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inconel718厂家为你介绍硬质合金刀具回收利用技术

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inconel718厂家为你介绍硬质合金刀具回收利用技术

发布日期:2019-07-10作者:点击:

硬质合金刀具被称为现代工业的“牙齿”,广泛用于切削工具、地质矿山工具、金属成型工具及要求耐磨、耐腐蚀的零部件等,随着经济的发展,硬质合金刀具的产量逐年增加,同时废硬质合金刀具的量也不断增长,硬质合金刀具主要由钴、钨组成。我国钴资源短缺,每年需大量进口,钨资源虽较丰富,但随着近年来的产量大增,储藏量和可采量日益减少。因此,回收废硬质合金刀具对合理利用和保护现有资源,提高资源的利用率有着十分重要的意义。
 
   回收工艺
 
   1.酸浸法。硬质合金刀具中钴是中等活泼的金属,Co=Co2+-2e,E0=-0.277(v)。所谓酸浸,就是利用酸与合金中钴发生反应,使钴以离子形式进入溶液,而合金中的钨不发生作用,反应后以骨架或自行炸裂鳞片的形式发生,从而达到分离目的。
 
   目前常用的酸为硝酸、硫酸(浓)、磷酸。硝酸和硫酸回收处理,其反应如下:
 
   3Co+8HNO3=3Co(NO3)2+2NO↑+4H2O
Co+H2SO4(浓)=CoSO4+SO2↑+2H2O硝酸、硫酸回收处理工艺较简单,成本低廉,但反应过程中放出NO、SO2气体对环境有的危害,且设备需要防腐处理,操作要特别注意。
 
   磷酸的酸性较弱,具有强络合性,反应时,磷酸根离子与钴离子形成稳定的可溶性配位离子,从而促使废合金中的钴进入溶液。从反应机理上看,磷酸浸出相比硝酸、硫酸有优势,既不污染环境,又可降低设备的腐蚀,目前该法进一步改进,通过控制磷酸浓度来控制Co的回收率(见表1)。
 
  添加H2O2,采用振荡法操作,浸出效果进一步(见表2)。
 
  由表1、表2看出,10g废合金在50ml、1mol/l的H3PO4浸出液中,添加4ml~6mlH2O2,震荡18h~35h,钴的浸出率可达99%,磷酸浸出回收废合金方法应用前景较为看好。
 
   2.熔炼法。
 
   (1)硝石熔炼法与硫酸钠熔炼法。将废硬质合金刀具与硝石或硫酸钠置于900℃~1200℃下熔炼,生成可溶性的钨酸钠,待熔炼块冷却后破碎,再用90℃的热去离子水浸取,分别得到钨酸钠溶液与钴渣。其主要化学反应为:
 
  WC+2NaNO3+1.5O2=Na2WO4+CO↑+2NO2↑
主要指标为:硝石用量1.5t/t合金,温度900℃~1200℃,由合金至APT回收率约为94%。
该法处理能力大,适应范围广,但收率低、成本高、污染严重。
 
  (2)锌溶法。该法利用锌与钴在900℃左右生成Zn-Co合金(896℃时Co在Zn中的溶解度可达27%),破坏硬质合金刀具中起粘结金属作用的Co与WC或WC-TiC固溶体的冶金结合。当温度超过925℃时,锌又蒸发成锌蒸汽,使锌与钴分离(此时钴几乎不挥发)。即通过加入锌使WC-Co或WC-TiC-Co合金熔散及蒸发,使YG或YT合金变成海绵状的物料,用球磨机将此物料粉碎成粉状,再经改配成分和湿磨制成所需的混合料及硬质合金刀具。 
 
  表3为真空熔散与脱锌试验结果,由表3看出,在锌/合金比为2,熔散温度850℃,恒温10h~12h,真空度0~1.33KPa的情况下,可将WC-Co合金片熔散。
 
  锌溶法应用较广,工艺成熟,流程短,钨回收率达95%,但也存在着回收过程有锌污染,能耗高,设备复杂等问题。
 
  3.高温处理法。该法在远高于硬质合金刀具的烧结温度(大于1800℃),并在有惰性气体的保护下,使硬质合金刀具膨胀,其中的金属钴液化沸腾,破坏合金中钴的粘结作用,使合金体积增大且疏松多孔,再经破碎和研磨而得同成分的混合料。
 
  此方法工艺流程短,设备较少,物料不易脏化,对环境,回收率较高。不足之处是能耗高,由于高温处理钴有少量蒸发损失,且回收率不宜用作细晶碳化物合金。目前仍有瑞典和日本一些厂家运用此法回收合金。
 
  4.机械破碎法。该法是一种较为简便的回收方法,它不改变硬质合金刀具废料的化学组成,也无需对钨和钴进行分离,只需对硬质合金刀具废料作表面清洁处理后,进行机械破碎和球磨便可得到硬质合金刀具混合料。
 
  此法表面看似简单,但在实际操作中仍存在一些较大问题。一是硬质合金刀具废料不易破碎,因此,需要强有力的破碎和磨料设备;二是在破碎球磨过程中物料的氧化带来混合料的变化,难以回收制造出高质量的合金。目前此法比较成功的是“冷流法”,就是利用空气从喷嘴中喷出,因膨胀冷却来防止物料的氧化,但设备投资较大。
 
  5.电化学法。电化学法主要包括电解法以及由电解法发展而成的电解电析法和电渗析电溶法。
 
  电解法是将废硬质合金刀具直接放进以酸(盐酸、硫酸、硝酸均可)为电解质的电解槽中,通电电解,电解过程中合金中的Co变成Co2+进入溶液,失去粘结金属钴的WC变成疏松的合金,含钴的溶液经草酸氨沉淀,煅烧还原后制得钴粉,WC经球磨破碎适当处理后可直接用于硬质合金刀具的生产。
 
  电解电析法是在电解过程中随着Co2+
浓度升高,氢离子的减少,阴极在析出氢气的同时,也析出金属钴,电溶系统就成为了以废合金为阳极,CoCl2为电解质,在阴极上析出纯钴的电解精炼过程。
 
  电渗析电溶法是在电解过程中加入阳离子交换膜,将电解槽分成阳极区和阴极区,阳离子交换膜具有选择透过性,即只允许溶液中阳离子透过(穿过),而不允许阴离子透过,这样电溶后的Co2+透过阳膜进入阴极室,而阴极室中OH-由于阳膜阻碍而聚集PH值升高,因而在阴极区得到Co(OH)2沉淀,电解电析法和电渗析电溶法与电解法相比,都缩短钴回收的工艺流程,提高了钴的加收率。
 
  电解过程重要的技术经济指标为电流效率和比电耗,工艺条件为:[H+]=0.3M,阳极电流密度400A/m2,温度60℃~80℃,槽电压1.5V~2V。在此条件下,电流效率可达80%以上,处理每吨废合金的电耗量仅300Kw·h~400Kw·h,WC的回收率95%~96%,Co的回收率92%~95%。表4为不同WC粉制取YG10合金的物理机械性能。
 
  由表4可以看出,由于电解过程自身较好的净化除杂作用,所制得合金产品性能均达到或优于常规生产的合金。
 
  电化学方法回收废硬质合金刀具工艺简单,回收成本低,能源消耗较少,无环境问题,是比较理想的回收方法。不足之处是由于电解槽不宜过大,所以产量较小,且只适用于处理钴含量大于8%的废料。
 
  研究方向
 
  废硬质合金刀具回收有多种工艺方法,虽各有利弊,亦不乏轻重主次之分,总的来说,目前回收技术的研究方向有以下几个方面。
 
  1.高温处理与机械破碎相结合。破碎废合金前,对合金进行高温处理,可使合金变得疏松、多孔,大块废合金的破碎效果。实践证明,两种方法相结合,能达到很好的回收效果。
 
  2.破碎设备的强化改进。机械破碎法是一种简便的回收法,但由于硬质合金刀具的硬度很高,因此,破碎的设备。目前国外在此方面研究较多,已推出了一些专利设备,强化破碎设备,将使机械破碎法在废合金回收中占有地位。
 
  3.物理处理与化学冶金相结合。目前化学法回收合金的效果较好,回收的产品质量较高,但其对废料成分有严格要求,一旦废料成分不符合要求,则回收效果大打折扣,甚至不能进行。若将物理处理结合到化学法中,便可使化学法回收的范围进一步扩大,创造出流程短,能耗低,污染少的工艺,这是当前研究的主要动向。

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