CC BY
88
3. Способ охлаждения сплава после СВС-процес-са незначительно влияет на ее твердость и состав.
4. Высокая скорость охлаждения сплава в СВС-процессе формирует структуру мартенситного типа.
5. Заметное влияние на процесс горения оказывает размер частиц порошка: При меньших по ди-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. - Черноголовка: ИСМАН, 2002. - 234 с.
2. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.
3. Комбинированные электротехнологии нанесения защитных покрытий. Современные технологии. Т. 6 / Под ред. В.С. Чередниченко, В.Г. Радченко. - Новосибирск: Изд-во НГУ, 2004. - 179 с.
аметру частицах (до 63 мкм) горение становится ровным, скорость горения увеличивается.
6. Введение боридов в сплав (2,5 мас. % термита) увеличивает его твердость на 6... 10 НЁС (до 70 НЁС).
7. Молибден снижает твердость сплава, но значительно увеличивает его вязкость и теплостойкость.
4. Гумиров М.А., Евтушенко А.Т., Торбунов С.С., Абед Д.Х. Пирометрия СВ-синтеза инструментальной стали // Ползунов-ский Вестник Алтайского государственного университета. -2005. - № 4. - С. 110.
Поступила 14.11.2006 г.
После переработок окончательный вариант поступил 20.02.2008г.
УДК 536.46
ПОЛУЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ИЗ ОТХОДОВ МАШИНОСТРОЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА
В.В. Бразовский, Г.М. Кашкаров, О.А. Лебедева, Н.П. Тубалов
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, г. Барнаул E-mail: [email protected]
На основе анализа возможных путей утилизации отходов предложена комплексная энергосберегающая технология переработки металлических порошков и оксидов в пористые фильтры для очистки различных растворов от взвешенных частиц дисперсностью от 30 до 500 мкм.
Ключевые слова:
Пористый фильтр, технология утилизации отходов, травильные растворы, металлические порошки, оксид алюминия, порошок меди.
На предприятиях машиностроительного профиля широко применяются технологии травления металлов растворами кислот и щелочей. В результате образуется большое количество отходов порошкообразных металлов: Си, Сг, Fe, Са и их оксидов, а также загрязняются травильные растворы. В зависимости от технологической мощности производства количество отходов по каждому компоненту может достигать 12...15 т/г.
Утилизация таких отходов затруднена вследствие значительного угара при плавке и экономически невыгодна. С учетом изложенного, в данной работе предлагаются: технология выделения и кондиционирования отходов (медного и других порошков); передвижная установка для перекачки и осветления травильных растворов с целью их повторного использования и увеличения срока службы; технология получения пористого фильтра из отходов производства для передвижной установки; технология утилизации конденсированного порошка меди.
Для утилизации отходов предлагается комплексная энергосберегающая технология переработки металлических порошков и оксидов в пористые изделия различного назначения: фильтры для масел; фильтры для очистки различных растворов от взвешенных частиц дисперсностью от 30 до 500 мкм и больше; катализаторы - нейтрализаторы отработавших газов на промышленных предприятиях и в двигателях внутреннего сгорания.
Конструкция изделий может быть различная: плоские диски, цилиндры, стаканы, конусы и тому подобное.
Существует несколько конструкций фильтров для отделения механических включений из жидкой среды. Например, известны фильтры с применением фильтровальных тканей из природных и синтетических волокон (ГОСТ 26-14-2005-77). Недостатком таких фильтров является быстрая засоряемость, недостаточная прочность, невысокая температуро-стойкость в пределах 210...240 °С. Тканевые фильтры
Физика
недостаточно устойчивы против истирания. Стоимость таких фильтров довольно высокая.
Известны фильтры полимерные и фильтры из металлических порошков, изготовленные методами порошковой металлургии. Получение пористых фильтров состоит из процесса приготовления порошков, их формования и спекания. Спекание производят в высокотемпературных печах большой мощности, как правило, 50...140 кВт при температуре 1200...2000 °С.
Недостатками таких фильтров являются высокая стоимость материала фильтра из-за применения дорогостоящих и дефицитных порошков, применение высокотемпературных энергоемких печей, значительная трудоемкость изготовления, высокая стоимость пресс-форм, требующих при изготовлении высокого класса точности. Такие изделия имеют ограниченные размеры (габариты) связанные с возможностями соответствующего технологического оборудования для прессования и печами для спекания изделий. Размеры пресс-форм всегда ограничиваются размерами печей для спекания изделий [1].
Большое значение для получения пористых материалов имеет выбор реакционных композиций материалов. Традиционные металлические порошки, используемые для получения интерметаллических пористых материалов дороги и дефицитны.
Нами была сделана попытка создания пористых металлокерамических материалов с использованием реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), на основе отходов машиностроения.
Применение производственных отходов в качестве материалов для процесса (СВС), позволяет решить задачу снижения стоимости исходных компонентов и утилизации отходов, не нашедших адекватного применения. Использованные в работе промышленные отходы представляют собой оксиды металлов: окалина легированной стали 18Х2Н4МА ^е2О3 - порошок фракции 63...125 мкм) содержащая 46...50 мас. %, оксид алюминия (а - А12О3), который применяли в виде порошка фракции 50...60 мкм в пределах 40...44 мас. %. В шихту добавляли порошок алюминия марки АСД-1 в пределах 8...10 мас. %, порошок меди - 4...6 мас. % [2].
В основе метода (СВС) лежит реакция экзотермического взаимодействия двух или нескольких химических элементов, соединений, протекающая в режиме направленного горения. Процесс горения осуществляется в тонком слое смеси исходных реагентов после локального инициирования реакции и распространяется по всей системе, благодаря теплопередаче от горячих продуктов к «не нагретым» исходным веществам [3].
Для улавливания и выделения медных порошков из сточных вод разработана конструкция и технология изготовления пористого фильтра, удовлетворяющего следующим требованиям: кислотоу-стойчивость; механическая прочность не менее
150 МПа; заданный диапазон размеров пор не более 0,1...0,3 мм; коэффициент удержания порошка меди не менее 98-99 %; возможность очистки медного порошка промывкой; производительность не менее 700 л/ч; срок службы фильтра не менее 3-х мес.
Фильтр изготовлен методом (СВС) из отходов производства: оксидов железа, оксидов алюминия, меди, алюминия. Фильтр имеет конусообразную форму (рис. 1).
1
Рис. 1. Схема передвижной фильтрационной установки: 1) крышка, 2) корпус, 3) фильтр, 4) тележка
Фильтр смонтирован на передвижной установке производительностью 300 л/ч, последовательно обеспечивающей выделение медного порошка из всех травильных ванн. Травильные растворы после фильтрации осветлялись и были пригодны для повторного использования. Химическую стойкость фильтра определяли при выдержке его в кислой среде (15 и 26 %-ной Н^04, рН=3...4, температура испытаний 20 и 30 °С) в течение 1,5 мес.
Качество материала оценивалось коэффициентом снижения прочности К=Рк/Р0 (где Р0 - разрушающая сила до коррозионных испытаний, Рк -после испытаний). Усилие разрушения образцов измеряли на разрывной машине УМЭ-10ТМ при скорости деформирования 0,002 м/с. В результате коррозии величина К составила не более 15 %.
Следовательно, с учетом периодического режима работы фильтра (1/3 сут.) и времени испытаний (1,5 мес.) срок службы фильтра в течение 3 мес. перекрывается в 1,5 раза. Отмечено увеличение размера пор после коррозионных испытаний на 20 %, что не влияет на удержание медного порошка. Состав материала фильтра определен стандартными методами: железа - методом потенциометрического титрования; меди - йодометрического титрования.
Для дальнейшей переработки медного порошка разработана технология дробной промывки шлама на изготовленном фильтре, используя промывные воды. В результате расход промывной воды сократился на 30...35 %. Технологическая схема разделения порошков и травильных растворов приведена на рис. 2.
Таблица. Фракционный состав порошка меди
Размер частиц меди, мм Масса фракции, г Доля фракции, %
2,0...2,5 12±0,09 15±1
1,0...2,0 18±0,32 23±2
0,5...1,0 8±0,53 11±1
0,25...0,5 14±0,24 18±1,5
0,1...0,25 10±0,67 14±1
Рис. 2. Схема травления биметалла серной кислотой и разделения травильного раствора и медного порошка: 0) исходный раствор; 1) стадия травления; 2) 1-я стадия промывки холодной водой; 3) 2-я стадия промывки холодной водой; 4) стадия омыливания 3-х % раствором; 5) стадия сушки изделий; 6) устройство с насосом; 7) металлокерамический фильтр; 8-18) запорные вентили
Разделение травильного раствора и медного порошка производится в несколько стадий: стадия травления серной кислотой; две стадии промывки холодной водой; стадия омыливания трех процентным водным раствором; стадия сушки изделия.
Отмытый от примесей медный порошок направляется в смеситель для подготовки шихты. По данным ситового анализа фракционный состав медного порошка достаточно однороден (см. табл.).
Для более полного использования отходов к медному порошку добавляли до 20 % оксида меди, окалины железа и некоторых других компонентов и алюминиевый порошок для зажигания смеси. В результате высокотемпературного синтеза выход монолитного медного сплава с содержанием меди до 90 % достигал 50...60 % от веса шихты.
Простота технологии позволяет организовать передел отходов без капитальных затрат. Комплексный подход позволил, таким образом, не только утилизировать отходы производства, сократить расход промывных вод, но и использовать полученные фильтры для выделения отходов. Кроме того, отфильтрованный раствор является пригодным для дальнейшего использования в технологической схеме травления. При применении данной технологии достигается экономия за счет возвращения в производство всех отходов металлов, увеличения срока службы травильных растворов и снижения экологических штрафов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Евстигнеев В.В., Тубалов Н.П., Лебедева О.А. Интегральная технологическая схема получения пористых материалов для изготовления изделий промышленного назначения // Процессы горения и взрыва в физикохимии и технологии неорганических материалов: Труды Всеросс. конф. - М., 2002. -С. 443-447.
2. Евстигнеев В.В., Тубалов Н.П., Лебедева О.А., Верещагин В.И. Получение пористых керамических материалов с использова-
нием отходов машиностроения на основе термохимического синтеза // Ползуновский вестник. - 2003. - № 1-2. -С. 158-161.
3. Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика. - Черноголовка: ИСМАН, 2002. - 234 с.
Поступила после переработки 06.10.2008 г.
