Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Рециклинг металлов и сплавов. Лабораторный практикум
.pdf
Лабораторная работа № 2
СПОСОБЫ СЕПАРАЦИИ СМЕШАННЫХ
ДИСПЕРСНЫХ МЕТАЛЛООТХОДОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Заготовительные предприятия, занимающиеся сбором металлоотходов, разделяются по основным видам отходов: «Вторчермет» –
предприятия по сбору отходов черных металлов; «Вторцветмет» –
предприятия по сбору отходов цветных металлов. Тем не менее для
последующей переработки отходы очень важно разделить по основному металлу (например, отходы на основе алюминия, отходы на основе меди и т.д.). Наибольшую трудность представляет разделение
отходов по маркам сплавов.
На предприятиях вторичной металлургии серьезные проблемы
имеются при классификации дисперсных (мелких) отходов, которые
относятся к низкосортным и, как правило, кроме перепутывания по
металлам и сплавам, могут содержать в своем составе неметаллические примеси (ветошь, дерево, бумагу и т.д.). Кроме того, такие отходы являются загрязненными остатками смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в различных количествах. Это обусловлено тем, что
большинство дисперсных отходов образуются в результате механической обработки. Наиболее типичным представителем таких отходов является стружка. Сыпучая (дискретная, сыпучая) стружка, как
правило, образуется при механической обработке литейных сплавов.
Вьюнообразная (длинная, витая) – при механической обработке деформируемых сплавов.
Например, согласно ГОСТ 1639-2009 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» стружка на основе алюминиевых сплавов относится к видам «Алюминий 20» – «Алюминий 22»; каждый вид стружки
имеет свою характеристику. Наиболее качественной является чистая
сыпучая стружка, образующаяся в результате обработки резанием и
рассортированная по группам сплавов, с металлургическим выходом
11
годного не менее 90 %. Такая стружка относится к виду «Алюми-
Сыпучая
стружка
Вьюнообраз-
ная стружка
Измельчение
Удаление
СОЖ
Магнитная
сепарация
Разделение
по фракциям
Продукт, готовый
к рециклированию
Рис. 2. Технологическая схема подготовки стружки к рециклированию
ний 20». Группа определяется в зависимости от марки сплава, из ко-
торого она была образована.
К низкокачественным стружкам относятся вьюнообразные
стружки вида «Алюминий 22». Такие стружки образуются в основном при механической обработке изделий из деформируемых сплавов. Например, стружка вида «Алюминий 22» должна иметь показатель металлургического выхода годного не менее 40 %; засоренность –
не более 60 %, в том числе железом – не более 2 %.
В связи с вышесказанным подготовка стружки к рециклированию
представляет собой самостоятельный технологический процесс [4].
На рис. 2 представлена технологическая схема подготовки алюминиевой стружки к переплаву.
Магнитная сепарация необходима для отделения алюминиевой
(немагнитной) стружки от магнитных приделков на основе железа
под действием магнитного поля.
Цель работы – по представленным видам стружки провести ее
классификацию и сепарацию от железосодержащих приделков.
Работа рассчитана на 4 ч.
12
Материалы и основное оборудование: сухая, сыпучая стружка
Вид стружки
Масса, г
Масса фракций после сепарации, г
Al стружка
Fe-содержащая стружка
Сухая, сыпучая
из алюминиевого сплава, содержащая приделки на основе железа;
магнит, прибор для ситового анализа, емкость с известным объемом.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Взвесить предоставленную стружку.
2. Рассыпать стружку на ровную поверхность тонким слоем.
3. Выбрать магнитом содержащиеся в ней приделки на основе
железа.
4. Взвесить отдельно алюминиевую и железосодержащую фрак-
ции. Определить долю железосодержащей фракции от общей массы
стружки.
5. Раздельно выполнить гранулометрический состав фракций на
приборе ситового анализа. Взвесить остатки на каждом сите и определить их доли в составе чистой алюминиевой и железосодержащей
стружки.
6. Полученные результаты представить в табличном и графиче-
ском виде.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Цель работы.
2. Основные сведения о стружке.
3. Таблица с результатами исследований (табл. 3).
4. График по гранулометрическому составу алюминиевой и же-
лезосодержащей фракций (рис. 3).
5. Выводы.
Таблица 3
Характеристики стружки
13
Контрольные вопросы
Номер сита
Доля на сите определенно-
го номера, %
Al стружка
Fe-содержащая
стружка
Рис. 3. Гранулометрический состав фракций после магнитной сепарации
(показано в качестве примера)
1. В чем заключается основная трудность при сборе металлоотходов?
2. Назовите основные загрязнители стружки.
3. Назовите основное отличие стружки, образованной при механической
обработке литейных сплавов, от стружки после механической обработки деформируемых сплавов.
4. Объясните основной принцип классификации стружки из алюминия
и его сплавов согласно требованиям ГОСТ 1639-2009.
5. Приведите технологическую схему подготовки алюминиевой стружки
к рециклированию.
6. В чем заключается назначение магнитной сепарации?
14
Лабораторная работа № 3
Получение
первичного алюминия
Получение отливок
из алюминиевых сплавов
Первичные
алюминиевые шлаки
Вторичные
алюминиевые шлаки
Переработка алюминиевых шлаков
Дробильно-
обогатительная установка
Роторная печь
Алюминиевые сплавы
ПЕРЕРАБОТКА АЛЮМИНИЕВЫХ МЕТАЛЛОШЛАКОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В металлургии алюминия и его сплавов ежегодно образуется около
четырех миллионов тонн так называемых «первичных» и «вторичных»
алюминиевых шлаков. Значительная часть «вторичных» шлаков подлежит захоронению на специальных полигонах [5]. К первичным алю-
миниевым шлакам относятся те шлаки, которые образуются на металлургических заводах при производстве первичного алюминия. Вторич-
ные алюминиевые шлаки образуются при переработке лома и отходов
на основе алюминия на предприятиях «вторичной» металлургии и в литейных цехах заводов при изготовлении алюминиевых сплавов и производстве изделий из них. Образующийся на разных производствах
и предприятиях шлак различается по содержанию, в первую очередь,
алюминия, оксидов металлов и продуктов реакции флюсов. В шлаках
может содержаться от 5 до 80 % алюминия.
В свою очередь, в процессе переработки рециклируемых шлаков
вновь образуются шлаковые отходы. Процессы образования и переработки «первичных» и «вторичных» алюминиевых шлаков укруп-
ненно представлены на рис. 4. В табл. 4 приведены возможные составы алюминиевых шлаков.
Рис. 4. Процессы образования и переработки алюминиевых шлаков
15
Таблица 4
Шлак
Al
(металл)
SiO
2
Al2O3
NaCl+KCl
Прочие
соединения
Обогащенный шлак
(«первичный»)
20–80
5–20
10–50
10–20
10–20
Солевой шлак
(«вторичный»)
5–10
2–15
30–70
40–80
5–15
Химический состав алюминиевых шлаков, %
Переработка дисперсного металлургического сырья (банки изпод напитков, измельченный скрап, металлическая стружка, подготовленный к переплаву шлак) производится в роторных печах барабанного типа (РПБТ).
РПБТ представляет собой вращающийся барабан, в котором горелка расположена с одной стороны, а топочные газы выходят из барабана через окно, расположенное в противоположном конце барабана. Для загрузки топочный механизм отводится в сторону, и шихтовый материал загружают в печь через окно. С целью сокращения безвозвратных потерь металла на угар загруженную шихту покрывают
флюсом. Использование флюса при плавке в РПБТ существенно повышает эффективность извлечения алюминия из шлаков. Флюс, применяемый в этом процессе, представляет собой смесь хлоридов натрия (NaCl) и калия (KCl) в определенной пропорции. С целью повышения реакционной способности обычно используют небольшую
добавку фторсодержащих соединений. Способ переработки шлаков
в РПБТ имеет один существенный недостаток – при флюсовой плавке
образуется солевой шлак, содержащий от 20 до 80 % водорастворимых хлоридов и фторидов [6].
Энергия, затрачиваемая в процессе приготовления расплава, в современной роторной печи барабанного типа составляет приблизительно 600 кВт/ч на тонну металлозавалки. При содержании в шлаке
около 80 % алюминия расход энергии на 1 тонну извлекаемого алюминия составит приблизительно 740 кВт/ч. Чем ниже содержание металла в шлаке, тем выше энергозатраты. Так, при содержании алюми-
16
ния в шлаке около 40 % потребление энергии составит уже
1500 кВт/ч на тонну извлекаемого алюминия. С целью снижения
энергозатрат при переработке шлаков необходимо осуществлять обогащение алюминиевого шлака до его загрузки в РПБТ. Особенно это
актуально для шлаков с низким содержанием металла («бедных»
шлаков).
На первых этапах обогащения шлаков применяют дробильнообогатительную установку, в которой осуществляют операции по измельчению, сепарации, очистке и классификации металлической, оксидной и солевой составляющих шлака. Сепарация металлической
фракции шлака производится путем измельчения и отделения хрупких оксидов и флюсов от пластичных металлических частиц. Степень
извлечения металла может достигать 90 % в зависимости от содержания алюминия в шлаке.
Куски шлака загружаются в обогатительную установку через решетку с отверстиями 200 мм. Крупные куски, остающиеся на решетке, удаляются и измельчаются отдельно. Фракции, прошедшие сквозь
решетку, собираются в загрузочном бункере и подаются оттуда
в дробилку первого этапа при помощи вибрационного лоткового конвейера. В качестве дробилки первого этапа обычно используется
мельница молоткового типа.
Далее раздробленный материал повторно просеивается на вибрационном сите и сортируется по фракциям: фракция № 1 – более 50 мм,
№ 2 – менее 50 мм. Фракция № 1 (свыше 50 мм) выделяется из общего
потока и подается на ленточный конвейер, оборудованный магнитным
барабаном для отделения железа. Далее она отправляется в хранилище.
Фракция № 2 снова подается в шаровую мельницу для дополнительного измельчения. В процессе этого освобождается алюминий от оксидов, а образовавшуюся пыль удаляют с воздушным потоком. В результате из мельницы выходит обогащенный шлак фракции № 2.
Все промежуточные конвейеры, установленные между ситом и
дробилкой, оборудованы магнитными барабанами для удаления железных частиц. В некоторых случаях, в частности, при обработке
17
бедного шлака используется установка второго сита, которую
располагают перед шаровой мельницей. Фракции, проходящие через
это сито, называются отходами шлака и тоже могут быть
использованы в литейном производстве.
В процессе измельчения, помола и просеивания получаются различные фракции алюминиевого шлака, часть из которых может быть
дополнительно переработана и использована для других целей.
Удаленная пыль не используется в рециклинге алюминия. Но содержащиеся в ней дисперсные частицы алюминия позволяют использовать ее в литейном производстве в качестве экзотермической смеси
для подогрева прибылей.
Фракции размеров № 1 и № 2 содержат 70–80 % алюминия и являются ценным сырьем для производства алюминиевых сплавов. Как
было сказано выше, плавка осуществляется в РПБТ с применением
флюсов (смесь NaCI и KCI с добавлением других химических веществ). Такие солевые смеси хорошо смачивают неметаллические
примеси, отделяя их и выводя из расплава за счет флотации. Флюсы
используют также и для рафинирования расплава от нежелательных
неметаллических и металлических примесей (оксидов, Mg, Са, Li, Na,
К и др.). Основные функции солевого флюса заключаются в защите
расплава от окисления; обеспечении коалесценции (слияния) металлических капель; растворение или захват примесей. Минимальная
температура плавления смеси NaCI и KCI соответствует эквимолярному соотношению (как правило, эвтектическому).
В зависимости от типа используемой печи и содержащегося
в шлаке алюминия количество добавляемого флюса колеблется от нескольких процентов до 100 % от массы перерабатываемого шлака.
Доля флюса зависит от многих факторов и устанавливается индивидуально для каждого конкретного случая.
С увеличением температуры алюминий расширяется быстрее,
чем его оксидная оболочка. Оксидная корочка растрескивается и открывает доступ металла для контакта с флюсом. После того, как ме-
18
талл расплавится, образуется капля расплава, окруженная флюсом,
Параметры
кг
%
Исходная масса шлака
Масса отсева
Масса шлака после магнитной сепарации
Масса обогащенного шлака
что препятствует повторному окислению. Перемешивание способствует слиянию отдельных капель и образованию ванны расплава. Слив
шлака и металлического расплава из роторных печей производят раздельно [6].
Цель работы – исследование процессов рециклирования алюминиевых шлаков и получение из них алюминиевых сплавов.
Работа рассчитана на 8 часов.
Материалы и основное оборудование: первичные и вторичные
шлаки, тигельная печь сопротивления, компоненты флюсов – KCl
и NaCl, литейный инструмент, изложницы.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Выполнить отсев пылевидной фракции шлака, используя сито
с ячейками 2–3 мм. Определить массу отсеянной пылевидной фракции. Результаты занести в табл. 5.
2. Фракции шлака, не прошедшие через сито, проверить магни-
том на наличие железа. Результаты зафиксировать в табл. 5.
3. Фракцию шлака, выделенную по п. 2, взвесить и переплавить
в лабораторной тигельной печи сопротивления двумя независимыми
способами: с использованием флюса и плавка на «болоте».
Таблица 5
Результаты экспериментов
4. Флюсовая плавка. Плавление шлаков производить при вклю-
ченной вытяжной вентиляции.
19
4.1. В предварительно разогретый до 500 С тигель вместимо-
стью 5 кг по алюминию загрузить 1 кг шлака. Поверхность загруженных кусков покрыть флюсом в количестве 100 % по массе от загруженного шлака. Флюс предварительно просушить при температуре
100–150 С в течение 30–45 мин в сушильном шкафу.
4.2. После полного расплавления перегреть расплав до темпе-
ратуры 800–850 °С.
4.3. Произвести перемешивание, выдержать расплав в течение
15–20 мин для всплывания неметаллической части на поверхность
расплава и удалить солевой шлак в специальную шлаковню. Слить
расплав в изложницу.
4.4. После полного затвердевания полученную чушку взять
щипцами и охладить под струей проточной воды, осушить, взвесить.
Определить металлургический выход годного по формуле (1).
4.5. Солевой шлак после его полного охлаждения взвесить, раздробить и выбрать содержащиеся в нем корольки алюминия. Взвесить оставшуюся неметаллическую составляющую шлака.
4.6. Определить содержание алюминия в шлаке. Результаты
экспериментов представить в виде табл. 6.
5. Плавка на «болоте». Плавление шлаков производить в лабо-
раторной электрической тигельной печи сопротивления при включенной вытяжной вентиляции.
5.1. Куски шлака предварительно просушить в сушильном
шкафу при температуре 200–250 С в течение 60–90 мин.
5.2. В предварительно разогретый до 500 С тигель вместимостью 5 кг загрузить 2–3 кг алюминиевого сплава для получения «болота». После расплавления перегреть расплав до температуры 800 °С.
5.3. В образовавшееся болото небольшими порциями загрузить
шлак, не допуская затвердевания «болота». После полного растворения всего шлака перемешать расплав и произвести рафинирование
флюсом или таблетированным препаратом. Предварительно просушенный флюс (см. п. 4.1) нанести равномерно на зеркало расплава,
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]