Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Рециклинг металлов и сплавов. Лабораторный практикум
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К а ф е д р а «Литейные и высокоэффективные технологии»
К.В. НИКИТИН
РЕЦИКЛИНГ МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВОВ
Лабораторный практикум
Самара
Самарский государственный технический университет
2021
Печатается по решению методического совета ФММТ СамГТУ (протокол
№ 2 от 06.10.2020 г.).
УДК 669(076.5)
ББК 34.639я73
Н 62
Никитин К.В.
Рециклинг металлов и сплавов: лаборат. практикум / К.В. Никитин. –
Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2021. – 64 с.
Представлены лабораторные работы, связанные с тематикой проблем экономии материальных ресурсов. Рассмотрены важные для Самарской области
вторичные материальные ресурсы: алюминиевые шлаки и отходы металлообработки. На примере различных металлоотходов студенты ознакомятся с различными вариантами рециклинга, приобретут навыки самостоятельного проведения экспериментов и анализа полученных результатов.
Предназначен для студентов очного и заочного обучения, обучающихся по
направлениям 15.03.01 «Машиностроение» (профиль подготовки «Машины
и технология литейного производства»), 22.03.02 «Металлургия» (профили подготовки «Литейное производство черных и цветных металлов», «Металловедение
и термическая обработка металлов» и «Порошковая металлургия»), а также может
быть использован при магистерской подготовке по указанным направлениям.
Ре ц е н з е н т : канд. техн. наук, доцент Ю.В. Титова
УДК 669(076.5)
ББК 34.639я73
Н 62
© К.В. Никитин, 2021
© Самарский государственный
технический университет, 2021
ВВЕДЕНИЕ
Решение вопросов, связанных с переработкой (рециклингом) отходов на основе металлов и сплавов, является актуальной научнотехнической задачей.
Металлы и сплавы на их основе, в отличие от других материалов,
частично сохраняют (наследуют) свои структуру и свойства в течение
многих лет при эксплуатации узлов и изделий, а также в процессе
многократных переделов. Рециклинг металлических ломов и отходов
снижает вредное влияние на окружающую среду и позволяет экономить первичные металлы.
Известно, что объемы образующихся отходов напрямую зависят
от объемов изготовления и потребления металлургических и литейных полуфабрикатов (изделий). Сложившаяся система металлооборота подразумевает под собой генезис различных металлических материалов (кругооборот металла). Однако несмотря на имеющийся многолетний практический опыт в рециклировании металлических ломов
и отходов многие вопросы их качественной переработки не находят
до настоящего времени ещё должного отражения в исследовательских работах. Например, практически не учитывается структурное
состояние ломов, которое передает (транслирует) наследственную
информацию от предшествующего передела через жидкую фазу (переплав) до литого изделия. Рециклируемые цветные и чёрные отходы
в системе металлооборота имеют различное происхождение: литое,
термически обработанное, деформированное состояния и многие варианты комбинированных обработок. В результате этих технологических обработок все рециклируемые металлы характеризуются определенным структурным состоянием (структурной наследственностью), которое может оказывать существенное влияние на качество
литой продукции (чушковые сплавы, слитки, отливки и т.д.), получаемой из вторичных материалов.
Возрастающий дефицит первичных металлов и обеспечение конкурентоспособности за счет снижения себестоимости литых изделий
3
делают актуальными исследования, направленные на технологии качественной переработки и увеличения доли металлических отходов
в составах шихты.
Широкое применение ломов на отечественных металлургических
предприятиях, а также литой продукции, получаемой из вторичных
сплавов в литейных цехах, сдерживается по следующим основным
причинам:
– во-первых, из-за отсутствия комплексных технологий их переработки и дальнейшего вовлечения в производство;
– во-вторых, из-за нежелания рециклинговых предприятий делать
инвестиции в оборудование и технологии для более глубоких переделов
(переплав; производство качественных лигатур, сплавов и специальных
добавок с регламентированными структурой и свойствами и т.д.).
Повышение качества литой продукции является важнейшей задачей
металлургических и литейных производств. На современном этапе для
отечественного производства литых изделий машиностроительного
(особенно автомобилестроительного) назначения актуальными взаимосвязанными направлениями являются снижение массы отливок и
увеличение доли отливок из легких сплавов на основе алюминия и магния. В настоящее время исследован комплекс химических и физических
методов воздействия на шихтовые металлы и сплавы в системе
«твердое – жидкое – твердое». Отдельные технологии находят применение в производстве литой продукции ответственного назначения из
первичных металлов и сплавов. Однако во «вторичной» металлургии
данные технологии используются очень редко.
В данном лабораторном практикуме представлены лабораторные
работы, направленные на исследования по рациональному использованию различных видов ломов и отходов сплавов на основе алюминия. Это направление наиболее актуально для предприятий Самарской области.
4
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторные работы должны выполняться бригадами студентов
из 3–5 человек. В целях экономии времени УВП кафедры должны
быть выполнены подготовительные работы (разогрев плавильных печей, подготовка шихтовых материалов и др.).
В зависимости от возможностей лаборатории и числа бригад работы можно выполнять параллельно или последовательно. Предпочтительнее параллельное выполнение работ, так как это позволит выполнить больший объем исследований.
На первом лабораторном занятии преподаватель знакомит студентов с задачами лабораторного практикума, требованиями, предъявляемыми к отчетам, правилами внутреннего распорядка Центра литейных технологий.
Перед каждой лабораторной работой преподаватель знакомит
студентов с правилами техники безопасности, что фиксируется в специальном журнале. После проведения инструктажа преподаватель
проводит вводную беседу по теме лабораторной работы.
Приступая к выполнению работы, студенты должны изучить порядок ее выполнения, основное оборудование и материалы.
В начале каждого занятия студенты должны сдать отчет
по предыдущей работе и получить допуск к выполнению новой
работы.
По окончании каждой работы студенты обязаны навести по-
рядок на своих рабочих местах.
5
Лабораторная работа № 1
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛООТХОДОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Рециклинг – это любой способ утилизации, в результате которого
материалы отходов подвергают переработке, делающей изделия, материалы или вещества пригодными для их повторного использования.
Стоимость металла непрерывно повышается. В связи с этим перед предприятиями встает проблема максимального использования
любых металлоотходов.
В настоящее время переработка и рециклирование отходов черных и цветных металлов характеризуются достаточно высоким уровнем использования – свыше 88 % в общей доле промышленных отходов [1]. Это обусловлено в первую очередь тем, что металлы и сплавы
сохраняют (наследуют) структуру, физические свойства и частично
химический состав в сложной взаимосвязанной системе металлооборота в процессах металлургии и литейного производства, машиностроения. Данный «кругооборот» получил название «генезис шихтовых металлов» (рис. 1) [2]. Из представленной схемы видно, что рециклируемые металлоотходы могут иметь различное происхождение
(из железоуглеродистых, алюминиевых, медных и прочих сплавов) и
вид (литые, деформированные, собственного производства, прошедшие цикл эксплуатации и т.д.).
В связи с этим на стадии подготовки металлоотходов к рециклированию очень важно провести их классификацию, разделение по
маркам, сортам и видам. Основным регламентирующим документом,
классифицирующим отходы на основе цветных металлов, является
ГОСТ 1639-2009 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» [3]. На
основании данного ГОСТа лом и отходы цветных металлов и сплавов
подразделяют по наименованиям металлов в алфавитном порядке
(алюминий, вольфрам и т.д.); по виду металлолома; по внешним характеристикам; по показателям качества.
6
В ГОСТе 1639-2009 используется ряд специфических терминов
Рис. 1. Генезис шихтовых металлов
и определений для характеристики ломов и отходов по природе происхождения и состоянию:
– металлолом (вторичное сырье, скрап), к которому относят отходы производства (новый скрап) продукции из цветных металлов
и сплавов, а также неисправимый брак, возникающий в процессе
производства; лом (старый скрап) изделий из цветных металлов
и сплавов, пришедшие в негодность или утратившие эксплуатационную ценность;
– металлолом для прямого переплава, к которому относят металлический продукт (полуфабрикат, изделие) с уровнем примесей, не
мешающим использовать его для прямого переплава с предшествующей механической обработкой (например, пакетирование, измельчение) или без нее;
– вырубки, к которым относят отходы, образующиеся при отделении заготовки или детали из листовой заготовки или профильного
материала;
– дроссы (съемы), образующиеся при плавке и рафинировании,
всплывающие на поверхность расплава твердые соединения цветных
металлов, которые удаляются механическим способом;
7
– шлак металлургический, к которому относят расплавленное или
твердое вещество переменного состава, покрывающее поверхность
жидкого продукта при металлургическом процессе и т.д.;
– шлам в виде мелкодисперсного осадка нерастворимых примесей,
образующихся при отстаивании и фильтровании растворов цветных
металлов и в других технологических процессах цветной металлургии;
– металлолом смешанный, к нему относят смешанный по видам
металлолом, который не отвечает техническим требованиям настоящего стандарта.
В зарубежных аналогах литейных сплавов системы Al-Si содержание некоторых примесных элементов выше по сравнению с российскими сплавами. Наиболее характерными примесями для вторичных алюминиевых сплавов являются железо и цинк.
Это свидетельствует о том, что в зарубежных странах доля использования рециклируемых алюминиевых отходов при производстве
сплавов намного выше, чем в России. Так, количество потребляемого
вторичного алюминия в общем потреблении алюминия в развитых
странах превышает 30 % (США – 34,8 %; Германия – 35,1 %; Япония
– 34,8 %), в России – 10,6 %.
Цель работы – по представленным видам металлических отхо-
дов определить их происхождение и вид.
Работа рассчитана на 4 часов.
Оборудование и материалы: вихретоковый структуроскоп
ВЭ-26НП; магнит; образцы различных видов металлоотходов.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
При выполнении лабораторной работы необходимо ознакомиться
и пользоваться соответствующими разделами специальной литературы и материалами лекций.
1. Ознакомиться со структурой ГОСТ 1639-2009 «Лом и отходы
цветных металлов и сплавов». Установить основные принципы,
8
по которым происходит классификация металлоотходов на основе
№
п/п
Цвет
Внешний вид
Способ
получения
изделия
Магнит-
ные
свойства
Электропро-
водность,
МСм/м
Вероят-
ный
металл-
основа
1*
Серебри-
сто-белый
Сложная
геометрическая
форма,
видимые следы
мех. обработки
Литье
–
20,3–27,6
Al
2*
Оттенок
темно-
красного
Трубка
постоянного
сечения
Деформа-
ция
–
58,2–61,3
Cu
…
алюминия (Приложение).
2. Рассмотреть кусковые отходы и рассортировать их по внешнему
виду (цвет, форма). Разделить отходы литого происхождения от деформированных. С помощью магнита определить отходы на основе железа.
3. Используя вихретоковый структуроскоп ВЭ-26НП, опреде-
лить электропроводность каждого вида кускового отхода. Отделить
отходы с сильно различающейся электропроводностью.
4. Рассмотреть отходы в виде стружки и выполнить сортировку
по цвету (белая, светло-серая, оттенки красного, черная и т.д.)
и внешнему виду (вьюнообразная, сыпучая). С помощью магнита определить стружку на основе железа.
5. Результаты исследований занести в таблицы.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Цель работы.
2. Основные сведения о происхождении металлоотходов.
3. Таблица с характеристикой кусковых отходов (табл. 1).
4. Таблица с характеристиками стружки (табл. 2).
5. Выводы.
Таблица 1*
Характеристика кусковых металлоотходов
*Показано в качестве примера заполнения
9
Характеристика стружки
№
п/п
Цвет
Внешний вид
Магнитные
свойства
Вероятный
металл-
основа
1*
Черный, с цветами
побежалости
Вьюнообразная,
длинная
+
Fe
2*
Светло-серая
Сыпучая, чешуйчатая
–
Al …
*Показано в качестве примера заполнения
Контрольные вопросы
1. Дайте определение рециклинга металлов и сплавов.
2. Обоснуйте актуальность рециклирования металлоотходов.
Таблица 2
*
3. Приведите схему генезиса шихтовых металлов и обоснуйте различное
происхождение металлоотходов на разных этапах.
4. Обоснуйте актуальность предварительной сортировки металлоотходов.
5. Назовите ГОСТ, согласно которому осуществляется классификация от-
ходов цветных металлов и сплавов.
6. Изложите принципы структурированности ГОСТа при классификации
отходов цветных металлов и сплавов.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]