CN102725429A - 用于回收碳化钨合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开是一种用于回收碳化钨合金的方法。在氧化气氛中加热碳化钨合金废料并且通过研磨来粉碎氧化材料。用渗碳混合物处理该粉末材料以还原和渗碳该粉末化的氧化钨和其它金属氧化物。该方法是有成本效益和环境友好的。
Description
技术领域
本发明公开属于金属合金的回收。具体地,本发明公开涉及回收碳化钨合金的方法。本发明本质上是有成本效益和环境友好的。
背景技术
机械工厂、石油勘探公司和机床制造厂家产生作为废旧***件和废弃物的大量碳化钨废料(scrap,碎片)。
目前,废料通过以下方法-通过***件(insert,嵌入物)的再次研磨而被回收。当超过某一点,不可能再次研磨它们,因而此方法应用有限。化学方法也可用于废料的回收。这包括氧化废料,随后碱浸析以将废料转化为钨酸钠,从钨酸钠中将可以回收粗制(raw)钨。另外的方法包括熔化,使用亚硝酸钠或硝酸钠作为氧化剂,碳酸钠作为稀释剂以回收钨化合物。此方法在萃取过程中要求高温。废料还可以通过锌法来回收,该方法直接产生碳化钨粉末。但是这是高成本的方法并且需要大量的投资。其它方法像浸析碾磨、酸浸析和电解。尽管可利用各种不同的方法,由于缺乏能力,仍有约35%的废料未被回收。
因此,需要有成本效益的方法来用于碳化钨的提取。
发明内容
因此,本发明公开提供一种用于回收碳化物合金的方法,所述方法包括步骤:氧化碳化钨合金以获得氧化钨和其它金属氧化物,研磨氧化钨和其它金属氧化物以获得粉末,并用渗碳气体混合物处理所述粉末以还原和渗碳所述氧化钨和其它金属氧化物粉末以获得纯化的碳化钨合金粉末。
附图说明
从以下结合附图的说明,本发明公开的特征将变得更完全显而易见。应当理解,附图仅解释根据本发明公开的若干实施方式,并且因此,不应被认为限制其范围,通过使用附图,用附加特征和详细说明描述本发明公开。
图1以流程图说明了回收碳化钨合金的方法。
图2是通过EDS方法分析的来自实施例1的回收粉末的微结构。
图3的图表显示了在EDS研究回收自实施例1的粉末期间,由特定元素衍射的电子的量。
图4是通过EDS方法分析的来自实施例2的回收粉末的微结构。
图5的图表显示了在EDS研究回收自实施例2的粉末期间,由特定元素衍射的电子的量。
图6是通过EDS方法分析的来自实施例3的回收粉末的微结构。
图7的图表显示了在EDS研究回收自实施例3的粉末期间,由特定元素衍射的电子的量。
具体实施方式
本公开涉及用于回收碳化钨合金的方法,所述方法包括如下过程:氧化碳化钨合金以获得氧化钨和其它金属氧化物,研磨氧化钨和其它金属氧化物以获得粉末,并用渗碳混合物处理所述粉末以还原并渗碳所氧化钨和其它金属氧化物粉末以获得纯化的碳化钨合金粉末。
在本公开的一个实施方案中,在约400℃至约1000℃温度范围下,优选在约950℃下在氧化炉中实施氧化。
在本公开的另一实施方案中,使用选自空气和氧气,优选空气的氧化剂实施氧化。
在本公开的另一实施方案中,通过选自球磨、立式球磨(Attritor Mill)、高速增强磨(High Speed Intensive mill),优选球磨的方法实施研磨。
在本公开的另一实施方案中,实施研磨约0.5h至约10h,优选约2h的时间。
在本公开的另一实施方案中,渗碳混合物选自包括氢气、氮气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和其混合物的组。
在本公开的另一实施方案中,渗碳混合物是约10%液化石油气和约90%氮气的组合。
在本公开的另一实施方案中,渗碳混合物的处理进行从约1h至约15h范围,优选3h的时间。
在本公开的另一实施方案中,在还原炉中,在约800℃至约1400℃的温度下,优选在约1050°C下进行用渗碳混合物的处理以获得纯化的碳化钨合金粉末。
在本公开的另一实施方案中,将纯化的碳化钨合金粉末在氮气中冷却到约300℃至约200℃,优选约200℃的温度,然后在空气中冷却到约35℃至约25℃,优选约25℃的温度。
在本公开的另一实施方案中,碳化钨合金包括像碳化钨合金废料、废的和低质量的金属线、车床切屑(turnings)、磨屑、废旧***件、钻头、刀具、模具坯料和任意其它形式的加工碳化钨合金的废旧机械工具这样的物理上不同的物品。因此,对本公开的目的而言,术语“碳化钨合金”意在包括,但不限于,上述提及的任意和所有不同形式。
在本公开的实施方案中,碳化钨合金的回收包括回收碳化钨合金,以及从碳化钨合金废料中获得纯粹形式的碳化钨合金。因此,对本公开的目的而言,术语“碳化钨合金的回收”意在包括,但不限于,上述提及的任意和所有不同形式。
在本公开的实施方案中,当与用于从废旧***件和次品中回收碳化钨合金的其它方法相比较,本公开是非常有成本效益的解决方案,其获得与原始粉末同等的质量。
本公开的实施方案使用热机械处理,所述热机械处理将碳化钨转化回与产自纯粉末(virgin power,未用过的粉末,原始粉末)的混合物具有完全相同化学组成和具有定性参数的混合物粉末,所述混合物粉末准备好被压缩回***件(inserts,嵌入物)。由于提出的方法是热机械方法,因此其不产生任何流出物。
在本公开的实施方案中,提出的方法使用简单和价廉的机械和操作,因此回收的成本被极大地缩减。
在另一实施方案中,本公开包括在合适的温度下氧化碳化钨废料以将合金元素转化为它们的氧化物。所述氧化物被研磨以将它们转化为粉末。使氧化物粉末与还原剂例如渗碳气体混合,并在合适的温度和环境下使其还原,以转化回原始合金粉末混合物。
在本公开的另一实施方案中,本公开背后的原理是将元素转化为它们的氧化物,所述氧化物非常轻并且易于研磨。然后还原氧化物粉末以转化回为原始元素。作为碳化物存在于碳化钨合金中的碳将在氧化期间作为二氧化碳逸出。使用碳热还原将解决这一问题。该方法能够以更廉价的费用产生高质量粉末混合物,通过该方法,对稀有、昂贵的原始粉末的需求将被替代,因为该方法不需要任何昂贵的设备或消耗品。
在本公开的一个实施方案中,在氧化期间,形成氧化钨、氧化钴和其它金属氧化物。在碳热还原法的还原过程中,借助于氢气、氮气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和其混合物,保持渗碳气氛。
在氢气混合物中渗碳气体的百分比的宽范围是0.7%-30%。
在本公开的另一实施方案中,存在于炉腔内部的氧化剂是空气。
在本公开的一个实施方案中,碳化钨粉末的最终表征包括以下:
1.使用电子衍射研究进行化学分析以找出钨、碳、钴和氧的百分比;
2.微结构分析(在大量生产中,这可能不需要)
3.颗粒尺寸分析。
通过以下实施例进一步详细说明本公开的实施方式,所述实施例不应被理解为以任何方式限制本公开的范围。
实施例1
在大气压力和950℃下在空气中氧化10千克碳化钨合金废料10小时。然后在球磨机中研磨氧化的粉末约2小时。用由10%LPG和90%氮气组成的渗碳混合物在1050℃下同时还原并渗碳该氧化物粉末6小时,并在氮气中冷却至200℃,然后在空气中冷却至室温。
表1:回收的粉末与碳化钨合金粉末的纯(virgin,原始,未用过的)粉末的比较分析
元素 | 回收的粉末 | 纯粉末 |
镍 | 0.06 | <0.3 |
铁 | 0.30 | <0.5 |
钼 | 零(NIL) | <0.1 |
铬 | 0.18 | <0.1 |
钛+钽+铌 | 1.76 | 1至10 |
钴 | 10.57 | 5至25 |
碳化钨 | 余量 | 余量 |
碳 | 24.55 | 最小6.1 |
氧 | 0.02 | <0.08 |
图2是通过EDS法分析的来自实施例1的回收的粉末的微结构。图3的图显示了来自从实施例1提取的回收粉末的特定元素衍射的电子数量。
以下显示的表2说明了来自实验1的回收粉末的定量分析结果。
表2:ZAF法无标样(standardless)定量分析
实施例2
在大气压力和950℃下在空气中氧化10千克碳化钨合金废料10小时。然后在球磨机中研磨氧化的粉末约2小时。用由10%LPG和90%氮气组成的渗碳混合物在1050℃下同时还原并渗碳该氧化物粉末2小时,并在氮气中冷却至200℃,然后在空气中冷却至室温。
表3:回收的粉末与碳化钨合金粉末的纯粉末的比较分析
元素 | 回收的粉末 | 纯粉末 |
镍 | 0.30 | <0.3 |
铁 | 0.11 | <0.5 |
钼 | 零 | <0.1 |
铬 | 0.04 | <0.1 |
钛+钽+铌 | 1.82 | 1至10 |
钴 | 8.67 | 5至25 |
碳化钨 | 余量 | 余量 |
碳 | 5.2 | 最小6.1 |
氧 | 19.36 | <0.08 |
图4是通过EDS法分析的来自实施例2的回收粉末的微结构。图5的图显示了来自从实施例2提取的回收粉末的特定元素衍射的电子数量。
以下显示的表4说明了来自实验2的回收粉末的定量分析结果。
表4:ZAF法无标样定量分析
实施例3
在大气压力和950℃下在空气中氧化10千克碳化钨合金废料10小时。然后在球磨机中研磨氧化的粉末约2小时。用由10%LPG和90%氮气组成的渗碳混合物在1050℃下同时还原并渗碳该氧化物粉末3小时,并在氮气中冷却至200℃,然后在空气中冷却至室温。
渗碳和还原粉末的分析揭示,还原是完全的,并且发现碳含量为6.3%,这是正确的化学计量组成。还发现钴为约9%,钛为约1.3%,这与准备压缩的碳化钨粉末的要求相符。
表5:回收的粉末与碳化钨合金粉末的纯粉末的比较分析
元素 | 回收的粉末 | 纯粉末 |
镍 | 0.03 | <0.3 |
铁 | 0.37 | <0.5 |
钼 | 零 | <0.1 |
铬 | 0.18 | <0.1 |
钛+钽+铌 | 1.64 | 1至10 |
钴 | 11.63 | 5至25 |
碳化钨 | 余量 | 余量 |
碳 | 6.28 | Min 6.1 |
氧 | 0.05 | <0.08 |
图6是通过EDS法分析的来自实施例3的回收粉末的微结构。图7的图显示了来自从实施例3提取的粉末的特定元素衍射的电子数量。
以下显示的表6说明了来自实验3的回收粉末的定量分析结果。
表6:ZAF法无标样定量分析
Claims (10)
1.一种用于回收碳化钨合金的方法,包括步骤:
a)氧化碳化钨合金以获得氧化钨和其它金属氧化物;
b)研磨所述氧化钨和其它金属氧化物以获得粉末;和
c)用渗碳混合物处理所述粉末以还原并渗碳粉末化的所述氧化钨和其它金属氧化物以获得纯化的碳化钨合金粉末。
2.如权利要求1所述的方法,其中在约400℃至约1000℃的温度范围下,优选在约950℃下在氧化炉中实施所述氧化。
3.如权利要求1所述的方法,其中使用选自包括空气和氧气的组,优选地空气的氧化剂实施所述氧化。
4.如权利要求1所述的方法,其中通过选自包括球磨、立式球磨、高速增强磨的组,优选球磨的方法实施所述研磨。
5.如权利要求1所述的方法,其中实施所述研磨约0.5h至约10h,优选约2h的时间。
6.如权利要求1所述的方法,其中所述渗碳混合物选自包括空气、氢气、氮气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、压缩天然气(CNG),液化石油气(LPG)和其混合物的组。
7.如权利要求6所述的方法,其中所述渗碳混合物是约10%液化石油气和约90%氮气的组合。
8.如权利要求1所述的方法,其中用渗碳混合物的处理进行约1h至约15h,优选3h的时间。
9.如权利要求8所述的方法,其中在还原炉中,在约800℃至约1400℃的温度下,优选在约1050°C下进行用渗碳混合物的处理以获得纯化的碳化钨合金粉末。
10.如权利要求9所述的方法,其中纯化的碳化钨合金粉末在氮气中冷却到约300℃至约200℃,优选约200℃的温度,然后在空气中冷却到约40℃至约20℃,优选约25℃的温度。
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