废弃合金刀头工具处置工艺和研究.docx
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废弃合金刀头工具处置工艺和研究
广西现代职业技术学院
毕业论文
题目:
废弃合金刀头工具处置工艺
学生姓名:
韦良优
学号:
D3*******9
系别:
资源工程系
班级:
11冶金班
指导教师:
韦响
职称:
教师
完成时刻2021年11月28日
废弃金刚石刀头处置工艺
[摘要]由于废弃合金刀头很难在盐酸、硫酸等强酸溶液中溶解,在硝酸溶液中却能将其快速溶解,其中的铜、铁、镍、锡、钴和其他微量金属元素与硝酸反映,而金刚砂、碳化钨不与硝酸反映而很容易分离出去,将未反映的残余合金块分离出来,继续用一样浓度的新硝酸溶液进行反映。
过滤后取得硝酸铜、硝酸镍、硝酸铁等混合溶液,在滤液中加入碱调剂PH值至不同范围值将金属化合物分别沉淀下来,待反映趋于平缓后,静置一段时刻,过滤后别离将它们按不同的PH值沉淀一一分离出来,即可达到铁铜镍分离之目的。
[关键词]废弃金刚石刀头,分步沉淀,铁、铜、镍
一、文献综述
前言
金刚石是自然界中最坚硬的物质,是一种具有超硬、耐磨、热敏、穿热导、半导体及透远等优良的物理性能,因此也就具有了许多重要的工业用途,比如精细研磨材料、高硬切割工具,钻具,锯片、石材加工、地质和石油钻头、修正砂轮,刀具等。
为了爱惜昂贵的锯体不受损伤,在利用金刚石刀头具剩下约15%~20%时就必需将其卸下弃用。
由于人造金刚石、碳化钨、金属铜、镍价钱昂贵,制造刀头本钱极高,回收废弃金刚石刀具中的金刚石及碳化钨、铁、铜、镍等有价元素,成为降低本钱,减少资源浪费的有效途径之一。
二、实验部份
实验原料
本实验中采纳的原料来自广东省佛山市某地址的废弃金刚石刀工具,成份分析如表1所示
表1废弃金刚石刀具成份
元素
Fe
Co
Ni
Cu
Mo
含量(%)
元素
Cr
Nb
Pb
Sn
W
含量(%)
<
由表中成份分析数据显示可知,铜铁镍的成份所占的比重相对而言比较多,其他金属元素相对较少,因此本工艺只对铜铁镍进行处置回收,工艺流程如下图。
酸溶用35%硝酸浸溶使废弃金刚石刀头解体,使铁、铜和镍转化为可溶性硝酸盐,过滤后可分离出金刚石和碳化钨固体。
3Fe+8HNO3(稀35%,微过量)=3Fe(NO3)3+2NO↑+4H2O
3Cu+8HNO3(稀35%,微过量)=3Cu(NO3)3+2NO↑+4H2O
3Ni+8HNO3(稀35%,微过量)=3Ni(NO3)3+2NO↑+4H2O
2.2.2沉铁用碱把过滤后取得的溶液调剂PH至1.8~3.O,生成Fe(OH)3沉淀,由于净出液中%)可在沉铁后终点(PH=3)用过氧化氢作氧化剂将Co2+氧化为Co3+,迅速水解生成Co2O3·H2O沉淀,将铁、钴沉淀从溶液中分离出来。
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
2.2.3沉铜在步骤2的滤液再用碱调剂PH至7~8,生成碱式碳酸铜沉淀,过滤后将其分离。
Cu2++2OH-=Cu(OH)2↓
2.2.4沉镍在步骤3的滤液再用碱调剂PH至10,生成Ni(OH)2沉淀,过滤后即可将其分离。
Ni2++2OH-=Ni(OH)2↓
由于金刚石合金刀头结构超级致密,具有太高的强度会使刀头不易破碎,且在硫酸、盐酸中极为稳固,很难把刀头完全溶解,用浓硝酸理论上能够让刀头溶解,但由于金属镍的钝化作用而使反映速度变得极为缓慢,通过几组实验数据的比较,35%的硝酸溶液可使合金刀头快速解体,其中铁、铜、镍、锡、钴极易与硝酸反映
3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O
铁、镍、锡、钴的反映类似上式反映,若是硝酸浓度太高时镍会被钝化而形成小颗粒沉淀下来。
废弃刀头与硝酸溶液反映后取得的溶液静置冷却,10分钟左右过滤,使悬浮在浸出液中极细的碳化钨粉末(15μ~20μ)沉降,底液用慢性滤纸过滤,由于碳化钨、金刚石、钼在硝酸中极为稳固,不与其发生反映,很容易将他们从溶液中分离出来。
铬在冷稀硝酸中被钝化,附着在不溶物表面,也很容易将其分离。
将没有完全参加反映的残余刀头分离出来,再用新硝酸溶液进行溶解。
溶解每千克合金刀头需要浓硝酸(68%HNO3)400ML。
用硝酸溶液在常温下将废弃刀头溶解浸出,由于废弃刀头与硝酸溶液在反映进程中放出大量热量,因此需要操纵液体温度在60~65℃,超过65℃时会加速反映而使硝酸溶液分解放出NO2气体使硝酸的浓度降低,温度太低反映成效也不行,反映进行2小时后刀头大体解体,即便延长反映时刻,反映也只是有微量刀头溶解。
在反映后期,由于硝酸浓度降低,使反映缓慢进行,这时加入适量氟化铵可加速合金刀头溶解,继续反映小时。
在实验方才开始时反映超级猛烈,产生大量的气体不能及时排出去而加大容器内气压,因此用于盛溶液的反映容器容积因该为固液混合物的2.5倍以上,使反映有必然空间。
在加入硝酸溶液时要少量多次加入,避免反映过于猛烈放热而使硝酸溶液分解。
反映产生的气体,能够向反映容器中鼓入少量空气与NO反映生成NO2用于制硝酸。
实验反映的温度、鼓入空气量随时刻的转变能够通过以下图显示
红线表示温度蓝色表示鼓入空气量虚线表示理论温度
尾气的处置:
将反映产生的尾气先通入水溶液或稀硝酸溶液中制硝酸,通过2-4道工序吸收后,气体含有微量的NO、NO2再鼓入石灰水或石灰乳中进行比较完全的吸收净化,当它达到国家规定的尾气排放标准即可排空。
每千克合金刀头可生成NO气体1.48mol(理论值),可制HNO3。
在反映后期,由于反映减缓,容器内气压开始下降,会形成倒吸,这时应加大鼓入空气量增加容器内的气压,避免水溶液或稀硝酸溶液倒吸进入溶液中阻碍反映。
刀头与硝酸溶液反映后常温静置冷却,10分钟左右后过滤,使在反映时悬浮在浸出液中极细的碳化钨粉末(15μ~20μ)沉降,底液用慢性滤纸过滤。
—μ之间,滤渣经干燥后用40—140目的筛网挑选,中间产物用稀硫酸溶解掉附着在其表面的铬,过滤后烘干即可取得较为纯净的人造金刚石,每千克合金刀头可回收180克拉(36克)人造金刚石。
滤液继续酸洗筛下物,再过滤可取得较为纯净的碳化钨和硫酸铬,。
净化后的浸出液是铜、镍、锡、钴的硝酸盐混合溶液,能够用价钱低廉的铁置换出铜、镍、锡、钴等贵金属,还原铁粉价钱昂贵,且容易被空气氧化,块、条状的铁反映缓慢,加入过量削切、打磨铁器车床所产生的刨花,置换出海绵铜、镍、锡,过滤后用磁选的方式把铁镍与铜锡分离,铁镍可用于加工不锈钢材料,铜和锡的混合粉末经酸溶后电解出铜,滤液那么浓缩制成硝酸铁。
用铁置换铜、镍、锡、钴等贵金属的工艺尽管简单,但在沉淀物专门大一部份附着在铁屑上,造成磁选分离困难、海绵铜含杂高、金属回收率低,因此舍弃此工艺。
在浸出液中,不同的金属元素的沉淀的PH值也不同,依据那个条件和金属自身的水解作用可使铁、钴、铜、镍分步沉淀下来,金属PH值如表2所示
表2金属沉淀的PH值
元素
铁
铜
镍
钴
PH值
配制8%-8.5%(200g/L)NaOH溶液和5%(310g/L)Na2CO3溶液,NaOH溶液用于沉铁、镍,Na2CO3溶液沉铜,调至不同的PH值把他们的分步沉淀下来。
在加碱液时要缓慢加入浸出液中,且边加入边搅拌,幸免PH值局部太高而使铁、铜、镍混合沉淀,反映能够通过下式子显示:
Fe(NO3)3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaNO3
Fe(NO3)3+3H2O=Fe(OH)3↓+3HNO3
2Cu(NO3)2+2Na2CO3+H2O=Cu2(OH)2CO3↓+4NaNO3+CO2↑
Ni(NO3)2+2NaOH=Ni(OH)2↓+2NaNO3
溶液PH值在1.4左右就开始有茶色浑浊物沉淀下来,当在PH=3.5时,Fe3+可完全沉淀下来,Fe(OH)3为悬浮絮状物体,用分液法很难将其分离,需采纳抽滤乃至压滤。
在水解平稳中,由于溶液的酸度对Fe3+、Ni2+的水解阻碍专门大,随着溶液PH升高,水解趋势增大,溶液颜色加深(茶色→棕黄→深棕),最后析出Fe(OH)3沉淀。
Fe3+水解是一个吸热进程,因此略微加热可增进Fe3+的水解,过滤后取得的Fe(OH)3将其脱水,烘干后破碎,即取得铁红。
镍与铁同属铁族元素,与铁的性质相似,将PH调到10即可将镍完全沉淀下来,取得Ni(OH)2沉淀,过滤后烘干再破碎,加入硫酸溶液制成七水硫酸镍
Ni(OH)2+H2SO4+7H2O=NiSO4·7H2O+H2O
由于浸出液中%)可在沉铁后终点(PH=3)用过氧化氢作氧化剂将Co2+氧化为Co3+,迅速水解生成Co2O3·3H2O沉淀,因其浓度系数很小,在较低PH及适当的氧化剂作用下Co(OH)2沉淀即可生成,反映式子如下
Co2+H2O2=Co2O3·3H2O↓+H2O
而铜与镍在相同PH条件下不发生类似反映,从而将较难分离出来的钴除去。
假设对氢氧化铁及后续产品的要求不高,可直接在沉铁液中加入过氧化氢沉钴。
镍被分离以后,过滤取得的滤液加入5%Na2CO3溶液调剂PH值沉铜,把PH值调至终点PH=7,即可取得Cu2(OH)2CO3沉淀,过滤后烘干,再破碎,加入硫酸溶液制成五水硫酸铜
Cu2(OH)2CO3+H2SO4+5H2O=CuSO4·5H2O+H2O+CO2↑
回收出来的铜、镍、铁等金属元素回收率可别离达到93%、90%、96%不等。
实验本钱与经济效益
表3处置每千克废弃合金刀头本钱
原料
数量(Kg)
单价(元/Kg)
成本(元)
合金刀头
1
68%硝酸
氢氧化钠
碳酸钠
98%硫酸
合计
表4处置每千克合金刀头产品经济效益
产品
数量(Kg)
单价(元/Kg)
经济效益(元)
人造金刚石
1000
36
碳化钨
0.07
200
14
铁红
5
五水硫酸铜
1
16
16
七水硫酸镍
28
11
工艺流程图
本工艺对所利用的设备要求不高,利用一样的实验室器材就能够够对废弃刀头处置,投资少,生产周期短,生产本钱较低,工艺流程短。
2.5.2由于反映进程取得强化,可处置成份波动大、复杂的各类昂贵废弃合金和其他类似废旧金属,各类有价元素综合回收好,金属纯度高,后期处置工作量少。
2.5.3在实验反映后期加入适量氟化氨来溶解浸出废弃金刚石刀头,可使其快速解体,反映产生的一氧化氮废气,能够通入密封水溶液或稀硝酸溶液中进行吸收并制取硝酸。
通过几回吸收后达到国家标准排放要求即可排放,对环境污染较轻,有很好的环境效益和经济效益,能够通过反映方程所示
4NaOH+4NO+3O2=NaNO3+2H2O(NaOH、O2,都过量)
~3.0之间,完全沉淀在3.5左右;沉铜时PH值在7.0,沉镍在10.0,明白了各个金属的PH值沉淀范围,就能够够比较准确调整他们的PH值。
.5通过各个数据的比较,咱们能够清楚的看出,硝酸的浓度在35%时浸出率最好,因此咱们选择浓度35%的硝酸来进行溶解。
三、展望
金刚石刀头利用进程中因损伤而弃用,在工业上每一年都有大量的废弃金刚石刀头产生。
若是随意弃置这些丰硕的废弃金刚石刀头,既造成了环境的污染,又浪费了有限的金属资源。
废弃金刚石刀头来源比较普遍,关于回收的料源的来源是比较有利。
四、致谢
第一,超级感激学院给我们这次毕业论文的机遇,使我们能够将大学3年所学的知识真正做到学以致用,而且在实验进程中学到了很多新的知识,这对我们是一次新的冲破,使我们勇于、擅长发觉问题,而且解决问题,独立试探问题。
感激大学3年来我们的每一名任课教师的辛勤教诲和无私的奉献,正是应为有了列位教师的教诲,我们大学3年来才有了进步,也正是应为有列位教师的辛勤教诲,我们才能在毕业的时候有能力能够独立自主的进行毕业论文的写作。
感激我们的毕业论文指导教师韦响教师及实验室治理员莫江敏教师!
在毕业论文写作的进程中,我们一直取得韦响教师及莫江敏教师的悉心教诲和指点,使我们对课题慢慢有了清楚的思路。
韦响教师严谨务实的治学态度和勤奋忘我的工作热情是我们学习的表率,在此表示真挚的敬意。
同时还要感激在论文写作进程中给予我们帮忙的列位同窗。
最后,再次对大学3年来我们的每一名任课教师的悉心教诲表示衷心的感激!
五、参考文献
[1]杨振宁,陈志伟,高大明,童张法·电镀污泥中铜镍回收方式及工艺的研究,2008
[2]张从良,彭过胜,王岩·废弃金刚石刀具铜钴镍的回下班艺研究,2006
[3]桂锦智·从废合金中提取钴、镍、铜工艺的改良,1999(01):
49~51,54
[4]曲志平·残废金刚石刀头的回收利用,1997(7):
[5]郭灵虹,陈世途·废弃金刚石刀具选择性浸出及回下班艺研究,1990-2-21
[6]彭容秋·铜冶金,2004(12)
[7]王多冬,赵中伟,陈爱良,陈星宇,霍广生,李洪桂·难处置铜钴合金的氧化酸浸出,2020(10)
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- 废弃 合金 刀头 工具 处置 工艺 研究