回收钢的合金材料如何分离?


9

据我所知,目前加工的钢中很大一部分(约一半)来自回收利用。

但是,进入回收过程的钢材通常来自各种来源,因此它们所含的合金材料非常不同。

但是,经过再加工的钢的产量必须完全是按规定比例含有合金的钢。

是否会对回收钢的先前合金进行某种“分离”或“去除”?如果是,它如何工作?


1
完全按照规定的比例含有合金。” 在工程中,只有公差才是精确的,其余所有公差都仅是公差,因此,对于质量较差的钢,这些比率的公差是相当宽容的。
SF。

特别是在冶金领域,标准等级的合金元素具有相当宽泛的范围(公差)。例如,AISI 1018级钢(名义上是含0.18%w / w碳的普通碳素钢)的碳含量可以在0.14-0.20%w / w的范围内,而Mn可以在0.6-0.9%的范围内w / w。原因是要在精度和速度之间进行权衡,并且由于合金褪色,铸造车间的精度会降低速度。
wwarriner 2015年

Answers:


11

没错,有很多不需要的金属或杂物(例如铜,锡,锑,砷,砷)从车体进入回收流,这些车体被磨成废料而未去除所有铜线或锡涂层的钢罐。锑和砷往往从劣质,低成本的初级铁源中渗入。

问题的答案是否定的。将来自各种来源的再生钢尽可能均匀地混合,对其成分进行测量,然后根据需要添加纯铁,以将流放金属稀释到允许的水平以进行转售或进一步加工,例如满足特定产品的特定钢种或应用程序。由于镍,铬等的价值,在回收时已知的不锈钢和其他高合金等级分别进行处理。

目前,对铁进行再处理以去除流失元素是不经济的,因此根本就不做。有两本书提到该过程是一种常规且经济的过程:(《矿物,金属和可持续性:满足未来的材料需求》第284页,从“稀释”开始)和(钢铁生产:过程,产品和残渣),从p开始。104,请阅读直到不再相关为止)。不经济的原因是,在恒定温度下,流失元素与氧气的反应比铁更弱,因此要通过氧化去除它们,首先需要将所有铁氧化。其原因是热力学的,并且基于以下事实:在竞争反应中,自由能下降最大的反应对象实际上在其他反应甚至开始之前就已经完成,特别是竞争反应之间的自由能差异很大。为了确定哪些反应具有最大的减少,可以使用埃林汉姆图。

在下面的Ellingham图中,水平轴是温度,垂直轴是吉布斯自由能的变化。在图表上以不同角度延伸的线对应于由元素与氧的氧化反应引起的自由能变化,该自由能变化是温度的函数。在我们的情况下,可以通过选择感兴趣的温度并从底部向上读取以找到与氧气反应的第一个元素来读取图表。例如,如果我们具有其中包含Fe,Mn,Sn和Cu的钢,则可以看到在1000K时,Mn,Fe(以FeO计),Sn和Cu的自由能降幅最大至最小。

当然,所关注的温度接近1900K(高于铁的熔点),但是每个吉布斯自由能变化函数的总体趋势在图上继续向右,铁仍位于流浪元素Cu,Sn,As和锑在实际温度下,可能会达到各自的沸点。结果,要从铁中除去杂质,首先需要有效地氧化所有铁。并且由于Sn,Sb,As和Cu在铁中微溶,因此需要通过化学反应进行分离。

埃林厄姆图。

人们可以从铁与铁的相图中看到流浪汉的溶解度,我在下面将其标出了Sb-Fe。该图具有温度对成分的关系,每个连续的2D区域由一个相或左右两相的混合物组成,在该温度和成分的组合下处于平衡状态。在左下角,我们看到对于少量的Sb和室温,存在一个连续的区域,在这种情况下,该区域表示单相或α-Fe(我们熟悉的那种)。由于存在Sb,并且它处于单相状态,因此必须将其溶解在铁中。其他流浪汉的严重性也不同。

Fe-Sb相图。
(来源:himikatus.ru

正如克里斯·H(Chris H)所说,还有一个问题是何时控制其他合金元素。通常,控制合金的添加尽可能接近凝固,以最大程度地减少合金损失。

废料在电弧炉中大量熔化。如果废料流充分混合,则可以基于过去的使用来估算流失浓度,并在化学分析之前添加初级铁以补偿估算值。然后将主体熔化,通过在Ellingham图的底部添加元素(特别是Ca和Al)除去氧气,并将熔融金属转移到一个或多个高度绝缘的钢包中。Ca和Al与溶解在熔体中的氧迅速反应,生成低密度氧化物渣,该渣漂浮并被机械去除。在此过程之后进行化学分析,如果流道被充分稀释,则金属会转移到钢包中。如果不是,则添加足够的初级铁以稀释熔体。

一旦进入钢包,便会添加其他合金元素。由于埃林汉姆图,没有更早地添加它们:多数合金元素(包括Mn,Mo,Cr,V,C等)比Fe具有更大的自由能损失,因此首先反应。换句话说,它们会褪色。为避免昂贵的合金添加褪色,应在尽可能接近固化过程的情况下添加它们。另外,通过首先使用Al和Ca去除氧气,铁中溶解的氧气更少,可以与更昂贵的合金元素发生反应。一旦进入钢包,液-气界面湍流就很少了,因此新氧向铁水中的扩散相对较慢。当然还有时间限制,将钢包握得太久会导致合金褪色。添加合金后,检查化学成分,然后倒入钢水包。

编辑添加源。编辑添加了合金控制的讨论。


我想,您也许可以确认,除了添加铁以外,其他主要合金元素也将在大致相同的工艺点进行控制-当然,碳也必须得到控制。
克里斯H

铸造厂可能会在检查流浪汉金属的浓度后,有时选择可以使用的合金,或者铸造厂通常在熔化废料之前确定要生产哪种合金,然后简单地添加所需的任何物质以生产预选的合金在规定的公差范围内?
supercat 2015年

好问题,我没有确切的答案。我想大多数铸造厂在执行该过程之前都会考虑到合金设计。我还认为,某些超出其各自公差的杂散金属在结构应用中是不可接受的,因为它们会将机械性能降低到要求的水平以下。由于铸造厂不一定了解方坯等的最终用途,因此,由客户自行选择所需的合金。如果客户表示可以使用金属杂物,则可能会发生这种情况,具体取决于污染的风险。
wwarriner

6

据我所知,没有尝试过这样的组件分离。

我有一个朋友,曾在宾夕法尼亚州科茨维尔的Lukens Steel工作过。他的工作是编写计算机软件,以跟踪他们堆场中所有废钢的成分,并提出用于新熔体的哪种废钢的正确比例。显然,这意味着他们对所有进来的废料进行了相当全面的分析,并将相似的合金分类到单独的堆中。


5

为了与David Tweedstarrise达成共识,将钢合金中的每种金属分开是不经济的。

为此,首先需要将合金压碎并研磨至合金中晶粒的大小。然后,将需要设计某种形式的矿物/晶体选择过程,以将有用物与不需要物分离和分离,例如:泡沫浮选;也许是重媒体;可能使用重力分离方法,例如摇动桌子或螺旋形(但我怀疑这些方法是否会成功,因为重力分离方法依赖于明显的密度和重量差异);尽管在矿物砂行业中使用的磁选对于某些合金可能是一种选择。即使在此之后,总会有废料或尾矿区,将真正困难的合金晶体收集到垃圾场。

粉碎,研磨和分离都需要花费金钱。这些成本和利润必须来自将钢合金回收到那里的各种金属中。

截至2015年2月上旬,多种金属的价值为:

  • 黄金每盎司1233.30美元,每克39.6515美元或每吨39651510.84美元(是,每吨3965.1万美元)
  • 铂金每盎司1220美元或每吨39223905.97美元(39.2239 M $ / t)

  • 白银每盎司16.68美元或每吨536274.38美元(0.536274 M $ /吨)

  • 钴每吨29500美元
  • 镍每吨14965美元
  • 铅每吨1850美元
  • 钢坯每吨500美元

对于恰当命名的贵金属 Au,Pt和Ag,价格来源是Kitco。贱金属Co,Ni,Pb和钢坯的价格来源为LME

MundiY Charts 指数所示,目前铁矿石的售价约为每吨65美元。那是平均品位为60%的铁。由力拓Rio Tinto)必和必BHP-BillitonVale)经营的澳大利亚和巴西的露天铁矿,很高兴以这种价格生产铁矿石。LKAB同样乐意以这个价格从瑞典的基律纳地下矿生产磁铁矿。

Macrobusiness有一篇文章介绍了2015年铁矿石价格可能跌至每吨30美元的可能性。

以每吨0.536至3960万美元的价格,不难理解为什么要回收贵金属。但是,钢坯的价格为每吨500美元,铁矿石的价格为每吨65美元,因此没有动力将合金金属与钢合金分开。


考虑到镍和钢之间的价格差异,您的分析并不排除提取合金元素的经济理由-尽管最终会再次放入合金元素。如果这样做是经济的,也可以在熔融状态下和/或通过化学方法进行分离。
克里斯·H

由于溶解度和热力学方面的考虑,重力分离不适用于铁。不可接受的杂质浓度的阈值低于那些元素在室温下的溶解度。分离溶解的杂质金属的唯一方法是通过化学方法(对于铁而言是不经济的)或通过蒸馏(由于所涉及的金属的极高沸点,实际上是不可能的),更不用说经济学了。
wwarriner 2015年

2

首先废料从源头分离; 例如,铸铁通常仅包含Si和Mn。高蒸气压元素沸腾或聚集在助熔剂/炉渣中:例如,Zn,Pb,Sn,Bi,An,...,铝会氧化并进入炉渣。钢确实会吸收Cr,Ni,Mo和Cu残留物,通常这些都是有利的;除了铜,它们都增加了淬透性。(铜在耐大气腐蚀方面很重要)。V,Nb和W的含量非常小,因此微不足道。,和Co,价格昂贵,具有特殊的应用,因此也从报废处分离; 刮擦很容易识别;医疗假体和喷气发动机的热截面刀片和叶片,也在某些高速工具中-再次在刮擦源处分离。镍合金和奥氏体不锈钢在源头是分开的,因为它们不是铁磁性的。可以在刮源处分离出马氏体和铁素体磁性不锈钢(通常为13%Cr)。从源头上进行钢的分离是因为所有合金元素的价值都比碳钢高。必须有关于这方面的书; 这是钢铁行业的主要因素。现实世界发生的一个例子; 516级A碳素钢板是工业的主力军,但是当订购了具有高强度的厚型钢板时,“某种程度上”残留的Cr,Mo,Ni很高,从而可以接受可接受的热处理结果。这是钢铁行业的主要因素。现实世界发生的一个例子; 516级A碳素钢板是工业的主力军,但是当订购了具有高强度的厚型钢板时,“某种程度上”残留的Cr,Mo,Ni很高,从而可以接受可接受的热处理结果。这是钢铁行业的主要因素。现实世界发生的一个例子; 516级A碳素钢板是工业的主力军,但是当订购了具有高强度的厚型钢板时,“某种程度上”残留的Cr,Mo,Ni很高,从而可以接受可接受的热处理结果。

By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.