СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2007 года по МПК B24B57/00 

Изобретение относится к области разделения и регенерации твердых абразивных материалов и может быть использовано для получения регенерированных абразивных материалов, в частности абразивных зерен, пригодных для последующего использования в производстве.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ регенерации абразивного материала из отходов, содержащих органическую связку (см. п. РФ №2028827, заявл. 03.09.1992 г., опубл. 20.02.1995 г., М. Кл.⁶ В 03 В 9/00, В 24 В 57/00), включающий измельчение отходов, удаление органической связки, рассев и магнитную сепарацию. В качестве отходов, содержащих органическую связку, используют отходы шлифования, содержащие абразивный материал и металлический порошок. Известный способ предполагает удаление органической связки проведением отжига шлама при температуре 350-800°С. При этом происходит очистка металлического порошка и абразивного материала от органических составляющих и влаги. Затем регенерируемый абразивный материал подвергают рассеву и магнитной сепарации.

Однако известный способ не обеспечивает необходимой эффективности очистки абразивного материала от органической связки. Это объясняется тем, что при отжиге происходит неполное удаление органической связки из абразивного материала. Кроме того, органическая связка под действием высокой температуры образует с кислородом воздуха соединения, которые оседают на поверхность абразивных зерен и загрязняют ее. На поверхности абразивных зерен имеются также загрязнения из золы и пыли, которые образуются в процессе отжига и изначально присутствуют в абразивных отходах.

Процесс отжига осложняется также прохождением под воздействием высокой температуры нежелательных химических реакций, полиморфных превращений, перекристаллизации, что также отрицательно скажется на качестве регенерируемого абразивного материала.

Известный способ регенерации абразивного материала сопровождается значительными выбросами фенолов, поскольку вся органическая связка переходит в газообразное состояние. В связи с этим осуществление известного способа сопряжено с необходимостью создания дорогостоящего сложного оборудования как для осуществления процесса отжига, так и для очистных сооружений. Таким образом, известный способ не обеспечивает получение регенерированного абразивного материала высокого качества, сопровождается значительными вредными выбросами в окружающую среду, и требует значительных материальных затрат. Регенерированное абразивное зерно, полученное известным способом, может быть использовано только для производства абразивного инструмента на бакелитовой связке.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа регенерации абразивного материала из отходов, содержащих органическую связку, в котором введение новых операций и новые условия проведения операций позволяют обеспечить оптимизацию процесса удаления органической связки и за счет этого повысить эффективность очистки абразивного материала от органической связки и улучшить качество получаемого абразивного материала при одновременном снижении его себестоимости и исключении загрязнения окружающей атмосферы.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе регенерации абразивного материала из отходов, содержащих органическую связку, включающем измельчение отходов, удаление органической связки, магнитную сепарацию и рассев, новым согласно техническому решению является то, что в качестве отходов используют отработанные абразивные изделия на бакелитовой связке, удаление которой осуществляют двухстадийным выщелачиванием 5-20%-ным раствором однокислотного основания, первую стадию которого проводят при перемешивании в течение 6-8 часов с последующей промывкой водой и сушкой после выщелачивания.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков способа и достигаемым техническим результатом состоит в том, что заявляемая совокупность признаков, а именно:

- использование отработанных абразивных изделий на бакелитовой связке в качестве отходов для регенерации;

- удаление бакелитовой связки двухстадийным выщелачиванием;

- оптимизация режимов первой и второй стадии выщелачивания;

- осуществление промывки водой и сушки после выщелачивания

в совокупности с известными признаками обеспечивает получение регенерированного абразивного материала улучшенного качества при низкой себестоимости его получения, а также исключает выброс вредных веществ в атмосферу.

Экспериментально установлено, что оптимальными режимами для удаления бакелитовой связки являются такие, при которых используют раствор однокислотного основания концентрацией 5-20%, а первую стадию процесса выщелачивания проводят в течение 6-8 часов. Эти режимы являются необходимыми и достаточными для эффективного удаления бакелитовой связки и получения регенерированного абразивного зерна высокого качества. Это связано с тем, что при воздействии на измельченные абразивные отходы раствором щелочи происходит образование продуктов взаимодействия фенолформальдегидной смолы со щелочью - фенолята натрия, который остается в растворе, и резола (продукта начальной стадии поликонденсации фенолформальдегидной смолы). Резол в виде хлопьевидного осадка попадает в раствор или оседает на поверхности абразивных зерен, а затем легко удаляется на второй стадии выщелачивания и при промывке водой.

Одновременное перемешивание в процессе первой стадии выщелачивания способствует не только лучшему контакту твердой и жидкой фазы, увеличению количества взаимодействующих молекул, но и обеспечивает проникновение ионов щелочи вглубь абразивного зерна. Вследствие этого повышается эффективность взаимодействия бакелитовой связки с раствором щелочи, в результате чего бакелитовая связка удаляется из абразивного материала. Проведение второй стадии выщелачивания промывкой раствором однокислотного основания заявляемой концентрации обеспечивает доудаление бакелитовой связки, а также частичное удаление продуктов взаимодействия бакелитовой связки со щелочью как в результате их взаимодействия, так и под действием напора подаваемой щелочи. Последующая промывка водой обеспечивает полное удаление хлопьевидного осадка и прочих загрязнений, присутствующих в абразивных отходах. Получению регенерированного абразивного зерна высокого качества способствует процесс сушки, при котором под воздействием температуры 200-300°С удаляются влага и микротрещины, стабилизируется и улучшается структура абразивного зерна. При этом материал, подвергаемый сушке, практически не содержит бакелитовой связки, что исключает выброс вредных веществ в окружающую атмосферу. Улучшение качества абразивного зерна достигается также в процессе магнитной сепарации, в результате которой удаляется Fe₂O₃.

Заявляемый способ регенерации позволяет снизить затраты на производство качественного регенерированного абразивного материала за счет использования для осуществления способа реагентов относительно низкой стоимости, возможности использования известного оборудования, а также исключения дорогостоящего оборудования для утилизации вредных газовых выбросов. Абразивное зерно, регенерированное заявляемым способом, имеет более широкую область применения по сравнению с прототипом, так как может быть использовано в производстве абразивного инструмента на бакелитовой и керамической связке.

Способ регенерации абразивного материала из отходов, содержащих бакелитовую связку, осуществляют следующим образом.

Отработанные абразивные изделия из карбида кремния или электрокорунда (14А, 64С, 63С, 54С) на бакелитовой связке после отделения арматурных колец измельчают на известном оборудовании до фракции 5-25 мм. Измельченный абразивный материал загружают в емкость. Готовят 5-20%-ный раствор однокислотного основания, например NaOH, и помещают его в емкость при соотношении 1:1 массовых частей абразивного материала и щелочи. При постоянном перемешивании проводят первую стадию процесса удаления бакелитовой связки в течение 6-8 часов при температуре 20±5°С. Затем осуществляют вторую стадию выщелачивания промывкой раствором NaOH той же концентрации. На этой стадии происходит доудаление бакелитовой связки и частично смываются хлопьевидные соединения резола. Затем производят промывку абразивного материала технологической водой, температура которой 20-40°С, до отсутствия примесей и взвесей в промывочных водах. Очищенный от бакелитовой связки абразивный материал подвергают сушке при постоянном перемешивании в печах любого типа. Поскольку процесс сушки происходит при температуре 200-300°С, а материал, подвергаемый воздействию температуры, не содержит бакелитовой связки, это исключает выброс вредных веществ в окружающую атмосферу. При этом фенолы, которые переходят в щелочной раствор в виде соединений фенолята натрия, а также резол, могут найти применение как вторичное сырье.

В цехе переработки отходов запорожского предприятия «Промышленные минералы» были проведены опытно-промышленные испытания по получению регенерированного абразивного зерна согласно заявляемому способу на существующем оборудовании.

Для осуществления способа использовали отработанные абразивные зачистные и обдирочные круги из карбида кремния и электрокорунда нормального на бакелитовой связке. В качестве однокислотного основания использовали раствор NaOH концентрации 3, 5, 12, 20, 25% и изменяли продолжительность первой стадии выщелачивания от 5 до 9 часов. Полученное регенерированное абразивное зерно подвергали химическому и структурному анализу, осуществляли исследование влияния концентрации раствора щелочи и продолжительности первой стадии выщелачивания на качество полученного абразивного зерна.

Результаты испытаний приведены в таблице.

При регенерации абразивного материала с использованием раствора NaOH с концентрацией 5-20% при продолжительности первой стадии выщелачивания 7 часов получено абразивное зерно высокого качества, степень очистки которого составляет 99,0-99,5% (примеры 2-4). При концентрации раствора щелочи менее 5% (пример 1) регенерированное абразивное зерно недостаточно очищено от бакелитовой связки, загрязнено. В случае использования раствора щелочи, концентрация которого превышает 20%, степень очистки абразивного зерна достаточно высокая, но при этом часть Al₂О₃ вступает во взаимодействие со щелочью, переходит в раствор, что приводит к изменению кристаллической решетки абразивного зерна (пример 5).

При постоянной концентрации раствора 12% наилучшие результаты получены при продолжительности первой стадии выщелачивания 6-8 часов (примеры 7-9). Если продолжительность первой стадии выщелачивания меньше 6 часов, абразивное зерно очищено недостаточно (пример 6).

Увеличение продолжительности первой стадии выщелачивания более 8 часов нерационально, поскольку не приводит к увеличению степени очистки абразивного зерна (пример 10). При осуществлении способа регенерации абразивного материала из отходов, полученных из отработанных изделий, выполненных из карбида кремния, были получены аналогичные результаты.

№п/пВид абразивных отходовКонцентрация раствора NaOH %Продолжительность первой стадии выщелачивания, часСтепень очистки абразивного зерна, %Прочие характеристики регенерированного абразивного зерна1.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связке3785,0абразивное зерно загрязнено2.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связке5799,0абразивное зерно со стабильной структурой3.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связке12799,5абразивное зерно со стабильной структурой4.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связке20799,0абразивное зерно со стабильной структурой5.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связке25799,0абразивное зерно с измененной кристаллической решеткой6.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связке12597,0абразивное зерно загрязнено7.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связке12698,5абразивное зерно со стабильной структурой8.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связке12799,5абразивное зерно со стабильной структурой9.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связке12899,0абразивное зерно со стабильной структурой10.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связке12999,0абразивное зерно со стабильной структурой11.Электрокорунд нормальный на бакелитовой связкеотжиг при t 600°С12 мин.98,0абразивное зерно очищено недостаточно

В примере 11 приведены режимы способа регенерации абразивных отходов отжигом при температуре 600°С в течение 12 минут (прототип). При этом степень очистки абразивного зерна составляет 98%, т.е. этот показатель ниже показателя, характеризующего регенерированное абразивное зерно, полученное заявляемым способом.

Себестоимость одной тонны абразивного зерна, полученного согласно заявляемому способу, ниже по сравнению с материалом, полученным по прототипу, на 30%.

Таким образом, заявляемый способ регенерации абразивного материала из отходов, содержащих бакелитовую связку, обеспечивает получение абразивного зерна улучшенного качества при снижении его себестоимости и исключении загрязнения окружающей среды.

Изобретение относится к области разделения и регенерации твердых абразивных материалов и может быть использовано для получения, в частности, абразивных зерен, пригодных для последующего использования в производстве. Осуществляют регенерацию абразивного материала из отходов, в качестве которых используют отработанные абразивные изделия на бакелитовой связке. Производят удаление связки двухстадийным выщелачиванием 5-20%-ным раствором однокислотного основания. Первую стадию выщелачивания проводят при перемешивании отходов и раствора в течение 6-8 часов, а после второй его стадии производят промывку абразивного материала водой и его сушку. В результате повышаются эффективность и качество очистки абразивного материала от органической связки при одновременном снижении его себестоимости и исключении загрязнения окружающей атмосферы. 1 табл.

Способ регенерации абразивного материала из отходов, содержащих органическую связку, включающий измельчение отходов, удаление органической связки, магнитную сепарацию и рассев, отличающийся тем, что в качестве отходов используют отработанные абразивные изделия на бакелитовой связке, удаление которой осуществляют двухстадийным выщелачиванием 5-20%-ным раствором однокислотного основания, при этом первую стадию проводят при перемешивании отходов и раствора в течение 6-8 ч, а после второй стадии выщелачивания производят промывку абразивного материала водой и его сушку.