Способ переработки металлоотходов Советский патент 1993 года по МПК B22F9/04 C22B7/00 

Изобретение относится к утилизации дисперсных металлоотходов и может найти применение в металлургической, химической и машиностроительной отраслях промышленности.

Известен способ переработки отходов шлифования (авт.св. № 1475281, кл. В 22 F 9/04, заключающийся в предварительном обезвоживании отходов, их магнитной сепарации и отжиге в капсулах под слоем инертного материала и факелом (прототип).

Этот способ позволяет путем пиролиза не только удалять из отходов органику, но и частично довосстанавливать металлический порошок твердым продуктом пиролиза этой органики - коксом. Спеченные брикеты извлекаются из капсул и их можно переплавить в любой металлургической печи.

Недостаток этого способа заключается в том что он не позволяет получать другие марки стали непосредственным переплавом спеков в процессе микрометаллургиче- ского передела отходов Для этого необходимо иметь порошковые легирующие элементы и ввести их в отходы перед

спеканием, но они имеют высокую стоимость. В то же время эти элементы содержатся в других металлоотходах, например, гальванических, гидрометаллургическая переработка которых нерентабельна, но осуществляется с целью предотвращения загрязнения окружающей среды ядовитыми окислами металлов.

Цель изобретения - достижение экологического эффекта, повышение степени легирования и утилизации отходов.

Поставленная цель достигается в способе переработки металлоотходов, включающем выделение металлического порошка из отходов шлифования металлических изделий, его отжиг под слоем инертных частиц и факелом, отличающемся тем, что дополнительно используют дисперсные металлоотходы,-которые подвергают предварительному восстановительному отжигу в смеси с твердым углеродом под слоем инертных частиц, после чего их перемешивают с металлическим порошком, выделенным из отходов шлифования, и полученную смесь подвергают отжигу.

I

VJ 00

VI о о

Кроме.того, в качестве дисперсных металлоотходов используют отходы гальванического производства,

Кроме того, в качестве дисперсных металлоотходов используют пылевые отходы твердого сплава,

Кроме того, в качестве дисперсных металлоотходов используют отходы шлифова- ния вольфрамовых и молибденовых

1 - - , -. -/.;

прутков.

Кроме т6г6,в к 1ч ёсТйе диЬперсных ме- таллоотхЪдЬ и пбль УйТ хромсодержащйе отходы кожевенного производства.

Кроме того, в качестве дисперсных ме- таллоотходов используют легирующие элементы, выделенные из отходов шлифования путем растворения железа.

Данный способ, позволяет.в ходе переплава спеков, образующихся в ходе отжига, усваивать тяжелые металлы из дисперсных металлоотходов металлическим порошком, выделенным из отходов шлифования. Но для этого окисленные дисперсные металло- отходы необходимо подвергнуть предварительному восстановительному отжигу в смеси с твердым углеродом. Отжиг в капсу- под слоем инертного материала и факе- лом обеспечивает спекание и окончательное довосстановление дисперсных металлоотходов. Такие металлы, как хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт усваиваются металлом, выделенным из отходов шлифования, что повышает степень легирования металла и утилизации отходов, Пары цинка при этом конденсируются и задерживаются слоем инертных частич, В ходе отжига факел образуется в результате горения оксида углерода, выделяющегося в процессе восстановления металлов, изолируя их от кислорода воздуха.

Пример 1. Переработке подвергались отходы шлифования быстрорежущей стали Московского завода Фрезер и отходы шлифования вольфрамовых и молибденовых прутков.

Предварительно отходы шлифования сушились в фильтрационной сушилке,

После сушки отходы быстрорежущей стали помещались в капсулы, утрамбовывались, в их слое формировались сквозные каналы, которые в верхней части перекрывались сплошной прослойкой этих отходов, и засыпались сверху слоем электрокорунда, выделенного из отходов в ходе их магнитной сепарации. Этот слой был ограничен боковыми стенками капсулы, а снизу сплошной прослойкой отходов и при разложении масла и восстановительном отжиге выполнял роль фильтрующего дисперсь ого клапана, над которым горел факел, но горение и воздух не распространялись под этот слой. Отжиг велся при температурах 900-1050°С. Далее отходы извлекались из капсул, дробились в шаровой мельнице, подвергались магнитной сепарации,.

Отходы шлифования прутков молибдена и вольфрама после сушки усреднялись в барабанной мельнице с добавкой в них 6%

0 по весу твердого углерода (2/3 от содержания кислорода в металле). Затем эти отходы помещались в капсулы из стали Х25Н13, в них формировались каналы и отжигались в шахтной печи при температуре 10505 1100°С в течение 8 часов. После отжига отходы смешивались с порошком быстрорежущей стали марки Р6М5, выделенным из отходов шлифования, в разных пропорциях с добавкой 2 % углерода от веса

0 металлоотходов. Смесь загружали в полиэтиленовые мешки и в капсулы, после чего между стенками капсулы и мешками засыпался электрокорунд. Смесь отжигалась в течение двух часов при температуре 1050°С,

5 после чего капсулы охлаждались в течение 2 часов в бассейне с водой, и из них затем извлекались брикеты быстрорежущей ста-- ли, выделенной из отходов шлифования, до- полнительно легированной пылевыми

0 металлоотходами вольфрама и молибдена. Поскольку спекание проводилось после предварительного восстановительного отжига окисленных металлоотходов, т.е. после удаления из них газов, препятствующих уп5 лотнению спеков в ходе отжига, то получен- ные спеки отличались повышенной плотностью. Спеки-брикёты загружались в индукционную печь емкостью 160 кг и плавились, Результаты плавки были следующи0 ми. Усваиваемость вольфрама и молибдена 96%. Потери железа - 10%. Ниже в таблице приведены результаты химического и спектрального анализов слитков, полученных после переплава спеков при различном со5 держании в них вольфрам-молибденовых отходов.

При 70-80% содержании вольфрам-молибденовых отходов в спеках, имеющих при этом низкую прочность, они в процессе на0 грева даже при температуре 1700°С не расплавлялись, а уменьшались в объеме, что вызвало трудности удаления окислов алюминия, кремния и никеля в шлак,

Сталь, выплавленная из спеков-, содер5 жащих 50% стали марки Р6М5 и 50% воль- . фрам-молибденовых отходов шлифования, после нагрева до 950°С сохраняла твердость в пределах 65-66 HRC.

Пример 2. Отходы гальванического производства, взятые с Минского часового

завода, подвергались выпариванию в капсулах, В результате получался твердый остаток рыжего цвета в количестве 20% от исходного шлама (т.е. воды в нем было 80%), Этот остаток измельчался в шаровой мельнице (вернее, измельчались его комки, потому что7 сами частицы отходов имели размер значительно меньше 50 мкм). Исходный состав высушенных гальванических отходов был следующим: Zn - 0,36%; Сг - 2,78 %; Fe-18,97 %; Pb-0.16 %; Mn-0.21 %; Bl - 0,03%; Co - 0,01%; Cd - 0,01%; Ni - 0,63%; Sn - 0,03%; Си - 4,11%; Sb - 0,02%, В ходе измельчения в шлам добавлялось 20% по весу аморфного графита и затем 50% порошка стали марки 65Г, извлеченного из отходов шлифования Минского инструментального завода. Эти отходы пока отправляются на свалку с содержанием стали 90-93%. Смесь загружали в капсулы, засыпали абразивом и отжигали при температуре 1100°С в течение 8 ч. Отжиг сопровождался горением оксида углерода, И после его выгорания капсулы извлекались из печи, охлаждались, а брикеты загружались в индукционную печь, переплавлялись. В ходе плавки в качестве раскислителя вводился алюминий, чтобо довостановить окись хрома. Особенностью плавки являлся очень подвижный шлак, который после остывания представлял собой черную стекловидную массу. Полученная сталь содержала 3,2% Сг и сохраняла свои свойства при повышенных температурах, Стекловидный шлак при переплаве спеков конструкционной стали использовался для наведения лег- ко плавкого жидкого шлака. Предварительный восстановительный отжиг гальванических отходов позволил удалить из них основное количество газов, и при последующем перемешивании их со стальным порошком, выделенным из отходов шлифования, и отжиге получались более плотные спеки.

Таким образом, предложенный способ позволил утилизировать гальванические отходы и предотвратить загрязнение окружающей среды.

Пример 3. Отходы быстрорежущей стали, взятые из циклонов, подергались магнитной сепарации, и извлеченный окисленный стальной порошок смешивался с из- мельченной окалиной быстрорежущей стали в соотношении 1:1 по весу. Затем эта смесь обрабатывалась 15-20% раствором HaSO при температуре 70-90°С. В результате окись железа превращалась в растворимый гептагидрат сульфит железа, а железо после взаимодействия с кислотой образовало соединение FeSOi. Хром и его

окислы также растворялись в серной кислоте. Осадок извлекался, промывался, отстаивался. Затем он сушился, смешивался с твердым углеродом (20% по весу), загружал- 5 ся в капсулы и засыпался сверху слоем инертных частиц, и отжигался при температуре 1100°С в течение 8 часов, пока горел факел оксида углерода. После охлаждения он извлекался из капсул и содержал 46% вольф10 рама, 38% молибдена и 16% ванадия. Затем его смешивали с порошком быстрорежущей стали, извлеченным из отходов шлифования, смесь в целофановых пакетах загружали в капсулы, засыпали слоем инертных

15 частиц и отжигали при температуре 1100°С, Спеки переплавляли, добавляя в ходе плавки феррохром (при необходимости). Таким способом, в частности, перерабатывались отходы шлифования, содержащие смесь бы0 строрежущей и конструкционной сталей, что позволяло в конечном результате получить быстрорежущую сталь исходной марки.

Пример 4. Обрабатывались отходы

5 твердого сплава, образующиеся при сухой заточке режущих пластин (ВКб. ВК8), содержащие до 3,35% вольфрама. Отходы подвергались магнитной сепарации, в результате которой извлекались частицы

0 твердого сплава преимущественно размером свыше 100 мкм. Хвосты просеивались через сито с ячейками 0,2 мм. Крупная фракция абразива (карбида кремния) + 0,2 мм содержала при этом всего 0,5% вольфрама

5 и направлялась на изготовление шлифовальных кругов. Мелкая фракция - 0,2 мм, составляющая до 30% от общего количества отходов, содержала уже до 5% вольфрама. Концентрат содержал до 80% вольфрама.

0 После перемешивания концентрата и фракции - 0,2 мм содержание вольфрама в смеси достигло 9,4%. Эта смесь перемешивалась далее с быстрорежущей сталью, извлеченной из отходов шлифования, в пропорции

5 1:2, загружалась в целофановые мешки и в капсулы, засыпалась абразивом и отжигалась. Спеки содержали 7,1% вольфрама и 3,5% молибдена. В ходе отжига при 1100°С карбид кремния разлагался. При переплаве

0 углерод и кремний работали в качестве раскислителя. В конечном продукте - стали содержание вольфрама достигло 10,2% и около 5% молибдена.

В частном случае вместо порошка быс5 трорежущей стали использовался биметалл -смесь быстрорежущей и конструкционной сталей, выделенная из отходов шлифования, с содержанием вольфрама 2,2%. Аналогичным способом легируя этот порошок отходами твердого сплава в соотношении

2:1 после спекания содержание вольфрама в спеке достигло 4,6% и после переплава сталь содержала 6,4% вольфрама.

Таким образом, пылевые отходы твердого сплава целесообразно вместо их гидрометаллургической переработки использовать для выплавки быстрорежущей стали по предложенному способу, тем бо- л ее, что эти отходы часто загрязнены молибденом (быстрорежущей сталью, в состав которой входит молибден), что недопустимо по техническим условиям на эти отходы. Способ позволяет усваивать вольфрам из отходов твердого сплава, содержащих менее 3 % вольфрама, без дорогой гидрометаллургической переработки этих отходов, используя для выплавки быстрорежущих сталей.

Дополнительное использование дисперсных металлоотходов, которые подвергают предварительному восстановительному отжигу в смеси с твердым углеродом под слоем инертных частиц, после чего их перемешивают с металлическим порошком, выделенным из отходов шлифования, и отжиг полученной смеси под слоем инертных частиц обеспечивают удаление газов из дисперсных металлоотходов в ходе их восстановления и более эффективное спекание при повторном отжиге с металлическим порошком, выделенным из отходов шлифования, а после переплава спеков - усвоение легирующих элементов, содержащихся в этих дисперсных металлоотходах менее легированной сталью, выделенной из отходов шлифования - все это предотвращает загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, т.е. создает экологический эффект.

Использование в качестве дисперсных металлоотходов отходов гальванического производства обеспечивает утилизацию содержащихся в них металлов.

Использование в качестве дисперсных металлоотходов пылевых отходов твердого позволяет утилизировать их, минуя дорогую гидрометаллургическую переработку, в том числе и с содержанием вольфрама менее 3%, и получить быстрорежущие стали.

Использование в качестве дисперсных металлоотходов отходов шлифования вольфрамовых и молибденовых прутков обеспечивает выплавку быстрорежущих сталей с

усвоением вольфрама и молибдена из отходов без дальнейшей их гидромёталлургиче- ской переработки.

Использование хромсодержащих отходов производства в качестве дисперсных металлоотходов обеспечивает усвоение сталью хрома и утилизацию этих отходов,

Использование в качестве дисперсных металлоотходов легирующих элементов, выделенных из отходов шлифования путем растворения железа, обеспечивает переработку смешанных отходов различных сталей, в том числе в быстрорежущую сталь, одновременно позволяя удалить из лигатуры вредные примеси, например, свинец, предварительно промывая его раствором азотной кислоты. Формула изобретения 1. Способ переработки металлоотходов,

включающий выделение металлического порошка из отходов шлифования металлических изделий, его отжиг под слоем инертных частиц и факелом, отличающийся тем, что, с целью достижения экологического эффекта, повышения степени легрования и утилизации отходов, дополнительно используют дисперсные металлоотходы, которые подвергают предварительному восстановительному отжигу в смеси с твердым углеродом под слоем инертных частиц, после чего их перемешивают с металлическим порошком, выделенным из отходов шлифования, и полученную смесь подвергают отжигу.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве дисперсных металлоотходов используют отходы гальванического производства.

3. Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве дисперсных металлоотходов используют пылевые отходы твердого сплава.

4. Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве дисперсных металлоот- ходов используют отходы шлифования вольфрамовых и молибденовых прутков.

5. Способ поп, 1.отличающийся тем, что в качестве дисперсных металлоотходов используют хромсодержащие отходы кожевенного производства.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дисперсных металлоотходов используют легирующие элементы, выделенные из отходов шлифования путем растворения железа.

Сущность изобретения: в полученный металлический порошок дополнительно вводят путем перемешивания дисперсные металлоотходы, содержащие легирующие элементы. Кроме того,, перед вводом в металлический порошок метэллоотходы сушат, усредняют с одновременным смешиванием с твердым углеродом и отжигают под слоем инертных частиц. В качестве металлоотходов вводят отходы гальванического производства или пылевые отходы твердого сплава, или отходы шлифования вольфрамовых и молибденовых прутков, или хромсодержащие отходы кожевенного производства, или легирующие элементы, выделенные из отходов шлифования путем растворения железа. 1 табл., 5 з.п.ф-лы.