Uporaba sekundarnih svinčevih žlinder kot vir sekundarnih surovin za pridobivanje svinca
Oznaka in naziv projekta
L1-2608 Uporaba sekundarnih svinčevih žlinder kot vir sekundarnih surovin za pridobivanje svinca
L1-2608 Utilization of secondary lead slag as a secondary raw material for the production of lead
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: doc. dr. Gašper Tavčar
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Svinčeva baterija je še vedno najbolj razširjena baterija na številnih področjih uporabe. Pomembna prednost svinčevih baterij je enostavnost njihovega recikliranja, saj se danes reciklira 99 % vseh svinčevih baterij. Iztrošene baterije najprej zdrobijo in odstranijo žveplovo kislino, čemur sledi ločitev plastike s flotacijo. Dobljeno baterijsko pasto razžvepljijo z natrijevim karbonatom ali natrijevim hidroksidom in jo predelajo v redukcijski peči, kjer pasto obdelajo z železnimi ostanki, ogljikom in silikatnimi talili, pri čemer nastaneta elementarni Pb in žlindra. Slednja se odlaga na različna odlagališča. Takšne žlindre vsebujejo velike količine uporabnih elementov kot so Pb (˂22%), Zn in Cu, vendar vsebujejo tudi mobilne toksične elemente Pb, Zn in Cd. Da bi zmanjšali količine strupenih odpadkov in dosegli cilj brez odpadkov v EU, moramo razvijati ustrezne tehnologije za ločevanje in predelavo vseh komponent iz teh odpadkov. Slovenski proizvajalec MPI-Reciklaža d.o.o. uporablja lasten postopek za recikliranje svinčevih baterij in letno proizvede približno 10.500 ton svinčeve žlindre. Cilj projekta je dovolj predelati žlindro, da bi se Pb iz žlindre lahko ponovno uporabil v postopku recikliranja svinčevih baterij. Predhodne analize kažejo, da njihova žlindra vsebuje tudi Na2SO4, antracit in železove opilke, ki so sestavine v postopku recikliranja, pa tudi približno 10% Pb in 3,6% Zn. Da bi dosegli cilj, je potrebno iz žlindre odstraniti Na2SO4, antracit in železove opilke, preostale Zn, Cu in Fe pa po potrebi izlužiti, z namenom priprave svinčevega koncentrata primernega za ponovno uporabo v postopku reciklaže svinčevih baterij. Žal tak postopek že ni bil razvit. Do sedaj so bile uporabljene le pirometalurške metode, ki pa zahtevajo visoke temperature in porabijo ogromne količine energije, skupaj s precejšnjo količino neobnovljivih virov in so zato neugodne. Potekale so tudi raziskave različnih hidrometalurških postopkov, ki temeljijo na citratih, ocetni kislini, klorovodikovi kislini in dušikovi kislini, vendar ne morejo pokriti celotnega spektra ločevanja, potrebnega za to vrsto odpadkov. V projektu predlagamo preizkus kombiniranega pristopa z uporabo kemičnih in fizikalnih tehnik ločevanja za rešitev te težave. Na2SO4 bomo raztopili, skoncentrirali in odstranili iz raztopine z izkoriščanjem velike razlike v njegovi topnosti med 30 in 10°C. V naslednjem koraku bomo z uporabo razlike v gostoti in posebnih pulzirajočih gravitacijskih koncentratorjev, spiral in Mozleyevih gravitacijskih separatorjev odstranili delce antracita različnih velikosti. V naslednji stopnji bomo žlindro zdrobili in železne opilke skupaj z magnetnimi železovimi oksidi odstranili z magnetnimi separatorji. Če bo koncentrat svinca, pridobljen s temi koraki, dosegel merila za uporabo v postopku recikliranja svinčevih baterij, se bo le ta direktno uporabil. V nasprotnem primeru bodo preizkušeni drugi, bolj zapleteni postopki, vključno s hidrometalurško ekstrakcijo, cementacijo in elektrolitskim pridobivanjem Cu, Zn in Fe. Glavni cilj predlaganega projekta je ustvariti svinčev koncentrat iz žlindre, primeren za vrnitev v postopek recikliranja svinčeve kovine. Poleg svinčevega koncentrata bodo dobljeni še trije produkti. Antracit se lahko peletizira in uporabi v istem postopku in uporablja kot reducent. Železove okside se z železovih opilkov odstrani z obribavanjem in se jih vrne v postopek. Na2SO4, pridobljen v prvem koraku, se uporablja v proizvodnji detergentov in papirja in se lahko prodaja kot ločen izdelek. Ponovna predelava žlindre bo znatno izboljšala izkoristek postopka recikliranja in zmanjšala tveganje za okolje, ki ga predstavljajo izlužljivi toksični elementi, prisotni na odloženi žlindri, in bo kot taka pomemben korak k proizvodnji brez odpadkov.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani. Povezava na SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
1. Faza
Odstranjevanje natrijevega sulfata iz sekundarne svinčeve žlindre (meseci 4-15)
Žlindra vsebuje velike količine topne soli Na2SO4. Pred fizično separacijo delcev v suspenzijah je potrebno Na2SO4 odstraniti. S tem se znatno zmanjša vpliv na okolje. Sol Na2SO4 ima posebno lastnost, da doseže največjo topnost 289 g/l pri 30 °C, vendar se pri nižjih temperaturah topnost hitro zmanjša, na npr. 82,8 g/l pri 10 °C. Vzrok je nastajanje Glauberjeve soli, Na2SO4·10H2O. Ta izrazit termični gradient lahko učinkovito izkoristimo za odstranitev Na2SO4.
Ločevanje premoga iz sekundarne svinčeve žlindre (meseci 4-15)
Nastalo žlindro tvori do 20 % premoga. Pregledi žlindre na deponiji dokazujejo prisotnost več kot 10 mm velikih delcev in zrn velikosti do nekaj mikrometrov. Ker želimo pridobiti delce črnega premoga/antracita pred dodatnim drobljenjem in mletjem, kar bi zmanjšalo njihovo uporabnost za nadaljnjo uporabo, nameravamo v prvi fazi uporabiti ločevanje na podlagi razlik v gostoti. Frakcije drobnozrnatega črnega premoga pod 1,6 mm, bo potrebno posušiti in peletirati, da bodo primerne za poznejšo ponovno uporabo v metalurški peči ali za druge energetske namene.
2. Faza
Ločevanje odpadnega železa iz sekundarne svinčeve žlindre (meseci 15-25)
Površina odpadnega kovinskega železa se pri visokih temperaturah v peči uporablja kot odstranjevalec kisika in ga v žlindri lahko ostane do 30 %. Pregledi žlindre na površini deponije dokazujejo prisotnost delov železa, ki so lahko veliki več kot 10 cm ali pa so prisotni kot zrna velikosti do nekaj mikrometrov. Po sejanju se bomo za ločbo uporabili različne magnetne in gravitacijske separacijske tehnike. Vse frakcije kovinskega železa pa bodo pred ponovno uporabo v peči očiščene železovih oksidov z obribavanjem.
Ločevanje svinca od drugih kovinskih komponent (meseci 22-25)
Tržno najzanimivejše so spojine Pb, Zn in Cu, ki bodo po odstranitvi Na2SO4, antracita in kovinskega železa ostale v žlindri. Do sedaj ni poročil o ločevanju teh treh kovinskih oksidov, ki so prisotni v isti žlindri, še posebej, če so prisotni tudi njihovi sulfidi. Ker nameravamo s tem postopkom pripraviti predvsem dovolj čist koncentrat svinca, ki ga je mogoče ponovno uporabiti v pirometalurškem recikliranju svinčevih baterij, bo odstranjevanje ostalih kovin iz svinca ključnega pomena. V tem primeru bomo raziskovali postopek izluževanje z žveplovo kislino.
3. Faza
Ločevanje svinca od drugih kovinskih komponent (meseci 25-35)
V drugem delu raziskav na področju ločevanja svinca od drugih komponent bomo nadaljevali z ekstrakcijo svinca iz preostale jalovine po izluževanju, kjer bomo z uporabo različnih ekstraktantov skušali selektivno raztopiti svinčeve spojine. Tako dobljeno raztopino bomo dodatno prečistili in nato čist svinec oborili s pomočjo prej dobljenega Na2SO4.
Študija izvedljivosti tehnološkega postopka (meseci 26-36)
Da bi ugotovili, ali je razviti postopek predelave sekundarne svinčeve žlindre kot surovine za proizvodnjo svinca izvedljiv, bomo pripravili študijo izvedljivosti. S pomočjo strukturirane in sistematične analize izvedljivosti bomo obravnavali tehnične, organizacijske, pravne ter ekonomske vidike preučevanega tehnološkega postopka, da bi zagotovili boljše razumevanje različnih pomembnih vidikov, identificirali potencialne nevarnosti in tveganja, ocenili njihovo negotovost ter identificirali morebitne potrebne ukrepe za njihovo obvladovanje ter tako pravočasno premostili ovire. V študiji izvedljivosti bomo, kolikor bo mogoče glede na kakovost vhodnih podatkov, določili ali razvita inovativna tehnologija dosega kriterije izvedljivosti, z glavnim poudarkom na tehnoloških ter implementacijskih zahtevah (z obravnavo parametrov kot so uporabnost, trajnost, razpoložljivost, cenovna dostopnost), saj so preostali vidiki (npr. tržnost, zanesljivost, zahtevnost vzdrževanja) odvisni od nadaljnjega razvoja ter potencialne komercialne uporabe predlaganega postopka, kar pa presega okvire tega projekta.