В начало Написать нам Карта сайта | RSS
Уральский рынок металлов


Предлагаем Вам разместить информацию в бегущую строку - 1000 рублей в месяц - за каждые 10 слов | Ежедневно посетители сайта смогут видеть информацию о Вашем предприятии. | Минимальные затраты - максимальный результат!!!
Новости Журнал О компании Статьи Аналитика Тендеры Рекламодателям Подписчикам Форумы Бизнес-навигатор Карта сайта Мероприятия Вопросы-ответы
← оглавление номера

Мировой рынок:

Вторичный цинк

Данил Вышегородский 

Значение переработки вторичного металлического сырья непрерывно растет. В мире постоянно разрабатывают и совершенствуют технологии извлечения вторичных металлов. Изучение ситуации с рециклингом цинка актуально, потому что в России этой проблеме не уделяется должного внимания. Однако мировой опыт указывает на необходимость и успешность переработки цинксодержащего скрапа, особенно оцинкованных отходов.

 Потребление цинка

В мире используется около 9,5 млн. т цинка. Цинк производится и потребляется, главным образом, в виде металла, хлорида, порошка, оксида и сульфата. В табл. 1 указаны области потребления цинка в мире. Крупными потребителями этого металла являются Китай, США, Япония и страны Западной Европы.

Таблица 1. Области применения цинка в мире, %

По продуктам

По отраслям

Оцинкованная стальная продукция

41

Строительство

48

Латунь

19

Автомобилестроение

23

Цинковые сплавы

16

Машиностроение

10

Порошок, оксид, соли

15

Товары народного потребления

10

Листы и другие полуфабрикаты

7

  

Прочее

2

Инфраструктура

9

Всего

100

Всего

100

 

Наибольшее количество цинка расходуется на оцинкование стальных изделий: листов, полос, проволоки, труб, контейнеров, болтов, гвоздей. Другая важная область потребления цинка – выпуск латуни. Мировая потребность в цинке для изготовления латуни составляет около 2,1 млн. т. При этом в производстве используется 1 млн. т первичного цинка, 600 тыс. т цинка, полученного из отходов собственного производства, и 500 тыс. т вторичного сырья. Таким образом, более 50% цинка, используемого в производстве латуни, получают из отходов. Технические латуни содержат обычно до 48-50% цинка. В зависимости от содержания цинка различают a-латуни и a+b-латуни. Однофазные a-латуни (до 35% цинка) хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. В свою очередь двухфазные a+b-латуни (до 47-50% цинка) малопластичны в холодном состоянии. Двойные латуни нередко легируют алюминием, железом, магнием, свинцом или другими элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Легирующие элементы (кроме свинца) увеличивают прочность (твердость), но уменьшают пластичность латуни. Содержание в латуни свинца (до 4%) облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойства. Алюминий, цинк, кремний и никель увеличивают коррозионную стойкость латуни. Добавление в латунь железа, никеля и магния повышает ее прочность. Сплавы на основе цинка включают в себя: сплавы для литья под давлением, сплавы для обычного литья, сплавы для получения листов (типографские сплавы) и антифрикционные сплавы. Наиболее многочисленная и важная группа цинковых сплавов – это сплавы для литья под давлением, которые используют для изготовления изделий широкого ассортимента – от автомобильных компонентов до игрушек и моделей. Оксид цинка используют для производства шин, резинотехнической продукции, красящих пигментов, керамической глазури, копировальной бумаги. Ожидается, что в ближайшие годы спрос на цинк со стороны лакокрасочной промышленности сохранится на текущем уровне. Некоторое увеличение потребления в этом секторе будет связано в основном с развитием строительного комплекса и соответствующим увеличением спроса на строительные материалы и конструкции с защитными покрытиями. Растет производство антикоррозионных покрытий, основанных на использовании цинковых порошков в грунтах и красках. Антикоррозионные покрытия металлических изделий и конструкций цинкнаполненными грунтами и красками применяются в автомобильной, судостроительной, нефтяной, строительной и других отраслях промышленности. Преимуществом цинкнаполненных грунтов и красок является простота нанесения их на изделия любых габаритов, а также лучшие защитные свойства. Хлорид цинка применяется в лужении, в качестве паяльного флюса и для сухих элементов электробатарей. Сульфат цинка используется в текстильной, химической, металлургической промышленности. Перспективной областью применения цинка является производство цинк-воздушных и щелочных элементов питания. Цинк-воздушные элементы отличаются самой большой плотностью из всех современных технологий. В качестве катодного реагента в этих элементах используется атмосферный кислород. Электролитом в этих элементах служит гидроксид калия, обладающий высокой проводимостью. Лучше всего такие элементы зарекомендовали себя при продолжительной работе в маломощных устройствах. В настоящее время разрабатываются способы применения цинк-воздушных элементов питания в электромобилях.

Источники вторичного сырья

Рециклинг является важным источником поступления цинка. Около 30% от объема использованного цинка составляет вторичный металл. Вторичная переработка цинка обладает следующими экономическими и экологическими преимуществами: – уменьшение объемов материалов, извлекаемых из руд; – экономия энергии из-за снижения потребности в добыче и плавке; – снижение загрязнения почвы и воды; – сохранение запасов цинксодержащих руд. Не все цинковые продукты могут рассматриваться в качестве потенциального источника цинка, а между теми из них, которые являются таковым, существует значительная разница по качеству (табл. 2). В табл. 3 указаны источники вторичного сырья для производства цинка. Новый скрап включает обрезки, шлаки, окиси и шламы. Старый скрап состоит из отливок, латуни, цинковых клише, оксида цинка и порошков. Электротехнические заводы, офисы, железные дороги, авиастроительные предприятия, фирмы по сносу и разборке зданий, утилизаторы старых автомобилей и государственные учреждения генерируют цинксодержащий скрап. Как следует из данных табл. 4, одним из преимуществ вторичного получения цинка является экономия энергии. По сравнению с производством первичного цинка при рециклинге сохраняется от 54 до 99,5% энергетических затрат.

Таблица 2. Состав вторичного цинксодержащего сырья, % 

Лом и отходы

Zn

Pb

Cu

Fe

SiO2

Al2O3

Прочие

Обрезь

85-97

0,1-2

-

0,1-2

-

-

1-10

Стружка

80-95

0,1-2

-

0,1-3

-

-

3-10

Стружка сплавов

60-90

0,1-0,2

1-5

1-2

0,1-1

0,5-2

10-30

Лом карбюраторный

75-90

0,1-0,3

1-4

5-10

0,5-1

0,1-1

5-15

Изгарь цинковая

40-75

0,5-1,2

0,1-0,3

0,5-2

0,5-0,7

0,5-1

20-50

Шлаки производства сплавов Zn-Al-Cu

65-70

0,1-0,2

2-5

3-7

0,3-1

16-18

10-15

Изгарь цинково-свинцовая

40-50

18-22

0,1-3

0,5-1,5

0,5-1

0,5-1,5

20-30

Шламы производства искусственных волокон

30-40

-

-

1-2

7-10

-

40-50

Шлаки производства витерильных белил

10-24

1-2

0,3-0,6

10-17 FeO

29-45

10-20

5-20

Пыль (шлам) доменная

10-24

1-3

-

25-30

8-10

3-5

40-50

Пыль сталеплавильная

5-7

1-2

-

40-50

1-2

1-1,5

40-50

Лом гальванических элементов

12-14

0,12

-

24-26

25-27 MnO2

35-40

 

Таблица 3. Источники вторичного цинка 

Вид источника

Новый скрап, 
млн. т

Старый скрап, 
млн. т

Всего скрапа, 
млн. т

Доля источника скрапа, 
%

Латунный скрап

0,7

0,5

1,2

42

Отходы цинкования

0,8

-

0,8

27

Скрап литья под давлением

<<0,1

0,4

0,4

16

Отфильтрованный порошок в стальной промышленности

-

0,2

0,2

6

Цинковый лист и другие полуфабрикаты

<<0,1

0,2

0,3

6

Отходы химической промышленности

<<0,1

0,1

 

2

Прочее

<<0,1

  

1

Всего

1,5

1,4

2,9

100

 

Таблица 4. Затраты энергии на производство цинка

Вид процесса

Удельный
расход
энергии,
ГДж/т

Производство первичного металла

61,00

Переработка скрапа литых автомобильных изделий

4,65

Переработка смешанного скрапа литых изделий

2,44

Производство цинкового порошка дистилляцией

27,90

Производство цинкового порошка в муфельной печи

22,91

Рециклинг чистого литого скрапа в плавильной чаше

3,00

Рециклинг не отсортированного литого скрапа в плавильной чаше

3,79

 Время эксплуатации цинксодержащей продукции оценивается от одного года (элементы электробатарей) до двадцати лет (трубопроводы, здания и сооружения), хотя, например, цинковые кровельные настилы могут использоваться более ста лет (табл. 5).

Таблица 5. Продолжительность эксплуатации цинковой продукции

Продукция

Применение

Продолжительность эксплуатации, лет

Цинковый лист

Кровля Обшивка

100 и выше 200 и выше

Латунная продукция

Различные области

10 и выше

Литые изделия

Автомобили, приборы, аппаратура, инструменты

10-15 и выше

Прочие изделия

Различные области: промышленные, дорожные, энергетические установки

25 и выше

Оцинковка

Автомобили, кровля, обшивка

10-50 и выше

Химические соединения

Резиновые изделия, шины

1-5

Элементы питания

Портативная техника

3-4 месяца

Если весь объем нового скрапа (1,5 млн. т) практически полностью перерабатывается, то коэффициент рециклинга старого скрапа составляет 66%. По обобщенным оценкам предполагается, что ежегодно в мире образуется около 3 млн. т цинка в старом скрапе. Из них не поддаются рециклингу 0,2 млн. т цинка. Примерно 0,7 млн. т формируется в химической промышленности, половина которого используется в форме оксида цинка для производства резины, около 20% – для керамики, стекла и красок, остальные 30% применяются в агропромышленности, фармакологии и пр. Оставшиеся 2,1 млн. т цинка в старом скрапе утилизируются в металлургии с потерями, составляющими 0,7 млн. т (34%). Таким образом, складывая объем получаемого вторичного цинка из старого и нового скрапа (2,9 млн. т) и деля его на количество поступающего в металлургию вторсырья (3,6 млн. т), получаем общий коэффициент рециклинга цинка 80%. 

География утилизации цинкового вторичного сырья

Данные об использовании вторичного цинка в регионах мира показаны в табл. 6. Европа является крупнейшим переработчиком этого металла, потому что ее страны давно потребляют значительные объемы цинксодержащей продукции и обладают достаточными мощностями по рециклингу цинка. Страны Азии пока сильно зависят от поставок вторсырья из Европы и Северной Америки. Продажа европейского и американского скрапа в Азию поддерживается низкими расходами на переработку и отсутствием крупных источников цинка в этой части света. 

Таблица 6. Данные об утилизации вторичного цинка по регионам мира

Регионы

Европа

Африка

Америка

Азия

Австралия

Мир в целом

Лом для первичного производства, млн. т

0,28

-

0,18

0,25

0,05

0,76

Переплавленный цинк для оцинкования, млн. т

0,13

<0,1

0,05

0,16

-

0,34

Производство сплавов для литья, млн. т

0,09

-

0,05

0,08

-

0,22

Выпуск латуни, млн. т

0,5

<0,05

0,25

0,33

0,01

1,1

Использование в химической промышленности, млн. т

0,17

<0,05

0,12

0,18

<0,01

0,5

Всего, млн. т

1,17

<0,02

0,65

0,99

0,07

2,9

Доля, %

40

<1

23

34

2

100

Рециклинг оцинкованной стали

В мире на оцинкование стальных полуфабрикатов и изделий расходуется около 40% потребляемого цинка. Следовательно, благодаря рециклингу цинка, покрывающего сталь, можно получать значительные объемы вторичного цинкового сырья. На рис. 1 показана схема рециклинга оцинкованной стали, на котором видно, что образуется два вида отходов: отходы процесса цинкования, новый и старый скрап.

Рис.1. Схема рециклинга оцинкованной стали

zinc_10803

В процессе горячего цинкования стальных полуфабрикатов цинк частично переходит в изгарь, снимаемую с поверхности ванны, и в гартцинк, оседающий на дно. Изгарь представляет собой сыпучий порошок, значительная часть которого (около 80%) имеет крупность более 1 мм. Содержание цинка в изгари составляет примерно 75%, причем до 30% цинка находится в металлической форме. Гартцинк, извлекаемый со дна ванн в виде кусков серебристого или черного цвета, является наиболее богатым по цинку отходом, содержащим 90-95% цинка. При использовании в качестве флюса хлористого аммония образуются нашатырные опады – самый низкокачественный вид цинксодержащих отходов горячего цинкования. Жизненный цикл отходов цинкования составляет примерно три месяца. Новый скрап образуется либо в производстве оцинкованных листов, либо при изготовлении автомобилей и другой продукции. Старый скрап состоит из использованных машин, электробытовых приборов, дорожных барьеров, столбов уличного освещения и пр. Жизненный цикл нового скрапа оценивается в 1,6 месяца, старого скрапа в виде деталей машин – 10-15 лет, элементов зданий – минимум 25 лет, общественных сооружений – 20-100 лет. Корпус современного автомобиля изготовляется, в основном, из оцинкованного стального листа. В Европе доля производства автомобилей с оцинкованным корпусом в 1980 г. равнялась 10%, в 1990 – 45%, в 2000 – 70%. Вместе с тем ужесточаются требования к утилизации использованного автотранспорта. Европейская директива по вышедшим из эксплуатации автомобилям обязует в 2005 г. перерабатывать 85%, в 2015 г. – 95% веса автомобиля. Переработку оцинкованного лома обычно осуществляют плавкой в электродуговых печах. Большое количество цинка, содержащееся в скрапе, может создать несколько проблем при плавке. Первая из них – испарение пылей оксида цинка в сопровождении небольшого количества свинца и кадмия. Оксид цинка является вредным для здоровья, поэтому необходимо устанавливать необходимую аппаратуру для его улавливания. В пыль уходит около 98% цинка, оставшаяся часть металла остается в емкости и создает вторую проблему. Она заключается в том, что цинковый пар образует пузыри в стали. Так как содержание цинка в ванне постепенно увеличивается, то степень пористости может возрасти вплоть до зияющих дыр, которые можно наблюдать в поперечном сечении стального изделия. Переработчики скрапа прекрасно осведомлены об этих проблемах и проводят необходимые мероприятия по улавливанию цинка и очистке печей. Если десятилетие назад оцинкованный скрап всегда тщательно отделялся от неоцинкованного и направлялся только на один или два специальных завода, то сейчас проще подсчитать число заводов, которые не принимают оцинкованный скрап. Однако с возрастанием объемов оцинкованного скрапа связанные с поведением цинка проблемы будут усугубляться. Из цинковых пылей научились изготовлять полезную продукцию, например, цинковый порошок, применяемый в производстве краски, лака, глазури и окрашивании керамики, стекла, чернил, косметики. Дополнительно из пылей извлекают свинец, кадмий, железо и кальций. Традиционно цинковые пыли обрабатывают в вельц-печах, что обеспечивает достаточно высокое извлечение цинка. Однако вельцевание требует высокого расхода кокса, значительных капитальных затрат, связанных, главным образом, со сложной системой пылеулавливания. В основе других процессов лежат не термические, а преимущественно химические методы переработки. Iterpro Zinc LLC предлагает добавлять хлор или поливинилхлорид в печь, что позволяет снизить температуру процесса децинкования (рис. 2). 

Рис. 2. Способ хлорирования оцинкованного стального скрапа

zinc_20803

Создано несколько новых способов переработки оцинкованного лома. Например, в США Аргоннская национальная лаборатория совместно с фирмой Metal Recovery Industries U.S. Inc. разработали технологию обесцинкивания (MRI), состоящую из процесса выщелачивания в горячей каустической соде, который ускоряется благодаря электролитической коррозии, и процесса электролиза, в течение которого улавливают цинк и регенерируют гидроокись натрия. В качестве шихты применяются отходы металлообработки. Эти отходы режут и затем дробят на молотковой дробилке, что увеличивает площадь поверхности, на которой протекают процессы электрохимической коррозии. Дробленый лом поступает во вращающийся реактор для обесцинкивания и частично погружается в теплый (70-90 0С) водный 20–40% раствор гидроксида натрия. Насыщенный цинком раствор поступает на электролизеры, в которых цинк осаждается на магниевых катодах в виде порошка. Раствор гидроксида натрия регенерируется в процессе электролиза и возвращается на участок выщелачивания. В настоящее время процесс MRI отрабатывается на опытной установке производительностью 50 тыс. т в год на заводе в г. Ист-Чикаго, штат Индиана. Средние издержки переработки стального скрапа (в зависимости от формы и содержания цинка) равны 15 и 40 долл./т для мощности 50 и 500 тыс. т соответственно.  Второй метод представляет собой вакуумное испарение цинка со стальной подложки. В последнее время этим занимаются на фирмах Ogihara и Toyokin в Японии. Фирма Ogihara эксплуатирует установку по переработке дробленого лома производительностью 1000 т в месяц. Этот процесс обеспечивает важные преимущества для защиты окружающей среды. При удалении цинка со стального лома повышается возможность утилизации газов, образующихся в процессе производства стали, и устраняется цинк в потоках сточной воды.  Таким образом, в производстве цинка доля вторичного металла составляет около 30%. Крупнейшие переработчики скрапа сосредоточены, в основном, в странах Европы и Азии. Такие сферы потребления цинка, как покрытие стальных изделий, производство латуни и отливок, определяют источники вторичного сырья. Развитие переработки оцинкованного лома началось только в последнее время в связи с возрастанием объемов старого оцинкованного скрапа. Расход цинка на покрытие стали 1975 по 2000 г. увеличился в 2,5 раза. Следовательно, в дальнейшем ожидается рост поступления оцинкованного лома, особенно корпусов автомобилей. Переработчики лома совместно с научно-исследовательскими центрами разработали ряд технологий по разделению цинка и стали из оцинковки, а также улавливанию цинка и изготовлению из него потребительской продукции.

Журнал

   
Ваше имя:  
Пароль:     
  запомнить меня
  Регистрация  Забыли пароль?

Бизнес-навигатор

   Меткомплекс
   Наука и образование
   Органы власти
   Отраслевые союзы
   Смежные отрасли


Атомстрой комплекс
ЛитМаш
ЗаводЭкоТехнологий
 
Отраслевая наука 


 
        ООО «УралИнфо»
   Телефон/факс: (343) 350 71 71
   г.Екатеринбург, ул.Мамина-Сибиряка, 58, офис 601        
            urm@urm.ru
пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ
«РЎСѓРјРјР° технологий» «Сумма технологий»
продвижение сайта