Способ переработки лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы Советский патент 1993 года по МПК C22B7/00 

альных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, 12-20; мелкофракционные отходы металлического хрома 8-11; лом и отходы конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, - остальное. 2 з. п. ф-лы, 5 табл.

Изобретение может быть использовано в области металлургии, в частности при переработке лома и отходов. Сущность: лом и отходы сплавов, содержащих цветные и черные металлы, разделяют на три группы: первую, состоящую из лома и отходов сплавов, содержащих редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды;вторую, содержащую лом и отходы коррозионно- стойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов - ниобия,тантала, циркония, гафния и лантанидов; третью, содержащую лом и отходы конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов - ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, Лом и отходы сплавов второй и третьей групп смешивают с мелкофракционными отходами металлического хрома и пакетируют. Лом и отходы сплавов первой группы усредняют до получения в перерабатываемых сплавах концентрации хрома не более 20%. После усреднения лом и отходы сплавов первой группы шихтуют с материалами, содержащими оксиды хрома, щелочных и щелочноземельных металлов и сульфаты при соотношении: материалы, содержащие оксиды хрома: материалы, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: материалы, содержащие сульфаты, (0,86- 9,99):(0,47-4,72):1. После шихтования перед загрузкой в печь шихту спекают при температуре 570-760°С, продувку расплава проводят смесью материалов, содержащих оксиды хрома и щелочных металлов, в потоке газа-носителя. После продувки и скачи- вания шлака на расплав, содержащий металлы семейства железа и меди, дают хромистый шлак, содержащий оксиды металлов и углеродсодержащие материалы, а затем пакеты, полученные из лома и отходов сплавов второй и третьей групп и мелкофракционных отходов металлического хрома, при этом хромистый шлак дают в количестве 3-6%, а углеродсодержащие материалы 0,2-0,4% от массы загружаемых пакетов, расплав нагревают до 1600-1650°С и после скачивания шлака разливают на хро- моникелевые шихтовые слитки. Соотношение в смеси при продувке материалов, содержащих оксиды хрома, и щелочных металлов равно (1,5-2). Производство хромо- никелевых шихтовых слитков осуществляют при следующем соотношении компонентов, мае. %: лом и отходы сплавов, содержащих редкие металлы: ниобий, тантал, цирконий, гафний и лантаниды, 16-26; лом и отходы коррозионностойких. жаростойких и специсо с N ю о ю го 4

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам переработки лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, и может быть использовано на предприятиях Вторчерме- та, металлургических заводах и комбинатах.

Цель изобретения - упрощение, снижение стоимости переработки лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, повышение степени извлечения ле- гирующих компонентов.

Способ осуществляют следующим образом.

Лом и отходы сплавов, содержащих цветные и черные металлы, разделяют на три группы: первую, состоящую из лома и отходов сплавов, содержащих редкие.металлы: ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды; вторую, содержащую лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, и третью, содержащую лом и отходы конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов..

Лом и отходы сплавов второй и третьей группы смешивают с мелкофракционными отходами металлического хрома, при этом при переработке устанавливают между ком- понентами металлошихты следующее соотношение, %: лом и отходы сплавов первой группы 16-26; лом и отходы сплавов второй группы 12-20; мелкофракционные отходы металлического хрома 8-11; лом и отходы третьей группы - остальное и пакетируют под давлениями от 83 до 200 кг/см2.

Лом и отходы сплавов первой группы усредняют до получения в перерабатываемых сплавах концентрации хрома не более 20%. После усреднения лом и отходы сплавов первой группы шихтуют с материалами, содержащими оксиды хрома, щелочных и щелочноземельных металлов и сульфаты при соотношении: материалы, содержащие оксиды хрома: материалы, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: материалы, содержащие сульфаты (0,86-9,99):(0,47-4,72):1.

После шихтования перед загрузкой в печь шихту спекают при температуре 570- 760°С. Спеченную шихту загружают в печь и нагревают до получения расплава, содержащего металлы семейства железа и меди. Первичный шлак скачивают. После скачива- ния первичного шлака расплав продувают смесью материалов, содержащих оксиды хрома и щелочных металлов при соотношении (1,5-2) :1 в потоке газа-носителя под давлением 6-10 атмосфер из флюсопитате- ля. После каждой продувки шлак скачивают.

На расплав, содержащий металлы семейства железа и меди, дают хромистый шлак, содержащий оксиды металлов и угле- родсодержащие материалы, а затем пакеты, полученные из лома и отходов сплавов второй и третьей группы и мелкофракционные отходы металлического хрома, при этом хромистый шлак дают в количестве 3-6%, а углеродсодержащие материалы - 0,2-0,4% от массы загружаемых пакетов. Расплав нагревают до 1630-1650°С. Расплав после скачивания шлака разливают на хромонике- левые шихтовые слитки.

П р и м е р 1. Стружку сплавов, содержащую редкие металлы:.ниобий, тантал, цирконий, гафний и лантаниды, усредняли до получения в перерабатываемых сплавах концентрации хрома не более 20%. Эту стружку в количестве 480 кг смешивали с материалами, содержащими оксиды хрома, оксиды щелочных и щелочнрземельных металлов (кальцинированная сода и свежеобожженная известь) и сульфаты (сульфат натрия и кальция) при соотношении: материалы, содержащие оксид хрома: материалы, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: сульфаты 9,99:4,72:1. Расход материалов 48 кг. Смесь спекали при температурах 570-760°С в течение 1 ч. Спек загрузили в электродуговую печь ДСПЗИЗ и расплавили. Первичный шлак скачали. Расплав продули материала- ми, содержащими оксид хрома, и материалами, содержащими оксиды щелочных металлов (кальцинированная сода) при соотношении 1,5:1 из флюсопитателя в потоке кислорода под давлением 10 кг/см2 через стальную цельнотянутую трубку диаметром 3/4 дюйма. Расход материалов на продувку 24 кг, кислорода 2,4 кг, стальных труб 2 кг. Шлак, содержащий редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний и лантаниды, скачали, на расплав дали хромистый шлак, содержащий оксиды щелочноземельных металлов, в количестве 90 кг, свежеобожженную известь в количестве 50 кг, выбывшую из строя ошлакованную магнезитовую футе- ровку в количестве 10 кг и бой графитовых электродов - 5 кг.

Лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированные хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов - ниобия, тантала, циркония, гафния и лантани- дрв, в количестве 600 кг, с мелкофракционными отходами металличе- скрго хрома в количестве 330 кг с ломом и отходами конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов - ниобия, тан- тала, циркония, гафния и лантанидов, в количестве 1590 кг. Полученную смесь пакетировали на гидравлических пакетир- прессах малой и средней мощности под удельными давлениями 83 кг/см2 и 200 кг/см . Полученные пакеты загрузили в электродуговую печь ДСПЗИЗ. Шихту расплавили и нагрели до 1630°С. Шлак скачали. Металл слили в ковш, разлили в изложницы. Масса полученных шихтовых слитков 2,8 т. Результаты проведенных исследований представлены в табл. 1.

Полученные шихтовые слитки .из некондиционных лома и отходов сплавов, содер- жащих цветные и черные металлы, соответствуют группе Б 55 (ГОСТ 2787-75). Концентрация редких металлов - ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов в шлаке до 11%,

Результаты сравнения прототипа и предложенного способа представлены в табл. 2.

П р и м е. р 2. В индукционной электропечи с графитовым нагревающим элементом и экраном из оксида алюминия при температуре получения расплава 1550°С перерабатывали отходы сплава, содержащего цветные и черные металлы, следующего химического состава, %: хром 18,0: никель 55,5; молибден 8,7; сумма редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов 1,61; кремний 0,23; алюминий - 0,78; железо и примеси - остальное, в присутствии материалов, содержащих сульфаты натрия и кальция и гидрооксида хрома, извести и кальцинированной соды. Соотношение компонентов рафинирующей смеси указано в табл. 3. При этом расход материалов, содержащих сульфаты и оксиды вышеуказанных металлов, указан после получения одинаковых остаточных концентраций суммы редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов.

Оптимальными соотношениями материалов для удаления редких металлов - ниобия, тантала, гафния, циркония и лантанидов из лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, являются: материалы, содержащие оксиды хрома: материалы, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: сульфаты (0,86-9,99) : (0.47-4,72): 1. При этом в сплавах после удаления редких металлов- ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов, концентрация хрома возрастает и приближается к 20%, т. е. в усредненных ломе и отходах сплавов, содержащих цветные и черные металлы, в том числе редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды, концентрация хрома должна быть не более 20%.

П ри м е рЗ. Влияние соотношения лома и отходов сплавов, содержащих редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды. лома и отходов коррозионно- стойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов- ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов, мелкофракционных отходов металлического хрома и лома и отходов конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов - ниобия,тантала, циркония, гафния, лантанидов, на качество шихтовых слитков коррозионностойких сталей показано втабл. 4. Для этого перед шихтованием

лом и отходы сплавов, содержащих редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды, усредняли до получения в перерабатываемых сплавах концентрации хрома не более 20% (сплав 1, химический состав, %: хром 17,50; никель 42,50; молибден 6,25; вольфрам 0,20; медь 0,02; фосфор 0,015; сумма концентраций редких металлов - ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов 2,05). Усредненные лом и отходы, содержащие редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды, шихтовали с материалами, содержащими оксиды хрома, щелочных и щелочноземельных металлов и сульфаты при соотношениях: материалы, содержащие оксиды хрома: материалы, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: материалы, содержащие сульфаты, 9,99:4,72:1. После шихтования шихту спекали при температуре от 570 до 760°С, Полученный спек загружали в алундовый тигель, который помещали в индукционную электропечь с графитовым нагревающим элементом и экраном из оксида алюминия, шихтовых материалов получался расплав и шлак. Первичный шлак скачивали. Расплав продували смесью материалов, содержащих оксиды хрома и щелочных металлов при соотношении: материалы, содержащие оксиды хрома и материалы, содержащие оксиды щелочных металлов, 1,5:1, в потоке газа-носителя из флюсопитателя. После каждой продувки с расплава скачивали шлак. Расход материалов, содержащих оксиды хрома, щелочных и щелочноземельных металлов и сульфатов, и кислорода 15,5% от массы лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, в том числе редкие металлы: ниобий,. тантал, цирконий, гафний, лантаниды.

На расплав, содержащий металлы семейства железа и меди, давали хромистый шлак, содержащий оксиды щелочноземельных металлов, в количестве 3% и углеродсо- держащие материалы в количестве 0,2% от массы загружаемых пакетов.

Лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов (сплав 2, химический состав, %: хром 8,79; никель 23,68; молибден 3,76; вольфрам 0,50; медь 0,58; фосфор 0,014; сумма редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов 0,04, смешивали с мелкофракционными отходами металлического хрома, в котором хрома 99,11 % и с ломом и отходами конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов (сплав

3, химический состав %: хром 2,77; никель 1,58; молибден 0,55; вольфрам 0,09; медь 0,35; фосфор 0,046; сумма редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов 0,01). Смесь пакетировали поддавле0 ниями 200 кг/см2 на лабораторном прессе ПМП-500. При этом при переработке устанавливали между сплавами 1 и 2, металлическим хромом и сплавом 3 соотношения, указанные в табл. 4.

5 Полученные пакеты давали на расплав, покрытый шлаком. Пакеты расплавляли и нагревали расплав до 1650°С. Шлак скачивали, металл разливали на хромоникелевые шихтовые слитки, от которых отбирали про0 бы на химический анализ. Химический состав полученных шихтовых слитков приведен в табл. 4.

При соотношениях лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные метал5 лы, указанные в формуле изобретения, получаются шихтовые слитки коррозионно- стойких сталей, соответствующих группе Б 55 (ГОСТ 2787-75) по концентрациям легирующих компонентов и вредных примесей.

0 П р и м е р 4. Стружка и мелкофракционные отходы сплава 2, мелкофракционных отходов металлического хрома и сплава 3, указанных в примере 3, смешивали друг с другом при соотношении 16:10:53, после че5 го часть из них пакетировали под давлениями, указанными в табл. 5. Расплав металлов семейства железа и меди получали в соответствии с примером 3.

На полученный расплав давали хроми0 стый шлак, содержащий оксиды щелочноземельных металлов, в количестве 3% и углеродсодержащие материалы в количестве 0,2% от массы загружаемых пакетов. На расплав, покрытый шлаком давали получен5 ные смеси вышеуказанных сплавов. Шихту расплавляли, нагревали до 1650°С, после чего скачивали шлак, а полученный металл разливали на шихтовые слитки. Результаты проведенных исследований представлены в

0 табл.5.

Как видно из табл. 5, за счет пакетирования стружки и мелкофракционных отходов сплавов повышается извлечениехрома в шихтовые слитки коррозионностойких сталей.

5 Формула изобретения

получения расплава, содержащего металлы семейства железа и меди, скачивание первичного шлака, продувку расплава после скачивания первичного шлака, скачивание полученного после продувки шлака, последующую переработку расплава на шихтовые слитки, отличающийся тем, что, с целью упрощения, снижения стоимости их переработки на товарные продукты, повышения степени извлечения легирующих компонентов, лом и отходы сплавов, содержащих цветные и черные металлы, разделяют на три группы: первую, состоящую из лома и отходов сплавов, содержащих редкие металлы: ниобий, тантад, цирконий, гафний, лантаниды; вторую, содержащую лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантани- дов, и третью, содержащую лом и отходы конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов: лом и отходы сплавов второй и третьей группы смешивают с мелкофракционными отходами металлического хрома и пакетируют, лом и отходы сплавов первой группы усредняют до получения в перерабатываемых сплавах концентрации хрома не более 20%, после усреднения лом и отходы сплавов первой группы шихтуют с материалами, содержащими оксиды хрома, щелочных и щелочноземельных металлов и сульфаты при соотношении: материалы, содержащие оксиды хрома: материалы, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: материалы, содержащие сульфаты, (0,86-9,99):(0,47-4,72):1, после шихтова- ния перед загрузкой в печь шихту спекают

при температуре 570-760°С, продувку расплава проводят смесью материалов, содержащих оксиды хрома и щелочных металлов в потоке газа-носителя, после продувки и

скачивания шлака на расплав, содержащий металлы семейства железа и меди, дают хромистый шлак, содержащий оксиды металлов и углеродсодержащие материалы, а затем пакеты, полученные из лома и отходов

сплавов второй и третьей группы и мелкофракционных отходов металлического хрома, при этом хромистый шлак дают в количестве 3-6%, а углеродсодержащие материалы - в количестве 0,2-0,4% от массы

загружаемых пакетов, расплав нагревают до 1600-1650°С и после скачивания шлака разливают на хромоникелевые шихтовые слитки.

шихтовых слитков осуществляют при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Лом и отходы сплавов, содержащих редкие металлы: ниобий, тантал, цирконий, гафний илантаниды16-26

Лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и спла- BOB на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов,12-20 Мелкофракционные отходы металлического хрома 8-11 Лом и отходы конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов,Остальное.

Баланс легирующих компонентов

Показатель

Исходная металлошихта:

Сумма редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов

. Лом и отходы коррозионностойких, жаостойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных с хроом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: иобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов, т

От массы металлошихты, % Химический состав, % : Хром Никель Молибден Вольфрам Медь Фосфор

Сумма редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов

Хром

Таблица 1

Количество

0,480

16

17,50

42,50

6,25

0,20

0,02

0,015

2,05

0,600

20

9,28

18,48

2,03

0,19

0,06

0,036

0,04

0,330

11

99,11

. Лом и отходы конструкционных и инструентальных сталей, легированных хромом и го сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов, т От массы металлошихты, % Химический состав, % : Хром Никель Молибден Вольфрам Медь Фосфор Сумма редких металлов: ниобия, тантала,

циркония, гафния, лантанидов Получено:

хромоникелевые шихтовые слитки, т Химический состав, % : Хром Никель Молибден Вольфрам Медь Фосфор Сумма редких металлов: ниобия, тантала,

циркония,гафния,лантанидов Извлечение в хромоникелевые шихтовые

слитки, % : Хром Никель Молибден.

Продолжение таблицы 1

I,590 53

2,1

0,29

0,55

0,05

0,07

0,043

0,01

2,800

17,70

II,40 1,80- 0,10 0,055 0,031

0,04

99,1

99,9

99,0

15

Сравнение показателей переработки лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, по прототипу и предлагаемому способу

Показатель

Расход материалов, содержащих сульфаты, оксиды хрома, щелочных и щелочноземельных металлов и

кислорода,кг/т

Переход при этом в шлак компонентов. % : хрома молибдена

Гидрометаллургическая операция ля извлечения из шлака молибдена

Операция повторного восстановления хрома и молибдена из оксидов

в товарную продукцию Извлечение в товарную продукцию, % : хрома никеля молибдена

Стоимость переработки, руб/т, то- Варной продукции

1799924

16 Таблица 2

Количество

Прототип

Предлагаемый способ

398,45

155,00

Более 90 Более 90

Отсутствует Отсутствует

Отсутствует Отсутствует

99,1

99,9

99,0

27,60

17

Влияние соотношения гидрооксида хрома, кальцинированной соды и извести и сульфатов натрия и кальция на показатели переработки 200 г отходов сплава, содержащего цветные

и черные металлы

Без сульфата натрия.

1799924

18 Таблица 3

Таблица 4 Влияние соотношения сплавов на качество шихтовых слитков коррозионностойких сталей

Таблица 5

Влияние давления прессования при получении пакетов на извлечение хрома в шихтовые

слитки коррозионностойких сталей

Давление прессования, кг/см

О

83 140 200 220

Извлечение хрома. 90,1

95,6

99,1

99.6