Wydział Metali Nieżelaznych		Data wykonania ćwiczenia: 22.10.2013.
KIERUNEK: Zarządzanie i inżynieria produkcji		NR ĆWICZENIA: III
TYTUŁ ĆWICZENIA: Odsiarczanie szlamów pochodzących z rozbiórki akumulatorów
Grupa nr:	Data oddania sprawozdania:		Data zaliczenia sprawozdania:
		Data oddania sprawozdania do poprawy:		Data zaliczenia ćwiczenia:

Odsiarczanie szlamów pochodzących z rozbiórki akumulatorów

Wprowadzenie

Proces ekstrakcji polega na przechodzeniu jednego lub więcej składników z roztworu

(lub ciała stałego) do drugiej fazy ciekłej, czyli rozpuszczalnika. W zależności od stanu

skupienia substancji biorących udział w procesie rozróżnia się ekstrakcję w układzie ciecz -ciecz, gdy obie fazy są cieczami oraz w układzie ciało stałe - ciecz, gdy jedną z faz stanowi ciało stałe. W technologii żywności najczęściej mamy do czynienia z ekstrakcją w układzie ciało stałe - ciecz. Ekstrakcję w układzie ciało stałe - ciecz z zastosowaniem wody jako rozpuszczalnika nazywamy ługowaniem.

Pasta akumulatorowa jest ługowana za pomocą wodnego roztworu sodu. Orzymany szlam składający się głównie z węglanu ołowiu (II) jest kierowany do przerobu na ołów. Otrzymany roztwór zawiera siarczan (VI) sodu z pewną ilością nieprzereagowanej sody, poddawany jest krystalizacji, w wyniku której wydziela się siarczan (VI) sodu i woda. Siarczan (VI) sodu po usunięciu wody krystalizacyjnej jest produktem handlowym.

Orzeł Biały S.A. jest pierwszą i największą firmą zajmującą się recyklingiem zużytych akumulatorów ołowiowych w Polsce. Zakłady spółki wytwarzają kilka rodzajów produktów: ołów surowy, ołów miękki i stopy niskoprzetworzone, stopy antymonowe oraz stopy wapniowe. W przypadku tych ostatnich, Orzeł Biały jest ich czołowym producentem na terenie kraju. Odbiorcami produkowanego przez spółkę ołowiu rafinowanego są najwięksi krajowi i światowi producenci akumulatorów. Opis procesu produkcji składa się z kilku etapów. Pierwszym etapem jest recykling zużytych akumulatorów ołowiowych i płytek akumulatorowych. W drugim etapie wykonywany jest przetop w piecach materiałów. Produktami przetopu są ołów surowy i żużel, który jest składowany na składowisku odpadów. Ostatnim etapem cyklu produkcyjnego jest przetwarzanie surowego ołowiu do postaci wysokogatunkowych stopów ołowiu oraz ołowiu rafinowanego, tzw. miękkiego.

Ołów jest metalicznym pierwiastkiem chemicznym rozpowszechnionym w przyrodzie wyłącznie w postaci związków zawierające ołów to : galena PbS (86,5% Pb), ceruzyt PbCO₃ (77,5%Pb), anglezyt PbSO₄ (68,3% Pb), piromorfit Pb₅(PO₄)₃Cl, mimetezyt Pb₅(AsO₄)₃Cl oraz wulfenit PbMoO₄ i są prawie zawsze składnikami rud wielometalicznych (cynkowo- ołowiowych, siarczkowych, galmanowych i mieszanych). Światowe zasoby złóż ołowiu szacuje się na 126 mln ton.

Część eksperymentalna

Na wadze analitycznej odmierzono 150 g szlamu akumulatorowego, oraz odlano 750 ml roztworu zawierającego 50% Na₂CO₃. Następnie te składniki zmieszano i wstawiono pod mieszadło gdzie nastąpił proces ługowania w czasie 30 minut. Następnie przeprowadzono filtrację i suszenie. Po wysuszeniu zważono próbkę i odmierzono 10% koksiku w stosunku do masy próbki. Tak przygotowany namiar umiejscowiony został w tyglu i trafił do pieca (temp. 1000^oC) na 30 minut.

Zachodzi wtedy reakcja:
2PbCO₃+C=2Pb+ 3CO₂

Po określonym czasie metal wyjęto z pieca i przelano do kokilki, schłodzono i zważono.

Obliczenia

Szlam zawiera 65,5% ołowiu, który występuje w postaci PbO - 2,6 %, PbO2 - 19,9 % i PbSO4 - 43 %.

Masa po ługowaniu 137,997 g

137,997 g - 100 %

x g - 10 %

x = (137,997*10)/100 = 13,79 g

10% koksiku w stosunku do masy po ługowaniu 13,79 g

Czas w piecu 30 minut

Masa wytopionego metalu 87,764 g

Obliczenie Uzysku

150g - 100%
x g - 65,5%

x = 98,25

uzysk = (masa praktyczna/masa teoretyczna)*100

u= (87,767/98,25)*100= 89,330 %

Obliczenia zmiany entalpii swobodnej dla reakcji:

1 2PbCO₃ + C = 2Pb +3 CO₂

• PbSO₄ +Na₂CO₃ +CO = Pb + Na₂SO₄ +2CO₂

w zakresie zakresie temperatur 500-1500 K.

Wzory na zmianę entalpii swobodnej dla reakcji:

1.
= 2
_(Pb) + 3
_(CO2) - 2
_{(PbCO3) -
(C)}

2.

dla każdego składnika odczytujemy z tablic termodynamicznych dla danych temperatur.

temperatur.

Tabela 1

2PbCO3 + C = 2Pb +3 CO2		PbSO4 +Na2CO3 +CO = Pb + Na2SO4 +2CO2
Temp. [K]	[kcal *mol^-1]		Temp. [K]	[kcal *mol^-1]
500	-75,08		500	-21,641
600	-75,325		600	-25,702
700	-74,947		700	-29,916
800	-75,233		800	-34,004
900	-75,091		900	-38,029
	1000	-74,863		1000	-41,958
		1100	-74,54		1100	-45,768
		1200	-73,885		1200	-48,925
		1300	-73,011		1300	-51,93
		1400	-72,505		1400	-55,38
		1500	-71,866		1500	-56,7

WYKRES ZMIANY ENTALPII SWOBODNEJ OD TEMPERATURY

Obliczenie stałej równowagi lgKp

W celu wyznaczenia lgK_p korzystamy ze wzoru:
= -RT lnK_p

Stała gazowa R = 8,314 J/mol*K

1kcal = 4186J

1J = 1/4186 kcal = 0,000238 kcal

1J - 0,000238 kcal

8,314 J - x kcal

x = 1,978 *10^-3 kcal

R = 1,978 *10 ^-3 kcal/mol*K

Tabela 2

2PbCO3 + C = 2Pb +3 CO2		PbSO4 +Na2CO3 +CO = Pb + Na2SO4 +2CO2
Temp. [K]	lg Kp	Temp. [K]	lg Kp
500	32,98	500	9,51
600	27,57	600	9,41
700	23,51	700	9,39
800	20,65	800	9,33
900	18,32	900	9,28
1000	16,44	1000	9,21
1100	14,88	1100	9,14
1200	13,52	1200	8,95
1300	12,33	1300	8,77
1400	11,37	1400	8,69
1500	10,52	1500	8,30

ZALEŻNOŚĆ LgKp OD TEMPERATURY

Wnioski
Szlam poddawany badaniu miał mniejszą zawartość ołowiu niż była podana w ćwiczeniu. Czynnikiem wpływającym na dokładność pomiarów mogło być niedokładne wysuszenie próbki i strata przy filtracji.

Literatura

Wykład dr hab. inż. Stanisław Pietrzyk „ Recykling metali ” Kucharski Marian, „Recykling metali nieżelaznych”

http://www.orzel-bialy.com.pl/procesy-produkcyjne.html http://www.uwm.edu.pl/kiap/dydaktyka/D04.pdf

---