Способ переработки металлоотходов

 

Использование: для переработки дисперсных металлоотходов, стружки, тонкой проволоки. Сущность изобретения: металлоотходы подвергают спеканию и переплаву в капсуле в оболочке зернистого сыпучего материала, при этом согласно изобретению, по высоте капсулы создают снизу вверх перепад температур ниже и выше температуры плавления металлов, причем при загрузке металлоотходов обеспечивают возрастание их плотности снизу вверх по высоте капсулы, в зернистый материал дополнительно вводят графит, а уплотнение отходов осуществляют их предварительным прессованием в брикеты различной плотности при различных усилиях прессования. Кроме того, перепада плотностей отходов по высоте капсулы достигают вводом в дисперсные металлоотходы кускового металлолома, а также послойным размещением по высоте капсулы различных фракций металлоотходов после их рассева. Кроме того, перерабатывают отходы из одного и того металла, а также отходы различных металлов. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике переработки дисперсных металлоотходов, стружки, тонкой проволоки и может найти применение в металлургии.

Известен способ переработки металлоотходов, включающий их спекание и переплав в капсуле в оболочке зернистого сыпучего материала [1] Способ позволяет использовать металлические капсулы без контакта с жидким металлом для формирования слитков при полном отсутствии угара металла.

Недостаток способа состоит в том, что возможно всплытие зернистого материала в более тяжелом жидком металле под действием Архимедовой силы, что не исключает возникновение контакта жидкого металла со стенками капсулы. Кроме того, зернистый материал может спекаться, что в дальнейшем усложняет выгрузку слитка, т. е. сложно подобрать зернистый материал, который бы не смачивался жидким металлом и не вступал с ним во взаимодействие, частицы которого имели бы не меньший удельный вес, чем расплав.

Цель изобретения повышение эффективности переработки дисперсных металлоотходов, стружки и тонкой проволоки.

Поставленная цель достигается в способе переработки металлоотходов, включающем их спекание и переплав в капсуле в оболочке зернистого сыпучего материала, отличающемся тем, что по высоте капсулы создают снизу вверх перепад температур ниже и выше температуры плавления металлов, причем при загрузке металлоотходов обеспечивают возрастание их плотности снизу вверх по высоте капсулы, а в зернистый материал дополнительно вводят графит.

Кроме того, уплотнение отходов осуществляют их предварительным прессованием в брикеты различной плотности при различных усилиях прессования, перепада плотностей отходов по высоте капсулы достигают вводом в дисперсные металлоотходы кускового металлолома, а также послойным размещением по высоте капсулы различных фракций металлоотходов после их рассева, ведут переработку отходов из одного и того же металла, ведут переработку отходов различных металлов.

За счет перепада температур и плотностей металлоотходов по высоте капсулы расплавленный металл смачивает и пропитывает нижележащий слой отходов, имеющий меньшую плотность, причем пропитывается сначала центральная часть нижнего слоя: формируется слиток в оболочке из спеченных металлоотходов без контакта жидкого металла с зернистым материалом, при этом отсутствует угар, отпадает операция разливки металла. При отключении печи металл застывает и слиток выгружается из капсулы.

Пример 1. Переработке подверглась медная сечка, выделенная из дробленной изоляции проводов, перерабатываемых на Минском заводе "Вторцветмет". Эти отходы содержат 19 20 меди. Были выделены две фракции медной сечки: -0,63 мм и 0,63 1 мм. Первая фракция имела вес утряски 2,2 г/см³, вторая - 0,7 г/см³. Сечка фракции -0,63 мм содержала до 30 органики, тогда как во фракции +0,63 мм органика отсутствовала.

Осуществлялись три варианта переработки.

На чертеже изображено устройство, в котором реализован способ.

Устройство содержит вертикальную трубу 1 с затвором 2, перекрывающим ее нижнее основание, загруженную в общем случае отходами низкой плотности 3 и высокой плотности 4, размещенных в оболочке из зернистого материала 5 в порядке возрастания их плотности снизу вверх. Вверху труба 1 снабжена песочным затвором 6, в который вставлен дисперсный клапан 7. Труба 1 охвачена печью 8, размещенной на неподвижной теплоизоляционной опоре 9 и стальной опоре 10, в пазах которой перемещается затвор 2 и на которую устанавливается труба 1. Печь 8 перекрыта крышкой 11.

По первому варианту перерабатывалась сечка фракции -0,63 мм, имеющая одинаковую плотность. Труба 1 была выполнена из нержавеющей стали и имела внутренний диаметр 130 мм. Электропечь имела мощность 5,5 кВт. Переработка по этому варианту велась без формирования оболочки из зернистого материала, перекрывающего лишь нижнее основание трубы. После пиролиза органики и подъема температуры до 1000^oC наблюдалась значительная усадка отходов. Поэтому клапан 7 снимался и в трубу 1 догружали отходы, пока она не оказывалась заполненной уплотненной сечкой. После этого температура в печи поднималась до 1140^oC и выдерживалась в течение двух часов. Затем печь 8 поднималась тельфером и труба 1 охлаждалась. При удалении затвора 2 нижележащий зернистый материал 5 высыпался, но попытка выбить слиток из трубы оказалась неудачной: пришлось его выпрессовывать на гидропрессе. Разрез слитка показал, что лишь на его нижнем основании толщиной около 1 см был сплошной металл, остальной объем занимал графитовый каркас, заполненный металлом, причем средняя плотность слитка составила 5 г/см³, т. е. лишь 56 от плотности меди. Необходимость выпрессования слитка из трубы усложняет процесс переработки по этому варианту.

По второму варианту переработки сечка фракции -0,63 мм прессовалась в брикеты диаметром 108 мм, плотностью 4 г/см³, которые затем загружались в трубу и засыпались зернистым материалом так, что вокруг брикетов образовалась огнеупорная оболочка из этого материала. Кстати, во всех описанных здесь случаях в зернистый материал добавляли до 10 графита, что предотвращало его спекание в процессе термообработки. Нижние брикеты находились в зоне, где температура была 1000^oC, достаточная для их спекания, но недостаточная для их переплава. После выдержки при температуре 1140^oC в течение двух часов, охлаждения трубы до 800^oC из нее на проход удалялся зернистый материал и слиток со средней плотностью, составившей 79 от плотности меди. Поперечный разрез брикетов показал, что в них сохранился своеобразный графитовый каркас, ячейки которого заполнены медью. Нижние брикеты претерпели наименьшую усадку, но их поры были затем заполнены жидким металлом, который частично стек из вышележащих брикетов (при этом сохранилась наружная пористая оболочка этих брикетов), но поскольку сток металла был ограничен объемом пор, то и получился графитовый каркас, заполненный металлом. Все брикеты при этом спеклись в единый столбик. Благодаря предварительному прессованию сечки отпала необходимость в периодической догрузке ее, как это было при обработке по первому варианту.

По третьему варианту в трубу загружались последовательно брикеты сечки +0,63 мм плотностью 2 г/см³ и поверх их брикеты сечки -0,63 мм плотностью 4 г/см³. Все это засыпалось зернистым материалом так, что вокруг брикетов образовалась огнеупорная оболочка из этого материала. После пиролиза и выдержки при 1140^oC в течение двух часов и охлаждения печи до 900^oC из капсулы выгружался вместе с зернистым материалом слиток, который тут же засыпался холодным песком, а раскаленный зернистый материал вновь засыпался в раскаленную трубы, образуя вокруг новой порции брикетов оболочку. Средняя плотность слитка составила 8,1 г/см³ или 90,7 от плотности меди: почти вся медь стекла и пропитала нижний пористый спек, за исключением тонкой оболочки, контактирующей с оболочкой из зернистого материала. Графитовый каркас остался за пределами слитка, т. е. нижние, менее плотные брикеты образовали пористую разогретую форму для слива жидкого металла, являясь одновременно и фильтром, задерживающим шлак и прочие посторонние включения. По этому варианту, реализующему предложенный способ, достигается максимальная плотность слитка, упрощается его выгрузка без разлива в специальные формы, весь процесс переработки идет в защитной атмосфере с фильтрацией посторонних примесей.

Пример 2. Обработке подвергались медные проводники диаметром 0,05 1 мм, полученные в результате переработки трансформаторов методом пиролиза. Предварительно провода заталкивались в трубу с внутренним диаметром 110 мм, уплотнялись трамбовкой и выталкивались из трубы в виде брикетов. Брикеты одинакового веса, но разной плотности, имели разную высоту. Затем они загружались в трубу со слоем зернистого материала, перекрывающим ее нижнее основание: сначала брикеты большей высоты, затем меньшей, с гарантированным зазором относительно внутренней поверхности трубы. Затем столбик брикетов засыпался зернистым материалом.

В ходе термообработки брикетов, как показали эксперименты, возможны два случая. В первом из них все брикеты находились в зоне с температурой, превышающей температуру плавления меди, во втором случае по высоте трубы с брикетами создавался перепад температур: выше температуры плавления в центре печи и температурой спекания брикетов в нижней части трубы.

В первом случае все брикеты полностью переплавлялись, образуя ванну из жидкого металла. При быстрой выгрузке зернистого материала жидкий металл выливался из трубы, образуя бесформенные куски.

Но при охлаждении капсулы с последующей выгрузкой слитка было обнаружено, что в процессе переплава медной проволоки происходило всплытие не только шлака, но и зернистого материала, особенно при осуществлении механического перемешивания расплава, что фактически приводило к интенсивному зашлакованию металла с удержанием значительного количества его в шлаке. Кроме того, в верхней части слитка наблюдались включения зернистого материала. В некоторых случаях происходило даже размывание жидким металлом зернистой оболочки с формированием нижней части слитка по всему поперечному сечению трубы, что усложняло последующее удаление его из трубы.

Во втором случае из-за перепада температуры по высоте брикетов в нижней части трубы образовался спек, а над ним жидкий металл, который постепенной стекал вниз, заполняя поры нижнего спека, застывая в виде тонкой оболочки на границе спека с оболочкой зернистого материала, т. е. в этом случае исключалась возможность всплытия зернистого материала даже при перемешивании жидкого металла. При охлаждении печи до 900^oC труба разгружалась и из нее извлекался слиток со средней плотностью 8,1 г/см³.

Аналогичным способом перерабатывалась медная фольга, удаленная с отходов омедненного стеклотекстолита. Предварительно из фольги прессовались брикеты плотностью 2 г/см³ и плотностью 5 г/см³. В результате получены слитки плотностью 8 г/см³. Одновременно отфильтровались остатки стекловолокна.

Затраты электроэнергии на переплав отходов меди в приведенных выше примерах составили 2,2 кВтч/кг.

В случае переработки по предложенному способу отходов такого агрессивного металла как алюминий достигалось образование слитков без контактов его со стенками металлической трубы. При этом над спеком, который пропитывался жидким алюминием, оставались все приделки, без растворения их в жидком алюминии. Возгорания остатков алюминия в шлаке при этом не наблюдалось.

В частности, был получен слиток в виде сплава магния с алюминием. В капсулу в полиэтиленовом мешке загружалась алюминиевая стружка, а на поверхность ее слоя загружались брикеты спрессованной магниевой стружки. Все это засыпалось зернистым материалом. Расплавленный магний заполнял поры в слое алюминиевой стружки, вступая во взаимодействие с окисной пленкой на поверхности алюминия: Al₂O₃ + 3 Mg 3 MgO + 2 Al.

Все это приводило к образованию компактного слитка даже в случае использования мелкой алюминиевой стружки с размером частиц менее 0,3 мм, так называемых отсевов, переплав которой практически невозможен.

Данный способ применим и при переработке в керамических капсулах, на которые сначала надевают, а затем снимают индукторы. При этом в каждую такую капсулу помещают полиэтиленовый мешок отходами. В этот мешок сначала загружается крупная стальная стружка с плотностью утряски 2 г/см³, затем мелкая, например микростружка, выделенная из отходов шлифования с плотностью утряски до 4 г/см³. А так как микростружка имеет низкую электро- и теплопроводность и практически не нагревается переменным магнитным полем, то в нее вводится кусковой металлолом, который нагревается при этом сам и обеспечивает прогрев слоя микростружки с возрастанием электропроводности последнего на несколько порядков.

Создание по высоте трубы снизу вверх перепада температур ниже и выше температуры плавления металлов с загрузкой отходов в порядке возрастания их плотности в направлении максимальной температуры (путем механического уплотнения, распределения по фракциям после их рассева, ввода в них кускового металлолома), обеспечивает получение наиболее плотных слитков внутри оболочки из сыпучего зернистого материала за счет переплава отходов и стока жидкого металла в пористую емкость, с одновременной его фильтрацией, без попадания зернистого материала в жидкий металл, без угара и удаления жидкого металла из трубы. При этом, чем выше плотность слитков, тем выше их металлургическая ценность, тем выше их цена. В то же время дополнительный ввод в зернистый материал графита обеспечивает создание защитной атмосферы внутри трубы независимо от наличия в отходах органики.

Переработка отходов различных металлов обеспечивает заливку более легкоплавким металлом каркаса из более тугоплавкого металла с образованием компактных слитков, например, ферротитана (в результате переработки стальной и титановой стружки) или сплава магния с алюминием (в результате переработки магниевой и алюминиевой стружки).

Формула изобретения

1. Способ переработки металлоотходов, включающий их спекание и переплав в капсуле в оболочке зернистого сыпучего материала, отличающийся тем, что по высоте капсулы создают снизу вверх перепад температур ниже и выше температуры плавления металлов, причем при загрузке металлоотходов обеспечивают возрастание их плотности снизу вверх по высоте капсулы, а в зернистый материал дополнительно вводят графит.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уплотнение отходов осуществляют их предварительным прессованием в брикеты различной плотности при различных усилиях прессования.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перепада плотностей отходов по высоте капсулы достигают вводом в дисперсные металлоотходы кускового металлолома, а также послойным размещением по высоте капсулы различных фракций металлоотходов после их рассева.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что ведут переработку отходов из одного и того же металла.

5. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что ведут переработку отходов различных металлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1