Рециклинг изделий из цветных металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Литературный обзор по способам рециклинга изделий из цветных металлов (технологии и оборудование для рециклинга изделий из цветных металлов) Информационно-патентный поиск по теме исследований

Список используемых источников



Введение

Эффективность использования природных ресурсов -- важнейший экономический показатель любого государства. Но только от 4 до 7% сырья после его добычи и переработки доходит до потребителя в виде конечного продукта. Поэтому в странах Европейского сообщества, вопреки принципам рыночной экономики, директивными методами установлены высокие цены на захоронение отходов на полигонах и обязательные для муниципалитетов показатели сбора и использования вторичного сырья.

В Беларуси эти индикаторы крайне низки. По коммерчески ценным фракциям отходов (стекло, пластмасса, резина, макулатура) мы отстаем от Европы, по разным оценкам, в 5--30 раз. Без изменения политики в отношении обращения с отходами и интенсивного развития высокотехнологичной индустрии переработки переход национальной экономики на инновационную модель представляется крайне затруднительным.

В Беларуси Национальным центром интеллектуальной собственности выданы патенты на чуть более трех сотен изобретений и полезных моделей, прямо или косвенно связанных с рециклингом отходов.



Литературный обзор по способам рециклинга изделий из цветных металлов (технологии и оборудование для рециклинга изделий из цветных металлов)

Существует несколько способов рециклинга изделий из цветных металлов. Наиболее распространенными являются методы индукционной и электрошлаковой плавки, порошковая металлургия, флотация (ионная, ионная фракционная и флотоэкстрация), механическое измельчение, гидрометаллургический и пирометаллургический переделы, электролитическое рафинирование, магнитная сепарация, и др. Рассмотрим их более подробно.

Индукционная плавка. Плавка стали в индукционной печи, осуществляемая в основном методом переплава, сводится, как правило, к расплавлению шихты, раскислению металла и выпуску. Это обусловливает высокие требования к шихтовым материалам по содержанию вредных примесей (P, S). Выбор тигля (основной или кислый) определяется свойствами металла. Чтобы кремнезём футеровки не восстанавливался в процессе плавки, стали и сплавы с повышенным содержанием Mn, Ti, Al выплавляют в основном тигле. Существенный недостаток индукционной плавки -- холодные шлаки, которые нагреваются только от металла. В ряде конструкций этот недостаток устраняется путём плазменного нагрева поверхности металл-шлак, что позволяет также значительно ускорить расплавление шихты. В вакуумных индукционных печах выплавляют чистые металлы, стали и сплавы ответственного назначения. Емкость существующих печей от нескольких кг до десятков т. Вакуумную индукционную плавку интенсифицируют продувкой инертными (Ar, Не) и активными (CO, CH4) газами, электромагнитным перемешиванием металла в тигле, продувкой металла шлакообразующими порошками.

Схема индукционной печи, показанная на рис. 1, является экспериментальной, но пригодна для практических целей. С функциональной точки зрения ее можно представить в виде трех блоков. Первым является последовательный тиристорный инвертор, на тиристоре SCR2. При периодическом включении и выключении тиристора в последовательном колебательном контуре LIC4 возникают колебания ударного возбуждения. Колебание не продолжается непрерывно, а имеет вид однократных «вспышек». Частота переключения тиристора, около 18 кГц, едва превышает порог слышимого звука. Резонансная частота колебательного контура L1C4 выбирается вблизи 35 кГц. Разность между частотой возбуждения и резонансной частотой LС-контура необходима для того, чтобы обеспечить надежную коммутацию тиристора.

Рис. 1. Схема индукционной печи с тиристорным инвертором последовательного типа.

Электрошлаковая плавка основана на выделении тепла при прохождении электрического тока через расплавленный флюс--шлак, электросопротивление которого во много раз превышает электросопротивление металла. Плавление сварочной проволоки и свариваемого металла происходит за счет тепла расплавленного флюса.

Постоянство температуры шлаковой ванны обеспечивает стабильность процесса.

Переплаву подвергается выплавленный в дуговой печи и прокатанный на пруток металл. Источником теплоты является шлаковая ванна, нагреваемая электрическим током (рис.2). Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванну 2, и к поддону 9, установленному в водоохлаждаемом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8. Выделяющаяся теплота нагревает ванну 2 до температуры свыше 1700оC и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла 3 проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую ванну 4. Перенос капель металла через основной шлак способствует удалению из металла серы, неметаллических включений и газов. Металлическая ванна пополняется путём расплавления электрода, и под воздействием кристаллизатора она постепенно формируется в слиток 6. Содержание кислорода уменьшается в 1,5…2 раза, серы в 2…3 раза. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверхности, высокими механическими и эксплуатационными свойствами. Слитки получают круглого, квадратного и прямоугольного сечения, массой до 110 тонн.

Порошковая металлургия - технология получения металлических порошков и изготовления изделий из них, а также из композиций металлов с неметаллами. В обычной металлургии металлические изделия получают, обрабатывая металлы такими методами, как литье, ковка, штампование и прессование. В порошковой же металлургии изделия производят из порошков с размерами частиц от 0,1 мкм до 0,5 мм путем формования холодным прессованием и последующей высокотемпературной обработки (спекания). Порошковая металлургия экономична в отношении материалов и, как и традиционные методы металлообработки, позволяет получать детали с нужными механическими, электрическими и магнитными свойствами. Продукция порошковой металлургии используется в различных отраслях промышленности, в том числе в авиакосмической, электронной и на транспорте. Методы порошковой металлургии начали разрабатываться в 20 в. для металлов, не допускающих обработки обычными методами. Например, самосмазывающиеся бронзовые подшипники могут быть изготовлены только методами порошковой металлургии. Поры бронзы заполняются смазочным маслом, которое поступает на рабочую поверхность подшипника под действием капиллярных сил, как по фитилю. Промышленными методами порошковой металлургии обрабатываются также железо, сталь, олово, медь, алюминий, никель, тантал, сплавы бронзы и латуни.

Металлические порошки получают восстановлением металлов из их окислов или солей, электролитическим осаждением, распылением струи расплавленного металла, термической диссоциацией и механическим дроблением. Наиболее распространен способ восстановления металлов (железа, меди или вольфрама) из соответствующих окислов с последующим электрорафинированием.

Технологический процесс изготовления изделий из металлических порошков состоит из следующих операций: подготовка смеси для формования, формование заготовок или изделий и их спекание. Формование заготовок или изделий осуществляется путем холодного прессования под большим давлением (30-1000 МПа) в металлических формах. Спекание изделий из однородных металлических порошков производится при температуре, составляющей 70-90% температуры плавления металла. Во избежание окисления спекание проводят в восстановительной атмосфере (водород, оксид углерода), в атмосфере нейтральных газов (азот, аргон) или в вакууме.

Круг изделий, изготавливаемых методами порошковой металлургии, весьма широк и непрерывно расширяется. К ним относятся зубчатые колеса, рычаги, кулачки и поршни для автомобилестроения, машиностроения, энергетики, промышленности средств связи, строительной, горнодобывающей и авиакосмической промышленности.

Флотация -- процесс обогащения полезных ископаемых, основанном на избирательном прилипании, частиц минералов, диспергиров. в жидкой среде, к поверхности раздела двух фаз: жидкость-газ, жидкость-жидкость и др. Флотация осуществляется с помощью флотационных реагентов -- органичивающих ПАВ, вводимых во флотационный процесс для регулирования флотируемости минералов. В зависимости, от характера воздействия на физическо-химические свойства поверхности минералов различают флотационные реагенты -- модификаторы, собиратели, пенообразователи и регуляторы. Флотация осуществляется во флотационных машинах. Флотация -- ведущий процесс при обогащении руд цветных металлов:

- ионная флотация -- флотация, при которой в качестве реагентов-собирателей используются вещества, образованные, в резервуаре поверхностно-активные ионы противоположного знака по отношению к иону извлекающего компонента;

Принцип флотоэкстракции заключается в следующем. Водный раствор, который может находиться в обычной камере, покрывают слоем растворителя толщиной около 5 мм или несколько больше. Слой должен быть достаточно толстым и покрывать всю поверхность воды. Собиратель следует подавать со дна, так как при верхней подаче он может попросту раствориться в органической фазе. Пузырьки воздуха подаются обычным способом, но скорость подачи воздуха должна быть значительно ниже, чем в обычной ионной флотации. Если скорость подачи воздуха слишком велика, некоторая часть пены проходит через слой растворителя, и над ним может образоваться ценный слой. Это происходит несмотря на то, что октиловый спирт хорошо известен как пеногаситель. Если образуется такой слой пены, то он постепенно будет разрушаться. При этом вода стенок пузырьков образует маленькие капельки, которые затем сливаются, коалесцируют и, достигая большого размера, начинают проходить под действием силы тяжести сквозь органическую фазу обратно в воду, унося с собой растворенную в них сублат-соль.

Если скорость подачи воздуха невелика, то при прохождении пузырьков сквозь растворитель сублат-соли переходят с их поверхности в органический растворитель. Образующиеся в водной среде маленькие пузырьки не обладают достаточной энергией для проникновения через поверхность раздела вода -- органический растворитель в слой растворителя. Они концентрируются непосредственно под этим слоем и постепенно сливаются друг с другом до тех пор, пока не приобретут подъемную силу, достаточную для того, чтобы медленно подниматься сквозь органический растворитель. Именно в этой стадии сублат-соль, уже до некоторой степени сконцентрированная при коалесценции пузырьков, экстрагируется с их поверхности.

Преимущество флотоэкстракции заключается только в отсутствии пены. Флотоэкстракцию легко осуществить в камере с боковыми отверстиями, через которые органический растворитель может сливаться после его насыщения.

По схеме рис. 3, перерабатывается руда с содержанием сурьмы 3,5--4%, из которых 1,5--2% представлены антимонитом. Пустая порода представлена в основном кварцем, а также кальцитом, баритом, гипсом и др. Вкрапленность полезного минерала от крупных включений в 300 мм до 0,01--0,005 мм. При флотации используются сланцевая смола, флотомасло, мазут.

Рис. 3.

Механическое измельчение -- процесс разрушения (дезинтеграции) кусков (частиц) твёрдого материала для доведения их размера до требуемой крупности (от 5 мм до десятков микрон), гранулометрического состава или заданной степени раскрытия минералов.

Измельчение применяют в горной, металлургической и других отраслях промышленности. В цветной и чёрной металлургии измельчению подвергается практически весь объём горной массы.

Среди методов измельчения твердых материалов наибольшее распространение получили обработка металлов резанием с образованием мелкой стружки или опилок, измельчение металла в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах, ультразвуковое диспергирование. По виду необратимой деформации (разрушения) частиц выделяют измельчение, основанное на сжатии, растяжении, изгибе и сдвиге, по способу измельчения -- на мокрое и сухое. Если материал подвергается действию не статических усилий, а динамических нагрузок, то измельчение называется ударным. По виду реализации методов измельчения различают механическое (в т.ч. с мелющими телами), пневмомеханическое и аэродинамическое -- в струйных аппаратах без мелющих тел. Механическое измельчение реализуют в барабанной мельнице -- шаровой, стержневой, галечной, рудно-галечной, рудного самоизмельчения, барабанно-роликовой, а также в роликово-кольцевой, чашевой (бегуны), дисковой (истиратель -- жернова).

В качестве примера рассмотрим размол в шаровых мельницах.

Рис. 4. Схема шаровой мельницы.

Простейший аппарат для измельчения дробленых твердых материалов - шаровая вращающийся мельница, которая представляет собой металлический цилиндрический барабан (Рисунок 4). Внутри барабана находятся размольные тела полиэдрической или округлой формы, чаще всего стальные или твердосплавные шары. При вращении мельницы размольные тела поднимаются на некоторую высоту в направлении вращения, затем падают или скатываются и измельчают материал, истирая его и раздрабливая.

На интенсивность и механизм размола оказывают сильное влияние скорость вращения барабана мельницы, число и размер размольных тел, масса измельчаемого материала, продолжительность и среда размола. С увеличением скорости вращения барабана мельницы размольные тела падают с большей высоты, производя главным образом дробящее действие. При дальнейшем увеличении скорости вращения барабана размольные тела будут вращаться с барабаном и материал будет измельчаться незначительно. Эту скорость называют критической скоростью вращения.

Для процесса измельчения наиболее важными характеристиками материала являются прочность и измельчаемость частиц. При очень тонком измельчении частицы размерами в несколько микрометров и мельче могут образовывать хлопья и сростки. Измельчение во многих случаях сопровождается химическими превращениями на поверхности частиц. Измельчение комбинируют с операциями классификации. В практике применяют разнообразные схемы измельчения, отличающиеся числом стадий измельчения и видом схемы. По виду схемы различают измельчение в открытом цикле без предварительной классификации, с предварительной классификацией и с раздельной выдачей двух продуктов измельчения. Для повышения производительности мельниц и уменьшения переизмельчения материала измельчение часто осуществляют в замкнутом цикле с классифицирующим аппаратом, при этом из материала, разгружающегося из мельницы, выделяется готовый измельчённый продукт (слив), а крупный материал (пески) возвращается в мельницу

Гидрометаллургия - извлечение металлов из сырья с использованием химических реакций в водных растворах. Сырьем могут быть руды, рудные или химические концентраты, отходы других производств или самих гидрометаллургических процессов.

Гидрометаллургические методы пригодны для извлечения металлов из сырья с низкими концентрациями металла и не поддающегося переработке традиционными методами, поэтому роль этих методов в условиях происходящего обеднения и ухудшения качества рудного сырья постоянно возрастает. К достоинствам гидрометаллургии относится также возможность разделения близких по свойствам металлов (Zr и Hf, Nb и Та и др.), упрощение переработки по сравнению с пирометаллургией. Применение гидрометаллургических методов во многих случаях существенно снижает загрязнение окружающей среды вредными отходами.

Собственно гидрометаллургическим процессам обычно предшествует механический передел включающий операции дробления, измельчения, классификации, механического обогащения - флотации, гравитационного обогащения, отсадки, разделения в тяжелых суспензиях, а для некоторых руд - радиометрическое обогащение и др. Задача этого передела - удаление как можно большей массы минералов пустой породы.

Для выделения металлов из растворов применяют восстановление (например, водородом) при обычном давлении или в автоклаве, цементацию с использованием более активных металлов и электролитич. восстановление. Металлы, которые не могут быть выделены из водных растворов (напр., Al, Mo, W, U), осаждают в виде оксидов, гидроксидов, фторидов хлоридов, комплексных фторидов и др. Далее эти соединения восстанавливают до металлов различными методами, включая пирометаллургические и электрохимические. Один из недостатков гидрометаллургии-относительно большой расход воды на единицу продукции.

Гидрометаллургию применяют для получения цветных (Al, Cu, Ni, Co, Zn и др.), редких (Be, РЗЭ, Ti, Zr, Hf, Nb, Та, Mo, W и др.), природных радиоактивных (U, Th), искусственных, радиоактивных (Np, Pu и др.), благородных (Ag, Au, Pt и платиновые металлы) металлов.

Для примера рассмотрим технологическую схему переработки свинцовых концентратов по способу, предложенному Горным бюро США (рис. 5). Следует отметить, что хлоридные гидрометаллургические схемы основаны на зависимости растворимости хлорида свинца от температуры, либо на способности окисленных соединений свинца растворяться в концентрированных растворах хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов с образованием комплексных соединений.

Для перевода свинца из сульфида в хлорид предлагались разнообразные реагенты: газообразный хлор, соляная кислота (как без окислителей, так и в их присутствии), разнообразные хлористые соли.

Учитывая тот факт, что хлорирующие реагенты могут обеспечить достаточную полноту извлечения свинца в раствор только при высокой концентрации или повышенных температурах, внимание исследователей привлекли мягкие окислители - растворы хлоридов металлов с переменной валентностью: в первую очередь, такого распространенного металла, как железо.

Разработкой технологических схем с использованием этого реагента занимались исследователи США, Японии, Норвегии, Франции и др. В СНГ большой объем исследований в этом направлении проведен в Иркутском политехническом институте, Институте металлургии и обогащения АН КазССР, МИСиС.

В результате предложен ряд технологических схем, различающихся, главным образом, способами вывода из растворов металлов.

Наиболее разработанным из них и близким к своему осуществлению считается способ Горного бюро США (рис.5), технологическая схема которого включает выщелачивание свинца горячим раствором хлорида железа (III) и NaCl, вводимого для повышения растворимости образующегося хлорида свинца.

Пирометаллургический процесс - металлургический процесс, протекающий при высоких температурах. По технологическим признакам выделяют следующие виды пирометаллургических процессов: обжиг, плавка, конвертирование.

Пирометаллургический цикл цветных металлов характерен для Казахстана, Урала, Сибири, Закавказья и других районов, где расположены крупные источники руд цветных металлов.

Цикл охватывает добычу, обогащение и металлургический передел исходного сырья с многократным использованием промежуточных продуктов для извлечения спутников основных компонентов; рафинирование новых металлов; производство сплавов; утилизацию серосодержащих отходов (главным образом газов) для получения серной кислоты и отдельных продуктов на базе серной кислоты (например, фосфатных удобрений); машиностроение, связанное с массовым расходом цветных металлов (электротехника, кабельное производство и др.).

Электролитическое рафинирование, представляющее собой электролиз водных растворов или солевых расплавов, позволяет получать металлы высокой чистоты. Применяется для глубокой очистки большинства цветных металлов.

Электролитическое рафинирование, с растворимыми состоит в анодном растворении очищаемых металлов и осаждении на катоде чистых металлов в результате приобретения ионами основного металла электронов внешней цепи. Разделение металлов под действием электролиза возможно вследствие различия электрохимических потенциалов примесей и основного металла. Иногда (например, в гидрометаллургии Zn) используют электролитическое рафинирование с нерастворимыми анодами. Основной металл находится в растворе, предварительно тщательно очищенном от примесей, и в результате электролиза осаждается в компактном виде на катоде.

В качестве примера рассмотрим схему электролитического рафинирования никеля с двумя анодами и одним катодом (рис.6).

Рис. 6. 1- катодная диафрагма; 2- катод; 3-католит; 4-анолит; 5 - анод

Электролит, находящийся в анодном пространстве, загрязнён примесями из анодного никеля и направляется на очистку от этих примесей.

В первую очередь электролит очищают от таких примесей, как железо, медь и кобальт, которые наиболее быстро накапливаются в электролите.

Очистка от железа основана на окислении двухвалентного железа до трёхвалентного с последующим осаждением гидрата oксида или основной соли трёхвалентного железа, которые образуются в результате гидролиза. В качестве окислителя обычно используется кислород воздуха.

Магнитная сепарация - 1) способ обогащения полезных ископаемых, основ, на различии магнитных свойств компонентов разделяемой смеси (руд и др.). 2) Извлечение из использованных форм и стержневых смесей металлических частиц (затвердевшие капли металла, всплески, каркасы и др.). Магнитодинамический насос, МДН -- дозирующая установка , в которой электропроводящий жидкий металл перемещается под воздействием электромагнитной силы, возникающей при взаимодействии магнитного поля, создаваемой магнитной системой насоса, с электрическим током, проходящим через перемещаемую среду. В МДН сочетается электромагнитный принцип подачи металла с индукционным способом нагрева. Установка МДН предназначена для механизации и автоматизации заливки алюминиевых и цинковых сплавов в кокильные станки и машины для литья под давлением. Разработана Институтом проблем литья АН УССР. Установка модели МДН-6 имеет вместимость тигля (по алюминию) 150 кг; доза заливаемого Аl 0,5--50 кг. Дозирование осуществляется по времени заливки или по объему заливаемой порции. Металл в тигле восполняется с помощью твердой шихты или жидкого металла.

Подытоживая литературный обзор по способам рециклинга изделий из цветных металлов хотелось бы отметить достижения отечественных разработчиков в вышеизложенной сфере. Комплекс для переработки стружечных отходов алюминиевых сплавов создан учеными Физико-технического института НАН Беларуси. Его назначение -- удаление из стружки влаги, масла, смазочно-охлаждающих жидкостей и железосодержащих включений. Цель -- подготовка стружки к ее дальнейшей переработке. Использование комплекса дает значительный экономический эффект за счет увеличения коэффициента выхода пригодного для переработки металла, снижения затрат при получении алюминиевых порошков, паст, изделий.

По-новому изготавливать ферросплавы стали сотрудники научно-технического парка БНТУ «Политехник». В основе технологии лежит утилизация экологически вредных отходов отработанных катализаторов и чугунной стружки, позволяющая извлекать цветные металлы -- никель и молибден -- и использовать их в производстве легирующих элементов и лигатур в металлургической и машиностроительной промышленности. Степень извлечения ценных металлов -- 90--92%.

Технологию переплавки отходов инструментального производства в новые заготовки для повторного изготовления инструмента разработали в БНТУ. Учеными применены методы индукционной и электрошлаковой плавки, что позволяет модифицировать и регулировать условия кристаллизации металла и придания точильному, сверлильному и фрезеровальному инструменту высоких эксплуатационных качеств. Коэффициент использования металла оценивается в 0,85--0,9, а износостойкость новых инструментов в 1,3--1,5 раза выше. При этом обеспечивается экономия легирующих элементов, снижается трудо- и энергоемкость производства.

Нетканый материал из отходов тары с производительностью до 20 кг/ч можно получать на экспериментальном оборудовании, созданном в Специальном конструкторско-технологическом бюро «Металлополимер». Перерабатываемое сырье -- полиэтиленовые, полипропиленовые, полиамидные, полиэтилентерефталатные отходы и другие термопластики. Нетканые материалы используются как элементы фильтров для очистки лака, для водозаборных скважин и т.д.

Технологию и оборудование для получения порошков оловянно-фосфористой бронзы из отходов меди разработали специалисты НПО порошковой металлургии и Института порошковой металлургии. Продукт используется для изготовления пористых изделий, восстановления рабочих поверхностей деталей машин, эксплуатируемых в условиях трения и износа.

Листовые рулонные материалы сотрудники Института механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси (г. Гомель) предложили выпускать на основе полиолефинов и измельченных отходов резины. Материалы предназначены для ремонта и покрытия кровель, гидро- и виброизоляции фундаментов. Их важное преимущество -- использование отечественного сырья и трудноутилизируемых отходов резины.

Основные преимущества созданного специалистами Гомельского государственного университета имени Ф. Скорины шлифовального инструмента на керамической связке следующие: использование вторичного абразивного зерна, стоимость которого в 2--4 раза ниже стоимости нового; применение более низкотемпературной керамической связки, уменьшающей энергозатраты; сокращение времени термообработки; снижение себестоимости и т.д. Инструмент предназначен для обработки внутренних и наружных труднодоступных поверхностей металлических и неметаллических материалов. Разработка гомельчан внедрена на «Гомсельмаше».

Новые профильные изделия для замены традиционных из древесины, полимеров или металла на более дешевые и менее трудо- и энергоемкие созданы в Институте механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси. Для их изготовления используются отходы древесины, поливинилхлорид и специальные целевые добавки. Область применения экструзионных «профилей» широка -- от мебельной индустрии и строительства до авто- и тракторостроения. Важно, что материал «профилей» поддается высокотехнологичному рециклингу.

Технология и оборудование гомельского СКТБ «Металлополимер» позволяет производить трубы из вторичного полиэтилена диаметром 75 и 90 мм. Предполагается, что они найдут широкое применение в канализационных системах. В республике аналогов этой разработке нет.

БГТУ предложен способ переработки отходов резиновых производств в эластомерный композиционный материал, из которого можно делать «искусственные неровности» и резиновые пластины для покрытия деревянных, бетонных и других полов в тренажерных залах, гаражах и т.п. Выпуск материала, не имеющего аналогов в отечественной промышленности, освоен на «Беларусьрезинотехнике».

Безотходное производство влагоудерживающих полимерных удобрений, содержащих микроэлементы, стало возможным благодаря разработке Института общей и неорганической химии НАН Беларуси. Использование таких удобрений обеспечивает высокую влагоемкость грунта, увеличивает урожайность сельхозкультур в среднем на 25%, снижает заболеваемость растений и вымывание солей из почвы, экономит расход микроэлементов в 3--5 раз.

Сорбенты для ликвидации аварийных разливов нефти созданы совместными усилиями специалистов Института природопользования НАН Беларуси и РУП «БЕЛНИИТОППРОЕКТ». Среди них -- «Экоторф», полученный на основе экологически чистого природного сырья -- торфа. Он способен собрать разлитую нефть и нефтепродукты с любой поверхности и удерживать их значительное время, не давая распространяться, что позволит очищать природные объекты в рекордно короткие сроки.

Уникальная очистительная установка с сорбентом на основе торфа -- на счету ученых Института природопользования НАН Беларуси и Белорусского государственного аграрного технического университета. С ее помощью из воздуха удаляются газовые примеси органического и неорганического происхождения -- аммиак, сероводород и др. Установка может применяться на предприятиях агропромышленного комплекса, в медицинских учреждениях и др. Наиболее эффективно -- в помещениях для содержания молодняка птицы, свиней и крупного рогатого скота. При этом отработанный сорбент можно использовать в качестве органического удобрения.

Информационно-патентный поиск по теме исследований

В Беларуси Национальным центром интеллектуальной собственности выданы патенты на чуть более трех сотен изобретений и полезных моделей, прямо или косвенно связанных с рециклингом отходов. Вот некоторые из этих разработок.

Строительные смеси для восстановления и ремонта асфальтобетонных дорог из отходов Белорусского металлургического завода предложили изготавливать в Белорусско-Российском университете (г. Могилев). По прочности смеси на основе шлаков превосходят традиционные органо-минеральные и асфальтобетонные на 30--40%. При этом на 18% снижена удельная энергоемкость технологического процесса.

Импортозамещающая технология извлечения меди, олова, никеля, свинца из лома и других отходов и получение на их основе лигатур, сплавов и различных изделий освоены в БНТУ. Из изгари «добывают» 76--87% этих металлов, коэффициент использования лома доходит до 100%.

Технологию переплавки отходов инструментального производства в новые заготовки для повторного изготовления инструмента разработали в Белорусском национальном техническом университете.

Учеными применены методы индукционной и электрошлаковой плавки, что позволяет модифицировать и регулировать условия кристаллизации металла и придания точильному, сверлильному и фрезеровальному инструменту высоких эксплуатационных качеств. Разработанная технология позволяет использовать в качестве шихтовых материалов также лом, стружку, металлоабразивные шламы. Как сообщают разработчики, коэффициент использования металла оценивается величиной 0.85-0.90. а износостойкость изготовленных новых инструментов в 1,3-1,5 раз выше прежней. При этом обеспечивается экономия легирующих элементов, снижается трудо- и энергоемкость всего производства.

Новая технология производства ферросплавов освоена сотрудниками научно-технического парка БНТУ «Политехник». В ее основе лежит совместная утилизация экологически вредных отходов отработанных катализаторов и чугунной стружки.

Отходы отработанных катализаторов в порошкообразном состоянии смешиваются с восстановителем и чугунной стружкой, брикетируются и переплавляются. Полученный расплав является лигатурой для получения специальных чугунов и сталей. Разработанная технология позволяет извлекать цветные металлы - никель и молибден - из отходов и использовать их в производстве легирующих элементов и лигатур в металлургической и машиностроительной промышленности. Степень извлечения этих элементов из отходов - 90-92%.

Рассмотрим патент на способ получения изделий из стальных гранул методом порошковой металлургии с равномерным распределением азота в объеме изделия.

Изобретение относится к химико-термической обработке изделий, получаемых методом порошковой металлургии, а именно к азотированию. Способ получения изделий из стальных гранул методом порошковой металлургии с повышенным 0,45-0,6% содержанием азота включает насыщение гранул азотом в процессе компактирования. Компактирование проводят в капсуле, в которой перед началом компактирования предварительно создают избыточное давление азота до значений 15-30 атм, необходимых для обеспечения заданной его концентрации. Обеспечивается повышенное содержание азота в гранулах при равномерном его распределении в объеме компактируемого изделия.

Изобретение относится к химико-термической обработке изделий, получаемых методом порошковой металлургии из стальных гранул, а именно к азотированию. Задача изобретения - достижение повышенного (0,45-0,6% масс.) содержания азота в спекаемом изделии при одновременно равномерном его распределении в объеме изделия (степень неравномерности распределения азота - в пределах точности химического анализа определения его содержания).

Известен способ, традиционно используемый в промышленности, включающий использование при выплавке сталей азотированных ферроматериалов (феррохром, ферромарганец), при котором, однако, вследствие неравновесности процесса кристаллизации на поверхности распыляемых гранул образуются неравновесные избыточные фазы в виде вторичных крупных и одновременно грубых (неправильной формы) неметаллических включений (нитридов, карбонитридов), наличие которых приводит к ослаблению границ зерен и получению пониженных механических свойств металла в готовых изделиях после спекания (компактирования) гранул, например, в газостате.

Способ, построенный на указанном принципе и служащий для получения азотсодержащего материала на основе титана для легирования сталей азотом, основан на инициировании экзотермической реакции образования нитридов титана, кремния и алюминия путем нагрева специально измельченного порошка с размером частиц менее 2,5 мм в атмосфере азота при давлении 0,5-12 МПа. Однако все отмеченные недостатки способа сохраняются и в этом случае.

Известен способ химико-термической обработки изделий из порошковых материалов, согласно которому указанная обработка включает парооксидирование и последующее газовое азотирование. Недостатком данного способа является то, что в процессе парооксидирования происходит образование пленки окислов, которые закупоривают поры и тем самым препятствуют объемному азотированию. Таким образом, при данном способе невозможно достичь равномерного распределения азота по сечению изделия.

Известен также способ получения порошковых азотсодержащих тугоплавких сплавов, согласно которому с целью достижения равномерного объемного насыщения азотом производят взаимодействие металлического порошка с газовой средой в режиме горения, при этом в качестве газовой среды используют смесь азота и водорода при определенном соотношении их парциальных давлений. Недостатком указанного способа является то, что наличие водорода в реакционной зоне препятствует дальнейшему прохождению процесса объемного азотирования сплава.

Предложен совмещенный способ получения изделий методом порошковой металлургии из стальных гранул с содержанием азота до 0,45-0,6% за счет объемного азотирования путем одновременного диффузионного насыщения порошка азотом в капсуле, помещенной в газостат, и спекания (компактирования) в виде готового изделия.

Согласно проведенному экспериментальному опробованию предлагаемого способа, при этом удается достичь повышенной (до 0,45-0,6%) концентрации азота при одновременно равномерном содержании его в объеме изделия, что в конечном счете обеспечивает повышение механических свойств металла и срока службы изготавливаемых изделий.

Отличительным признаком предлагаемого способа является совмещенность процесса насыщения гранул азотом и спекания и возможность достижения вследствие этого повышенного содержания азота при равномерном его распределении в объеме спекаемого изделия.

Данный способ опробован при компактировании гранул стали марки 12Х18АГ18Ш в газостате QIH-345 для изготовления бандажных (каповых) колец роторов турбогенераторов. При экспериментальном опробовании новой технологии давление азота варьировали в пределах от 15 до 30 атм. При этом содержание азота в спеченном металле составило от 0,45 до 0,60%.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить прочностные и пластические свойства металла, а также ударную вязкость.

Применение предлагаемого способа, например, для изготовления бандажных (каповых) колец роторов турбогенераторов позволило повысить прочностные свойства металла на 5-8%, пластические свойства на 16-20%, ударную вязкость в 2,6 раза и увеличить срок службы изделий на 10-15%. При этом коэффициент использования металла возрос в 2,0-2,5 раза.



Список используемых источников

рециклинг металл плавка рафинирование

Кнорозов Б.В. и др. Технология металлов и материаловедение, - М.: Металлургия, 1987.

Соколов. Г.А. Производство стали. М.: Металлургия, 1987.

Сивак Б., Протасов А. Современное состояние и перспективы разхвития минизаводов по производству сортового проката// Национальная металлургия, 2002, № 2, с.38-43.

Энциклопедический словарь по металлургии. Гл. ред. Н.П. Лякишев. М.: Интермет Инжиниринг, 2000. - 821 с.

Ганьжин В. Киселев Ю. Технология XXI века. Перспективы России// Национальная металлургия, 2003, № 1, с.77-87.

Федорченко И. М., Андриевский Р. А., Основы порошковой металлургии, К., 1961

Плакеин И. Н., Юхтанов Д. М., Гидрометаллургия, М., 1949

Хабаши Ф., Основы прикладной металлургии, пер. с англ., т. 2, М., 1975

Сучков А. Б., Электролитическое рафинирование в расплавленных средах, М., 1970

Рафинирование стали синтетическими шлаками, 2 изд., М., 1970.

Размещено на www.allbest.ru