металлы получают непосредственно из рудных концентратов, а при вторичной плавке и рафинировании металлы получают из лома и технологических отходов. К лому относятся куски металлических деталей, прутки, стружка, листы и проволока, не соответствующие техническим требованиям или изношенные, но пригодные для вторичной переработки (см. статью «Регенерация металла» в этой главе).

Обзор процессов

Две технологии извлечения металлов обычно используются для производства рафинированных металлов: пирометаллургический и гидрометаллургический. Пирометаллургические процессы используют тепло для отделения нужных металлов от других материалов. В этих процессах используются различия между потенциалами окисления, точками плавления, давлением паров, плотностью и/или смешиваемостью компонентов руды при плавлении. Гидрометаллургические технологии отличаются от пирометаллургических процессов тем, что желаемые металлы отделяются от других материалов с использованием методов, которые используют различия между растворимостью компонентов и/или электрохимическими свойствами в водных растворах.

Pyrometallurgy

 При пирометаллической переработке руда после обогащенный (концентрируется путем дробления, измельчения, флотации и сушки), спекается или обжигается (кальцинируется) с другими материалами, такими как мешочная пыль и флюс. Затем концентрат плавится или плавится в доменной печи, чтобы сплавить нужные металлы в нечистый расплавленный слиток. Затем этот слиток подвергается третьему пирометаллическому процессу для очистки металла до желаемого уровня чистоты. Каждый раз, когда руда или слиток нагреваются, образуются отходы. Пыль от вентиляционных и технологических газов может улавливаться в рукавном фильтре и либо утилизироваться, либо возвращаться в процесс, в зависимости от содержания остаточного металла. Сера в газе также улавливается, и при концентрации выше 4% ее можно превратить в серную кислоту. В зависимости от происхождения руды и содержания в ней остаточных металлов различные металлы, такие как золото и серебро, также могут быть получены в качестве побочных продуктов.

Обжиг является важным пирометаллургическим процессом. Сульфатирующий обжиг применяют при производстве кобальта и цинка. Его цель - разделить металлы, чтобы их можно было перевести в водорастворимую форму для дальнейшей гидрометаллургической переработки.

При плавке сульфидных руд получается частично окисленный металлический концентрат (штейн). При плавке бесполезный материал, обычно железо, образует шлак с флюсом и превращается в оксид. Металлическую форму ценные металлы приобретают на стадии конвертирования, которое происходит в конвертерных печах. Этот метод используется в производстве меди и никеля. Железо, феррохром, свинец, магний и соединения железа получают восстановлением руды древесным углем и флюсом (известняком), процесс плавки обычно происходит в электрической печи. (См. также Металлургическая промышленность глава.) Электролиз расплавленной соли, используемый в производстве алюминия, является еще одним примером пирометаллургического процесса.

Высокая температура, необходимая для пирометаллургической обработки металлов, достигается за счет сжигания ископаемого топлива или за счет экзотермической реакции самой руды (например, в процессе взвешенной плавки). Процесс взвешенной плавки является примером энергосберегающего пирометаллургического процесса, в котором железо и сера рудного концентрата окисляются. Экзотермическая реакция в сочетании с системой рекуперации тепла экономит много энергии при плавке. Извлечение с высоким содержанием серы в процессе также полезно для защиты окружающей среды. Большинство недавно построенных медеплавильных и никелевых заводов используют этот процесс.

гидрометаллургии

Примерами гидрометаллургических процессов являются выщелачивание, осаждение, электролитическое восстановление, ионный обмен, мембранное разделение и экстракция растворителем. Первая стадия гидрометаллургических процессов — выщелачивание ценных металлов из менее ценного, например серной кислотой. Выщелачиванию часто предшествует предварительная обработка (например, сульфатирующий обжиг). Процесс выщелачивания часто требует высокого давления, добавления кислорода или высоких температур. Выщелачивание также можно проводить с помощью электричества. Из выщелачивающего раствора нужный металл или его соединение извлекают путем осаждения или восстановления различными способами. Восстановление осуществляется, например, при производстве кобальта и никеля газом.

Электролиз металлов в водных растворах также считается гидрометаллургическим процессом. В процессе электролиза ион металла восстанавливается до металла. Металл находится в слабокислом растворе, из которого под действием электрического тока осаждается на катодах. Большинство цветных металлов также можно рафинировать электролизом.

Часто металлургические процессы представляют собой комбинацию пиро- и гидрометаллургических процессов, в зависимости от обрабатываемого рудного концентрата и типа рафинируемого металла. Например, производство никеля.

Опасности и их предотвращение

Предупреждение рисков для здоровья и несчастных случаев в металлургической промышленности является в первую очередь учебно-техническим вопросом. Медицинские осмотры являются второстепенными и играют лишь дополнительную роль в предотвращении рисков для здоровья. Гармоничный обмен информацией и сотрудничество между отделами планирования, производства, безопасности и гигиены труда внутри компании дают наиболее эффективный результат в предотвращении рисков для здоровья.

Наилучшие и наименее затратные превентивные меры принимаются на этапе планирования нового предприятия или процесса. При планировании новых производственных объектов необходимо учитывать как минимум следующие аспекты:

• Потенциальные источники загрязнителей воздуха должны быть ограждены и изолированы.
• Конструкция и размещение технологического оборудования должны обеспечивать легкий доступ для обслуживания.
• Области, в которых может возникнуть внезапная и непредвиденная опасность, должны находиться под постоянным наблюдением. Должны быть включены соответствующие предупреждающие уведомления. Например, зоны, в которых возможно воздействие арсина или цианистого водорода, должны находиться под постоянным наблюдением.
• Добавление ядовитых технологических химикатов и обращение с ними следует планировать таким образом, чтобы можно было избежать ручного обращения.
• По возможности следует использовать устройства для отбора проб личной гигиены труда, чтобы оценить реальное воздействие на отдельного работника. Регулярный стационарный мониторинг газов, пыли и шума дает общее представление об облучении, но играет лишь дополнительную роль в оценке дозы облучения.
• При планировании пространства следует учитывать требования будущих изменений или расширений процесса, чтобы не ухудшились стандарты гигиены труда на предприятии.
• Должна существовать непрерывная система обучения и обучения персонала по охране труда, а также мастеров и рабочих. В частности, новые работники должны быть тщательно проинформированы о потенциальных рисках для здоровья и о том, как их предотвратить в своей рабочей среде. Кроме того, обучение следует проводить всякий раз, когда вводится новый процесс.
• Важны рабочие практики. Например, плохая личная гигиена из-за приема пищи и курения на рабочем месте может значительно увеличить воздействие на человека.
• У руководства должна быть система мониторинга здоровья и безопасности, которая дает адекватные данные для принятия технических и экономических решений.

Ниже приведены некоторые конкретные опасности и меры предосторожности, связанные с плавкой и очисткой.

Травмы

В металлургической и нефтеперерабатывающей промышленности уровень травматизма выше, чем в большинстве других отраслей. Источниками этих травм являются: брызги и разливы расплавленного металла и шлака, приводящие к ожогам; взрывы газов и взрывы от контакта расплавленного металла с водой; столкновения с движущимися локомотивами, вагонами, мостовыми кранами и другой подвижной техникой; падения тяжелых предметов; падение с высоты (например, при доступе к кабине крана); а также поскользнуться и споткнуться из-за препятствий на полу и в проходах.

Меры предосторожности включают: надлежащую подготовку, соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ) (например, каски, защитную обувь, рабочие перчатки и защитную одежду); хорошее хранение, ведение хозяйства и техническое обслуживание оборудования; правила движения для движущегося оборудования (включая определенные маршруты и эффективную систему сигналов и предупреждений); и программа защиты от падения.

зной

Заболевания, вызванные тепловым стрессом, такие как тепловой удар, представляют собой распространенную опасность, в первую очередь из-за инфракрасного излучения печей и расплавленного металла. Это особенно проблема, когда напряженная работа должна выполняться в жарких условиях.

Профилактика тепловых заболеваний может включать водяные экраны или воздушные завесы перед печами, точечное охлаждение, закрытые кабинки с кондиционированием воздуха, теплозащитную одежду и костюмы с воздушным охлаждением, обеспечивающие достаточное время для акклиматизации, перерывы в работе в прохладных помещениях и адекватное питание. напитков для частого употребления.

Химическая опасность

Во время плавки и рафинирования может происходить воздействие широкого спектра опасных видов пыли, паров, газов и других химических веществ. В частности, дробление и измельчение руды может привести к сильному воздействию кремнезема и токсичной металлической пыли (например, содержащей свинец, мышьяк и кадмий). Воздействие пыли также может происходить во время операций по техническому обслуживанию печи. Во время плавки пары металлов могут быть серьезной проблемой.

Выбросы пыли и дыма можно контролировать с помощью ограждения, автоматизации процессов, местной и вытяжной вентиляции, смачивания материалов, сокращения количества операций с материалами и других изменений процесса. Там, где этого недостаточно, потребуется защита органов дыхания.

Многие плавильные операции включают производство большого количества диоксида серы из сульфидных руд и монооксида углерода в результате процессов сжигания. Разрежение и местная вытяжная вентиляция (LEV) необходимы.

Серная кислота производится как побочный продукт плавильных операций и используется при электролитическом рафинировании и выщелачивании металлов. Воздействие может происходить как от жидкости, так и от туманов серной кислоты. Необходима защита кожи и глаз, а также LEV.

Плавка и рафинирование некоторых металлов могут представлять особую опасность. Примеры включают карбонил никеля при рафинировании никеля, фториды при плавке алюминия, мышьяк при плавке и рафинировании меди и свинца, а также воздействие ртути и цианидов при аффинаже золота. Эти процессы требуют своих особых мер предосторожности.

Прочие опасности

Блики и инфракрасное излучение от печей и расплавленного металла могут вызвать повреждение глаз, включая катаракту. Следует носить надлежащие защитные очки и лицевые щитки. Высокий уровень инфракрасного излучения также может вызвать ожоги кожи, если не надет защитный костюм.

Высокий уровень шума от дробления и измельчения руды, газоразрядных воздуходувок и мощных электрических печей может привести к потере слуха. Если источник шума не может быть закрыт или изолирован, следует носить средства защиты органов слуха. Следует внедрить программу сохранения слуха, включающую аудиометрическое тестирование и обучение.

Во время электролитических процессов может возникнуть опасность поражения электрическим током. Меры предосторожности включают надлежащее техническое обслуживание электрооборудования с процедурами блокировки/маркировки; изолированные перчатки, одежда и инструменты; и прерыватели цепи замыкания на землю, где это необходимо.

Ручной подъем и перемещение материалов может привести к травмам спины и верхних конечностей. Механические приспособления для подъема и надлежащее обучение методам подъема могут уменьшить эту проблему.

Загрязнение и защита окружающей среды

Выбросы раздражающих и агрессивных газов, таких как двуокись серы, сероводород и хлористый водород, могут способствовать загрязнению воздуха и вызывать коррозию металлов и бетона на заводе и в окружающей среде. Толерантность растительности к двуокиси серы варьируется в зависимости от типа леса и почвы. В целом вечнозеленые деревья переносят более низкие концентрации диоксида серы, чем лиственные. Выбросы твердых частиц могут содержать неспецифические твердые частицы, фториды, свинец, мышьяк, кадмий и многие другие токсичные металлы. Сточные воды могут содержать различные токсичные металлы, серную кислоту и другие примеси. Твердые отходы могут быть загрязнены мышьяком, свинцом, сульфидами железа, кремнеземом и другими загрязняющими веществами.

Управление металлургическим заводом должно включать оценку и контроль выбросов завода. Это специализированная работа, которая должна выполняться только персоналом, хорошо знакомым с химическими свойствами и токсичностью материалов, выбрасываемых в результате производственного процесса. Физическое состояние материала, температура, при которой он выходит из процесса, другие материалы в потоке газа и другие факторы должны учитываться при планировании мер по контролю загрязнения воздуха. Также желательно содержать метеостанцию, вести метеорологические записи и быть готовым к снижению производительности, когда погодные условия неблагоприятны для рассеивания стоков из дымовых труб. Полевые поездки необходимы для наблюдения за влиянием загрязнения воздуха на жилые и сельскохозяйственные районы.

Диоксид серы, один из основных загрязнителей, извлекается в виде серной кислоты, если присутствует в достаточном количестве. В противном случае, чтобы соответствовать нормам выбросов, диоксид серы и другие опасные газообразные отходы контролируются скрубберами. Выбросы твердых частиц обычно контролируются тканевыми фильтрами и электростатическими осадителями.

Большое количество воды используется в процессах флотации, таких как обогащение меди. Большая часть этой воды повторно используется в процессе. Хвосты флотации перекачиваются в виде пульпы в отстойники. В процессе вода рециркулируется. Металлосодержащие технологические и дождевые воды очищаются на водоочистных сооружениях перед сбросом или переработкой.

Твердофазные отходы включают шлаки от плавки, шламы продувки от преобразования диоксида серы в серную кислоту и шламы из поверхностных водоемов (например, отстойников). Некоторые шлаки могут быть повторно сконцентрированы и возвращены на плавильные заводы для повторной обработки или извлечения других присутствующих металлов. Многие из этих твердофазных отходов являются опасными отходами, которые должны храниться в соответствии с природоохранными нормами.

Назад

Адаптировано из EPA 1995.

Медь

Медь добывается как открытыми, так и подземными рудниками, в зависимости от качества руды и характера рудного месторождения. Медная руда обычно содержит менее 1% меди в виде сульфидных минералов. Как только руда доставляется над землей, она дробится и измельчается до порошкообразного состояния, а затем концентрируется для дальнейшей переработки. В процессе обогащения измельченная руда смешивается с водой, добавляются химические реагенты и пульпа продувается воздухом. Пузырьки воздуха прикрепляются к медным минералам и затем снимаются с верхней части флотационных камер. Концентрат содержит от 20 до 30% меди. Хвосты, или пустая порода, из руды падают на дно ячеек и удаляются, обезвоживаются сгустителями и транспортируются в виде шлама в хвостохранилище для утилизации. Вся вода, используемая в этой операции, из обезвоживающих сгустителей и хвостохранилища, извлекается и повторно используется в процессе.

Медь может быть получена пирометаллургическим или гидрометаллургическим способом в зависимости от типа руды, используемой в качестве шихты. Концентраты руды, которые содержат минералы сульфида меди и сульфида железа, обрабатываются пирометаллургическими процессами для получения продуктов из меди высокой чистоты. Оксидные руды, которые содержат минералы оксида меди, которые могут встречаться в других частях рудника, вместе с другими окисленными отходами обрабатываются гидрометаллургическими процессами для получения продуктов из меди высокой чистоты.

Превращение меди из руды в металл осуществляется плавлением. Во время плавки концентраты сушат и подают в одну из печей нескольких типов. Там сульфидные минералы частично окисляются и плавятся, образуя слой штейна, смешанный медно-железный сульфид и шлак, верхний слой отходов.

Штейн далее обрабатывается конвертированием. Шлак выпускается из печи и складируется или выбрасывается в шлаковые отвалы на месте. Небольшое количество шлака продается для железнодорожного балласта и для пескоструйной обработки. Третьим продуктом плавильного процесса является диоксид серы, газ, который собирают, очищают и превращают в серную кислоту для продажи или использования в операциях гидрометаллургического выщелачивания.

После плавки медный штейн подается в конвертер. В ходе этого процесса медный штейн заливают в горизонтальный цилиндрический сосуд (примерно 10ґ4 м), снабженный рядом труб. Трубки, известные как фурмы, выступают в цилиндр и используются для подачи воздуха в конвертер. Известь и диоксид кремния добавляют к медному штейну для реакции с оксидом железа, образующимся в процессе, с образованием шлака. Медный лом также может быть добавлен в конвертер. Печь вращается так, что фурмы погружаются в воду, и в расплавленный штейн вдувается воздух, вызывая реакцию остатка сульфида железа с кислородом с образованием оксида железа и диоксида серы. Затем конвертер вращают, чтобы слить железосиликатный шлак.

Как только все железо удалено, конвертер поворачивают назад и подвергают второй продувке воздухом, во время которой остаток серы окисляется и удаляется из сульфида меди. Затем конвертер вращается, чтобы слить расплавленную медь, которая в этот момент называется черновой медью (названа так потому, что если дать ей затвердеть в этот момент, она будет иметь неровную поверхность из-за присутствия газообразного кислорода и серы). Диоксид серы из конвертеров собирают и подают в систему газоочистки вместе с диоксидом из плавильной печи и превращают в серную кислоту. Из-за остаточного содержания меди шлак возвращается в плавильную печь.

Черновая медь, содержащая не менее 98.5% меди, очищается до меди высокой чистоты в два этапа. Первым этапом является огневое рафинирование, при котором расплавленную черновую медь заливают в цилиндрическую печь, внешне похожую на конвертер, где расплав сначала продувают воздухом, а затем природным газом или пропаном для удаления последних остатков серы и любых примесей. остаточный кислород из меди. Затем расплавленную медь заливают в литейный круг для получения анодов, достаточно чистых для электрорафинирования.

При электрорафинировании медные аноды загружают в электролитические ячейки и помещают между медными исходными листами или катодами в ванне с раствором сульфата меди. Когда через ячейку пропускают постоянный ток, медь растворяется с анода, переносится через электролит и повторно осаждается на исходных листах катода. Когда катоды нарастут до достаточной толщины, их удаляют из электролизера и на их место укладывают новый комплект исходных листов. Твердые примеси в анодах падают на дно электролизера в виде шлама, где они в конечном итоге собираются и обрабатываются для извлечения драгоценных металлов, таких как золото и серебро. Этот материал известен как анодный шлам.

Катоды, извлеченные из электролизера, являются первичным продуктом производителя меди и содержат 99.99% меди. Их можно продавать на проволочные заводы в качестве катодов или перерабатывать в продукт, называемый катанкой. При изготовлении стержня катоды плавятся в шахтной печи, и расплавленная медь выливается на литейное колесо, чтобы сформировать стержень, пригодный для прокатки в непрерывный стержень диаметром 3/8 дюйма. Этот стержневой продукт отправляется на проволочные заводы, где из него экструдируют медную проволоку различных размеров.

В гидрометаллургическом процессе окисленные руды и отходы выщелачиваются серной кислотой в процессе плавки. Выщелачивание проводят на месте, или в специально подготовленных кучах, распределяя кислоту сверху и позволяя ей просачиваться вниз через материал, в котором она собирается. Земля под площадками для выщелачивания покрыта кислотостойким, непроницаемым пластиковым материалом, чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод выщелачивающим раствором. После того, как растворы, богатые медью, собраны, они могут быть обработаны одним из двух процессов: процессом цементации или процессом экстракции/электровыделения растворителем (SXEW). В процессе цементации (который сегодня редко используется) медь в кислом растворе осаждается на поверхности железного лома в обмен на железо. После цементирования достаточного количества меди железо с высоким содержанием меди вместе с рудными концентратами направляется в плавильный цех для извлечения меди пирометаллургическим путем.

В процессе SXEW насыщенный выщелачивающий раствор (PLS) концентрируется путем экстракции растворителем, при котором извлекается медь, но не примесные металлы (железо и другие примеси). Затем насыщенный медью органический раствор отделяют от фильтрата в отстойнике. К богатой органической смеси добавляют серную кислоту, которая превращает медь в раствор электролита. Фильтрат, содержащий железо и другие примеси, возвращается на операцию выщелачивания, где его кислота используется для дальнейшего выщелачивания. Богатый медью раствор полосы пропускают в электролитическую ячейку, известную как электролизная ячейка. Ячейка электролиза отличается от ячейки электрорафинирования тем, что в ней используется постоянный нерастворимый анод. Медь в растворе затем наносится на исходный листовой катод почти так же, как на катод в электролизере. Обедненный медью электролит возвращается в процесс экстракции растворителем, где он используется для извлечения большего количества меди из органического раствора. Катоды, произведенные в процессе электролиза, затем продаются или превращаются в стержни таким же образом, как и катоды, произведенные в процессе электрорафинирования.

Ячейки для электролиза также используются для подготовки исходных листов как для процессов электрорафинирования, так и для процессов электролиза путем нанесения меди на катоды из нержавеющей стали или титана с последующим удалением покрытой меди.

Опасности и их предотвращение

Основными опасностями являются воздействие рудной пыли во время обработки руды и плавки, паров металлов (включая медь, свинец и мышьяк) во время плавки, диоксид серы и окись углерода во время большинства плавильных операций, шум от операций дробления и измельчения и от печей, тепловая нагрузка от печи и серная кислота и электрические опасности во время электролитических процессов.

Меры предосторожности включают: LEV для пыли во время операций по перемещению; местная вытяжная и приточно-вытяжная вентиляция для двуокиси серы и угарного газа; программа борьбы с шумом и защиты органов слуха; защитная одежда и щиты, перерывы для отдыха и жидкости для теплового стресса; и LEV, СИЗ и электрические меры предосторожности для электролитических процессов. Средства защиты органов дыхания обычно используются для защиты от пыли, паров и диоксида серы.

В таблице 1 перечислены загрязнители окружающей среды для различных стадий плавки и рафинирования меди.

Таблица 1. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании меди

Вести

Процесс производства первичного свинца состоит из четырех стадий: спекания, плавки, окалины и пирометаллургического рафинирования. Сначала сырье, состоящее в основном из свинцового концентрата в виде сульфида свинца, подают в агломашину. Могут быть добавлены другие сырьевые материалы, включая железо, кремнезем, известняковый флюс, кокс, соду, золу, пирит, цинк, щелочь и твердые частицы, собранные с устройств контроля загрязнения. В агломашине свинцовое сырье подвергается воздействию струй горячего воздуха, которые сжигают серу, образуя двуокись серы. Материал оксида свинца, полученный после этого процесса, содержит около 9% своего веса в углероде. Затем агломерат вместе с коксом, различными переработанными и очищающими материалами, известняком и другими флюсовыми агентами подают в доменную печь для восстановления, где углерод действует как топливо и плавит или плавит свинец. Расплавленный свинец стекает на дно печи, где образуются четыре слоя: «шпейс» (самый легкий материал, в основном мышьяк и сурьма); «штейн» (сульфид меди и другие сульфиды металлов); доменный шлак (преимущественно силикаты); и слиток свинца (98% свинца по весу). Затем все слои сливаются. Шпейс и штейн продаются медеплавильным заводам для извлечения меди и драгоценных металлов. Доменный шлак, содержащий цинк, железо, кремнезем и известь, хранится в буртах и ​​частично перерабатывается. Выбросы оксида серы образуются в доменных печах из-за небольших количеств остаточного сульфида свинца и сульфатов свинца в сырье для агломерации.

Необработанный слиток свинца из доменной печи обычно требует предварительной обработки в котлах перед рафинированием. Во время окалины слиток перемешивают в шлаковом котле и охлаждают чуть выше точки его замерзания (от 370 до 425°C). Окалина, состоящая из оксида свинца вместе с медью, сурьмой и другими элементами, всплывает наверх и затвердевает над расплавленным свинцом.

Окалина удаляется и подается в шлаковую печь для извлечения полезных металлов, не содержащих свинца. Для увеличения извлечения меди окаленный свинцовый слиток обрабатывают, добавляя серосодержащие материалы, цинк и/или алюминий, снижая содержание меди примерно до 0.01%.

На четвертом этапе слиток свинца рафинируют с использованием пирометаллургических методов для удаления всех оставшихся не свинцовых материалов, пригодных для продажи (например, золота, серебра, висмута, цинка и оксидов металлов, таких как сурьма, мышьяк, олово и оксид меди). Свинец очищается в чугунном котле в пять стадий. В первую очередь удаляются сурьма, олово и мышьяк. Затем добавляют цинк и из цинкового шлака удаляют золото и серебро. Далее свинец очищают вакуумным удалением (перегонкой) цинка. Рафинирование продолжается с добавлением кальция и магния. Эти два вещества соединяются с висмутом, образуя нерастворимое соединение, которое удаляют из котла. На последнем этапе к свинцу можно добавить едкий натр и/или нитраты, чтобы удалить любые оставшиеся следы металлических примесей. Очищенный свинец будет иметь чистоту от 99.90 до 99.99% и может быть смешан с другими металлами для образования сплавов или может быть непосредственно отлит в формы.

Опасности и их предотвращение

Основными опасностями являются воздействие рудной пыли во время обработки руды и плавки, пары металлов (включая свинец, мышьяк и сурьму) во время плавки, двуокись серы и окись углерода во время большинства плавильных операций, шум от операций измельчения и дробления и от печей, а также тепловой удар. из печей.

Меры предосторожности включают: LEV для пыли во время операций по перемещению; местная вытяжная и приточно-вытяжная вентиляция для двуокиси серы и угарного газа; программа борьбы с шумом и защиты органов слуха; и защитная одежда и щиты, перерывы для отдыха и жидкости для теплового стресса. Средства защиты органов дыхания обычно используются для защиты от пыли, паров и диоксида серы. Необходим биологический мониторинг свинца.

В таблице 2 перечислены загрязнители окружающей среды для различных этапов плавки и рафинирования свинца.

Таблица 2. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании свинца

Цинк

Цинковый концентрат получают путем отделения руды, которая может содержать всего 2% цинка, от пустой породы путем дробления и флотации, что обычно выполняется на руднике. Затем цинковый концентрат восстанавливают до металлического цинка одним из двух способов: либо пирометаллургически путем дистилляции (ретортинг в печи), либо гидрометаллургически путем электролиза. На долю последнего приходится примерно 80% общего объема переработки цинка.

В гидрометаллургическом рафинировании цинка обычно используются четыре стадии обработки: прокаливание, выщелачивание, очистка и электролиз. Кальцинирование или обжиг — это высокотемпературный процесс (от 700 до 1000 °C), в ходе которого концентрат сульфида цинка превращается в нечистый оксид цинка, называемый кальцином. Типы обжарочных аппаратов включают многоподовые, подвесные или с псевдоожиженным слоем. Обычно прокаливание начинают с смешивания цинкосодержащих материалов с углем. Затем эту смесь нагревают или обжигают для испарения оксида цинка, который затем выводят из реакционной камеры вместе с образовавшимся газовым потоком. Поток газа направляется в зону рукавного фильтра (фильтра), где оксид цинка улавливается пылью рукавного фильтра.

Все процессы кальцинирования производят диоксид серы, который контролируется и превращается в серную кислоту в качестве товарного побочного продукта процесса.

Электролитическая переработка десульфурированного огарка состоит из трех основных стадий: выщелачивания, очистки и электролиза. Выщелачивание относится к растворению захваченного огарка в растворе серной кислоты с образованием раствора сульфата цинка. Огарок можно выщелачивать один или два раза. В методе двойного выщелачивания огарок растворяют в слегка кислом растворе для удаления сульфатов. Затем огарок повторно выщелачивают в более сильном растворе, который растворяет цинк. Этот второй этап выщелачивания фактически является началом третьего этапа очистки, потому что многие примеси железа выпадают из раствора вместе с цинком.

После выщелачивания раствор очищают в две или более стадий путем добавления цинковой пыли. Раствор очищается, поскольку пыль вынуждает вредные элементы осаждаться, чтобы их можно было отфильтровать. Очистку обычно проводят в больших резервуарах для перемешивания. Процесс протекает при температуре от 40 до 85°С и давлении от атмосферного до 2.4 атмосферы. Элементы, извлеченные во время очистки, включают медь в виде кека и кадмий в виде металла. После очистки раствор готов к заключительному этапу электролиза.

Электролиз цинка происходит в электролизере и включает прохождение электрического тока от анода из сплава свинца и серебра через водный раствор цинка. Этот процесс заряжает взвешенный цинк и заставляет его осаждаться на алюминиевом катоде, погруженном в раствор. Каждые 24–48 часов каждую ячейку выключают, оцинкованные катоды удаляют и промывают, а цинк механически удаляют с алюминиевых пластин. Затем цинковый концентрат плавится и отливается в слитки, и его чистота часто достигает 99.995%.

Электролитические плавильные печи цинка содержат до нескольких сотен ячеек. Часть электрической энергии преобразуется в тепло, что повышает температуру электролита. Электролизеры работают в диапазоне температур от 30 до 35°С при атмосферном давлении. При электролизе часть электролита проходит через градирни для снижения его температуры и испарения воды, собираемой в процессе.

Опасности и их предотвращение

Основными опасностями являются воздействие рудной пыли во время обработки руды и плавки, паров металлов (включая цинк и свинец) во время рафинирования и обжига, двуокиси серы и монооксида углерода во время большинства плавильных операций, шум от операций дробления и измельчения и от печей, тепловой удар от печи и серная кислота и электрические опасности во время электролитических процессов.

Меры предосторожности включают: LEV для пыли во время операций по перемещению; местная вытяжная и приточно-вытяжная вентиляция для двуокиси серы и угарного газа; программа борьбы с шумом и защиты органов слуха; защитная одежда и щиты, перерывы для отдыха и жидкости для теплового стресса; и LEV, СИЗ и электрические меры предосторожности для электролитических процессов. Средства защиты органов дыхания обычно используются для защиты от пыли, паров и диоксида серы.

В таблице 3 перечислены загрязнители окружающей среды для различных этапов плавки и рафинирования цинка.

Таблица 3. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании цинка

Назад