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.. 5
2. Цель работы.. 7
3. Литературный обзор. 8
3.1. Основные проблемы переработки вторичного редко металлического сырья 8
3.2. Источники образования вторичного сырья. 9
3.3. Классификация вторичного сырья. 11
3.3.1. Основные группы.. 11
3.3.2. Классификация по физическим признакам. 12
3.3.3. Классификация по химическим признакам. 12
3.3.4. Газообразные отходы.. 13
3.4.Способы утилизации и переработки вторичного сырья. 14
3.5. Переработка сплавов редких элементов. 15
3.5.1.Окислительные методы.. 15
3.5.2. Методы хлорирования. 16
3.5.3.Способы электрохимического растворения отходов. 16
3.5.4. Гидрометаллургические методы.. 17
4. Исходные данные. 18
4.1. Схема переработки карбида. 18
4.1.1.Аппаратурное оформление. 19
4.1.2. Рукавный фильтр. 19
4.1.2.Описание схемы переработки карбида. 19
4.3. 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) [12] 29
4.3.16. Бентонит [13] 29
4.4. Термодинамические данные компонентов сырья. 30
4.4.1. Расчет термодинамических величин протекания реакций окисления 30
4.4.1.2. Расчет термодинамических величин протекания реакций окисления [5] 31
5. Материальный баланс. 33
5.1. Блок 2. Грануляция и окисление в печи кипящего слоя. 33
5.1.1.Запишем уравнения используя исходные данные и принятые значения 34
5.1.3. Расчет циклонной пыли. 35
5.1.4. Количество связующих веществ в исходной шихте. 37
5.2. Окисление карбидов. 37
5.2.1. Окисление WC: 37
5.2.2. Окисление TiC: 38
5.2.3. Окисление Со: 39
5.2.4. Окисление Zn: 41
5.2.5. Окисление Си: 42
5.2.6. Окисление Ге: 43
5.2.7. Теоретическое количество воздуха. 45
5.5. Блок 5. Прокалка и сушка. 49
6. Тепловой баланс. 50
6.1 Зона кипящего слоя. 50
6.1.1. Приход тепла зоны кипящего слоя. 50
6.1.2. Расход тепла. 54
6.1.3. Определение требуемого избытка воздуха. 55
6.1.4. Определение размеров сечения печи. 56
6.2. Надслоевая зона. 56
6.2.1. Приход тепла. 56
6.2.2. Расход тепла. 57
6.2.3. Разность между приходом и расходом тепла при 900°С.. 58
7. Печь кипящего слоя. 59
8. Уточнение аппаратурного оформления. 64
8.1. Щековая дробилка [14] 64
8.2. Дисковая мельница [14] 65
8.3. Гранулятор [14] 66
8.4. Печь кипящего слоя. 66
8.4.1. Циклон [9] 66
7.4.2. Рукавный фильтр [8] 67
7.5. Реактор для выщелачивания (с распыляющимся с верху реагентом) 67
7.6. НУТЧ фильтр [7] 67
8.7. Колонна осаждения. 68
8.9.Сушильные аппараты с вращающимися барабанами [7] 68
8.10. Индукционная печь [10] 69
9. Вывод. 70
9. Список литературы... 72
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].
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.
В настоящее время подсчеты показали, что удельные капитальные затраты на сбор и переработку вторичного металла в 25 раз меньше, чем на производство металла из руды. Производительность труда во вторичной цветной металлургии примерно в два раза выше, чем в первичной. Сбор и переработка вторичных металлов имеют не только экономический, но и социальный эффект.
При переработке вторичного сырья коэффициент комплексного его использования должен быть достаточно высоким, так как задача вторичной металлургии состоит в одних случаях в разделении металлов, а в других - в подшихтовке к соответствующим ломам и отходам чистых металлов для получения в конечном счете качественных сплавов.
Перед металлургической переработкой вторичное сырье нужно рассортировать, спакетировать или (если это крупногабаритные детали) разрезать на куски, удобные для шихтовки и дальнейшей переработки. В современной практике далеко не всегда имеются эффективные способы осуществления этих операций.
При переработке отходов металлургического производства желательно применение таких процессов, которые сочетались бы с основной технологией без введения новых типов оборудования и без расхода дополнительных реагентов. Во многих случаях извлечение металла из вторичного сырья проще, чем из первичного, поскольку содержание его в отходах значительно выше. Следовательно, затраты на производство вторичного металла могут быть уменьшены, что приводит при значительной доле вторичного сырья к снижению себестоимости продукции в целом и увеличению выпуска редких металлов.
При выборе способа переработки вторичного сырья следует учитывать, что его состав в большинстве случаев существенно отличается от первичного. Наличие в нем синтетических материалов, отсутствующих в природе, загрязнение токсичными и взрывоопасными веществами в процессе эксплуатации значительно изменяют состав вторичного сырья в количественном и качественном отношении. Несмотря на существенную принципиальную разницу между первичной и вторичной металлургией редких металлов, имеются и некоторые общие черты. Основная из них - сложный состав сырья, поступающего в переработку: полиметаллические сульфидные руды содержат 10-15 компонентов, имеющих народнохозяйственное значение, вторичное сырье состоит, как правило, из трех-четырех компонентов И.
Источниками вторичных сырьевых ресурсов, содержащих редкие и благородные металлы, являются металлургическая, химическая, электротехническая, радиотехническая, электронная промышленность, машиностроение и различные предприятия военно-промышленного комплекса.
Стремительный прогресс во всех сферах материального потребления требует увеличения производства металла. Развитие техники повлекло за собой применение новых редких металлов, их сплавов и соединений. Обойтись без них не могут атомная энергетика, реактивная и космическая авиация, полупроводниковая техника, современная оптика и другие отрасли промышленности. Для применения в технике зачастую необходимы металлы высокой степени чистоты. Требования к чистоте металлов непрерывно повышаются, а следовательно, совершенствуются и разрабатываются новые методы очистки. Использование бедного сырья и высокие требования, предъявляемые к качеству конечного продукта - металла, вызывают усложнение технологии, сочетающей различные пиро- и гидрометаллургические способы концентрирования, выделения и глубокой очистки редкого металла. На каждой ступени многостадийной технологической схемы получаются побочные продукты, содержащие то или иное количество ценного компонента. Вследствие этого прямой выход металла из первичного сырья мал (иногда не более 40-50%). Отходы, получаемые на различных стадиях производства (растворы, шламы, кеки, брак металла и пр), представляют собой материалы, в которых содержание металла во много раз превышает его содержание в первичном сырье.