Способ переработки лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы

(51)5 С 22 В 7/00 Б ЕТЕН ЛЬ У итаилов 359, кл, внии Мг ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Воронежский механический завод иВсесоюзный научно-исследовательский ипроЕктный институт по вторичным чернымметаллам(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЛОМА И ОТХОДОВ СПЛАВОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЦВЕТНЫЕ И ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ(57) Изобретение может быть использованов области металлургии, в частности при переработке лома и отходов. Сущность: лом иотходы сплавов, содержащих цветные и черные металлы, разделяют на три группы: первую, состоящую из лома и отходов сплавов,содержащих редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды;вторуюсодержащую лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе,легированных хромом и его сочетаниями сдругими элементами, кроме вольфрама и редких металлов - ниобия, тантала, циркония,гафния и лантанидов; третью, содержащуюлом и отходы конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом иего сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов - ниобия,тантала. циркония, гафния и лантанидов,Лом и отходы сплавов второй и третьейгрупп смешивают с мелкофракционными отходами металлического хрома и пакетируют. Лом и отходы сплавов первой группы усредняют до получения в перерабатываемых сплавах концентрации хрома не более 200, После усреднения лом и отходы сплавов первой группы шихтуют с материалами, содержащими оксиды хрома, щелочных и щелочноэемельных металлов и сульфаты при соотношении: материалы, содержащие оксиды хрома; материалы. содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: материалы, содержащие сульфаты, (0,86- 9,99):(0,47 - 4,72):1. После шихтования перед загрузкой в печь шихту спекают при температуре 570-760 С, продувку расплава проводят смесью материалов, содержащих оксиды хрома и щелочных металлов, в потоке газа-носителя. После продувки и скачивания шлака на расплав, содержащий металлы семейства железа и меди, дают хромистый шлак, содержащий оксиды металлов и углеродсодержащие материалы, а затем пакеты, полученные из лома и отходов сплавов второй и третьей групп и мелкофракционных отходов металлического хрома, при этом хромистый шлак дают в количестве 3 - 60/о, а углеродсодержащие материалы 0,2 - 0,4 О от массы загружаемых пакетов, расплав нагревают до 1600 - 1650 С и после скачивания шлака разливают на хромоникелевые шихтовые слитки, Соотношение в смеси при продувке материалов, содержащих оксиды хрома, и щелочных металлов равно (1,5 - 2), Производство хромо- никелевых шихтовых слитков осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас. о; лом и отходы сплавов, содержащих редкие металлы: ниобий. тантал, цирконий, гафний и лантаниды, 16 - 26; лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специ1799924 20 19 аблица ома в шихтовые ессования при получении пакетов на извлече слитки коррозионностойких сталейлияние дав оставитель Н,Юровехред М.Моргентал Корректор Н,Кешеля Реда кт аказ 1139 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 Таблица 4Влияние соотношения сплавов на качество шихтовых слитков коррозионностойких сталей1799924 мых сплавах концентрации хрома не более 20 О/О, После усреднения лом и отходы сплавов первой группы шихтуют с материалами, содержащими оксиды хрома, щелочных и щелочноземельных металлов и сульфаты при соотношении: материалы, содержащие оксиды хрома: материалы, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: материалы, содержащие сульфаты (0,86 - 9,99):(0,47 - 4,72):1.После шихтования перед загрузкой в печь шихту спекают при температуре 570- 760 С, Спеченную шихту загружают в печь и нагревают до получения расплава, содержащего металлы семейства железа и меди, Первичный шлак скачивают. После скачивания первичного шлака расплав продувают смесью материалов, содержащих оксиды хрома и щелочных металлов при соотношении (1,5 - 2);1 в потоке газа-носителя под давлением 6 - 10 атмосфер из флюсопитателя, После каждой продувки шлак скачивают,На расплав, содержащий металлы семейства железа и меди, дают хромистый шлак, содержащий оксиды металлов и углеродсодержащие материалы, а затем пакеты, полученные из лома и отходов сплавов второй и третьей группы и мелкофракционные отходы металлического хрома, при этом хромистый шлак дают в количестве 3 - 6, а углеродсодержащие материалы - 0,2 - 0,4;4 от массы загружаемых пакетов. Расплав нагревают до 1630-1650 С, Расплав после скачивания шлака разливают на хромоникелевые шихтовые слитки,П р и м е р 1, Стружку сплавов, содержащую редкие металлы;.ниобий, тантал, цирконий, гафний и лантаниды, усредняли до получения в перерабатываемых сплавах концентрации хрома не более 20 О. Эту альных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, 12 - 20; мелкофракционные отходы металлического хрома 8 - 11; лом и отходы конструкционных и инсИзобретение относится к области металлургии, а именно к способам переработки лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, и может быть использовано на предприятиях Вторчермета, металлургических заводах и комбинатах,Цель изобретения - упрощение, снижение стоимости переработки лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, повышение степени извлечения легирующих компонентов,Способ осуществляют следующим образом,Лом и отходы сплавов, содержащих цветные и черные металлы, разделяют на три группы: первую, состоящую из лома и отходов сплавов, содержащих редкие. металлы; ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды; вторую, содержащую лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов; ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, и третью, содержащую лом и отходы конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов; ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов.Лом и отходы сплавов второй и третьей группы смешивают с мелкофракционными отходами металлического хрома, при этом при переработке устанавливают между компонентами металлошихты следующее соотношение,; лом и отходы сплавов первой группы 16 - 26; лом и отходы сплавов второй группы 12 - 20; мелкофракционные отходы металлического хрома 8 - 11; лом и отходы третьей группы - остальное и пакетируют под давлениями от 83 до 200 кг/см,гЛом и отходы сплавов первой группы усредняют до получения в перерабатывае 5 10 15 20 25 30 35 40 трументальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, - остальное, 2 з. и. ф-лы, 5 табл. стружку в количестве 480 кг смешивали с материалами, содержащими оксиды хрома, оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (кальцинированная сода и свежеПолученные шихтовые слитки из некондиционных лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, соответствуют группе Б 55 (ГОСТ 2787 - 75), Концентрация редких металлов - ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов в шлаке до 11 ,55 обожженная известь) и сульфаты (сульфатнатрия и кальция) при соотношении: материалы, содержащие оксид хрома: материалы, содержащие оксиды щелочных ищвлочноземельных металлов: сульфаты = 9,99:4,72:1. Расход материалов 48 кг, Смесь спекали при температурах 570 - 760 С в течение 1 ч. Спек загрузили в электродуговуюпечь ДСПЗИЗ и расплавили, Первичныйшлак скачали, Расплав продули материалами, содержащими оксид хрома, и материалами, содержащими оксиды щелочныхметаллов (кальцинированная сода) при соотношении 1,5:1 из флюсопитателя в потокекислорода под давлением 10 кг/см через 15стальную цельнотянутую трубку диаметром3/4 дюйма, Расход материалов на продувку24 кг, кислорода 2,4 кг, стальных труб 2 кг,Шлак, содержащий редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний и лантаниды, 20скачали, на расплав дали хромистый шлак,содержащий оксиды щелочноземельных металлов, в количестве 90 кг, свежеобожженную известь в количестве 50 кг, выбывшуюиз строя ошлакованную магнезитовую футеровку в количестве 10 кг и бой графитовыхэлектродов - 5 кг,Лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавовна никелевой основе, легированные хромом 30и его сочетаниями с другими элементами,кроме вольфрама и редких металлов - ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, в количестве 600 кг, смелкофракционными отходами металлического хрома в количестве 330 кг с ломом иотходами конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и егосочетаниями с другими элементами, кромевольфрама и редких металлов - ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, в количестве 1590 кг. Полученную смесьпакетировали на гидравлических пакетирпрессах малой и средней мощности подудельными давлениями 83 кг/см и 200 45кг/см . Полученные пакеты загрузили вэлектродуговую печь ДСПЗИЗ, Шихту расплавили и нагрели до 1630 С. Шлак скачали.Металл слили в ковш, разлили в изложницы,Масса полученных шихтовых слитков 2,8 т. 50Результаты проведенных исследованийпредставлены в табл, 1,Результаты сравнения прототипа и предложенного способа представлены в табл. 2,П р и м е р 2. В индукционной электропечи с графитовым нагревающим элементом и экраном из оксида алюминия при температуре получения расплава 1550 С перерабатывали отходы сплава, содержащего цветные и черные металлы, следующего химического состава,; хром 18,0: никель 55,5; молибден 8,7; сумма редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов 1,61; кремний 0,23; алюминий - 0,78; железо и примеси - остальное, в присутствии материалов, содержащих сульфаты натрия и кальция и гидрооксида крома, извести и кальцинированной соды. Соотношение компонентов рафинирующей смеси указано в табл, 3. При этом расход материалов, содержащих сульфаты и оксиды вышеуказанных металлов. указан после получения одинаковых остаточных концентраций суммы редких металлов; ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов.Оптимальными соотношениями материалов для удаления редких металлов - ниобия, тантала, гафния. циркония и лантанидов из лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, являются; материалы, содержащие оксиды хрома; материалы, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов; сульфаты = (0,86 - 9,99); (0,47 - 4,72):1. При этом в сплавах после удаления редких металлов в ниобия,тантала, циркония,гафния, лантанидов, концентрация хрома возрастает и приближается к 20/, т. е. в усредненных ломе и отходах сплавов, содержащих цветные и черные металлы, в том числе редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды, концентрация хрома должна быть не более 20/,П р и м е р 3, Влияние соотношения лома и отходов сплавов. содержащих редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий. гафний, лантаниды, лома и отходов коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами. кроме вольфрама и редких металлов - ниобия, тантала. циркония. гафния, лантанидов, мелкофракционных отходов металлического хрома и лома и отходов конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов - ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов, на качество шихтовых слитков коррозионностойких сталей показано в табл, 4, Для этого перед шихтованиемлом и отходы сплавов, содержащих редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды, усредняли до получения в перерабатываемых сплавах концентрации хрома не более 20(сплав 1, химический состав,: хром 17,50; никель 42,50; молибден 6,25; вольфрам 0,20; медь 0,02; фосфор 0,015; сумма концентраций редких металлов - ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов 2,05). Усредненные лом и отходы, содержащие редкие металлы - ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды, шихтовали с материалами, содержащими оксиды хрома, щелочных и щелочноземельных металлов и сульфаты при соотношениях; материалы, содержащие оксиды хрома: материалы, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: материалы, содержащие сульфаты, 9,99;4,72;1, После шихтования шихту спекали при температуре от 570 до 760 С, Полученный спек загружали в алундовый тигель, который помещали в индукционную электропечь с графитовым нагревающим элементом и экраном из оксида алюминия, где.из шихтовых материалов получался расплав и шлак. Первичный шлак скачивали, Расплав продували смесью материалов, содержащих оксиды хрома и щелочных металлов при соотношении; материалы, содержащие оксиды хрома и материалы, содержащие оксиды щелочных металлов, 1,5:1, в потоке газа-носителя из флюсопитателя, После каждой продувки с расплава скачивали шлак. Расход материалов, содержащих оксиды хрома, щелочных и щелочноэемельных металлов и сульфатов, и кислорода 15,5 от массы лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, в том числе редкие металлы: ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды.На расплав, содержащий металлы семейства железа и меди, давали хромистый шлак, содержащий оксиды щелочноземельных металлов, в количестве 3 и углеродсодержащие материалы в количестве 0,2 от массы загружаемых пакетов,Лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов (сплав 2, химический состав,: хром 8,79; никель 23,68; молибден 3,76; вольфрам 0,50; медь 0,58; фосфор 0,014; сумма редких металлов; ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов 0,04, смешивали с мелкофракционными отходами металлического хрома, в котором хрома 99,11 и с ломом и отходами конструкционных и инструмен 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тальных сталей, легированных хромом и егосочетаниями с другими элементами, кромевольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов(сплав3, химический состав ф . хром 2,77; никель1,58; молибден 0,55; вольфрам 0,09; медь0,35; фосфор 0,046; сумма редких металлов;ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов 0,01). Смесь пакетировали под давлениями 200 кг/см на лабораторном прессегПМП - 500, При этом при переработке устанавливали между сплавами 1 и 2, металлическим хромом и сплавом 3 соотношения,указанные в табл, 4.Полученные пакеты давали на расплав,покрытый шлаком, Пакеты расплавляли инагревали расплав до 1650 С. Шлак скачивали, металл разливали на хромоникелевыешихтовые слитки, от которых отбирали пробы на химический анализ, Химический состав полученных шихтовых слитковприведен в табл, 4,При соотношениях лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, указанные в формуле изобретения,получаются шихтовые слитки коррозионностойких сталей, соответствующих группе Б55 (ГОСТ 2787 - 75) по концентрациям легирующих компонентов и вредных примесей,П р и м е р 4. Стружка и мелкофракционные отходы сплава 2, мелкофракционныхотходов металлического хрома и сплава 3,указанных в примере 3, смешивали друг сдругом при соотношении 16:10;53, после чего часть из них пакетировали под давлениями, указанными в табл. 5. Расплав металлов .семейства железа и меди получали в соответствии с примером 3,На полученный расплав давали хромистый шлак, содержащий оксиды щелочноземельных металлов, в количестве 3 иуглеродсодержащие материалы в количест- .ве 0,2 от массы загружаемых пакетов. Нарасплав, покрытый шлаком давали полученные смеси вышеуказанных сплавов, Шихтурасплавляли, нагревали до 1650 С, послечего скачивали шлак, а полученный металлразливали на шихтовые слитки, Результатыпроведенных исследований представлены втабл, 5,Как видно из табл, 5, за счет пакетированиястружки и мелкофракционных отходов сплавовповышается извлечениехрома в шихтовыеслитки коррозионностойких сталей.Формула изобретения1, Способ переработки лома и отходовсплавов, содержащих цветные и черные металлы, включающих их усреднение и шихтование с материалами, содержащими сульфаты металлов, последующий нагрев дополучения расплава, содержащего металлы семейства железа и меди, скачивание первичного шлака, продувку расплава после скачивания первичного шлака, скачивание полученного после продувки шлака, последующую переработку расплава на шихтовые слитки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, снижения стоимости их переработки на товарные продукты, повышения степени извлечения легирующих компонентов, лом и отходы сплавов, содержащих цветные и черные металлы, разделяют на три группы; первую, состоящую из лома и отходов сплавов, содержащих редкие металлы: ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды; вторую, содержащую лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, и третью, содержащую лом и отходы конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов; ниобия, тантала, циркония, гафния и лантэнидов, лом и отходы сплавов второй и третьей группы смешивают с мелкофракционными отходами металлического хрома и пакетируют, лом и отходы сплавов первой группы усредняют до получения в перерабатываемых сплавах концентрации хрома не более 20 о , после усреднения лом и отходы сплавов первой группы шихтуют с материалами, содержащими оксиды хрома, щелочных и щелочно- земельных металлов и сульфаты при соотношении; материалы, содержащие оксиды хрома: материалы, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных мЕталлов; материалы, содержащие сульфаты, (0,86-9,99):(0,47 - 4,72):1, после шихтования перед загрузкой в печь шихту спекают 5 10 15 20 25 30 35 40 при температуре 570 в 760, продувку расплава проводят смесью материалов, содержащих оксиды хрома и щелочных металлов в потоке газа-носителя, после продувки и скачивания шлака на расплав, содержащий металлы семейства железа и меди, дают хромистый шлак, содержащий оксиды металлов и углеродсодержащие материалы, а затем пакеты, полученные из лома и отходов сплавов второй и третьей группы и мелкофракционных отходов металлического хрома, при этом хромистый шлак дают в количестве 3 - 6 о , а углеродсодержащие материалы - в количестве 0,2 - 0,4% от массы загружаемых пакетов, расплав нагревают до 1600 - 1650 С и после скачивания шлака разливают на хромоникелевые шихтовые слитки.2, Способ по п.1, отл ич а ю щи йс я тем, что соотношение в смеси при продувке материалов, содержащих оксиды хрома, и щелочных металлов равно (1,5 - 2):1,3. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щи й с я тем, что производство хромоникелевых шихтовых слитков осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас. О :Лом и отходы сплавов, содержащих редкие металлы, ниобий, тантал, цирконий, гафний и лантаниды 16 - 26Лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и спла- вов на никелевой основе, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов; ниобия, тантала. циркония, гафния и лантэнидов, 12 - 20Мелкофракционные отходы металлического хрома 8 - 11Лом и отходы конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другимиэлементами, кроме вольфрама и редких металлов; ниобия, тантала, циркония, гафния и лантанидов, Остал ьное.1799924 12 Таблица 1 Количество Показатель Исходная металлошихта; 1, Лом и отходы сплавов, содержащих редкие металлы, ниобий, тантал, цирконий, гафний, лантаниды, т0,480 От массы металлошихты,Химический состав, / 17,50 Хром 42,50 6,25 0,20 0,020,015 Сумма редких металлов: ниобия, тантала,циркония, гафния, лантанидов 2, Лом и отходы коррозионностойких, жаростойких и специальных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных с хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов: ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов, т 2,05 0,600 202,03 0,19 0,060,036 Медь Фосфор Сумма редких металлов: ниобия, тантала,циркония, гафния, лантанидов0,04 3. Мелкофракционные отходы металлического хрома,От массы металлошихты, ,0,33011 99,11 НикельМолибденВольфрамМедьФосфор Химический состав, ,Х ом13 1799924 1,590 53 Хром 2,1 0,29 0,55 0,05 Медь 0,07 Фосфор 0,043 0,01 2,800 Хром 17,70 11,40 1,800,10 Медь 0,055 Фосфор 0,031 0,04 99,1 Хром 99,9 НикельМолиб ен 99,0 4, Лом и отходы конструкционных и инструментальных сталей, легированных хромом и его сочетаниями с другими элементами, кроме вольфрама и редких металлов; ниобия, тантала, циркония, гафния, лантанидов, т От массы металлошихты,Химический состав, : НикельМолибденВольфрам Сумма редких металлов: ниобия, тантала,циркония, гафния, лантанидов Получено: хромоникелевые шихтовые слитки, т Химический состав, :НикельМолибденВольфрам Сумма редких металлов: ниобия, тантала,циркония, гафния, лантанидов Извлечение в хромоникелевые шихтовые слитки, :1799924 16 15 Таблица 2 Сравнение показателей переработки лома и отходов сплавов, содержащих цветные и черные металлы, по прототипу и предлагаемому способуКоличество Показатель П ототип П е агаемый способ 398,45 155,00 Переход при этом в шлак компонентов.:Более 90 Более 90 хромамолибдена Гидрометаллургическая операция для извлечения из шлака молибде Отсутствует Есть на Отсутствует Есть Извлечение в товарную продукцию, ;Операция повторного восстановления хрома и молибдена из оксидовв товарную продукцию хроманикелямолибдена Отсутствует Отсутствует 99,1 99,9 99,018 17 1799924 Таблица 3 Влияние соотношения гидрооксида хрома, кальцинированной соды и извести и сульфатовнатрия и кальция на показатели переработки 200 г отходов сплава, содержащего цветныеи черные металлы Соотношение гидрооксида хрома: ( кальцинированная сода+ известь ): ( сульфаты натрия +кальция) Расход материалов, со- держащих Сумма редких металлов; МЬ, Та, 2 г, Н, Еа Сг Мо Сг ва 1,61 18,0 96,6 0,37 97,1 18,8 34,85 98,0 0,37 98,6 19,0 22,18 99,7 0,37 99,8 19,5 19,30 99,8 99,7 99,9 0,37 19,3 12,90 99,9 0,37 18,4 9,43 99,1 99,0 0,37 17,8 7,00 7,00 98,3 0,37 98,8 17,5Без сульфата натрия,сульфаты и оксиды хрома, щелочных и щелоч- ноземельных металлов % от массы сплаИсходный сплав2,18: 1,0010,99: 5,19: 1,009,99: 4,72: 1,004,05: 2,00; 1,000,86: 0,47: 1,000,35: 0,19: 1,000,00: 0,00: 1,00 Концентрация в Извлечение в хромоникелесплаве после ра- вые шихтовые слитки, о финирования легирующихкомпонентов, ф 89,1 97,0 105,0 104,8 100,4 96,0 91,4