CC BY
5TEXNOLOGIYA
УДК 669.018.256
ПРОЦЕСС ЦИНКОТЕРМИИ ДЛЯ ПРЯМОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДОГО
СПЛАВА
Шарипов Конгратбай Авезимбетович Министр высшего образования, науки и инноваций Республики Узбекистан
Убайдуллаев Мамасидик Махамматсолиевич Наманганский инженерно-строительный институт, PhD. E-mail: silverstar- [email protected]
Мирзавалиев Достонбек Баходир угли Алмалыкского филиала ТГТУ, ассистент, E-mail: [email protected]
Парманов Сарвар Тошпулатович Алмалыкского филиала ТГТУ, заведующий кафедрой E-mail: [email protected]
Аннотация. В статье подробно рассматривается смешивание порошков, инкапсуляция, эндотермическая реакция, охлаждение и извлечение, обеспечивая читателям полное представление о процессе. Преимущества цинкотермии, такие как отсутствие необходимости химической модификации исходного материала и возможность использования перерабатываемого материала также подробно рассмотрены.
Annotatsiya. Maqolada kukunni aralashtirish, kapsulyatsiya, endotermik reaksiya, sovutish va qayta tiklash batafsil yoritilgan bo'lib, kitobxonlarga jarayonni to'liq tushunish imkonini beradi. Sinkotermiyaning afzalliklari bo'yicha boshlang'ich materialni kimyoviy modifikatsiya qilish zarurati yo'qligi va qayta ishlanadigan materialdan foydalanish imkoniyati haqida batafsil muhokama qilinadi.
Abstract. The article covers powder mixing, encapsulation, endothermic reaction, cooling and recovery in detail, providing readers with a thorough understanding of the process. The advantages of zinc thermotherapy, such as the absence of the need for chemical modification of the starting material and the possibility of using recyclable material, are also discussed in detail.
Ключавые слова: цинкотермия, твердые сплавы, цинк, обработка, порошок, карбид вольфрама, кобальт, связующая фаза, пористость, экономия, энергоэффективность, экологически чистые технологии, переработка, утилизация, окружающая среда, вольфрам.
Kalit so'zlar: sinkotermiya, qattiq qotishmalar, rux, qayta ishlash, kukun, volfram karbid, kobalt, bog'lash fazasi, g'ovaklik, tejamkorlik, energiya samaradorligi, ekologik toza texnologiyalar, qayta ishlash, utilizatsiya qilish, atrof-muhit, volfram.
Keywords: zinc thermotherapy, hard alloys, zinc, processing, powder, tungsten carbide, cobalt, binding phase, porosity, savings, energy efficiency, environmentally friendly technologies, recycling, recycling, environment, tungsten.
Цель.
Данная статья рассматривает процесс цинкотермии, подробно описывая его этапы и значение в производстве твердых сплавов, включая карбид вольфрама и кобальта.
Методы.
В статье подробно рассматривается смешивание порошков, инкапсуляция, эндотермическая реакция, охлаждение и извлечение, обеспечивая читателям полное представление о процессе. Преимущества цинкотермии, такие как отсутствие
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024
TEXNOLOGIYA
необходимости химической модификации исходного материала и возможность использования перерабатываемого материала, также подробно рассмотрены.
Результаты.
Полученный порошок карбида вольфрама-кобальта, произведенный с применением цинкотермии, может быть смешан с первичным порошком карбида вольфрама и порошками кобальта в процессе изготовления новых изделий из твердого сплава. Доля переработанного материала, пригодного для использования в производстве готового к прессованию порошка, может изменяться в пределах от 20% до 80%, в зависимости от конкретных потребностей и целей.
Заключение.
Заключение подчеркивает актуальность и важность цинкотермии в современной индустрии в свете экологических и экономических преимуществ, а также стратегической ценности этого метода в использовании ограниченных ресурсов, таких как вольфрам.
Введение
Процесс цинкотермии, детально рассмотренный в статье, является важным этапом в производстве твердых сплавов, таких как карбид вольфрама и кобальта. Этот метод обработки включает несколько ключевых шагов, начиная с тщательного смешивания порошков элементарных материалов и заканчивая получением высококачественного порошка карбида вольфрама-кобальта, готового к прессованию.
На первом этапе сырые порошки карбида вольфрама и кобальта тщательно смешиваются в строгом соотношении. Затем этот смешанный порошок инкапсулируется в специальный контейнер, создавая контролируемую среду для последующей реакции.
Цинкотермическая реакция начинается с введения порошка цинка в высокотемпературную печь. При этом образуется цинковый пар, который взаимодействует с вольфрамом и кобальтом, приводя к образованию цинкового карбида и вольфрамового пара. Вольфрамовый пар затем конденсируется, образуя карбид вольфрама, а кобальт восстанавливается и диффундирует в структуру твердого сплава. После завершения реакции контейнер охлаждается, и получается твердая масса цементированного карбида с превосходными свойствами.
Важно отметить, что процесс цинкотермии не требует химической модификации исходного материала, что сохраняет зернистость твердого сплава и связующий металл кобальта. Полученный порошок карбида вольфрама-кобальта используется в различных отраслях, таких как производство сверл, мельниц, нагреваемых цилиндров, горнодобывающего оборудования, термальных порошковых спреев, механизмов и деревообрабатывающего инструмента.
Учитывая экономические, экологические и стратегические преимущества, метод цинкотермии становится все более значимым в производстве твердых сплавов. В отличие от химических методов переработки, цинкотермия обеспечивает более эффективное и быстрое производство, сохраняя качество и структуру исходного материала.
Методы.
Процесс цинкотермии: подробное описание.Смешивание порошков: На первом этапе процесса цинкотермии тщательно смешиваются сырые элементарные порошки. Твердые сплавы обычно состоят из карбида вольфрама ^С) в качестве твердой фазы и кобальта (Со) в качестве связующей фазы. Точное соотношение этих элементов критически важно для достижения нужных свойств материала.
Инкапсуляция: Смешанный порошок затем инкапсулируется в контейнер, обычно изготовленный из железа или стали. Контейнер герметично закрывается, чтобы создать контролируемую среду для последующей реакции.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024
TEXNOLOGIYA
Цинкотермическая реакция: Инкапсулированную смесь помещают в высокотемпературную печь, в которую вводят порошок цинка, действующий как восстановитель. При повышении температуры начинается цинкотермическая реакция, приводящая к образованию цинкового пара. Цинковый пар взаимодействует с вольфрамом и углеродом, образуя цинковый карбид (ZnC2) и вольфрамовый пар. Вольфрамовый пар затем конденсируется, образуя карбид вольфрама, а кобальт восстанавливается и диффундирует в структуру твердого сплава.
Охлаждение и извлечение: После завершения реакции контейнер охлаждается, в результате чего получается твердая масса цементированного карбида с отличными свойствами материала.
Процесс цинкотермии включает обработку твердого сплава цинком в специальной печи, используя графитовые лодки. Во время этого процесса расплавленный цинк реагирует с кобальтовой связкой в твердом сплаве, вызывая объемное расширение и образование пористой структуры. После завершения реакции цинк отделяется для повторного использования.
После цинкотермии пористый твердый сплав измельчается в порошок. Путем гомогенизации получается высококачественный порошок карбида вольфрама-кобальта, который служит сырьем для производства готового к прессованию порошка.
Одним из главных преимуществ процесса цинкотермии является отсутствие необходимости химической модификации исходного материала. Это позволяет сохранить зернистость твердого сплава и связующий металл кобальта.
Результаты.
Применение полученных порошков карбида вольфрама-кобальта.
Полученный порошок карбида вольфрама-кобальта, произведенный с использованием цинкотермии, может быть смешан с первичным карбидом вольфрама и порошками кобальта при производстве новых твердосплавных изделий. Количество переработанного материала, который можно использовать при производстве готового к прессованию порошка, может варьировать в диапазоне от 20% до 80%, в зависимости от конкретного применения.
Полученный порошок карбида вольфрама-кобальта, произведенный с использованием цинкотермии, может быть смешан с первичным карбидом вольфрама и порошками кобальта при производстве новых твердосплавных изделий. Количество переработанного материала, который можно использовать при производстве готового к прессованию порошка, может варьировать в диапазоне от 20% до 80%, в зависимости от конкретного применения.
Область применения продуктов переработки:
- твердосплавные стержни для сверл и торцевых мельниц;
- нагреваемые цилиндры;
- горнодобывающее оборудование;_
- термальные порошковые спреи;
- рабочие части механизмов;
- деревообрабатывающий инструмент.
Необходимость переработки твердого сплава становится все более актуальной. В последние десятилетия утилизация твердосплавного лома приобретает важное значение в мировой цепочке поставок вольфрама. Этому способствуют экономические преимущества (снижение затрат на сырье), экологические соображения (уменьшение воздействия на окружающую среду) и стратегический характер, так как вольфрам является ценным и ограниченным ресурсом, добываемым лишь в нескольких странах.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024
TEXNOLOGIYA
Существует два основных метода переработки твердых сплавов: химический и цинкотермический. Химический метод включает химическую обработку лома для извлечения компонентов, таких как кобальт и вольфрам. Однако этот процесс медленный и требует многоэтапной переработки.
Химический процесс.
При химическом способе основная часть отходов твердых сплавов поднергается химической переработке для извлечения Дейных компонентов, главным образом кобальта и вольфрама [I, стр.373]. Скорость химических процессов при разделении компонентов твердого сплава контролируется внутренней лиффузией, что обусловливает медленное протекание этих процессов и малую производительность переработки. Например, для пластин твердого сплава толщиной 4 мм при « химическом способе» переработки
Также, часто "Применяемый способ переработки отходов твердых сплавов (ВК, ТК, ТТК) основан на процессе сплавления с селитрой [1].
Метод характеризуется весьма универсальностью. Однако с экологической точки зрения он не отвечает современным требованиям (выделение нитрозных газов). Следует также подчеркнуть и необходимость последующей многостадийной переработки образующегося спека (водное выщелачивание вольфрама, конверсия растворов вольфрама натрия в аммонийные, кислотное разложение кека выщелачивания с извлечением кобальта и т.п.), что серьезно увеличивает затраты на передел и ухудшает качество товарной продукции.
Обсуждения
Применяют и несколько иную схему регенерации твердых сплавов, используя для выделения из раствора соединений вольфрама осаждение так называемой «двойной» соли [2].
Способ окисления твердых сплавов в воздушной среде с последующей обработкой щелочью в автоклаве (США) [2]. Раствор вольфрамата натрия отделяют от осадка, который содержит тяжелые металлы (Co, Fe и др.) и перерабатывают по стандартной технологии. Отходы карбида вольфрама отжигают на воздухе. Затем прокаленный и окисленный материал измельчают и разлагают раствором щелочи. [16-25].
Метод хлорирования. Метод хлорирования отходов твердых сплавов (фирмы Axel Johnson, США) [2-7] выполняется при температуре 900...1000 °С (рис. 1). В системе конденсации хлориды разделяются следующим образом: в первом конденсаторе осаждается CC12, во втором конденсаторе осаждаются все остальные хлориды, за исключением TiCl4, который осаждается в третьем конденсаторе. Газы, состоящие преимущественно из хлора и оксида углерода, промываются раствором щелочи, после чего выбрасываются в атмосферу. Хлориды, собранные в другом конденсаторе, разделяются в дистилляционной колонне. В кубическом остатке получается WC16. Восстановление гексафторида вольфрама водородом производится в газовой фазе. Процесс контролируется и управляется с помощью персонального компьютера. АЯ-процесс представляет собой экологически чистую технологию переработки отходов, содержащих вольфрам. Суть процесса заключается в следующем [4].
Кусковые отходы твердого сплава после удаления СОЖ и масла подвергают окислению в атмосфере воздуха в обычных термических печах. В результате образуется смесь оксидов вольфрама WO3 и комплексного вольфрамокобальтового оксида AWO4. Соотношение этих оксидов зависит от марки исходного материала.
Цельный кусок распадается вследствие значительного увеличения объема металла (примерно в 3 раза) в процессе окисления. Полученный порошок после небольшого размола и просеивания через вибросито для получения определенного фракционного
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024
TEXNOLOGIYA
состава помещают в муфель шахтной термической печи, где выдерживают и перемешивают при температуре не более 950 °С в атмосфере эндогаза или диссоциированного аммиака с добавками природного газа. В результате в одном технологическом цикле происходит восстановление оксидов до чистых металлов и образование карбида вольфрама. После охлаждения порошок извлекают и кратковременно размалывают для усреднения размера. Далее он готов к использованию в производстве твердосплавных изделий.
Рис. 1. Схема получения порошка вольфрама из отходов твердого сплава по способу
фирмы Axel Johnson
Следует отметить, что конструкция специализированной печи для операции восстановления-карбидизации разработана фирмой Kremer (Германия). В этой печи процесс протекает при постоянном перемешивании порошковых продуктов и подаче газовой смеси непосредственно в реакционную зону. Производительность печи составляет до 8-10 тонн карбидизированного продукта в год [8-15].Удельные расходы энергоресурсов составляют примерно:
• технологический газ - 10 Нм3/кг;
• природный газ - 0,7...1,0 Нм3/кг;
• электроэнергия - 25 кВт/кг;
• оборотная вода - 1,0...1,2 м /кг.
Заключение
Процесс цинкотермии представляет собой важный метод обработки твердых сплавов, таких как карбид вольфрама и кобальта. Он является ключевым этапом в производстве высококачественных материалов, используемых в различных отраслях, включая инструментальное производство, горнодобычу и многие другие. В данной статье мы подробно рассмотрели этот процесс, начиная с смешивания сырых порошков и заканчивая получением порошка карбида вольфрама-кобальта, готового к прессованию.
Преимущества процесса цинкотермии включают в себя отсутствие необходимости химической модификации исходного материала, сохранение показателя зернистости
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali
5-jild, 2-son, 2024
TEXNOLOGIYA
твердого сплава, а также использование переработанного материала для производства новых изделий. Эти преимущества делают зинкотермию более эффективным и устойчивым методом в сравнении с альтернативными способами переработки твердых сплавов.
В свете современных требований к устойчивому производству и эффективному использованию ресурсов, процесс цинкотермии становится более актуальным, особенно учитывая ограниченность ресурсов, таких как вольфрам, который добывается всего в нескольких странах. Экономические выгоды, экологическая ответственность и стратегическая важность делают цинкотермию значимым вкладом в производство материалов для различных отраслей промышленности.
Вместе с усовершенствованием технологий и процессов производства, метод цинкотермии продолжит играть важную роль в обеспечении качественных и надежных материалов для современной промышленности, способствуя инновациям и устойчивому развитию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андриевский Р.А. Порошковое материаловедение. - М.: Металлургия, 1991. - 205
2. Переработка отходов твердосплавного производства "цинковым методом /Чистяков В.А., Попов В.А. // Цв. металлы.- 1991. - N 2. - C. 47-48.
3.Способ регенерации карбидсодержащих отходов твердых сплавов: А.С.778285. МКИ С 22 В 7/00, В 22 F 1/00 / Дейнека С.С., Доронькин Е.Д. и др. - N 2333024/02. Заявл. 09.03.76. Опубл. Б.И. N 25 от 23.06.91.
4. Панов В.С., Чувилин А.М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. - М.: МИСиС, 2001. - 428 с.
5. Автореферат Пармонова Сарвара
6. Sarvar, P., & Firuz, H. (2023). Hard alloy applications (Literature review). Universum: технические науки, (8-4 (113)), 4-7.
7. Sarvar, P., Shukhrat, S., Kongratbay, S., & Sanobar, S. (2022). Percussion abrasive wear of drobiles on working details made from solid alloys. Universum: технические науки, (510 (98)), 51-55.
8. Parmonov, S. T. Tungsten-containing hard alloys and their role in the production enterprises of our country. Kompozitsion materiallar, 202.
9. Parmonov, S. T. Удк669-179 Preparation for microstructural analysis of volframcarbide-based solid alloy samples and analysis of results. Kompozitsion materiallar, 122.
10. PARMANOV, S., SHAKIROV, S., SHARIPOV, K., & SADADDINOVA, S. Percussion abrasive wear of drobiles on working details made from solid alloys.
11. Parmonov S.T , Jadilova D.A. (2023). Selection of raw materials of solid alloys used in drilling and research of their properties. Miasto Przyszlosci, 40, 277-280. Retrieved from http://miastoprzyszlosci.com.pl/index.php/mp/article/view/1811
12. Parmonov, S. T., & D. A., J. (2023). Dependence of Temperature and Time during Heating of Tungsten Carbide-Based Hard Alloy Powders. American Journal of Engineering , Mechanics and Architecture (2993-2637), 1(8), 56-60. Retrieved from http://grnjournal.us/index.php/AJEMA/article/view/1007
13. Toshpolatovich, P. S. (2023). Increasing The Abrasion Resistance Of Hard Alloys Used In The Mining And Metallurgical Industry By Adding Ultradisperse Modifiers. Journal of Pharmaceutical Negative Results, 7474-7479.
14. Пармонов, С. Т., Шакиров, Ш. М., Шарипов, К. А., Убайдуллаев, М. М., & Усмонов, Ж. М. ^аттик; котишма кукунларини преслаш жараёнига пластификаторлар ва
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024
TEXNOLOGIYA
уларнинг микдорларининг таъсири. In КОНФЕРЕНЦИЯ-СИМПОЗИУМ (p. 156).
15. Parmonov, S. T. УДК669-179 Preparation for microstructural analysis of volframcarbide-based solid alloy samples and analysis of results. Kompozitsion materiallar, 122. Usmonov, J. M., Shakirov, S. M., Ubaydullayev, M. M., & Parmonov, S. O. (2021). Aluminum-based composition materials for processing aluminum scrap. ACADEMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal, 11(8), 590-595.
16. Shakirov, S. (2021). Электр двигателларда кулланиладиган углеграфитли материалларни ишлаб чицариш технологиясини тахлил цилиш. Kompozitsion materiallar.
17. Shuxrat, S., Akmal, A., Mamasidiq, U., & Bohodir, E. (2022). Determination of the effect of temperature on the graphitization process of amorphous carbon materials. Conferencea, 284-288.
18. Алланазаров Акмал, Убайдуллаев Мамасидик, Гайдаров Улугбек, & Боходир Эгамбердиев. (2022). Углерод асосли материалларини киздириш элементи сифатида куллаш истикболлари. Innovations in Technology and Science Education, 1(2), 82-91. Retrieved from https://humoscience.com/index.php/itse/article/view/62
19. Убайдуллаев, М. М., Абдуллаев, К., Баратов, А., & Шакиров, Ш. М. (2023). Махаллий хом ашё асосида углеграфитли материалларни олиш технологиясини такомиллаштириш: махаллий хом ашё асосида углеграфитли материалларни олиш технологиясини такомиллаштириш. "Qurilish va ta'lim" ilmiyjurnali, 1(1), 111-114.
20. Убайдуллаев, М. М., Абдуллаев, К., Бегматов, Д., Абдувалиев, С. М., & Мухаммадалиев, Б. Д. (2023). Углерод асосли электр чутка материалларни олиш истикболлари: Углерод асосли электр чутка материалларни олиш истикболлари. "Qurilish va ta'lim" ilmiy jurnali, 1(1), 99-101.
21. Убайдуллаев, М. М., & Исроилов, Н. Н. (2023). Махдллий хомашёлар асосида олинган углерод асосли материалларни хоссаларини таткик килиш усуллари: Махаллий хомашёлар асосида олинган углерод асосли материалларни хоссаларини таткик килиш усуллари. "Qurilish va ta'lim" ilmiy jurnali, 1(1), 245-248.
22. Ahmadjonov, M., & Ubaydullayev, M. (2023). Prospects of obtaining mineral powder based on local raw materials: Prospects of obtaining mineral powder based on local raw materials. "Qurilish va ta'lim" ilmiy jurnali, 1(1), 296-298.
23. Алланазаров, А., Убайдуллаев, М., Улугбек, X,., & Эгамбердиев, Б. (2022). Углерод асосли материалларини киздириш элементи сифатида куллаш истикболлари. Innovations in Technology and Science Education, 1(2), 82-91.
24. Ubaydullayev, M. (2021). Aluminum-based composition materials for processing aluminum scrap. An International Multidisciplinary Research Journal.
25. Убайдуллаев, М. М., & Axмаджонов, M. (2023). Углерод асосли материалларни физик хоссаларини таткик килиш истикболлари: Углерод асосли материалларни физик хоссаларини таткик килиш истикболлари.
26. Турабоев, Д., & Убайдуллаев, P. М. (2023). Анализ конструкции буксовый узел для железнодорожных вагонов: Анализ конструкции буксовый узел для железнодорожных вагонов. "Qurilish va ta'lim" ilmiy jurnali, 1(1), 50-.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024
