鎢的二次資源中,如不計(jì)浸出殘?jiān)皟艋锌苫厥盏逆u,則直接來(lái)自深加工過(guò)程的廢料大約占1/3,而使用后報(bào)廢的零部件占2/3。具體而言這些廢鎢料大致分為如下三類:
(1)鎢材加工制造過(guò)程產(chǎn)生的廢品:絲、線圈、粉末、燒結(jié)或預(yù)燒結(jié)錠。
(2)鎢合金或合金產(chǎn)品制造過(guò)程的副產(chǎn)物或廢品:如成分為Cu-W、Fe-W、Ni-W、Ag-W的粉末、車削、錠及塊料。
(3)硬材料及鉆探工具制造過(guò)程的副產(chǎn)物或廢品:如成分為WC-Co、WC-Ta(Nb)、WC-TiC-Co的粉末,大小不等的刀具、鉆頭、拉絲模、耐磨材料。
如果按照這些廢料的外形及沾污程度,則可將它們分為純的塊狀料、純的渣和污染的渣三類。
實(shí)際回收工作可根據(jù)這三類物料的性質(zhì)作合理安排。
回收利用這些廢料的基本技術(shù)路線有兩條:
(1)保持金屬、合金或碳化鎢的組成不變,而直接重新利用的工藝路線。
(2)將鎢轉(zhuǎn)變成粗Na2WO4。而生產(chǎn)APT的工藝路線。
圍繞這兩條技術(shù)路線,開發(fā)了一系列處理各類廢鎢材及含鎢廢合金的方法,重點(diǎn)介紹如下。
1、破碎法
此法適于按條技術(shù)路線處理回收廢硬質(zhì)合金,但不太適合處理高鈷合金,因?yàn)檫@類合金強(qiáng)度高,不易破碎。此法破碎方法簡(jiǎn)單,不改變硬質(zhì)合金廢料的基本組成,無(wú)需進(jìn)行鎢鈷分離。根據(jù)破碎的方法分為手工破碎法與機(jī)械破碎法兩類。
A、手工破碎法
國(guó)內(nèi)一些中小硬質(zhì)合金廠采用此法,對(duì)于牌號(hào)明確的合金如頂錘,用手工破碎到一定細(xì)度后,再進(jìn)入濕磨機(jī)研磨,以獲得同成分的混合料,并用它生產(chǎn)合金。但是人工破碎容易引起臟化,在鋼制球磨機(jī)中研磨容易引起含鐵雜質(zhì)的混入。另外由于不易控制碳平衡,合金結(jié)構(gòu)和性能容易波動(dòng)。
此法適于按條技術(shù)路線處理回收廢硬質(zhì)合金,但不太適合處理高鈷合金,因?yàn)檫@類合金強(qiáng)度高,不易破碎。此法破碎方法簡(jiǎn)單,不改變硬質(zhì)合金廢料的基本組成,無(wú)需進(jìn)行鎢鈷分離。根據(jù)破碎的方法分為手工破碎法與機(jī)械破碎法兩類。
B、機(jī)械破碎法
機(jī)械破碎法的工藝流程見圖11-6,此法既適合于同成分合金的回收,也適合不同成分合金的回收。國(guó)外一般不用此法回收的料來(lái)配制質(zhì)量要求高的合金,僅用于生產(chǎn)木工工具類硬質(zhì)合金。有的還將1.6~5mm的廢合金粒和鋼水一起澆鑄成供建筑行業(yè)用的地面磨盤。近,俄羅斯學(xué)者推出了一種利用簡(jiǎn)單機(jī)械破碎法回收硬質(zhì)合金的工藝(生產(chǎn)流程見圖11-7)。這一回收硬質(zhì)合金的工藝基于利用一種新型的強(qiáng)力破碎機(jī)——錐形慣性破碎機(jī)。以處理合成人造金剛石報(bào)廢的YG6硬質(zhì)合金為例,先將廢頂錘在錐形慣性破碎機(jī)進(jìn)行破碎。破碎得到的粗粉在No.016和No.005號(hào)篩子上過(guò)篩,分離出50~160μm部分,用作生產(chǎn)硬質(zhì)合金的原料。按化學(xué)分析這部分粗粉含鐵的平均量為1.8%。粉末粒度愈小,鐵含量愈高。回收合金粉的細(xì)磨在實(shí)驗(yàn)室用的內(nèi)襯有耐磨橡膠的震動(dòng)球磨機(jī)中進(jìn)行。使用硬質(zhì)合金球,濕磨介質(zhì)用酒精,同時(shí)在磨料時(shí)加入2%的鈷粉。
在振動(dòng)球磨機(jī)中經(jīng)60h的濕磨后,WC-C0混合料的平均粒度不大于1μm。增加球磨時(shí)間并不會(huì)使細(xì)度進(jìn)一步增加。實(shí)際上經(jīng)20h的球磨后,就可獲得WC—Co燒結(jié)料的小平均粒度(3.0~3.5μm)。
新加入的2%鈷粉是為了在液相燒結(jié)過(guò)程中能順利完成硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)的形成和致密化。燒結(jié)后終的硬質(zhì)合金成分大約相當(dāng)于YG8合金。硬質(zhì)合金試樣的制備采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝。燒結(jié)在真空電爐中于1400~1460℃下進(jìn)行。對(duì)燒結(jié)試樣按俄羅斯的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了收縮率、密度、抗彎強(qiáng)度和金相結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,將YG6硬質(zhì)合金廢料的破碎粗粉細(xì)磨至3~4μm,并在1430℃下進(jìn)行燒結(jié),是再生YG6硬質(zhì)合金廢料的條件。
實(shí)驗(yàn)還表明,在錐形慣性破碎機(jī)中破碎時(shí)增加的雜質(zhì)鐵含量,對(duì)燒結(jié)樣品的強(qiáng)度性能并沒有影響。無(wú)論是否用50%的鹽酸對(duì)破碎篩分得到的粗粉進(jìn)行處理,產(chǎn)品的強(qiáng)度實(shí)際上并無(wú)差別。對(duì)蝕刻的金相樣品的顯微鏡觀察表明,在磨粉條件和燒結(jié)條件下得到的硬質(zhì)合金,具有均勻的細(xì)顆粒結(jié)構(gòu),無(wú)聚集現(xiàn)象,黏結(jié)相分布均勻,孔隙率低。因而預(yù)示用此方法回收的合金應(yīng)具有相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)YG8硬質(zhì)合金的高機(jī)械強(qiáng)度性能。
2、冷流法
冷流法回收硬質(zhì)合金廢料的生產(chǎn)流程見圖11-8。這一方法也是一種機(jī)械破碎法。它采用高速的空氣氣流來(lái)加速硬質(zhì)合金廢料顆粒,使之以足夠的能量與靶子碰撞而破碎。廢料顆粒的速度約為聲速的兩倍??諝鈴膰娮熘袊姵鲆蚺蛎浂鋮s,從而防止物料氧化。經(jīng)篩分或空氣分級(jí)后,粗料返回冷流破碎。
3、鋅熔法
鋅熔法基于以下原理:在液態(tài)鋅或鋅蒸氣的作用下,硬質(zhì)合金廢料黏結(jié)相中的鈷能與鋅形成Zn-Co金屬間化合物。這一反應(yīng)導(dǎo)致黏結(jié)相的體積膨脹,使硬質(zhì)合金廢料整體膨脹。在真空蒸餾除去鋅之后,被處理料變脆并易于破碎?;厥盏玫降奶蓟?金屬海綿狀物含鋅少于50×10-3%。真空蒸餾冷凝的鋅可反復(fù)使用。
鋅熔法回收硬質(zhì)合金廢料的生產(chǎn)流程見圖11-9。首先將經(jīng)凈化、分類和破碎后的硬質(zhì)合金廢料在900~1050℃的溫度下和Ar/Nz氣氛中,與熔融的鋅反應(yīng)數(shù)小時(shí),直至全部合金廢料小塊被浸透為止。然后在6~13Pa的真空中于1000~1050℃的溫度下將鋅蒸餾除去。蒸鋅過(guò)程也需要數(shù)小時(shí)。冷卻后的物料經(jīng)破碎、研磨和篩分。篩上物返回作鋅熔處理。得到的回收料,除在破碎和研磨過(guò)程中增鐵約0.1%和缺碳0.12%~0.15%外,在化學(xué)成分上與原始物料幾乎相同。
過(guò)程的能耗為4kW·h/kg,這與通常生產(chǎn)WC的能耗12kW·h/kg相比,是十分節(jié)能的。與非直接回收法相比,鋅熔法的成本對(duì)WC-Co合金而言要低20%~30%,對(duì)WC-TiC-Ta(Nb)C-Co合金而言要低30%~35%。
鋅熔法也是一種基于種技術(shù)路線的回收方法。
也可將鋅熔法與冷流法聯(lián)合使用。合金廢料在浸鋅后用冷流法破碎,然后再進(jìn)行蒸鋅。
4、電解法
電解法分為酸性電解質(zhì)電溶法及堿性電解質(zhì)電溶法兩類。
A酸性電解質(zhì)電溶法
這是一種處理廢硬質(zhì)合金的方法,比較適宜處理含鈷8%以上的廢合金。它以鹽酸為電解質(zhì),廢合金塊料置于鈦網(wǎng)陽(yáng)極框中,通過(guò)控制電解液酸度、槽電壓、電流密度等工藝參數(shù),選擇性地使硬質(zhì)合金廢料中黏結(jié)相的鈷溶解,而使得骨架相碳化鎢松散,解體成粉狀,從而達(dá)到碳化鎢與鈷的一步分離。含鉆溶液經(jīng)凈化后可進(jìn)一步加工成鈷粉,而碳化鎢粉經(jīng)細(xì)磨后可重新返回配制硬質(zhì)合金混合料。
酸性電解質(zhì)電溶法回收外理硬質(zhì)合金廢料的流程如圖11-10所示。電解質(zhì)通常采用稀鹽酸,HCl的濃度為1.2mol/L,槽電壓為2V。在此條件下電流效率,比電耗。每噸硬質(zhì)合金廢料的處理費(fèi)用約5000元。工藝的要點(diǎn)是控制溶液的酸度、電流密度和槽電壓,使鈷在陽(yáng)極上優(yōu)先溶解,并使在陽(yáng)極上不析出氯氣和氧氣,以保證同時(shí)位于陽(yáng)極上的WC不被氧化。電解時(shí)陰極過(guò)程為電解液中的氫離子放電,析出氫氣。