Geri dönüştürülmüş çeliklerin alaşım malzemeleri nasıl ayrılabilir?


9

Bildiğim kadarıyla şu anda işlenmiş çeliklerin çok büyük bir kısmı (yaklaşık yarısı) geri dönüşümden geliyor.

Ancak geri dönüşüm sürecine giren çelikler normalde çeşitli kaynaklardan geliyor ve bu nedenle çok farklı alaşım malzemeleri içeriyorlar.

Ancak, yeniden işlenen çeliğin çıktısı, tam olarak belirtilen oranlarda alaşımları içeren çelik olmalıdır.

Geri dönüştürülmüş çeliğin önceki alaşımlarının bir tür "ayrılması" veya "kaldırılması" oluyor mu? Ve eğer evet, nasıl çalışır?


1
" tam olarak belirtilen oranlarda alaşımları içeren ." Mühendislikte sadece toleranslar kesindir - gerisi sadece toleranslar için kesindir ve bu nedenle daha kötü kalite çelikler için bu oranların toleransları oldukça bağışlayıcıdır.
SF.

Özellikle metalurjide, standart kaliteler için alaşım elementlerine oldukça cömert aralıklar verilir (toleranslar). Örneğin, nominal olarak ağırlıkça% 0.18 oranında karbon içeren düz karbonlu bir çelik olan bir AISI 1018 kalite çelik, ağırlıkça% 0.14-0.20 aralığında karbona ve ağırlıkça% 0.1-0.9 aralığında Mn'ye sahip olabilir. ağırlık / ağırlık. Bunun nedeni, hassasiyet ve hız arasında bir denge oluşması ve alaşımın solması nedeniyle dökümhanede hızlanma hassasiyetinin kaybedilmesidir.
wwarriner

Yanıtlar:


10

Bu doğru, örneğin tüm bakır kabloları çıkarmadan hurdaya taşlanmış araç gövdelerinden geri dönüşüm akışına giren bazı istenmeyen veya serseri metaller (Cu, Sn, Sb, As) var kaplı çelik kutular. Antimon ve arsenik, düşük kaliteli ve düşük maliyetli birincil demir kaynaklarından sızma eğilimindedir.

Sorunun cevabı hayır. Geri dönüştürülmüş çelik, çeşitli kaynaklardan mümkün olduğunca eşit bir şekilde karıştırılır, bileşimi ölçülür ve daha sonra, tramp metallerini yeniden satış veya başka bir ürün için belirli bir çelik sınıfının karşılanması gibi tekrar işlenmesi için tolere edilebilir seviyelere seyreltmek için gerektiğinde saf demir ilave edilir. veya uygulama. Paslanmaz çelikler ve geri dönüşüm sırasında bilinen diğer yüksek alaşımlı kaliteler, Ni, Cr vb. Değerleri nedeniyle ayrı olarak işlenir.

Şu anda serseri unsurlarını gidermek için demirin yeniden işlenmesi ekonomik değildir ve bu nedenle basitçe yapılmaz. İki kitap, süreci düzenli ve ekonomik bir süreç olarak nitelendiriyor: ( Mineraller, Metaller ve Sürdürülebilirlik: Gelecek Materyal İhtiyaçlarını Karşılamak , s. 284, "seyreltme" den başlayarak) ve ( Çelik Üretimi: İşlemler, Ürünler ve Artıklar, s. 104, artık alakalı olmayana kadar okuyun). Ekonomik olmama sebebi, tuzak elementlerinin sabit sıcaklıkta demirden oksijene daha zayıf tepki vermesidir, bu yüzden onları oksidasyon yoluyla uzaklaştırmak için önce demirin tamamının oksitlenmesi gerekir. Bunun nedeni termodinamiktir ve rakip reaksiyonlar arasında serbest enerjideki en büyük düşüşe sahip olanların, özellikle rakip reaksiyonlar arasında serbest enerjideki büyük farklılıklar olmak üzere, başlamış olsa bile diğer reaksiyonlardan hemen önce tamamlanmalarına dayanır. Hangi reaksiyonların en büyük azalmaya sahip olduğunu belirlemek için bir Ellingham diyagramı kullanılabilir.

Aşağıdaki Ellingham diyagramında yatay eksen sıcaklık, dikey eksen Gibbs serbest enerjisindeki değişimdir. Diyagram boyunca çeşitli açılardan geçen çizgiler, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak oksijen ile element oksidasyon reaksiyonlarının neden olduğu serbest enerji değişimine karşılık gelir. Bizim durumumuzda, diyagram ilgilenilen bir sıcaklık seçilerek ve oksijenle reaksiyona girecek ilk elemanı bulmak için alttan okunarak okunabilir. Örneğin, içinde Fe, Mn, Sn ve Cu ile çelik varsa, 1000K'da Mn, Fe (FeO'ya), Sn ve Cu’nın serbest enerjideki en büyük ila en küçük düşüşün sırası olduğunu görebiliriz.

Kabul edildiğinde, ilgilenilen sıcaklık 1900K'ya (demirin erime noktasının üstünde) daha yakındır, ancak her bir Gibbs serbest enerji değişim fonksiyonunun genel eğilimleri şemada sağda devam eder ve demir tramp elementleri Cu, Sn, As ve altında kalır. Pratik sıcaklıklarda ve muhtemelen kaynama noktalarına bağlı olarak Sb. Sonuç olarak, sürtüklerin Fe'den uzaklaştırılması, önce demirin tamamının etkili bir şekilde oksitlenmesini gerektirecektir. Sn, Sb, As ve Cu demirde az çözünür olduğu için kimyasal reaksiyonla ayrılmalarını gerektirir.

Ellingham diyagramı.

Sürtüklerin çözünürlüğünü aşağıda Sb-Fe yazdığım demir ile olan faz diyagramlarından görebilirsiniz. Diyagram, bileşime karşı sıcaklığa sahiptir, her bir bitişik 2B bölge ya bir fazdan oluşur veya iki fazın sol ve sağa karışımıdır, bu sıcaklık ve kompozisyon kombinasyonunda dengededir. Sol altta, az miktarda Sb ve oda sıcaklığı için, bu durumda tek bir faz veya alfa-Fe (aşina olduğumuz tür) anlamına gelen bitişik bir bölge olduğunu görüyoruz. Sb bulunduğundan ve tek bir aşamada olduğu için demirin içinde çözülmesi gerekir. Aynı durum, diğer serserilerin değişen şiddeti ile de geçerlidir.

Fe-Sb faz diyagramı.
(kaynak: himikatus.ru )

Chris H'nin de dediği gibi, diğer alaşım elementlerinin ne zaman kontrol edildiğine dair bir soru var. Genel olarak alaşım ilavesi, alaşım kaybını en aza indirmek için mümkün olduğunca katılaşmaya yakın kontrol edilir.

Hurda, bir elektrik ark ocağında toplu olarak eritilir. Hurda akışı yeterince karıştırılmışsa, sürtünme konsantrasyonu geçmiş kullanıma göre tahmin edilebilir ve tahminin telafi edilmesi için kimya analizinden önce birincil demir eklenir. Daha sonra kütle eritilir, Ellingham diyagramının dibindeki elementlerin eklenmesiyle, özellikle Ca ve Al'da oksijen çıkarılır ve erimiş metal bir veya daha fazla izole edilmiş küfeye aktarılır. Ca ve Al, suda yüzen ve mekanik olarak uzaklaştırılan düşük yoğunluklu oksit cürufu oluşturmak için eriyikte çözünmüş oksijenle hızlı bir şekilde reaksiyona girer. Bu işlemden sonra kimya alınır ve eğer sürtükler yeterince seyreltilirse, metal deliklere aktarılır. Değilse, eriyiği seyreltmek için yeterli primer demir ilave edilir.

Kepçeye girdikten sonra, ilave alaşım elementleri eklenir. Ellingham diyagramı nedeniyle daha önce eklenmediler: Mn, Mo, Cr, V, C, vb. Gibi çoğu alaşım elementi, Fe'den daha fazla serbest enerji kaybına sahiptir ve ilk önce tepki verir. Başka bir deyişle, onlar kaybolur. Pahalı alaşım ilavesinin solmasını önlemek için, katılaşma işlemine mümkün olduğunca yakın ilave edilirler. Ek olarak, önce Al ve Ca kullanarak oksijeni çıkararak, daha pahalı alaşım elementleri ile reaksiyona girmesi için demirde çözünmüş oksijen daha az olur. Kepçeye girdikten sonra, çok az sıvı atmosfer arayüz türbülansı vardır, bu nedenle yeni oksijenin sıvı demir içine difüzyonu nispeten yavaştır. Elbette hala bir zaman sınırı var ve bir kepçeyi çok uzun süre tutmak alaşımın solmasına neden olacak. Alaşım ilavesinden sonra kimya kontrol edilir ve ardından pota dökülür.

Kaynak eklemek için düzenlenir. Alaşım kontrolü tartışma eklemek için düzenlenmiştir.


Varsayıyorum, ve bunun yanı sıra demir eklemenin yanı sıra, diğer ana alaşım elementlerinin kabaca aynı işlem noktasında kontrol edileceğini - kesinlikle karbonun kontrol edilmesi gerektiğini onaylayabildiğinizi varsayabilirim.
Chris H,

Bir dökümhane olabilir, serserinin metallerinin konsantrasyonlarını inceledikten sonra, bazen onlardan faydalanabilecek alaşımları seçin ya da dökümhaneler genellikle hurdayı eritmeden önce hangi alaşımın üretileceğine karar verir ve daha sonra önceden seçilmiş olanı elde etmek için ne gerekiyorsa ekleyin belirtilen tolerans dahilinde alaşım?
supercat,

İyi bir soruya kesin bir cevabım yok. Dökümhanelerin çoğunun işlemi gerçekleştirmeden önce akılda kalıcı bir tasarıma sahip olacağını düşünüyorum. Ayrıca, kendi metal toleranslarının üzerindeki bazı serseri metallerin yapısal uygulamalarda kabul edilemez olduğunu düşünüyorum, çünkü gerekli özellikleri mekanik özelliklerin altına düşürüyorlar. Dökümhane nihai kütük uygulamalarını, vb. Mutlaka bilmediğinden, ihtiyaç duydukları alaşımı seçmek müşteriye kalmıştır. Bir müşteri metal metallerin sünnet olduğunu belirtirse, bu kirlenme riskine bağlı olarak mümkün olabilir.
wwarriner

6

Bildiğim kadarıyla, bileşenlerin bu şekilde ayrılması denenmez.

Bir zamanlar Coatesville, PA’da Lukens Steel’de çalışan bir arkadaşım var. Görevi, bahçelerinde bulunan tüm hurda çeliğinin bileşimini izleyen bilgisayar yazılımı yazmak ve herhangi bir yeni erimede hangi hurda türlerini kullanacağını doğru oranlarda bulmaktı. Açıkçası bu, gelen tüm hurdaların oldukça kapsamlı bir analizini yaptıklarını ve benzer alaşımları ayrı yığınlara ayırdıklarını gösteriyor.


4

David Tweed & starrise ile aynı fikirde olmak için , metal alaşımlarını çelik alaşımlarında ayırmak ekonomik değildir.

Bunu yapmak için önce alaşımların ezilmesi ve alaşımların içindeki kristal taneciklerinin boyutuna öğütülmesi gerekir. Daha sonra, bir tür mineral / kristal seçim sürecinin, örneğin istenmeyenları ayırmak ve bunları ayırmak için tasarlanması gerekecektir: köpüklenme flotasyonu; belki ağır medya; sallama masaları veya spiraller gibi muhtemelen yerçekimi ayırma yöntemleri (ancak bunların, ağırlık yoğunluğu ve ağırlık farklarına bağlı olarak yerçekimi ayırma yöntemleri olarak başarılı olacağından şüpheliyim); Bununla birlikte, maden kumları endüstrisinde kullanılan manyetik ayırma bazı alaşımlar için bir seçenek olabilir. Bundan sonra bile, her zaman gerçekten zor alaşım kristallerinin bir çöplükte toplanacağı bir atık veya atık bölümü olacaktır.

Kırma, öğütme ve ayırma işlemlerinin maliyeti düşüktür. Bu maliyetler ve kâr, orada ayrı metallere geri dönüştürülen çelik alaşımlarından gelmek zorunda.

Şubat 2015'in başından itibaren, bir metal seçiminin değeri:

  • Altın ons başına 1233.30 USD, g başına 39.6515 USD veya ton başına 39 651 510.84 USD (evet, ton başına 39.651 milyon dolar)
  • Platin başına ons başına 1220 USD veya ton başına 39 223 905.97 USD (39.2239 M $ / t)

  • Gümüş ons başına 16.68 USD veya ton başına 536 274.38 USD (0.536 274 M $ / t)

  • Kobalt ton başına 29 500 USD
  • Nikel USD 14 965 ton
  • Ton başına 1850 USD
  • Çelik Kütük Ton başına 500 USD

Uygun olarak adlandırılan değerli metaller Au, Pt & Ag için fiyat kaynağı Kitco idi . Baz metaller, Co, Ni, Pb & steel kütük için fiyat kaynağı LME oldu .

Demir cevheri şu anda Index Mundi ve Y Charts'te belirtildiği gibi ton başına yaklaşık 65 USD satıyor . Bu ortalama yüzde 60 demir demiri için. Rio Tinto , BHP-Billiton & Vale tarafından işletilen Avustralya ve Brezilya'daki açık kesme demir madenleri bu fiyata demir cevheri üretmekten oldukça mutlular. LKAB da İsveç'teki Kiruna yeraltı madeninden bu fiyata manyetit demir cevheri üretmekten mutluluk duyuyor .

Macrobusiness'ın , 2015 yılında demir cevheri fiyatlarının ton başına 30 ABD dolarına düşmesi ihtimaline dair bir yazı var.

Ton başına 0.536 ila 39.6 milyon dolar gibi fiyatlarda değerli metallerin neden geri dönüştürüldüğünü anlamak kolaydır . Ancak, 500 dolarlık çelik kütük için bir ton ve demir cevheri için ton başına 65 ABD doları, alaşım metallerinin çelik alaşımlarından ayrılması için teşvik edici değildir.


Nikel ve çelik arasındaki fiyat farkı göz önüne alındığında, analiziniz alaşım elementlerini çıkarmanın ekonomik durumunu dışlamaz - yine de bir araya getirilmelerine rağmen. Ayrılma ayrıca erimiş halde ve / veya ekonomik olması halinde kimyasal yollarla da sağlanabilir.
Chris H,

Yerçekimi ayrımı, çözünürlük ve termodinamik hususlar nedeniyle demirde işe yaramaz. Kabul edilemez sürtünme konsantrasyonları için eşik, bu elemanların oda sıcaklığında çözünürlüğünden daha düşüktür. Çözünmüş serseri metallerini ayırmanın tek yolu, Fe için ekonomik olmayan kimyasal bir işlem ya da söz konusu metallerin aşırı kaynama noktalarından dolayı pratik olarak imkansız olan damıtmadır.
wwarriner

1

İlk önce hurda kaynağında ayrılır; örneğin dökme demir genellikle sadece Si ve Mn içerir. Yüksek buhar basınçlı elementler akı / cürufta kaynar veya toplanır: örn., Zn, Pb, Sn, Bi, An ,,,, Alüminyum oksitlenir ve cürufun içine girer. Çelikler Cr, Ni, Mo ve Cu artıklarını toplar, genellikle bunlar avantajlıdır; hepsi Cu hariç sertleştirilebilirliğe katkıda bulunur. (Atmosferik korozyon direncinde Cu önemlidir). V ve Nb ve W çok küçük miktarlarda bulunurlar; Ve Co, pahalı ve özel uygulamalara sahiptir, bu yüzden sıyırma kaynağında da ayrılır; Ortak sıyrılma tanımlaması kolaydır; tıbbi protez ve jet motoru sıcak bölüm bıçakları ve kanatları, ayrıca sıyırma kaynağında ayrılmış bazı yüksek hızlı aletlerde. Ni alaşımları ve östenitik paslanmaz, ferromanyetik olmadıkları için kaynakta ayrılır. Manyetik Martensitik ve ferritik paslanmaz (tipik olarak% 13 Cr) sıyırma kaynağında ayrılabilir. Çeliklerdeki kaynakların ayrılması, tüm alaşım elemanlarının karbon çeliğinden daha değerli olması nedeniyle yapılır. Bu konuda mevcut kitaplar olmalı; çelik endüstrisinde önemli bir faktördür. Gerçek dünyada olanlara bir örnek; A sınıfı 516 karbon çelik levha, endüstrinin iş gücüdür, ancak yüksek dayanımlı kalın bir bölüm sipariş edildiğinde, bir şekilde Cr, Mo, Ni kalıntıları kabul edilebilir ısıl işlem sonuçları sağlayan yüksek düzeydedir. çelik endüstrisinde önemli bir faktördür. Gerçek dünyada olanlara bir örnek; A sınıfı 516 karbon çelik levha, endüstrinin iş gücüdür, ancak yüksek dayanımlı kalın bir bölüm sipariş edildiğinde, bir şekilde Cr, Mo, Ni kalıntıları kabul edilebilir ısıl işlem sonuçları sağlayan yüksek düzeydedir. çelik endüstrisinde önemli bir faktördür. Gerçek dünyada olanlara bir örnek; A sınıfı 516 karbon çelik levha, endüstrinin iş gücüdür, ancak yüksek dayanımlı kalın bir bölüm sipariş edildiğinde, bir şekilde Cr, Mo, Ni kalıntıları kabul edilebilir ısıl işlem sonuçları sağlayan yüksek düzeydedir.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.