Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE




loading...


AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


Purificarea deseurilor feroase

Tehnica mecanica

+ Font mai mare | - Font mai mic






DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
PROIECTAREA PROCESULUI TEHNOLOGIC - arbore banda transportoare
COMPONENTELE PRINCIPALE ALE TRADUCTOARELOR - Traductoare pneumatice
Proiect Organe de masini - Transmisii mecanice
Densitatea si greutatea specifica a fluidelor
Conditii tehnice, materiale si semifabricate prevazute la fabricarea arborilor cotiti
PROIECT DE SPECIALITATE Tehnician mecatronist - SISTEMELE HIDRAULICE ALE SERVODIRECTIEI PENTRU CONDUCEREA AUTOCOMBINELOR DE CEREALE
CATIA
Cuplu de forte
PERFORMANTELE SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATA LINIARE
Rezervor cilindric vertical

TERMENI importanti pentru acest document

: metode separare staniu : cuptor cu inductie zinc : tratament pilitura cupru :

PURIFICAREA DESEURILOR FEROASE

            Deseurile de otel rezultate la dezmembrarea automobilelor, aparaturii electronice și altor obiecte casnice scoase din uz contin acoperiri și componente din metale sau aliaje neferoase (acoperiri de zinc sau staniu, conductori din cupru etc.). Daca aceste deseuri impurificate sunt introduse direct in incarcaturile pentru elaborare se aduc elemente nedorite daunatoare pentru proprietatile otelurilor (cupru, staniu, plumb etc.). Drept urmare, astfel de elemente trebuie indepartate prin transferare in faze care pot fi usor separate din deseurile feroase solide sau din baile metalice obtinute din topirea acestora.

· Clasificarea metodelor de purificare:

-        fizice

-        termice

-        chimice sau electrochimice

            · Tehnicile de purificare pot fi puse in practica in secvente diferite ale fluxului de elaborare a otelului, fig.1:

            - inaintea introducerii lor la elaborarea otelului:

                        - la temperatura camerei;

                        - la temperaturi ridicate;

            - la elaborarea otelului:

                        - in etapele elaborarii;

                        - in timpul tratamentului secundar al otelului.

Fig.1. Structurarea variantelor de tratament pentru purificarea deseurilor

· Metoda de purificare se adapteaza formei sub care se afla impuritatile in deseuri:

-        dizolvate in deseurile feroase: elementele considerate impuritati se indeparteaza in timpul proceselor de topire (tratament cu gaze inerte, zgure reactive, vidarea topiturilor, etc.)

-        sub forma depunerilor de suprafata: elementele considerate impuritati se separa prin dizolvare in solutii alcaline sau acide, prin metode electrochimice sau se inlatura mecanic in timpul operatiilor de maruntire.

· Purificarea poate fi realizata prin prelucrare la diferite temperaturi, atunci cand deseurile se afla in stare solida sau lichida.

Metodele se aplica la:

-        la temperatura camerei

- maruntirea normala a deseurilor feroase (asigura eliminarea cuprului in proportie de 70-80% si staniului in proportie de numai 30%);

- maruntirea criogenica (asigura eliminarea cuprului pana la 90%);

- lesierea amoniacala pentru cupru (asigura eliminarea cuprului in proportie de aprox. 100%);

- destanarea electrolitica (asigura eliminarea staniului in proportie de aprox. 100%).

-        la temperaturi ridicate

- eliminarea staniului de pe suprafata deseurilor solide prin oxidare si abraziune, prin sulfurare (asigura eliminarea Sn in proportie de aprox. 35% si respectiv 65%);

- la temperatura otelului lichid exista posibilitatea eliminarii cuprului si staniului, prin procese chimice.

1. Indepartarea zincului din deseurile feroase

Zincul se afla in cea mai mare parte in acoperirile metalice de la suprafata deseurilor de otel. Proportia deseurilor metalice care prezinta aceste acoperiri  a crescut in fiecare an datorita cerintelor privind protectia anticoroziva a produselor in timpul duratei lor de viața. Un exemplu in acest sens il constituie cresterea cantitatii de tabla galvanizata utilizata la fabricarea caroseriilor autovehiculelor, fig.2. Caroseriile masinilor moderne sunt fabricate aproape in intregime din tabla protejata cu acoperiri de zinc.

%

Fig.2. Rata protectiei cu acoperiri de zinc a tablei din otel

utilizata la fabricarea caroseriilor automobilelor

1.1. Indepartarea acoperirilor de zinc și recuperarea lui dupa introducerea deșeurilor impurificate la elaborarea oțelului

De cele mai multe ori astfel de deseuri sunt introduse direct la elaborarea aliajelor feroase, fig.3. In acest caz cea mai mare parte a zincului se regaseste sub forma de oxid in prafurile colectate din instalatiile de purificare a gazelor evacuate din procesul de elaborare a oțelului din incarcaturi impurificate cu acoperiri zincate.

Fig.3. Bilanțul de materiale la utilizarea deseurilor de tabla galvanizata la elaborarea otelurilor in cuptoare electrice cu arc

Praful bogat in zinc, recuperat in instalatii de desprafuire, poate fi procesat supus tratamentelor de valorificare prin procedee pirometalurgice sau hidrometalurgice (cel mai raspandit fiind procedeul Waëlz, fig.4). Tehnologiile moderne bazate pe metode chimice si electrochimice au in vedere indepartarea zincului din deseurile de fier inainte de introducerea lor la elaborarea otelurilor.

Fig.4. Procedeul Waëlz de recuperare a zincului din prafurile colectate in siderurgie

1.2. Indepartarea acoperirilor de zinc inainte de introducerea deșeurilor impurificate la elaborarea oțelului

1.2.1. Dezincarea alcalina a deseurilor de otel galvanizat

            In 1987 Argonne si partenerul sau industrial Metal Recovery Industries SUA au dezvoltat o tehnologie pentru purificarea deseurilor de otel galvanizat in vederea indepartarii zincului sau aliajelor zincului din acoperiri. Procedeul, experimentat initial in laborator si in trei instalatii pilot, se bazeaza pe dizolvarea zincului din acoperirile metalice in solutii de soda caustica si separarea ulterioara a zincului prin electroliza, fig.5. Prima instalatie pentru dezincare a deseurilor de tabla galvanizata a fost amplasata in Hamilton Ontario iar a doua a fost instalata de MRTI in Chicago Indiana.

Fig.5. Schema procedeului de dezincare: 1 – deseuri; 2 – banda transportoare; 3 – solutie regenerata; 4, 11 – pompe; 5 – toba dezincare; 6 – transportor; 7, 13, 14, 15 – tancuri dezincare; 8 – solutie imbogatita in zinc; 9 – celula de electroliza; 10 – namol cu continut de zinc; 12 – filtre; 16 – deseuri curate; 17 – conveior; 18 – slam cu continut ridicat de zinc; 19 – siloz; 20 – vehicule transport; 21 – uscator; 22 - unitate de spalare;

            In reactoare sunt procesate deseurile maruntite nepresate. Deseurile maruntite nepresate sunt incarcate in reactorul cu solutie apoasa incalzita la 70…900C care contine ~20…32% NaOH. Zincul se dizolva in aceasta solutie. Deseurile curate se recupereaza din reactor si se supun spalarii. Electrolitul este pompat intr-o celula secundara, zincul fiind recuperat pe cale electrolitica. Soluția recuperata de la operatiile de spalare si electroliza este reciclata in tancul de lesiere.

            In Valenciennes Franta functioneaza o instalatie pe principiul dezincarii alcaline cu o capacitate de 45.000t/an. Ea a fost conceputa de Companie Europeenne de Dezincage (CED) in colaborare cu Hoogovens Scrap Proccesing si Companie Français des Ferailles (CFF). In instalatia de dezincare se trateaza deseuri provenite din unitatile de colectare și care au fost mai intai maruntite, fig.6. Datorita frecarii, prelucrarea in utilaje de maruntire tip Shredder determina o oarecare indepartare a stratului de acoperire. Deseurile si reziduul de la maruntire sunt introduse in reactorul de dezincare unde intra in contact cu solutia caustica.

Fig.6. Fluxul procedeului CED pentru dezincare a deseurilor

Procesul din solutia puternic alcalina poate fi descris cu reactiile:

            Oxidarea zincului este rapida iar degajarea hidrogenului este lenta. Randamentul de dizolvare a zincului in solutie este influentat de concentratiile zincului si hidroxidului de sodiu din solutie.

            Zincul este separat din solutie prin electroliza intr-o instalatie care are doua randuri a cate 10 celule de electroliza fiecare. Parametrii instalatiei sunt: capacitatea 10t/h la functionare continua, timp de lucru 15h/zi, productivitatea 20kg/t zinc. Anozii sunt din carbon iar catozii din magneziu. Desprins prin vibratie de pe suprafata catodului si procesat sub forma unor pelete cu o concentratie de zinc >80%, zincul poate fi valorificat in aplicatii din industria zincului. Solutia de soda caustica calda este recirculata in reactoarele de dizolvare si electroliza.



La Koninkeijko Hoogevens s-a experimentat dezincarea tablelor galvanizate prin dizolvarea acoperirilor in solutii puternic alcaline (soda caustica la cald) si electroliza solutiilor cu depunerea zincului la catod. Solutii pentru indepartarea zincului si plumbului din baile metalice rezultate prin topirea deseurilor in cuptor electric cu arc s-au cercetat la ISPAT Hamburg Germania.

2. Indepartarea staniului de pe suprafața deseurilor feroase

In prezent, acoperirile cu staniu sunt din ce in ce mai putin utilizate, staniul regasindu-se sub forma tablei cositorite/stanate (albe) din industria ambalajelor, la fabricarea obiectelor de larg consum si in alte ramuri industriale.

Tablele stanate sunt table laminate la cald acoperite cu un strat subțire de staniu. Cositorirea reprezinta acoperirea superficiala a aliajelor feroase prin:

- imersie intr-o baie de staniu topit in intervalul de temperatura 260-300 0C (Ttopire Sn= 231,9 0C). Se obtine un strat de staniu depus de aprox. 40 μm;

- pe cale electrolitica care se realizeaza cu ajutorul unei solutii de stanat de sodiu, ca electrolit. Stratul depus este de ~4-7 μm.

Funcție de grosimea stratului depus, 2 – 8 kg Sn pur se utilizeaza pentru a acoperi 1 tona de tabla din oțel. Pe aceasta cale, baia metalica obținuta la elaborarea oțelurilor din astfel de deșeuri poate conține 0,2 pana la 0,8 % Sn prin topirea unor astfel de deșeuri de tabla stanata. In Germania, mari cantitați de deșeuri de tabla stanata rezulta la separarea refuzului provenit din deșeurile de obiecte casnice. Conținutul mediu de staniu in refuzul separat din deșeuri este de 0,3 %.

Deseurile de tabla cositorita pot fi utilizate eficient la elaborarea otelurilor daca in prealabil se inlatura staniul de pe suprafata acestora deoarece:

- se evita prezenta acestuia in incarcaturile pentru elaborare ceea ce duce la inrautatirea calitații otelurilor;

- staniul poate fi recuperat și apoi utilizat la elaborarea aliajelor de lipit, a celor pentru lagare si a altor aliaje.

Alegerea metodei de indepartare depinde de caracteristicile deseurilor de tabla cositorita:

- forma

- dimensiuni

- grosimea stratului depus

- gradul de impurificare.

            ● Pregatirea deseurilor de tabla inainte de procesarea pentru recuperarea staniului cuprinde urmatoarele operatii:

            - sortarea si indepartarea materialelor straine care impurifica deseurile de tabla;

            - maruntirea deseurilor metalice;

            - presarea deseurilor in pachete (gradul de presare depinde de metoda aplicata pentru recuperarea staniului).

Maruntirea deseurilor se poate face pe mori de tip Shredder. In timpul acestei prelucrari are loc o indepartare partiala prin frecare a acoperirii de staniu. Materialul indepartat mecanic, rezultat dupa sortare, poate fi tratat pentru recuperarea staniului. O alta metoda de maruntire care poate fi aplicata este sablarea deseurilor. Amestecul obtinut care contine nisip amestecat cu staniu poate fi de asemenea prelucrat pentru recuperarea staniului.

            Recuperarea propriu-zisa a staniului din deseurile de tabla se poate realiza prin:

- metode pirometalurgice;

- metode hidrometalurgice (utilizarea Cl2 - metoda clorurarii; utilizarea solutiilor acide sau alcaline);

- metode electrolitice.

a Metodele pirometalurgice se pot aplica in cazul straturilor groase de acoperiri de staniu si se bazeaza pe procese de topire selectiva. Tablele acoperite se incalzesc la ~4000C. Acoperirile de staniu au temperatura de topire scazuta in comparatie cu tabla de otel pe care este depusa. Randamentul de indepartare al staniului este mai scazut decat la utilizarea altor metode.

Pentru creșterea randamentului de indepartare, tabla cositorita care a fost taiata in bucati se introduce in tobe rotative impreuna cu nisip si pilitura de fier. Toba care contine aceasta incarcatura este incalzita la o temperatura care face ca staniul sa devina vascos si mai usor indepartat prin erodare.

a Metodele hidrometalurgice utilizeaza solutii acide sau alcaline pentru recuperarea staniului din deseurile de otel.

Metoda clorurarii (utilizarea clorului gazos) se aplica deseurilor uscate, din care au fost indepartate umiditatea si substantele organice (hartie, lacuri etc.).

Procesul se desfasoara in retorte, fig.7.

Fig.7. Retorte pentru clorurarea deseurilor de tabla

            Metoda se bazeaza pe reactia exoterma:

.

            In prezenta staniului, clorura stanica SnCl4 care trece in clorura stanoasa SnCl2.

Clorura stanica este un lichid cu o densitate mare, 2,29g/cm3 care fierbe la 1140C si se foloseste in industria textila. Temperatura ridicata din spatiul de reactie, determinata de caldura degajata de reactia chimica, este daunatoare procesului (clorura stanica fierbe la 1140C iar la 380C se poate forma clorura ferica). Din aceasta cauza, o conditie absolut necesara pentru aplicarea acestei metode este indepartarea continua a caldurii generate de reactiile chimice. Daca clorura stanica formata este evacuata continuu din retorta, in proces se poate utiliza clor nediluat iar procesul se desfașoara la ~3000C. In caz contrar, procesul trebuie sa se desfasoare la maxim 380C.

Procedeul este foarte simplu, daca se poate realiza regimul termic . Cu ajutorul acestei metode este posibila recuperarea staniului din orice fel de deseuri de tabla, cu conditia indepartarii prealabile a umezelii si altor impuritati.

Clorura stanica obtinuta contine impuritati, ea poate fi purificata pentru indepartarea fierului si clorului liber prin distilare. Prin cementare cu zinc, fier sau prin electroliza se obtine din clorura stanica, staniul metalic. Cele mai bune rezultate se obtin prin tratarea clorurii stanice cu zinc in prezenta unei cantitati mari de acid clorhidric. Staniul spongios obtinut prin cementare, spalare si brichetare este topit. Se obtine un metal cu un grad de puritate foarte ridicat, tabelul 1.

Tabelul 1. Compozitia chimica a staniului metalic recuperat prin metoda clorurarii

Element

Concentratie, in %

Sn

99,5…99,8

Pb

0,1…0,25

Fe

Urme

Zn

Urme

Schema generala a procedeului tehnologic de obtinere a clorurii stanice din deseurile stanice este prezentata in fig.8.

Fig.8. Fluxul procedeului de indepartare a staniului

de la suprafata deseurilor

Metoda utilizarii acidului clorhidric in care se introduce clor gazos. Prin tratarea deseurilor cu o solutie concentrata de acid clorhidric, incalzita la 70…900C in care se introduc oxidanti de tipul permanganatului de potasiu sau cromatilor, se obtine o accelerare a procesului, staniul dizolvandu-se mai rapid.

Metoda utilizarii unei solutii alcaline. Spre deosebire de utilizarea solutiilor acide, la tratarea deseurilor in solutii alcaline se impiedica dizolvarea fierului. Ca solvent se foloseste soda caustica (concentratie 15…20%). Staniul trece in solutie transformandu-se in stanat de sodiu conform reactiei:

.

Trecerea staniului in solutia de soda caustica este foarte lenta dar prezenta oxigenului accelereaza procesul. In acelasi scop se pot folosi MnO2 si NaNO3.

Din solutia de stanat de sodiu, staniul poate fi separat sub forma de SnO2 prin precipitare cu CO2 sau NaHCO3 conform reactiilor:

sau




.

Obtinerea staniului are loc prin topirea reducatoare a SnO2.

a Metodele electrochimice se utilizeaza pentru separarea staniului din solutiile acide sau alcaline rezultate dupa aplicarea metodelor hidrometalurgice. Staniul se recupereaza prin electroliza cu anozi insolubili (nichel) a solutiei la 70…800C.

La utilizarea solutiilor alcaline cu NaOH, reactiile care au loc sunt:

- disocierea NaOH     

- la catod                    

- la anod                    

                                    .

Hidroxidul de staniu care se formeaza reactioneaza cu NaOH dand nastere stanitilor si stanatilor:

.

Staniu se depune la suprafata catodului conform reactiei:

.

            Gruparile hidroxil (OH)- se concentreaza la anod unde se neutralizeaza cationii de staniu. In cazul electrolizei cu anozi insolubili, gruparile hidroxil se neutralizeaza la anod cu cedare de electroni si degajare de oxigen:

.

            Procesul este favorizat de cresterea temperaturii (~700C) si de agitarea solutiei.

La utilizarea anozilor insolubili, staniul se depune la catod sub forma unui depozit cristalin si compact. Daca staniul colectat de pe suprafata catozilor este spongios, el se pastreaza sub apa pentru a se evita oxidarea. Oxidabilitatea ridicata face foarte dificila retopirea staniului spongios prin transformarea lui in staniu metalic. Prin topirea reducatoare, staniul spongios brichetat si uscat la 110…1200C este transformat in staniu metalic. Temperatura topirii reducatoare este ~1000…11000C. Staniul obtinut prin topire este supus rafinarii pentru indepartarea impuritatilor.

3. Metode de tratare a deșeurilor in scopul reducerii conținutului de cupru

In comparație cu fierul, cuprul și staniul au afinitate mai scazuta pentru oxigen. Prin urmare, acestea nu pot fi eliminate și transferate in zgura prin procese de oxidare, regasindu-se in cea mai mare parte in oțelul elaborat. Prin urmare, cuprul precum și staniul nu pot fi eliminate din topitura prin procese pirometalurgice, așa cum este cazul aluminiului de exemplu care este rapid oxidat și trecut in zgura.

De aceea, pentru indepartarea acestor impuritați din deșeuri exista doua cai diferite de tratare a deșeurilor: prima cale este de separarea mecanica; a doua cale consta in aplicarea metodelor chimice și metalurgice de indepartare. Principalul avantaj al aplicarii metodelor metalurgice consta in aceea ca elementele considerate impuritați pot fi separate independent de forma sub care provin din deșeuri, de ex. ca segregate din acoperiri sau sub forma dizolvata. Pentru tratarea topiturilor s-au experimentat:

- tratamentul prin reacții cu zguri care conțin sulfuri;

- distilarea in vid;

- alte tratamente.

            Incercarile de laborator privitoare la tratamentul deșeurilor pentru indepartarea cuprului sunt rezumate in fig. 9.

(1) Separarea componentelor din cupru (Ttop = 1083 0C) din deșeurile

      amestecate de oțel (Ttop = 1520 0C).

      Exemplu: deșeuri de la automobile [7, 8, 9]

(2) Extragerea cuprului in baile de metale neferoase topite[11, 12]

      fierul este insolubil in baile de Pb [10] și Al [11, 12]

(3) Extragerea cuprului utilizand zguri topite ce conțin sulfuri

      2Cus + (FeS) « (Cu2S) + Fel [8]

(4) Tratarea deșeurilor de oțel solide cu gaze care conțin Cl2

      Cus + 2HClg « CuCl2(g) + H2g [13]

      Cus + Cl2(g) « CuCl2(g) [14]

Fig. 9. Centralizarea metodelor propuse pentru indepartarea cuprului

și staniului din oțel

Metoda de separare bazata pe topirea selectiva a componentelor din cupru din deșeurile solide amestecate de oțel (1) se bazeaza pe temperaturile diferite de topire ale celor elementelor, impuritați și fier. Cuprul topit se separa intr-o bucla a fluxului iar deșeurile de oțel curate raman in stare solida. Aceasta metoda a fost experimentata și aplicata in SUA la deșeurile provenite din automobilele uzate și deșeurile de la electromotoare [7, 8].

Randamentul de indepartare a cuprului a fost insa nesatisfacator. Prin oxidare, o parte din cupru antreneaza oxid de fier. In condiții reducatoare, crește concentrația elementelor de aliere din cupru topit provenite din oțel. In Japonia s-a investigat comportarea picaturilor de cupru la suprafața oțelului funcție de presiunea parțiala a oxigenului. Cuprul topit curge mai ușor pe suprafața magnetitei și Fe-Si dar in cazul și wüstitei aderența cuprului este foarte mare. Dezavantajele inregistrate la aplicarea acestei metode (care consta in topirea parțiala a componenților din cupru) se refera la: randamentul scazut de separare determinat de pierderile de cupru (de ex. prin acumularea cuprului topit in cavitați sau locașuri in deșeurile de oțel tratate); pierderile de oțel cauzate de procesele de oxidare; costurile ridicate determinate de consumurile energetice ridicate la aplicarea metodei. Pe de alta parte, energia consumata pentru pretratarea deșeurilor poate fi considerata utila daca se ia in considerare ca in aceasta etapa are loc preincalzirea deșeurilor.

            Metoda de extracție a cuprului in bai de metal neferos (2) se bazeaza de fapt pe solubilitatea cuprului in baile de plumb [10] sau aluminiu [11, 12] este mai mare decat in oțel. dar pentru reducerea conținutului de cupru dintr-o tona de deșeuri de la 0,3 la 0,1 %, sunt necesare 1.000 tone de plumb [10]. Randamentul scazut de recuperare și cantitatea mare de plumb necesara au facut ca aceasta metoda sa nu fie aplicata in practica. Solubilitatea cuprului intr-o baie de aluminiu este de 65 % la 730 0C. La o temperatura de 750 0C, 80 % din cupru se indeparteaza in doar 20 minute [11, 12]. Din studiile [11, 12] nu reiese clar ce cantitate de aliaje aluminiu-cupru este prezenta in deșeurile tratate.

            Pentru a indeparta cupru din oțel s-au utilizat topituri de zguri cu conținut de sulfuri (3) utilizeaza zguri care conțin sulfura de natriu și sulfura de fier [8]. Cuprul se concentreaza in aceste zguri in timpul tratamentului. Conținutul de sulfura poate fi de exemplu intre 19 … 25 % și domeniul de temperatura intre 800 și 1000 0C [8]. Pentru tratamentul unei tone de deșeuri sunt necesare 4 kg zgura pentru ca conținutul de cupru sa scada de la 0,3 la 0,1 % (pentru tratare in atmosfera de azot și argon).

            Pentru indepartarea cuprului se recomanda utilizarea unui amestec de clor, hidrogen și aer (4) [13]. La aceasta metoda, suprafața componentelor din oțel din deșeuri se poate oxida in prezența aerului. 74 % din cupru se indeparteaza din 3,5 kg deșeuri in timp de 90 min. Un amestec gazos format din clor și aer s-a utilizat [14]. Avantajul acestui tratament consta in faptul ca, o serie de elemente considerate impuritați precum Pb, Sn se indeparteaza simultan cu cuprul. Dezavantajele acestei metode sunt: prezența gazelor toxice; oxidarea fierului.



            Extracția in zguri

            In fig. 10 ilustreaza condițiile necesare pentru indepartarea cuprului din topiturile de oțel prin utilizarea zgurilor care conțin sulfuri.

2[Cu] + FeS ÛCu2S + [Fe]

Sisteme de zguri: Na2S-FeS; Na2SO4-FeS; Na2S-Al2O3

                             (adaosuri experimentate: K2SO4; MgSO4; CaSO4)

Domeniul de temperatura: 1300 – 1600 0C        [1, 15-18]

Repartiția Cu intre zgura și topitura metalica:

Creșterea LCu este determinata de:

            - activitatea Cu ridicata in topitura metalica;

            - activitatea FeS ridicata in topitura de zgura;

            - activitatea CuS scazuta in topitura de zgura;

            - activitatea CuS scazuta in topitura metalica;

            - temperatura scazuta.

LCu < 20 la 1300 0C pentru Fe-Csat – Cutop  [8]

Fig. 10. Indepartarea cuprului din topiturile de oțel prin utilizarea

zgurilor care conțin sulfuri

Principiul acestei metode se bazeaza pe faptul ca sulfura de cupru este mult mai stabila decat sulfura de fier la temperaturi peste 600 0C [8, 10, 15-18]. In diferite publicații s-a studiat capacitatea de indepartare a cuprului in zguri bazate pe sulfura de fier și sulfura de sodiu [8, 10, 15-18]. Temperatura și compoziția chimica a topiturii de oțel (in special conținutul de carbon) sunt foarte importante alaturi de compoziția chimica a zgurii și determina randamentul de indepartare a cuprului. Sulfura de sodiu, sulfatul de sodiu sau carbonatul de sodiu se folosesc ca adaosuri pentru fluidificarea zgurii. Consumul de zguri cu conținut de sulfuri este ridicat mai degraba din cauza coeficientului mic de repartiție a cuprului. De exemplu, tratarea unei tone de oțel necesita 100 kg zgura. Alt dezavantaj al acestei metode este posibila creștere a conținutului de sulf in oțel.

            Alte metode de purificare a deșeurilor

Alte metode de indepartare a cuprului din oțel sunt prezentate in fig.12.

In aparența, diluția topiturilor de oțel prin adaosul materialelor care nu conțin cupru poate reprezinta o metoda de purificare. Dar aceasta nu poate avea o lunga durata de aplicare.

            Efectul daunator al cuprului poate fi diminuat prin adaosul unor elemente de aliere precum Ni și Al [19]. Adaosul de Ni in proporție de 2:1 sau 1:1 neutralizeaza efectul daunator al cuprului asupra proprietaților. Experimentari privind efectul pozitiv al creșterii concentrației de Al au fost efectuate la Leeds University [19].

            O metoda care se bazeaza pe filtrarea oțelului cu ajutorul unor filtre ceramice din Al2O3-ZrO s-a experimentat in Ukraina. S-a obținut un randament de indepartare de aprox. 30 %. Fenomenul de indepartare este pus pe seama absorbției cuprului pe suprafața filtrului. Particulele ceramice s-au injectat in topiturile de oțel cu conținut de cupru, observandu-se creșterea ratei de indepartare a acestuia.

            Efectul daunator al cuprului de a favoriza apariția crapaturilor in oțelurile de construcție poate fi redus direct prin controlul proceselor. O scadere a vitezei secundare de racire la turnarea continua a oțelului cu conținut excedentar de cupru duce la scaderea tendinței de formare a crapaturilor, fig. 11 [22].

(1) Diluția prin adaos de materiale curate (care nu conțin cupru).

      Nu este o soluție de a rezolva problema pe termen lung.

(2) Atenuarea efectului daunator al cuprului prin adaosul unor elemente de aliere: Ni, Al [19]

(3) Filtrarea topiturii de oțel prin filtre ceramice

            - absorbția cuprului pe suprafața materialului ceramic;

            - absorbția cuprului cu particule ceramice (Al2O3, ZrO-C etc.) injectate in topitura de oțel

(4) reducerea efectului negativ prin controlul procesului (de ex. prin scaderea vitezei de racire secundara la turnarea continua) [22]

Fig. 11. Perspective in metode care sunt studiate

pentru indepartarea cuprului din oțel [19 - 22]

            Distilarea in vid

Cuprul poate fi eliminat din oțelul lichid prin distilare in vid. Aceasta metoda de separare se bazeaza pe diferența mare intre presiunile de vapori ale cuprului și fierului. Cuprul se volatilizeaza atat in stare elementara [23] cat și sub forma unor compuși [24, 25].

            Experimentari privind distilarea in vid a topiturilor de oțel care conțin cupru și staniu s-au desfașurat intr-un cuptor cu inducție (fig. 12) [23].

           

Metoda de indepartare bazata pe diferența dintre

presiunile de vapori ale elementelor

Presiunea de vapori pentru metale pure, la 1600 0C (in mbar):

Zn     69750

Mn    53

Sn    1,32

Cu    1,26

Fe     0,08

Cuptorul cu inducție pentru aplicarea tratamentului in vid:

100 kW; 3kHz; 20 kg oțel; diametrul creuzetului 15 cm; adancimea baii 16 cm; gaz inert argon.

Parametri tratamentului in vid:

Presiunea gazului…(0,01 – 1,0 mbar)

Temperatura………..(1400 – 1600 0C)

Compoziția chimica a topiturii metalice

Intensitatea agitarii.

Fig. 12. Indepartarea cuprului din baile de oțel prin distilare in vid [23]

Reducerea presiunii pana sub 1 mbar duce la reducerea conținutului de cupru și staniu din topitura de oțel. Scaderea presiunii de la 1 la 0,1 mbar duce la scaderea importanta a vitezei de distilare a cuprului. Scaderea in continuare a presiunii gazului sub 0,1 mbar nu influențeaza viteza de distilare. In acest domeniu de presiune, viteza procesului de distilare este determinata de procesul de difuziune care are loc in topitura și care este mai mare ca difuzia in faza gazoasa sau de suprafata libera de vaporizare. Raportul dintre suprafața libera și volumul topiturii influențeaza substanțial viteza procesului de indepartare prin distilare. In timpul procesului de tratare in vid, suprafața topiturii metalice trebuie sa nu fie acoperita de zgura sau de produșii de reacție care ar putea impiedica procesul de distilare.

            Viteza de distilare crește la creșterea temperaturii baii, fig. 12. De asemenea, procesul este influențat de amestecarii topiturii prin curenții formați in cuptorul cu inducție, prin creșterea suprafeței libere a topiturii sau prin turbulența excesiva a acesteia. Turbulența creata in apropierea suprafeței libere a topiturii influențeaza viteza de distilare și reprezinta factorul principal de care depinde procesul in absența difuziei (sau cand procesul de difuziune este neglijabil).


loading...






Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1238
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2018 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site