Научная статья на тему 'Получение материалов восстановлением из отходов машиностроения с применением высокотемпературного синтеза'

Получение материалов восстановлением из отходов машиностроения с применением высокотемпературного синтеза Текст научной статьи по специальности «Горение и детонация»

CC BY
163
51
Поделиться
Ключевые слова
ПОРИСТЫЙ ФИЛЬТР / ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ / ТРАВИЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ / МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОРОШКИ / ОКСИД АЛЮМИНИЯ / ПОРОШОК МЕДИ

Аннотация научной статьи по механике, автор научной работы — Бразовский Василий Владимирович, Кашкаров Геннадий Михайлович, Лебедева Ольга Алексеевна, Тубалов Николай Павлович

На основе анализа возможных путей утилизации отходов предложена комплексная энергосберегающая технология переработки металлических порошков и оксидов в пористые фильтры для очистки различных растворов от взвешенных частиц дисперсностью от 30 до 500 мкм.

Похожие темы научных работ по механике , автор научной работы — Бразовский Василий Владимирович, Кашкаров Геннадий Михайлович, Лебедева Ольга Алексеевна, Тубалов Николай Павлович,

Materials obtaining by reduction from manufacturing wastes applying high-temperature synthesis

On the basis of analyzing possible ways of wastes utilization a complex energy-saving technology of recycling metal powders and oxides into bank filters for refining various solutions of suspended particles by dispersion from 30 to 500 mkm has been suggested.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Получение материалов восстановлением из отходов машиностроения с применением высокотемпературного синтеза»

3. Способ охлаждения сплава после СВС-процес-са незначительно влияет на ее твердость и состав.

4. Высокая скорость охлаждения сплава в СВС-процессе формирует структуру мартенситного типа.

5. Заметное влияние на процесс горения оказывает размер частиц порошка: При меньших по ди-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. - Черноголовка: ИСМАН, 2002. - 234 с.

2. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

3. Комбинированные электротехнологии нанесения защитных покрытий. Современные технологии. Т. 6 / Под ред. В.С. Чередниченко, В.Г. Радченко. - Новосибирск: Изд-во НГУ, 2004. - 179 с.

аметру частицах (до 63 мкм) горение становится ровным, скорость горения увеличивается.

6. Введение боридов в сплав (2,5 мас. % термита) увеличивает его твердость на 6... 10 НЁС (до 70 НЁС).

7. Молибден снижает твердость сплава, но значительно увеличивает его вязкость и теплостойкость.

4. Гумиров М.А., Евтушенко А.Т., Торбунов С.С., Абед Д.Х. Пирометрия СВ-синтеза инструментальной стали // Ползунов-ский Вестник Алтайского государственного университета. -2005. - № 4. - С. 110.

Поступила 14.11.2006 г.

После переработок окончательный вариант поступил 20.02.2008г.

УДК 536.46

ПОЛУЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ИЗ ОТХОДОВ МАШИНОСТРОЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА

В.В. Бразовский, Г.М. Кашкаров, О.А. Лебедева, Н.П. Тубалов

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, г. Барнаул E-mail: altaikompozit@mail.ru

На основе анализа возможных путей утилизации отходов предложена комплексная энергосберегающая технология переработки металлических порошков и оксидов в пористые фильтры для очистки различных растворов от взвешенных частиц дисперсностью от 30 до 500 мкм.

Ключевые слова:

Пористый фильтр, технология утилизации отходов, травильные растворы, металлические порошки, оксид алюминия, порошок меди.

На предприятиях машиностроительного профиля широко применяются технологии травления металлов растворами кислот и щелочей. В результате образуется большое количество отходов порошкообразных металлов: Си, Сг, Fe, Са и их оксидов, а также загрязняются травильные растворы. В зависимости от технологической мощности производства количество отходов по каждому компоненту может достигать 12...15 т/г.

Утилизация таких отходов затруднена вследствие значительного угара при плавке и экономически невыгодна. С учетом изложенного, в данной работе предлагаются: технология выделения и кондиционирования отходов (медного и других порошков); передвижная установка для перекачки и осветления травильных растворов с целью их повторного использования и увеличения срока службы; технология получения пористого фильтра из отходов производства для передвижной установки; технология утилизации конденсированного порошка меди.

Для утилизации отходов предлагается комплексная энергосберегающая технология переработки металлических порошков и оксидов в пористые изделия различного назначения: фильтры для масел; фильтры для очистки различных растворов от взвешенных частиц дисперсностью от 30 до 500 мкм и больше; катализаторы - нейтрализаторы отработавших газов на промышленных предприятиях и в двигателях внутреннего сгорания.

Конструкция изделий может быть различная: плоские диски, цилиндры, стаканы, конусы и тому подобное.

Существует несколько конструкций фильтров для отделения механических включений из жидкой среды. Например, известны фильтры с применением фильтровальных тканей из природных и синтетических волокон (ГОСТ 26-14-2005-77). Недостатком таких фильтров является быстрая засоряемость, недостаточная прочность, невысокая температуро-стойкость в пределах 210...240 °С. Тканевые фильтры

Физика

недостаточно устойчивы против истирания. Стоимость таких фильтров довольно высокая.

Известны фильтры полимерные и фильтры из металлических порошков, изготовленные методами порошковой металлургии. Получение пористых фильтров состоит из процесса приготовления порошков, их формования и спекания. Спекание производят в высокотемпературных печах большой мощности, как правило, 50...140 кВт при температуре 1200...2000 °С.

Недостатками таких фильтров являются высокая стоимость материала фильтра из-за применения дорогостоящих и дефицитных порошков, применение высокотемпературных энергоемких печей, значительная трудоемкость изготовления, высокая стоимость пресс-форм, требующих при изготовлении высокого класса точности. Такие изделия имеют ограниченные размеры (габариты) связанные с возможностями соответствующего технологического оборудования для прессования и печами для спекания изделий. Размеры пресс-форм всегда ограничиваются размерами печей для спекания изделий [1].

Большое значение для получения пористых материалов имеет выбор реакционных композиций материалов. Традиционные металлические порошки, используемые для получения интерметаллических пористых материалов дороги и дефицитны.

Нами была сделана попытка создания пористых металлокерамических материалов с использованием реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), на основе отходов машиностроения.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Применение производственных отходов в качестве материалов для процесса (СВС), позволяет решить задачу снижения стоимости исходных компонентов и утилизации отходов, не нашедших адекватного применения. Использованные в работе промышленные отходы представляют собой оксиды металлов: окалина легированной стали 18Х2Н4МА ^е2О3 - порошок фракции 63...125 мкм) содержащая 46...50 мас. %, оксид алюминия (а - А12О3), который применяли в виде порошка фракции 50...60 мкм в пределах 40...44 мас. %. В шихту добавляли порошок алюминия марки АСД-1 в пределах 8...10 мас. %, порошок меди - 4...6 мас. % [2].

В основе метода (СВС) лежит реакция экзотермического взаимодействия двух или нескольких химических элементов, соединений, протекающая в режиме направленного горения. Процесс горения осуществляется в тонком слое смеси исходных реагентов после локального инициирования реакции и распространяется по всей системе, благодаря теплопередаче от горячих продуктов к «не нагретым» исходным веществам [3].

Для улавливания и выделения медных порошков из сточных вод разработана конструкция и технология изготовления пористого фильтра, удовлетворяющего следующим требованиям: кислотоу-стойчивость; механическая прочность не менее

150 МПа; заданный диапазон размеров пор не более 0,1...0,3 мм; коэффициент удержания порошка меди не менее 98-99 %; возможность очистки медного порошка промывкой; производительность не менее 700 л/ч; срок службы фильтра не менее 3-х мес.

Фильтр изготовлен методом (СВС) из отходов производства: оксидов железа, оксидов алюминия, меди, алюминия. Фильтр имеет конусообразную форму (рис. 1).

1

Рис. 1. Схема передвижной фильтрационной установки: 1) крышка, 2) корпус, 3) фильтр, 4) тележка

Фильтр смонтирован на передвижной установке производительностью 300 л/ч, последовательно обеспечивающей выделение медного порошка из всех травильных ванн. Травильные растворы после фильтрации осветлялись и были пригодны для повторного использования. Химическую стойкость фильтра определяли при выдержке его в кислой среде (15 и 26 %-ной Н^04, рН=3...4, температура испытаний 20 и 30 °С) в течение 1,5 мес.

Качество материала оценивалось коэффициентом снижения прочности К=Рк/Р0 (где Р0 - разрушающая сила до коррозионных испытаний, Рк -после испытаний). Усилие разрушения образцов измеряли на разрывной машине УМЭ-10ТМ при скорости деформирования 0,002 м/с. В результате коррозии величина К составила не более 15 %.

Следовательно, с учетом периодического режима работы фильтра (1/3 сут.) и времени испытаний (1,5 мес.) срок службы фильтра в течение 3 мес. перекрывается в 1,5 раза. Отмечено увеличение размера пор после коррозионных испытаний на 20 %, что не влияет на удержание медного порошка. Состав материала фильтра определен стандартными методами: железа - методом потенциометрического титрования; меди - йодометрического титрования.

Для дальнейшей переработки медного порошка разработана технология дробной промывки шлама на изготовленном фильтре, используя промывные воды. В результате расход промывной воды сократился на 30...35 %. Технологическая схема разделения порошков и травильных растворов приведена на рис. 2.

Таблица. Фракционный состав порошка меди

Размер частиц меди, мм Масса фракции, г Доля фракции, %

2,0...2,5 12±0,09 15±1

1,0...2,0 18±0,32 23±2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,5...1,0 8±0,53 11±1

0,25...0,5 14±0,24 18±1,5

0,1...0,25 10±0,67 14±1

Рис. 2. Схема травления биметалла серной кислотой и разделения травильного раствора и медного порошка: 0) исходный раствор; 1) стадия травления; 2) 1-я стадия промывки холодной водой; 3) 2-я стадия промывки холодной водой; 4) стадия омыливания 3-х % раствором; 5) стадия сушки изделий; 6) устройство с насосом; 7) металлокерамический фильтр; 8-18) запорные вентили

Разделение травильного раствора и медного порошка производится в несколько стадий: стадия травления серной кислотой; две стадии промывки холодной водой; стадия омыливания трех процентным водным раствором; стадия сушки изделия.

Отмытый от примесей медный порошок направляется в смеситель для подготовки шихты. По данным ситового анализа фракционный состав медного порошка достаточно однороден (см. табл.).

Для более полного использования отходов к медному порошку добавляли до 20 % оксида меди, окалины железа и некоторых других компонентов и алюминиевый порошок для зажигания смеси. В результате высокотемпературного синтеза выход монолитного медного сплава с содержанием меди до 90 % достигал 50...60 % от веса шихты.

Простота технологии позволяет организовать передел отходов без капитальных затрат. Комплексный подход позволил, таким образом, не только утилизировать отходы производства, сократить расход промывных вод, но и использовать полученные фильтры для выделения отходов. Кроме того, отфильтрованный раствор является пригодным для дальнейшего использования в технологической схеме травления. При применении данной технологии достигается экономия за счет возвращения в производство всех отходов металлов, увеличения срока службы травильных растворов и снижения экологических штрафов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Евстигнеев В.В., Тубалов Н.П., Лебедева О.А. Интегральная технологическая схема получения пористых материалов для изготовления изделий промышленного назначения // Процессы горения и взрыва в физикохимии и технологии неорганических материалов: Труды Всеросс. конф. - М., 2002. -С. 443-447.

2. Евстигнеев В.В., Тубалов Н.П., Лебедева О.А., Верещагин В.И. Получение пористых керамических материалов с использова-

нием отходов машиностроения на основе термохимического синтеза // Ползуновский вестник. - 2003. - № 1-2. -С. 158-161.

3. Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. - Черноголовка: ИСМАН, 2002. - 234 с.

Поступила после переработки 06.10.2008 г.