Переработка вторичного сырья: инструментальных сталей, осколков и пыли на основе твердых сплавов карбида вольфрама

Федеральное агентство по образованию Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова Кафедра химии и технологии редких и рассеянных элементов Курсовой проект тема Переработка вторичного сырья инструментальных сталей, осколков и пыли на основе твердых сплавов карбида вольфрама Москва - 2006 г. ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Введение 2. Цель работы 3. Литературный обзор 8 3.1. Основные проблемы переработки вторичного редко металлического сырья 2. Источники образования вторичного сырья 3. Классификация вторичного сырья 1. Основные группы 2. Классификация по физическим признакам 3. Классификация по химическим признакам 4. Газообразные отходы 4.Способы утилизации и переработки вторичного сырья 5. Переработка сплавов редких элементов 1.Окислительные методы 15 3.5.2. Методы хлорирования 3.Способы электрохимического растворения отходов 4. Гидрометаллургические методы 4. Исходные данные 1. Схема переработки карбида 1.Аппаратурное оформление 2. Рукавный фильтр 2.Описание схемы переработки карбида. 3. Краткая характеристика элементов шихты 23 4.3.1. WC - Карбид вольфрама 12 23 4.3.2. WO3 - Оксид вольфрама VI 12 . 24 4.3.3.TiC - Карбид титана 12 24 4.3.4. ТЮ2 - Оксид титана IV 12 24 4.3.5.Со-Кобальт 12 25 4.3.6.СоО - Оксид кобальта П 12 25 4.3.7.Со2О3 - Оксид кобальта Ш 12 26 4.3.8. Zn - Цинк 12 26 4.3.9.ZnO - Оксид цинка 12 26 4.3.10. Си - Медь 12 27 4.3.11. Си2О - Оксид меди I 12 27 4.3.12. СиО - Оксид меди П 12 28 4.3.13. Fe-Железо 12 28 4.3.14. ГеО - Оксид железа II 12 29 4.3.15. Fe2O3 - Оксид железа Ш 16. Бентонит 4. Термодинамические данные компонентов сырья 1. Расчет термодинамических величин протекания реакций окисления 30 4.4.1.2. Расчет термодинамических величин протекания реакций окисления 5. Материальный баланс 1. Блок 2. Грануляция и окисление в печи кипящего слоя 1.Запишем уравнения используя исходные данные и принятые значения 3. Расчет циклонной пыли 4. Количество связующих веществ в исходной шихте 2. Окисление карбидов 1. Окисление WC 37 5.2.2. Окисление TiC 3. Окисление Со 4. Окисление Zn 5. Окисление Си 6. Окисление Ге 7. Теоретическое количество воздуха 5. Блок 5. Прокалка и сушка 6. Тепловой баланс 6.1 Зона кипящего слоя 1. Приход тепла зоны кипящего слоя 2. Расход тепла. 3. Определение требуемого избытка воздуха 4. Определение размеров сечения печи 2. Надслоевая зона 1. Приход тепла 2. Расход тепла 3. Разность между приходом и расходом тепла при 900 С 7. Печь кипящего слоя 8. Уточнение аппаратурного оформления 1. Щековая дробилка 2. Дисковая мельница 14 65 8.3. Гранулятор 4. Печь кипящего слоя 1. Циклон 2. Рукавный фильтр 5. Реактор для выщелачивания с распыляющимся с верху реагентом 6. НУТЧ фильтр 7. Колонна осаждения 9.Сушильные аппараты с вращающимися барабанами 10. Индукционная печь 9. Вывод 9. Список литературы 1. Введение Количество вторичных металлов в мире с каждым годом растет в связи с непрерывным увеличением общего металлофонда черных и цветных металлов, который превысил 8 млрд. т. Пропорционально увеличению металлофонда растет количество амортизационного лома, отходов производства, таких, как пиритные огарки, тонкие фракции пыли доменных печей, богатые по содержанию ценных компонентов шлаки цветной металлургии, отходы химической промышленности и т.д. На машиностроительных и обрабатывающих предприятиях образуются десятки тысяч тонн стружки и другие отходы 2 . В настоящее время для производства режущих инструментов широко используются твердые сплавы.

Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количеством кобальта.

Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью.

Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3-4 раза превосходят скорости резания инструментами из быстрорежущей стали.

Недостатком твердых сплавов, по сравнению с быстрорежущей сталью, является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением содержания кобальта в сплаве.

И, следовательно, возникает вопрос утилизации таких сплавов.

Переработка лома и отходов позволяет вернуть металл в кругооборот 1 . В процессе производственной деятельности образуются отходы, которые нарушают экологическое равновесие, загрязняя окружающую среду, и снижают степень извлечения ценных компонентов, содержащихся в исходном сырье.

Их подразделяют на отходы производства и отходы потребления лом. Под отходами производства понимают остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства.

Под отходами потребления понимают изделия и материалы, потерявшие потребительские свойства из-за физического или морального износа.

Под вторичным сырьем мы будем подразумевать лишь ту часть отходов, повторное использование которых технически возможно и экономически целесообразно.

Использование вторичного сырья позволяет решить ряд важнейших проблем сохранение невосполнимых природных ресурсов улучшение экологической обстановки снижение капитальных и энергетических затрат повышение производства редких металлов создание малоотходных технологий 2 . 2.

Цель работы

Цель работы Цель данной работы состоит в разработке схемы переработки вторичного сырья в данном случае карбидов тугоплавких металлов режущих инструментов их осколков, кусковые отходы, при заданных производительности и качестве огарка, температуре обжига и способе подготовки сырья. 3.

Литературный обзор

Литературный обзор 3.1.

Основные проблемы переработки вторичного редко металлического сырья

Основные проблемы переработки вторичного редко металлического сырья. Основная из них - сложный состав сырья, поступающего в переработку пол... Обойтись без них не могут атомная энергетика, реактивная и космическая... Таблица 1. Маточные и травильные растворы, отработанные электролиты. Некондиционн...

Классификация вторичного сырья

Классификация вторичного сырья 3.3.1. Основные группыДля правильной организации сбора, хранения, обезвреживания, обогащения и переработки вторичного сырья необходимо знать его состав, количество и свойства, поэтому различные виды сырья необходимо классифицировать.

Все вторичное сырье делится на три основные группы 1 - твердое 2 - жидкое 3 - газообразное 2 3.3.2.

Классификация по физическим признакам

. Классификация по физическим признакам. По физическим признакам отходы цветных металлов делятся на четыре клас... 3.3.3.

Классификация по химическим признакам

Классификация по химическим признакам. По химическому составу вторичное сырье делится на группы и марки. Груп... Так, к первой группе относится черновой вольфрам, содержащий 96-98 W, ... Кроме классов, групп и марок отходы делят на три сорта 1-й сорт может ... Газообразные отходыПромышленные газообразные отходы ПГО подразделяют н...

Способы утилизации и переработки вторичного сырья

Основные этапы переработки вторичного сырья определяются его видом. Пе... Переработка жидких отходов и промышленных стоков включает входной конт... Выбранная схема должна характеризоваться минимальными объемами твердых... 2 . 3.5.

Переработка сплавов редких элементов

. 2 Для переработки отходов твердосплавного инструмента на основе карбид... 3.5.2. 3.5.4. 3 Окислением кислородом при 900-1000 С с последующим выщелачиванием WO...

Гидрометаллургические методы

Исходные данные 4.1. 4. 4.1.1.. Схема переработки карбидаСхема. Гидрометаллургические методы.

Аппаратурное оформление

Аппаратурное оформление Щековая дробилка.

Дисковая мельница Грану лятор Печь кипящего слоя 4.1-Циклон. 4.1.2. Рукавный фильтрРеактор для выщелачивания с распыляющимся с верху реагентом НУТЧ вакуумный фильтр Колонна осаждения НУТЧ вакуумный фильтр. Сушильные аппараты с вращающимися барабанами 10-Индукционная печь 4.1.2.Описание схемы переработки карбида. 4.1.2.1.Дробление и измельчение. Исходное сырье поступает в щековую дробилку, затем в дисковую мельницу, где происходит измельчение сырья до нужного размера до 1,0 мм. 4.1.2.2. Грануляция. После измельчения сырье направляется в чашевой гранулятор.

Грануляция позволяет существенно улучшить показатели обжига в кипящем слое, так как, во-первых, обеспечивает возможность возврата на грануляцию и затем на дообжиг в печь кипящего слоя неполно окисленной пыли циклона, во-вторых, при работе на гранулах значительно возрастает производительность печей.

Кроме того, появляется возможность обжигать в кипящем слое наиболее тонкие концентраты, которые без грануляции обжигать в печах кипящего слоя не удается из-за слишком большого пылеуноса. В качестве связки используется бентонит, глина, обладающая хорошими вяжущими свойствами. Шихта для грануляции содержит 5-6 бентонита, 12-16 воды, остальное концентрат, оборотная пыль и не окислившийся карбид. На обжиг направляются гранулы крупностью до 2мм. без предварительной сушки 3 . 4.1.2.3. Печь кипящего слоя. Далее идет окислительный обжиг в печи кипящего слоя при температуре 900 С. Печь кипящего слоя представляет собой шахту цилиндрического или прямоугольного сечения, выполненную из жароупорного бетона или футерованную шамотным кирпичом и заключенную в стальной кожух.

В нижней части шахты расположена подина, которая обеспечивает равномерную подачу воздуха в поперечном сечении печи, предотвращает просыпание твердой фазы в пространство под подиной. Поды имеют сопла с колпачками в верхней части, для подвода воздуха и обеспечения беспросыпности. Общее число сопел устанавливают с таким расчетом, чтобы площадь живого сечения была 0,3-0,5 от площади пода. Узел загрузки концентрата состоит га цилиндрического бункера с установленными под ним тарельчатым питателем.

При вращении тарели лежащий на ней материал сбрасывается неподвижным ножом в кольцевой желоб, а из последнего скребками, закрепленными на тарели в выгрузочную тачку. Далее концентрат через герметичный шлюзовой питатель, предотвращающий выброс газов из печи, и загрузочную трубу непрерывно подается непосредственно в кипящий слой. Скорость загрузки равна производительности тарельчатого питателя и определяется расстоянием между нижним срезом бункера и тарелью устанавливается о помощью подвижной обечайки, а также скоростью вращения тарели.

Воздух в печь кипящего слоя подается воздуходувками. Огарок из кипящего слоя непрерывно пересыпается через разгрузочное отверстие, низший край которого порог выгрузки расположен на уровне 1000-1500 мм над подиной, накапливается в бункере.

Питатель периодически выгружается в контейнеры. При обжиге гранулированного материала огарок периодически выгружается через течку, расположенную непосредственно над подиной. Запыленные газы выходят из печи через отверстие, расположенное под сводом. Основная часть пыли обычно улавливается циклонами. Для глубокой очистки газов от тонких частиц пыли, могут использоваться рукавные фильтры с рукавами из стеклоткани.

Очищенные газы вентилятором выбрасываются в атмосферу. Устойчивая работа печи обеспечивается с помощью систем автоматического регулирования и контрольно-измерительных приборов. Наиболее сложной и ответственной является система автоматического регулирования температуры обжига путем изменения скорости загрузки в печь концентрата. Эта система состоит из установленной в кипящем слое термопары пишущего потенциометра о реостатным датчиком, нелинейного регулятора, исполнительного механизма и двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, являющегося приводом тарельчатого питателя.

При повышении температуры в печи исполнительный механизм увеличивает силу тока в цепи возбуждения двигателя и одновременно уменьшает напряжение, подаваемое на якорь, что приводит к снижению числа оборотов тарели при понижении температуры скорость вращения тарели увеличивается. Отношение максимальной скорости загрузки к минимальной равно 5. Отклонения температуры обжига от заданной не превышают 2,5 С. Автоматически поддерживаются постоянными расход воздуха и разрежение под сводом печи 3 . 4.1.2.4. Выщелачивание.

Огарок и пыль рукавного фильтра после окисления поступают в реактор для выщелачивания. Сверху шахты емкости распыляется 10 МНз при температуре 40 С с отношением тв ж 1 3. При этом оксиды Ti, Fe карбиды W, Ti и бентонит будут в осадке, а W, Co, Zn, Си перейдут в раствор. 4.1.2.5.Фильтрация. Раствор и осадок после выщелачивания отфильтровываются на НУТЧ фильтре.

Осадок идет на разделение и извлечение Ti, Fe карбиды возвращаются на грануляцию, а раствор перекачивается из-за разности давлений в сборник и идет на следующую стадию. 4.1.2.6. Осаждение вольфрамовой кислоты. Раствор содержащий целевые вещества в различных их соединениях обрабатывается 19,8 НС1 кислотой при 40 С. При этом будет образовываться осадок вольфрамовой кислоты, а все остальное будет находиться в растворе. 4.1.2.7.Фильтрация. Раствор и осадок после осаждения отфильтровываются на НУТЧ фильтре, при этом идет дополнительное

Введение

Введение 2 НС1 для отмывки вольфрамовой кислоты и кислота направляется на сушку и прокалку.

Раствор, содержащий аква комплексы Со, Zn, Си пойдет на дальнейшее разделение, предположительно методом экстракции. 4.1.2.8.Сушку и прокалку. Ведем процесс во вращающихся печах при температуру 750-800 С. Вода упаривается при сушке, а конечный получается после прокаливания W03. 4.1.2.9. Аппаратурно-технологическая схема. Схема 2. Аппаратурно-технологическая схема переработки сплава карбидов окислительным обжигом в печи кипящего слоя. Щековая дробилка Печь кипящего слоя Чашевой гранулятор Дисковая мельница 4.1-Циклон Рукавный фильтр Бункер Тарельчатый питатель Шлюзовый питатель Порог выгрузки Система водяного охлаждения Подина Реактор выщелачивания с распыляющимся с верху реагентом ПУТЧ фильтр Шахтная емкость осаждения колонна осаждения НУТЧ фильтр.

Сушильные аппараты с вращающимися барабанами. 10-Индукционная печь 11-Насос 4.2. Состав исходного сырья Таблица 2. Состав исходного сырья.

WC TiC Со Zn Си Fe всего кг ч 130,000 25,000 10,000 0,500 1,000 0,167 166,667 78,000 15,000 6,000 0,300 0,600 0,100 100 4.3.

Краткая характеристика элементов шихты

Краткая характеристика элементов шихты 4.3.1.

WC - Карбид вольфрама

Получают нагреванием металлического вольфрама при 900 С на воздухе или... Мало растворимы в воде и кислотах. Растворяется в расплавах и растворах щелочей с образованием вольфрамат... WO3 - Оксид вольфрама VI 12 . 4.3.3..

TiC - Карбид титана

tun свыше 3000 С. ч. tra 1870 C, tKtni 30000C, плотность равна 3,6-3,95 г см3 анатаз, плотн... Мало растворим в воде, разбавленных кислотах или растворах щелочей. Ра... Применяют в качестве пигмента для пластических масс, масляных красок, ...

Со-Кобальт

4.3.6.. Электронная формула KL3s23p63d74s2, еион Ме Ме е 7,86 эВ. Со-Кобальт. Химические свойства малоактивный металл. Устойчив к действию сухого и ... Степень окисления 1 , 2, 3, 4 валентность 1 , 2, 3,4 Физические свойст...

СоО - Оксид кобальта П

СоО - Оксид кобальта П. Мало растворим в воде и других растворителях. 4.3.7.Со2О3 - Оксид кобальта Ш 12 Черные гексагональные мелкие кристал... Восстанавливается водородом или метаном. Применяют как пигмент для эмалей и глазурей.

Zn - Цинк

Zn - Цинк. 4.3.9.. Электронная формула KLM4s2, Еион Ме Ме е 9,39 эВ Степень окисления 2 в...

ZnO - Оксид цинка

Встречается в природе в виде минерала цинкита. tnn 1969 C, плотность равна 5,70 г см3. Растворяется в кислотах и щелочах. Обладает люминесцентными и фотохими... При нагревании восстанавливается углеродом, монооксидом углерода, водо... Применяют для приготовления масляных красок, для получения некоторых п...

Си - Медь

Си - Медь. 4.3.11. Си2. Получение из руд пирометаллургическим и гидрометаллургическим способом... В гидрометаллургическом - восстановлением железом металлическим ломом ...

О - Оксид меди I

Можно получить обработкой солей меди II щелочами или карбонатами щелоч... Встречается в природе в виде минерала куприта. Диамагнитные кубические... Растворяется в аммиаке или галогеноводородах. При 1025 С превращается ... . О - Оксид меди I.

СиО - Оксид меди П

tnn 1335 C, 1пл 1026 С, плотность равна 6,45 г см3. Растворяется в концентрированных кислотах, при нагревании или в иодиде... Получают нагреванием меди выше 80 С, водной суспензии гидроксида меди ... Применяется в производстве стекла и эмалей в качестве пигмента, в микр... 4.3.13.

Fe-Железо

При нагревании реагирует с неметаллами. 4.3.14. Физические свойства серебристо-серый твердый металл, tim 1539 C, 1кип ... Распространенность в природе четвертый после О, Si, A1 по распростране... .

ГеО - Оксид железа II

Превращается в при нагревании на воздухе. Получают окислением металлического железа, восстановлением оксида желе... 4.3.16. Блок схема процесса переработки карбида. Производительность по поступа... 2-Й,5 мм - 15 1,0 0,5 мм - 35 1,5-1,0 мм - 350,5 мм.

Запишем уравнения используя исходные данные и принятые значения

Запишем уравнения используя исходные данные и принятые значения. Xi Xo XK2i i XO2l 1 X21 X221 Хо 166,67 Хк211 0,2 0,1 0,78 0,15 Xi X2i ... .

Расчет циклонной пыли

Количество карбида окисляемого в циклоне в виде металлов Со, Zn, Cu, F... W03 ТЮ2 СоО ZnO Cu2O Fe203 всего кг ч 28,612 6, 206 2,383 0,233 0,105 ... Количество оксидов в циклоне без учета оксидов поступающих из шихты. . Расчет циклонной пыли.

Количество связующих веществ в исходной шихте

Количество WC в шихте, кг ч 166,67 0,76 1,746 2,686 0, 201 134,636 Кол... 16,440 - 3,288 13,152 Таблица 7. . Количество связующих веществ в исходной шихте. Состав шихты поступающей на обжиг. WC ТЮ Со Zn Си Fe W03 ТЮ2 СоО ZnO С...

Окисление карбидов

Окисление TiC Распределение компонента, кг ч огарок 25,531 0,65 16,595... Расходуется кислорода, кг ч 02 0,1 16 2 63,55 0,013 Образуется веществ... Окисление Со Распределение компонента, кг ч огарок 10 0,65 6,5 пыль ци... . Окисление Zn Распределение компонента, кг ч огарок 1,0 0,65 0,65 пыль ...

Окисление Ге

Распределение компонента, кг ч огарок 0,167 0,65 0,108 пыль циклона 0,... . Окисление Ге. Расходуется кислорода, кг ч О2 0,033 1,5 32 55,85 2 0,014 Образуется в...

Теоретическое количество воздуха

на 1кг. Состав огарка. Со203 11,105 6,793 WC ТЮ Со Zn Си Fe WO3 ТЮ2 СоО ZnO Си... всего кг ч 2,686 0,516 0 0 0 0 35,766 7,757 2,925 0,289 0,133 0,084 0 ... Материальный баланс обжига. Г Приход Об разуется Вещество кг ч Веществ... Материальный баланс осаждения. Приход Образуется Вещество кг ч Веществ...

Тепловой баланс

Тепловой баланс 6.1

Зона кипящего слоя

Зона кипящего слоя 6.1.1.

Приход тепла зоны кипящего слоя

Тепло уносимое огарком. Средняя теплоемкость огарка, Дж кг град О 48,5... Расход тепла. Физическое тепло воздуха Исходим из содержания в воздухе кислорода азо... Кислород 131,7 20 100 22,4 32 18,4 Азот 129,5 20 100 22,4 28 20,7 Пары... .

Определение требуемого избытка воздуха

Суммарный расход воздуха. 330,189 1034,626 1364,815 кг ч Коэффициент избытка воздуха 1364,815 33... 785538,936 759,249 1034,626 кг ч 6.1.3.3. на 1кг. .

Определение размеров сечения печи

При обжиге в кипящем слое гранул крупностью до 2мм оптимальный расход ... 6.2. . Определение размеров сечения печи. В соответствии с этим расстояние между точками загрузки и выгрузки рав...

Надслоевая зона

Надслоевая зона. В рукавном фильтре остается 1 компонентов пыли. Приход тепла в надслоевой зоне. Расход теплаТак как количества окисляющихся компонентов в надслоевой з... 6.2.2.1.

Разность между приходом и расходом тепла при

Разность между приходом и расходом тепла при 900 С 1200507,277-1199071,096 1436,181 кДж ч Вывод Невязка - 0,12 от прихода тепла, следовательно температура отходящих газов определена с достаточной точностью. 7. Печь кипящего слоя Как показали расчеты площадь пода равна 1,5м2. Для расчета печи с такой площадью пода нужна спец литература.

Целью данной работы не является данный расчет, и рисунок 1 представленный ниже, является приблизительной копией нужной печи кипящего слоя. Рисунок 1. Печь кипящего слоя 4 . 8.

Уточнение аппаратурного оформления

При непрерывной работе материал может, например, через желоб подводить... Печь кипящего слоя См. л 20 мг мЗ до 99,9 и в случае применения повторного цикла можно достич... Индукционная печь 10 Модель камерные лабораторные печи производимые НП... 9.

Список литературы

Список литературы 1. Корвин С.С, Дробот Д.В Федоров П.И. Редкие и рассеянные элементы.

Химия и технология. В трех книгах.

Книга 2. учебник для вузов - М. МИСИС, 1999 464с. 2. Корвин С.С, Дробот Д.В Федоров П.И. Редкие и рассеянные элементы.

Химия и технология. В трех книгах.

Книга 3. учебник для вузов - М. МИСИС, 1999 464с. 3. Дробот Д.В Резник А.М Юрченко Л.Д. Оборудование заводов редкометалльной промышленности и основы проектирования Учебное пособие М МИХМ, 1985 - 72с. 4. Морозов В.А Миткалийный В.И Егоров А.В Сборщиков Г.С. Металлургические печи атлас М. Металлургия. 1987. -384с. 5. Краткий справочник физико-химических величин Под ред. Мищенко К.П Равделя А.А. 6. http www. mechanik. spb. ru 7. http www. upmt. ru 8. http www. fingo. ru fri-360 9. http stankinprom. com. ua products images PDF rci. pdf 10. 10. http wwwЛenterm. n lenterm laboratory fumaces. html И. http www. bank. referatoff. ru 11. http www. chemport. ru 12. http www. drillmat. ru 13. http www. npftin. spb. ru.