Сравнительный анализ способов переработки отработанных нефтехимических катализаторов и внедрение оптимального на предприятии ЗАО «Квар

      - При смыве драгметаллов с поверхности носителя в растворах кислот невозможно,  даже теоретически, достичь высокой степени извлечения металла в раствор. Это связано с большим количеством мелких пор, в которых находится металлическая фаза активного компонента (платины и палладия);

      - К тому же, в  процессе работы катализатора  часть этих пор закрывается за счёт спекания носителя и металлическая фаза оказывается окруженной «рубашкой» из нерастворимой керамики. Предварительное измельчение катализатора не снимает этой проблемы полностью, зато затрудняет последующие этапы переработки (например, фильтрование растворов);

С учётом этих факторов, достижение показателя по извлечению платины в 98% представляется весьма сомнительным. Как в большинстве гетерогенных реакций, общая скорость вскрытия катализатора определяется скоростью наиболее медленной стадии, т.е скоростью подвода реагента (кислоты)и скоростью отвода продуктов реакции.

Поскольку данные процесса являются по своей сути диффузионными, протекающими в тонких пограничных ламинарных слоях на границе твердое/жидкость, скорость их достаточно низка, то они и определяют общую низкую скорость процесса растворения, что является одним из главных недостатков этого варианта технологии.

Вторым серьёзным недостатком всех гидрометаллургических процессов и этих в частности, является образование значительного количества отработанных маточных и промывных растворов, требующих утилизации. В частности, на тонну переработанных катализаторов неизбежно будет образовываться 6-8 кубометров кислых растворов, что в пересчёте на объём переработки 60 тонн катализаторов в год составит более 400 кубометров и их утилизация создаст значительные затруднения (нейтрализация, упаривание).

Для проверки технико-экономических показателей процесса по подварианту 7 на Московский завод по обработке специальных сплавов (МЗСС) в январе 2005г. Была передана партия (503200г) катализатора КР-108У.

По данным «Кварц-Au» содержание платины – 0,359%, ППП – 3,64

По данным входного контроля МЗСС содержание платины – 0,33%, ППП – 4,3%

По состоянию на 15.04.06. из всей партии переработано 53820 катализатора со следующими показателями:

Содержание платины в исходном катализаторе по данным «Кварц-Au» :

53820*0,359%=193,21 гр.

Содержание платины в исходном катализаторе по данным МЗСС:

53820 гр*0,33%=177,6 гр.

Извлечено платины в цементат по данным переработчика:

274,0*57,9%=158,6 гр.

Остаток платины в оборотном выщелачивающем растворе:

200,0л*0,0193г/л=3,86 гр.

Всего извлекается с учётом оборотного раствора :

158,6+3,86=162,46 гр.

Извлечение по данным «Кварц-Au»:

162,46/193,21*100%=84,08%

       Извлечение по данным МЗСС 162,46/177,6*100%=91,48%

С учётом остатка платины в маточнике цементации 240л*0,0053г/л = 1,06г (0,6%), а также в растворах предварительной переработки 200л*0,039г/л=7,8гр (4,39%) и кеках – 5,0 гр. (2,82%), невязка баланса составляет 100%-(91,48%+0,6%+4,39%+2,82%)=0,71%.

Таким образом, предварительные результаты переработки части партии пока дают достаточно неутешительную картину (извлечение в лучшем случае примерно 91,5%), и есть слабая надежда на то, что после переработки всей партии картина несколько улучшится, но вряд ли показатели по извлечению смогут конкурировать с подвариантами 4 и 1.

С учётом всех этих факторов, более предпочтительным выглядит вариант 4., или его разновидность 3. В Виду того, что данный процесс предусматривает практически полное растворение носителя, возможно достичь показателя по извлечению платины или палладия и более 98%, причём величина этого превышения будет определяться не столько физическими возможностями процесса, сколько соблюдением технологической дисциплины и грамотностью технологического персонала.

Показатель степени извлечения драгметаллов в процессе переработки является, наряду с себестоимостью переработки, основным показателем конкурентоспособности процесса. Повышение этого показателя на 0,1% даёт ежегодно дополнительную прибыль в размере ~ 5-6 тыс.$ (при объёмах переработки катализатора ~60 тн/год).

Переработка отработанных катализаторов, с применением вскрытия основы по Байер-процессу приводит к образованию большого количества растворов алюмината натрия (7-8 кубометров на 1 тонну перерабатываемого катализатора). Так, при объёме переработки ~300 тн/год ежегодно будет образовываться более 2500 кубометров растворов алюмината натрия, которые сами по себе являются превосходным сырьём для получения глинозёма, и утилизации которых снижает себестоимость переработки катализаторов на 350-400 $/тн (14-16% от общей себестоимости переработки).

В данном случае, единственно целесообразным вариантом является вариант размещения производства по переработке катализаторов по Байер-процессу на предприятии-изготовителе новых катализаторов, либо в непосредственной близости от глинозёмного завода.

Так как растворы алюмината натрия довольно нестабильны, и вследствие этого их транспортировка весьма затруднительна, размещение производства по переработке катализаторов по такому варианту на «Кварц-Au» не представляется заслуживающим внимания. Хотя сам по себе данный технологический вариант при правильном его размещении выглядит достаточно привлекательно благодаря высоким технико-экономическим показателям (возможности извлечения более 98% по платине и 70% по рению и достаточно низкой себестоимости процесса переработки ~3000-3500 $/тн катализатора).

Вариант 1.- электродуговая плавка катализатора на железный коллектор.

В процессе плавки осуществляют концентрирование благородных металлов в металлическом сплаве и ошлакование тугоплавкой оксидной основы.

Плавку проводят в отражательной печи поворотного типа при температуре 1300-1400 С, что позволяет при минимальном расходе флюсов получать два конденсированных продукта: тяжелый сплав, содержащий МПГ, и шлак. Дальнейшая переработка продуктов плавки осуществляется общеизвестными методами.

Опробование этого варианта технологии переработки катализаторов было проведено на электродуговой печи постоянного тока на Подольском химико-металлургическом заводе в марте 2005 г.

Опытная партия катализатора – 150 кг переплавлена в дуговой печи постоянного тока емкостью 300 кг с добавлением флюсов, снижающих температуру плавления основы.

Платина содержащаяся в катализаторе, была сколлектирована на железно-медный коллектор. В результате разливки получен металлический концентрат массой 7059,7 гр. Извлечение в слиток платины составило 97,44%. Остаточное содержание платины в шлаке не превышало 0,001 %, что, учитывая экспериментальный характер работ, является достаточно хорошими показателями данного процесса делает его достаточно конкурентоспособным.

Металлургический баланс

По переработке опытно-промышленной партии катализатора КР-108У пирометаллургическим способом.

Поступило в переработку катализатора: - 150 000 гр.

Содержание платины – 0,359%, ППП – 3,64%, что в пересчёте на чистую платину составляет: 150000*0,359%=538,5 гр.

Вышло из переработки концентрата – 3852,2+3207,5=7059,7 гр, в котором после растворения и опробования обнаружено платины – 524,71гр

Процент извлечения составит: - 524,71/538,5*100%=97,44%

С учётом остатка платины в шлаке 4,58/538,5*100%=0,85%

Невязка баланса = 100%-(97,44%+0,85%)=1,71%

Себестоимости переработки одной тонны платинорениевого катализатора КР-108У методом дуговой плавки составляет 2500-3000$.

Выводы: учитывая вышеизложенное, из восьми рассмотренных вариантов технологии, право на существование в условиях действующей структуры имеют два варианта технологии:

1. Гидрометаллургическое вскрытие катализаторов с растворением основы. Байер-Процесс (менее интересен для нас, так как весьма затруднительна транспортировка нестабильного раствора алюмината натрия) 
2. Пирометаллургическая технология. Метод электродуговой плавки в печи постоянного тока на площадях «Кварц-Au» является наиболее универсальным. Это технология позволяет работать не только с нефтехимическими катализаторами, но перерабатывать также автокатализаторы и первичные рудные концентраты, содержащие драгоценные металлы, при условии доработки процесса извлечения рения в концентрат.

Таким образом, выбираем вариант 2 и считаем эффективность для его внедрения на предприятие.

 

5. Расчет технико-экономических показателей проектируемого цеха

5.1 Расчёт численности промышленно-производственного персонала и заработной платы.

Для производственного персонала применяется однобригадный односменный (одна смена 8 часов в сутки) график..

В таблице 1 приведен баланс времени работы одного рабочего на 1 год.

На предприятии установлена пятидневная рабочая неделя с двумя выходными.

Таблица 1.

Баланс времени работы одного рабочего

Элементы баланса	Время, дни
Календарное время	365
Выходные дни	104
Праздничные дни	12
Номинальное время	249
Невыходы - отпуск - отпуск по беременности  и родам - временная нетрудоспособность - неявки с разрешением  администрации Всего невыходов, дни	28 1 4 1 34
Фактическое время	215
Время работы одного рабочего, ч.	1720

 

Количество часов на одного рабочего в год за номинальное время работы равняется 1720 ч.

Для оплаты труда рабочих на участке брикетирования применяется контрактная система оплаты труда (по трудовому договору). В таблице 2 приведена списочная численность производственных рабочих – 7 человек, в таблице 3 показана заработная оплата труда.

Таблица 2.

Штаты персонала участка

Сотрудники	Сменный штат
Аппаратчик	2
Плавильщик	2
Печевой	2
Слесарь разборщик 1 разряда	1
Итого:	7

 

Таблица 3.

Размер заработной платы персонала участка

Сотрудники	Количество, чел.	Месячный оклад, руб.
Аппаратчик	2	10800,00
Плавильщик	2	12500,00
Печевой	2	11600,00
Слесарь разборщик 1 разряда	1	9700,00
Итого:	7	79500,00

При установленных месячных размерах заработной платы годовой фонд оплаты труда составит  960 тыс. руб.  (1209,6 тыс. руб.  с учетом  ЕСН равного 26 %).

 

 

 

 

 

 

 

5.2 Расчет капитальных затрат на оборудование

Капитальные затраты  на оборудование при проектировании нового цеха, в здании завода, представляет собой стоимость всего вновь устанавливаемого оборудования. Сметная стоимость рабочих машин и оборудования представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Сметная стоимость рабочих машин и оборудования

Сметная стоимость рабочих машин и оборудования	тыс. руб.
Источник питания	750
Система автоматики управления процессом плавки	130
Разработка тех.задания на проектирование печи и газоочистки	75
Изготовление и монтаж печи с автоматизированной системой загрузки	440
Сушильный агрегат (40 кг/ч)	70
Дробильный агрегат с магнитным сепаратором (100 кг/час)	140
Смеситель и расходный бункер	30
Загрузочный бункер и шниковый питатель	25
Комплект чугунных изложниц для слива металла и шлака	35
Система газоочистки и пылеулавливания	330
Генератор эндогаза	40
Грузоподъёмное оборудование (тали, скиповый подъёмник)	85
Строительно-монтажные работы	280
Пуско-налодочные работы и отработка технологии	225
Непредвиденные расходы	145
Итого	2800