Исследование возможности сокращения выбросов углекислого газа при вельцевании окисленного цинксодержащего материала

The results of model studies on the possibility of reducing energy costs and carbon dioxide emissions during the Waelz processing of oxidized zinc-containing material in waelz kilns are presented. The studies were carried out using a specialized software product METSIM widely known in the world practice of metallurgical process and production modeling that allows analyzing the effect of changes in technological modes on the final results of the process. Model calculations showed that the greatest decrease in specific energy consumption and CO2 emissions is observed when using blast air heated to 200 °C with an increase in its flow rate from 1000 to 7000 n.m3/h and concomitant decrease in atmospheric air suction. The estimated reduction in the specific costs of carbon and CO2 emissions amounted to 30,2—35,5 %, and the total specific cost of energy carriers — 28—32 %. At the same time, blast air heating to 200 °C in the heat exchanger of the recovery boiler does not require additional energy inputs, in contrast to the use of oxygen blast with the cost of electricity for producing oxygen. Intensification of the waelz process using additional oxygen blasting (or air blast enrichment with oxygen) and heated blast air supply with concomitant decrease in air suction into the furnace from the atmosphere leads not only to a decrease in the specific consumption of the carbon energy carrier, but also to an increase in the degree of carbon utilization. The maximum estimated increase in the degree of carbon utilization was 6,2 rel.% — from 60,3 % on cold air blast without oxygen to 66,5 % on an air-oxygen blast (7000 n.m3/h of air and 185 n.m3/h of oxygen) heated up to 200 °C without atmospheric air. Maintaining optimal oxidation-reduction and thermal modes of the process requires correct regulation of the kiln draft mode taking into account atmospheric air suction in the unloading head of the kiln. Uncoordinated changes in the specific consumptions of charge, carbon, blast air and rarefaction in the dust chamber lead to a concomitant decrease in the extraction of zinc to sublimates and increase in its losses with clinker.Приведены результаты модельных исследований возможности сокращения энергозатрат и выбросов углекислого газа при вельцевании окисленного цинксодержащего материала. При этом использовался специализированный программный продукт METSIM, широко известный в мировой практике моделирования металлургических процессов и производств, позволяющий анализировать влияние изменения технологических режимов на конечные результаты процесса. Модельные расчеты показали, что наибольшее снижение удельных расходов энергоносителей и выхода CO2 наблюдается при использовании подогретого до 200 °С воздушного дутья с увеличением его расхода от 1000 до 7000 н.м3/ч и сопутствующим снижением подсоса атмосферного воздуха. Расчетное сокращение удельных затрат углерода и выбросов CO2 составило 30,2—35,5 %, а общих удельных затрат энергоносителей — 28—32 %. При этом подогрев дутья до 200 °С в воздухоподогревателе котла-утилизатора не требует дополнительных энергозатрат, в отличие от варианта использования кислородного дутья с расходом электроэнергии на производство кислорода. Интенсификация процесса вельцевания с применением дополнительного кислородного дутья (или обогащения воздушного дутья кислородом) и подачей нагретого воздушного дутья с сопутствующим снижением подсосов атмосферного воздуха приводит не только к снижению удельного расхода углеродного энергоносителя, но и к повышению степени использования углерода. Максимальное расчетное повышение степени использования углерода составило 6,2 отн.% — от 60,3 % (на холодном воздушном дутье без использования кислорода) до 66,5 % (на нагретом до 200 °С воздушно-кислородном дутье (7000 н.м3/ч воздуха и 185 н.м3/ч кислорода) без подсосов атмосферного воздуха). Поддержание оптимального окислительно-восстановительного и теплового режимов процесса требует корректного регулирования тягодутьевого режима печи с учетом подсосов атмосферного воздуха в разгрузочной головке печи. Несогласованные изменения удельных расходов шихты, углерода, дутья и разрежения в пылевой камере ведут к сопутствующему снижению извлечения цинка в возгоны и увеличению его потерь с клинкером

Selective recovery of valuable metals from crushed electronic waste

This research was carried out to recover valuable metals from the electronic waste (e-waste). E-waste samples were crushed and thermally activated under 450 °C within 1 hour. The optimal temperature of the thermal treatment, at which all organic phases are removed and metal's forms turned into oxides was determined. Leaching of thermally activated material using EDTA at room temperature, pH 7 for 1 hour resulted in greater than 95 % extraction of lead. Non-ferrous metals were extracted at 85 °C with a leaching solution of 2 M H2SO4 which resulted in recovery of more than 98 % of copper within 3 hours. © Published under licence by IOP Publishing Ltd

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕДИ ИЗ ЭЛЕКТРОННЫХ ОТХОДОВ

The paper provides the results of studying the influence of preliminary thermal treatment of crushed electronic waste at a temperature of 450 °C on the copper extraction degree during subsequent material leaching by nitric acid solutions. Electronic industry waste, in particular automobile microcircuits and computer printed circuit boards, was chosen as a research object. It was experimentally determined that the percentage of the organic phase in the research object composition varies within 20–25 % of the crushed raw material mass. The results of thermogravimetric analysis (TGA) and X-ray fluorescence analysis (XRF) show that the maximum degree of organic removal and formation of metal oxides are observed in a temperature range of 400–450 °C. A mathematical model of copper leaching from electronic waste by HNO3 solutions was obtained. The optimum parameters for the process were found – the temperature in the system is 75 °C; leaching duration is 150 min; acid concentration is 4 M with a maximum copper extraction to the solution of 98 %. A comparative analysis of leaching processes for two types of materials (after thermal treatment and without it) was carried out. It was experimentally confirmed that copper leaching from electronic waste by nitric acid solutions with lower concentrations is more complete for materials after preliminary thermal treatment as compared to raw material leaching without thermal treatment. It was proved that preliminary thermal treatment leads to phase changes in the composition of the research object, namely, the transition of metals to their oxide forms, which positively affects the degree of copper extraction from electronic waste at subsequent nitric acid leaching.Приведены результаты исследования влияния предварительной термической обработки измельченных электронных отходов при температуре 450 °С на степень извлечения меди при последующем выщелачивании материала растворами азотной кислоты. В качестве объектов исследования были выбраны отходы электронной промышленности, в частности автомобильные микросхемы и компьютерные печатные платы. Экспериментальным путем выявлено, что доля органической фазы в их составе колеблется в пределах 20–25 % от массы измельченного сырья. По результатам термогравиметрического и рентгенофлуоресцентного анализов установлено, что максимальная степень удаления органики и образование оксидных форм металлов наблюдаются в интервале температур 400–450 °С. Получена математическая модель процесса выщелачивания меди из электронных отходов растворами HNO3. Найдены оптимальные параметры проведения процесса: температура в системе 75 °С, продолжительность выщелачивания 150 мин, концентрация кислоты 4 М, обеспечивающие максимальное извлечение меди в раствор (98 %). Проведен сравнительный анализ процессов выщелачивания двух типов сырья (после термической обработки и без таковой). Экспериментально подтверждено, что для сырья после предварительного отжига наблюдается более полное выщелачивание меди из электронных отходов растворами азотной кислоты меньшей концентрации по сравнению с образцами без термической обработки. Доказано, что последняя обуславливает фазовые изменения в составе исследуемого объекта, а именно переход металлов в их оксидные формы, что положительно влияет на степень извлечения меди из электронных отходов при последующем азотно-кислом выщелачивании

Daily submicron particle doses received by populations living in different low- and middle-income countries

In the present study, the daily dose in terms of particle surface area received by citizens living in different low- and middle-income countries, characterized by different lifestyles, habits, and climates, was evaluated. The level of exposure to submicron particles and the dose received by the populations of Accra (Ghana), Cairo (Egypt), Florianopolis (Brazil), and Nur-Sultan (Kazakhstan) were analyzed. A direct exposure assessment approach was adopted to measure the submicron particle concentration levels of volunteers at a personal scale during their daily activities. Non-smoking adult volunteers performing non-industrial jobs were considered. Exposure data were combined with time-activity pattern data (characteristic of each population) and the inhalation rates to estimate the daily dose in terms of particle surface area. The received dose of the populations under investigation varied from 450 mm2 (Florianopolis, Brazil) to 1300 mm2 (Cairo, Egypt). This work highlights the different contributions of the microenvironments to the daily dose with respect to high-income western populations. It was evident that the contribution of the Cooking & Eating microenvironment to the total exposure (which was previously proven to be one of the main exposure routes for western populations) was only 8á4% for low- and middle-income populations. In contrast, significant contributions were estimated for Outdoor day and Transport microenvironments (up to 20% for Cairo, Egypt) and the Sleeping & Resting microenvironment (up to 28% for Accra, Ghana), highlighting the effects of different site-specific lifestyles (e.g. time-activity patterns), habits, socioeconomic conditions, climates, and outdoor air quality