硬質(zhì)合金回收利用工藝現(xiàn)狀
2007年07月25日 0:0 7246次瀏覽 來源: 中國有色網(wǎng) 分類: 硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金是在一定的溫度下經(jīng)過保護(hù)性氣體進(jìn)行燒結(jié)制成的。如果在高出燒結(jié)溫度下而置于保護(hù)性氣氛對(duì)合金進(jìn)行加熱,硬質(zhì)合金的體積將發(fā)生膨脹,作為粘結(jié)金屬的鈷等將液化沸騰,合金的體積就將變得疏松而多孔堅(jiān)硬的合金就變得極易破碎加工,經(jīng)過破碎和研磨,就可以得到與原來的硬質(zhì)合金相同的碳化鎢和粘結(jié)金屬混合物。高溫處理法的原理就在于利用特制的高溫爐,在遠(yuǎn)大于硬質(zhì)合金的燒結(jié)溫度(1800℃)使站結(jié)金屬從合金結(jié)構(gòu)得以解體。這種工藝處理得到的硬質(zhì)合金再生原料由于得到了高溫處理,原先所含的微量其他金屬和非金屬雜質(zhì)以及有害氣體被清除出去。碳化鎢晶粒明顯長粗長大,晶內(nèi)缺陷減少,合金結(jié)構(gòu)和性能也得到了提高,因此具有較好的力學(xué)性能和較長的使用壽命。這種再生混合料適合于再制晶粒較粗、含鈷量較高的硬質(zhì)合金。對(duì)于晶粒較細(xì)、含鈷量低的硬質(zhì)合金種類不僅在高溫處理時(shí)的溫度要提高,以便于使硬質(zhì)合金廢料有足夠的應(yīng)力產(chǎn)生膨脹疏松現(xiàn)象,而且在制取中細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金時(shí),相應(yīng)要改變混合料的制備和燒結(jié)工藝。高溫處理法具有工藝流程短,設(shè)備配套簡單,回收的硬質(zhì)合金混合料比較清潔,對(duì)環(huán)境的污染程度小、回收率較高的特點(diǎn),但這一工藝能耗較高,在高溫過程中有一部分鈷會(huì)流失等,最大的問題是回收的混合料只宜制作粗大晶粒的碳化物合金。目前一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家如日本、瑞典的一些廠家仍使用該法處理廢舊硬質(zhì)合金。
1 鋅熔法的基本原理 鋅熔法處理硬質(zhì)合金的機(jī)理是基于鋅與硬質(zhì)合金中的粘結(jié)相金屬(鈷、鎳)可以形成低熔點(diǎn)合金,使粘結(jié)金屬從硬質(zhì)合金中分離出來,與鋅形成鋅-鈷固溶體合金液,從而破壞了硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu),致密合金變成松散狀態(tài)的硬質(zhì)相骨架。由于鋅不會(huì)與各種難熔合金金屬的碳化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),再利用在一定的溫度下鋅的蒸氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈷的蒸氣壓,使鋅蒸發(fā)出來予以回收再利用。因此,鋅熔法獲得的碳化物粉末較好地保持了原有特性。經(jīng)過鋅熔過程后,鈷或鎳被萃取到鋅熔體中,蒸餾鋅以后,鈷和碳化物保留,鋅回收后繼續(xù)用于再生過程。
2 鋅熔法工藝流程 廢舊硬質(zhì)合金與鋅塊按照1:1~2的比例共同裝入燒結(jié)熔融坩堝中抽真空,送電升溫至900~1000℃,保溫一定的時(shí)間后進(jìn)行真空提取鋅,冷卻后將海綿狀的鈷粉和碳化鎢團(tuán)塊卸出,經(jīng)過球磨、破碎、調(diào)整合金成分,重新制作硬質(zhì)合金。
3 鋅熔法的的主要特點(diǎn) 鋅熔法是上個(gè)世紀(jì)50年代由英國人發(fā)明的,其后,美國對(duì)這一工藝進(jìn)行了改進(jìn)和設(shè)備上的完善,70年代以后在許多國家得到了普及,在我國,許多回收利用廢舊硬質(zhì)合金的廠家都掌握了這種方法。其主要優(yōu)點(diǎn)在于這種方法工藝簡單、流程短、設(shè)備簡單、投資小,成本低,特別適合于處理含鈷量低于10%的廢硬質(zhì)合金,適用于小型企業(yè)利用廢舊硬質(zhì)合金再制硬質(zhì)合金。但這種工藝也存在一些不利的方面:混合料中殘留的鋅含量較高是值得注意的一個(gè)問題;由于近年來為節(jié)省鈷的用量,新型硬質(zhì)合金中多為碳化鈦-碳化鎢-鈷系列的合金,如果廢料不能分選清楚的話,將使回收的混合料中含有一定的鈦,從而局限了再生利用的產(chǎn)品選擇,鈦的增加使合金的脆性增加,對(duì)產(chǎn)品的壽命有一定影響;另外,在整個(gè)工藝過程中電耗較大,每噸硬質(zhì)合金耗電高的約12000kWh,低的也在6000kWh以上;此外,在鋅熔過程和收鋅的過程中,設(shè)備是否合理是對(duì)鋅的回收效率有一定影響。再一個(gè)是環(huán)境保護(hù)問題,鋅的逸出會(huì)對(duì)操作者有一定的影響。
近年來,我國硬質(zhì)合金應(yīng)用的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,硬質(zhì)合金作為材料工業(yè)的一個(gè)重要門類也隨著技術(shù)進(jìn)步和工藝技術(shù)的發(fā)展而不斷深入。值得注意的是,由于硬質(zhì)合金中的粘結(jié)金屬--鈷的資源日益稀缺,價(jià)格也比較昂貴,因此,國內(nèi)外的硬質(zhì)合金制造企業(yè)和科研單位一直在致力于無鈷硬質(zhì)合金或者是用其他的粘結(jié)金屬替代鈷。如近年來開發(fā)的鎳基合金、碳化鈦系列、鉭鈮系列合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等等。但是,鈷系列硬質(zhì)合金由于其特殊的物理性能和各方面的優(yōu)越性能,一直是新產(chǎn)品中主流產(chǎn)品。我國作為硬質(zhì)合金的生產(chǎn)大國和消費(fèi)大國,硬質(zhì)合金的回收與再生利用一直是資源綜合利用工作中的一個(gè)重要內(nèi)容。各個(gè)回收廠家對(duì)現(xiàn)有的回收工藝和設(shè)備的改進(jìn)與開發(fā)工作一直未有停歇。今后如何在回收利用的工藝中解決鈷的提純、碳化鎢的晶粒缺陷缺陷,鈦、鉭、鈮共生對(duì)再制硬質(zhì)臺(tái)金的影響等問題。特別是一些特殊硬質(zhì)合金的高效回收處理工藝的開發(fā),仍是迫切需要解決的問題。
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