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    丹陽市欣茂合金材料有限公司
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    inconel718廠家為你介紹硬質合金刀具回收利用技術

    作者:丹陽市欣茂合金材料有限公司來源:www.kfjyk.com 發布時間:2019-07-10

    硬質合金刀具被稱為現代工業的“牙齒”,廣泛用于切削工具、地質礦山工具、金屬成型工具及要求耐磨、耐腐蝕的零部件等,隨著經濟的發展,硬質合金刀具的產量逐年增加,同時廢硬質合金刀具的量也不斷增長,硬質合金刀具主要由鈷、鎢組成。我國鈷資源短缺,每年需大量進口,鎢資源雖較豐富,但隨著近年來的產量大增,儲藏量和可采量日益減少。因此,回收廢硬質合金刀具對合理利用和保護現有資源,提高資源的利用率有著十分重要的意義。
     
         回收工藝
     
         1.酸浸法。硬質合金刀具中鈷是中等活潑的金屬,Co=Co2+-2e,E0=-0.277(v)。所謂酸浸,就是利用酸與合金中鈷發生反應,使鈷以離子形式進入溶液,而合金中的鎢不發生作用,反應后以骨架或自行炸裂鱗片的形式發生,從而達到分離目的。
     
         目前常用的酸為硝酸、硫酸(濃)、磷酸。硝酸和硫酸回收處理,其反應如下:
     
         3Co+8HNO3=3Co(NO3)2+2NO↑+4H2O
    Co+H2SO4(濃)=CoSO4+SO2↑+2H2O硝酸、硫酸回收處理工藝較簡單,成本低廉,但反應過程中放出NO、SO2氣體對環境有的危害,且設備需要防腐處理,操作要特別注意。
     
          磷酸的酸性較弱,具有強絡合性,反應時,磷酸根離子與鈷離子形成穩定的可溶性配位離子,從而促使廢合金中的鈷進入溶液。從反應機理上看,磷酸浸出相比硝酸、硫酸有優勢,既不污染環境,又可降低設備的腐蝕,目前該法進一步改進,通過控制磷酸濃度來控制Co的回收率(見表1)。
     
        添加H2O2,采用振蕩法操作,浸出效果進一步(見表2)。
     
        由表1、表2看出,10g廢合金在50ml、1mol/l的H3PO4浸出液中,添加4ml~6mlH2O2,震蕩18h~35h,鈷的浸出率可達99%,磷酸浸出回收廢合金方法應用前景較為看好。
     
         2.熔煉法。
     
         (1)硝石熔煉法與硫酸鈉熔煉法。將廢硬質合金刀具與硝石或硫酸鈉置于900℃~1200℃下熔煉,生成可溶性的鎢酸鈉,待熔煉塊冷卻后破碎,再用90℃的熱去離子水浸取,分別得到鎢酸鈉溶液與鈷渣。其主要化學反應為:
     
        WC+2NaNO3+1.5O2=Na2WO4+CO↑+2NO2↑
    主要指標為:硝石用量1.5t/t合金,溫度900℃~1200℃,由合金至APT回收率約為94%。
    該法處理能力大,適應范圍廣,但收率低、成本高、污染嚴重。
     
        (2)鋅溶法。該法利用鋅與鈷在900℃左右生成Zn-Co合金(896℃時Co在Zn中的溶解度可達27%),破壞硬質合金刀具中起粘結金屬作用的Co與WC或WC-TiC固溶體的冶金結合。當溫度超過925℃時,鋅又蒸發成鋅蒸汽,使鋅與鈷分離(此時鈷幾乎不揮發)。即通過加入鋅使WC-Co或WC-TiC-Co合金熔散及蒸發,使YG或YT合金變成海綿狀的物料,用球磨機將此物料粉碎成粉狀,再經改配成分和濕磨制成所需的混合料及硬質合金刀具。 
     
        表3為真空熔散與脫鋅試驗結果,由表3看出,在鋅/合金比為2,熔散溫度850℃,恒溫10h~12h,真空度0~1.33KPa的情況下,可將WC-Co合金片熔散。
     
        鋅溶法應用較廣,工藝成熟,流程短,鎢回收率達95%,但也存在著回收過程有鋅污染,能耗高,設備復雜等問題。
     
        3.高溫處理法。該法在遠高于硬質合金刀具的燒結溫度(大于1800℃),并在有惰性氣體的保護下,使硬質合金刀具膨脹,其中的金屬鈷液化沸騰,破壞合金中鈷的粘結作用,使合金體積增大且疏松多孔,再經破碎和研磨而得同成分的混合料。
     
        此方法工藝流程短,設備較少,物料不易臟化,對環境,回收率較高。不足之處是能耗高,由于高溫處理鈷有少量蒸發損失,且回收率不宜用作細晶碳化物合金。目前仍有瑞典和日本一些廠家運用此法回收合金。
     
        4.機械破碎法。該法是一種較為簡便的回收方法,它不改變硬質合金刀具廢料的化學組成,也無需對鎢和鈷進行分離,只需對硬質合金刀具廢料作表面清潔處理后,進行機械破碎和球磨便可得到硬質合金刀具混合料。
     
       此法表面看似簡單,但在實際操作中仍存在一些較大問題。一是硬質合金刀具廢料不易破碎,因此,需要強有力的破碎和磨料設備;二是在破碎球磨過程中物料的氧化帶來混合料的變化,難以回收制造出高質量的合金。目前此法比較成功的是“冷流法”,就是利用空氣從噴嘴中噴出,因膨脹冷卻來防止物料的氧化,但設備投資較大。
     
       5.電化學法。電化學法主要包括電解法以及由電解法發展而成的電解電析法和電滲析電溶法。
     
       電解法是將廢硬質合金刀具直接放進以酸(鹽酸、硫酸、硝酸均可)為電解質的電解槽中,通電電解,電解過程中合金中的Co變成Co2+進入溶液,失去粘結金屬鈷的WC變成疏松的合金,含鈷的溶液經草酸氨沉淀,煅燒還原后制得鈷粉,WC經球磨破碎適當處理后可直接用于硬質合金刀具的生產。
     
       電解電析法是在電解過程中隨著Co2+
    濃度升高,氫離子的減少,陰極在析出氫氣的同時,也析出金屬鈷,電溶系統就成為了以廢合金為陽極,CoCl2為電解質,在陰極上析出純鈷的電解精煉過程。
     
       電滲析電溶法是在電解過程中加入陽離子交換膜,將電解槽分成陽極區和陰極區,陽離子交換膜具有選擇透過性,即只允許溶液中陽離子透過(穿過),而不允許陰離子透過,這樣電溶后的Co2+透過陽膜進入陰極室,而陰極室中OH-由于陽膜阻礙而聚集PH值升高,因而在陰極區得到Co(OH)2沉淀,電解電析法和電滲析電溶法與電解法相比,都縮短鈷回收的工藝流程,提高了鈷的加收率。
     
       電解過程重要的技術經濟指標為電流效率和比電耗,工藝條件為:[H+]=0.3M,陽極電流密度400A/m2,溫度60℃~80℃,槽電壓1.5V~2V。在此條件下,電流效率可達80%以上,處理每噸廢合金的電耗量僅300Kw·h~400Kw·h,WC的回收率95%~96%,Co的回收率92%~95%。表4為不同WC粉制取YG10合金的物理機械性能。
     
       由表4可以看出,由于電解過程自身較好的凈化除雜作用,所制得合金產品性能均達到或優于常規生產的合金。
     
       電化學方法回收廢硬質合金刀具工藝簡單,回收成本低,能源消耗較少,無環境問題,是比較理想的回收方法。不足之處是由于電解槽不宜過大,所以產量較小,且只適用于處理鈷含量大于8%的廢料。
     
       研究方向
     
       廢硬質合金刀具回收有多種工藝方法,雖各有利弊,亦不乏輕重主次之分,總的來說,目前回收技術的研究方向有以下幾個方面。
     
       1.高溫處理與機械破碎相結合。破碎廢合金前,對合金進行高溫處理,可使合金變得疏松、多孔,大塊廢合金的破碎效果。實踐證明,兩種方法相結合,能達到很好的回收效果。
     
       2.破碎設備的強化改進。機械破碎法是一種簡便的回收法,但由于硬質合金刀具的硬度很高,因此,破碎的設備。目前國外在此方面研究較多,已推出了一些專利設備,強化破碎設備,將使機械破碎法在廢合金回收中占有地位。
     
       3.物理處理與化學冶金相結合。目前化學法回收合金的效果較好,回收的產品質量較高,但其對廢料成分有嚴格要求,一旦廢料成分不符合要求,則回收效果大打折扣,甚至不能進行。若將物理處理結合到化學法中,便可使化學法回收的范圍進一步擴大,創造出流程短,能耗低,污染少的工藝,這是當前研究的主要動向。
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