Làm thế nào có thể tách các vật liệu hợp kim của thép tái chế?

Như tôi biết, một phần rất đáng kể của thép hiện đang được xử lý (khoảng một nửa trong số đó) là từ tái chế.

Nhưng trong quá trình thép đi vào quá trình tái chế, thông thường đến từ nhiều nguồn khác nhau, và do đó chúng có chứa các vật liệu hợp kim rất khác nhau.

Nhưng đầu ra của thép tái chế phải là thép chứa hợp kim chính xác theo tỷ lệ quy định.

Có một số loại "tách", hoặc "loại bỏ" các hợp kim trước đây của thép tái chế xảy ra? Và nếu có, nó hoạt động như thế nào?

Điều đó là chính xác, có một số kim loại không mong muốn, hoặc tramp, (Cu, Sn, Sb, As) đi vào dòng tái chế từ, ví dụ, thân xe bị nghiền thành phế liệu mà không loại bỏ tất cả các dây đồng hoặc thiếc lon thép tráng. Antimon và asen có xu hướng len lỏi từ các nguồn sắt chính chất lượng thấp và chi phí thấp.

Câu trả lời cho câu hỏi là không. Thép tái chế được trộn đều nhất có thể từ các nguồn khác nhau, thành phần của nó được đo và sau đó sắt nguyên chất được thêm vào khi cần thiết để pha loãng kim loại tramp đến mức có thể chịu được để bán lại hoặc gia công thêm, như đáp ứng một loại thép cụ thể cho một sản phẩm cụ thể hoặc ứng dụng. Thép không gỉ và các loại hợp kim cao khác được biết đến tại thời điểm tái chế được xử lý riêng do giá trị của Ni, Cr, v.v.

Hiện tại việc xử lý lại sắt để loại bỏ các yếu tố của tấm bạt lò xo là không kinh tế, và vì vậy đơn giản là nó không được thực hiện. Hai cuốn sách đề cập đến quy trình như một quy trình thường xuyên và kinh tế: ( Khoáng sản, Kim loại và Bền vững: Đáp ứng Nhu cầu Vật liệu Tương lai , trang 284, bắt đầu từ "pha loãng") và ( Sản xuất thép: Quy trình, Sản phẩm và Dư lượng, bắt đầu từ p. 104, đọc cho đến khi nó không còn phù hợp nữa). Lý do không kinh tế là các nguyên tố tramp phản ứng yếu hơn với oxy so với sắt ở nhiệt độ không đổi, vì vậy để loại bỏ chúng bằng quá trình oxy hóa sẽ cần oxy hóa tất cả sắt trước tiên. Lý do cho điều này là nhiệt động lực học, và dựa trên thực tế là trong số các phản ứng cạnh tranh, những phản ứng giảm năng lượng tự do lớn nhất hầu như hoàn thành trước các phản ứng khác ngay cả khi bắt đầu, đặc biệt là có sự khác biệt lớn về năng lượng tự do giữa các phản ứng cạnh tranh. Để xác định phản ứng nào có mức giảm lớn nhất, có thể sử dụng sơ đồ Ellingham.

Trong sơ đồ Ellingham dưới đây, trục hoành là nhiệt độ, trục tung là sự thay đổi năng lượng tự do Gibbs. Các đường chạy trên sơ đồ ở các góc khác nhau tương ứng với sự thay đổi năng lượng tự do gây ra bởi các phản ứng oxy hóa nguyên tố với oxy, như là một hàm của nhiệt độ. Trong trường hợp của chúng tôi, sơ đồ có thể được đọc bằng cách chọn nhiệt độ quan tâm và đọc từ dưới lên để tìm phần tử đầu tiên phản ứng với oxy. Ví dụ, nếu chúng ta có thép có Fe, Mn, Sn và Cu trong đó, chúng ta có thể thấy rằng ở 1000K thì Mn, Fe (đến FeO), Sn và Cu là thứ tự giảm năng lượng tự do lớn nhất đến nhỏ nhất.

Cấp, nhiệt độ quan tâm là gần 1900K (trên điểm nóng chảy của sắt), nhưng xu hướng chung của mỗi chức năng thay đổi năng lượng tự do Gibbs tiếp tục ở bên phải trên sơ đồ và sắt vẫn nằm dưới các yếu tố tramp Cu, Sn, As và Sb ở nhiệt độ thực tế, và có khả năng đến điểm sôi tương ứng của chúng. Do đó, việc loại bỏ các tramp khỏi Fe sẽ yêu cầu oxy hóa hiệu quả tất cả các sắt trước tiên. Và vì Sn, Sb, As và Cu tan ít trong sắt, nên chúng cần tách qua phản ứng hóa học.

Người ta có thể thấy độ hòa tan của các tramp từ sơ đồ pha của chúng bằng sắt, trong đó tôi đã đăng Sb-Fe dưới đây. Biểu đồ có nhiệt độ so với thành phần, với mỗi vùng 2D tiếp giáp gồm một pha hoặc hỗn hợp của hai pha ở bên trái và phải của nó, ở trạng thái cân bằng ở sự kết hợp giữa nhiệt độ và thành phần. Ở phía dưới bên trái, chúng ta thấy rằng đối với một lượng nhỏ Sb và nhiệt độ phòng, có một vùng tiếp giáp mà trong trường hợp này biểu thị một pha đơn, hoặc alpha-Fe (loại mà chúng ta quen thuộc). Bởi vì có Sb hiện diện, và nó ở trong một pha duy nhất, nó phải được hòa tan trong sắt. Điều tương tự cũng đúng, với mức độ nghiêm trọng khác nhau, của các tramp khác.

_{(nguồn: himikatus.ru )}

Như Chris H đã nhận xét, có một câu hỏi cũng là khi các yếu tố hợp kim khác được kiểm soát. Nói chung, bổ sung hợp kim được kiểm soát càng gần hóa rắn càng tốt, để giảm thiểu tổn thất hợp kim.

Phế liệu được nấu chảy với số lượng lớn trong lò hồ quang điện. Nếu dòng phế liệu được trộn đủ, thì nồng độ của tấm lót có thể được ước tính dựa trên việc sử dụng trước đây và sắt chính được thêm vào trước khi phân tích hóa học để bù cho ước tính. Phần lớn sau đó được nấu chảy, oxy được loại bỏ thông qua việc bổ sung các nguyên tố ở dưới cùng của sơ đồ Ellingham, cụ thể là Ca và Al, và kim loại nóng chảy được chuyển đến một hoặc nhiều thang cách nhiệt cao. Ca và Al phản ứng nhanh với oxy hòa tan trong tan chảy để tạo ra xỉ oxit mật độ thấp trôi nổi và được loại bỏ một cách cơ học. Hóa học được thực hiện sau quá trình này, và nếu các tramp được pha loãng đủ, kim loại sẽ được chuyển sang muôi. Nếu không, sắt nguyên chất đủ được thêm vào để pha loãng tan chảy.

Khi ở trong thùng, các yếu tố hợp kim bổ sung được thêm vào. Chúng không được thêm vào sớm hơn vì sơ đồ Ellingham: hầu hết các nguyên tố hợp kim bao gồm Mn, Mo, Cr, V, C, v.v ... có sự mất năng lượng tự do lớn hơn Fe, và do đó phản ứng trước. Nói cách khác, chúng mờ dần. Để tránh phai màu hợp kim đắt tiền, chúng được thêm vào càng gần với quá trình hóa rắn càng tốt. Ngoài ra, bằng cách loại bỏ oxy bằng Al và Ca trước, sẽ có ít oxy hòa tan trong sắt để phản ứng với các nguyên tố hợp kim đắt tiền hơn. Khi ở trong muôi, có rất ít nhiễu loạn giao diện không khí lỏng, do đó sự khuếch tán oxy mới vào sắt lỏng tương đối chậm. Tất nhiên vẫn còn giới hạn thời gian, và cầm một cái muôi quá lâu sẽ khiến hợp kim bị phai màu. Sau khi bổ sung hợp kim, hóa học được kiểm tra, và sau đó muôi được đổ.

Chỉnh sửa để thêm nguồn. Chỉnh sửa để thêm thảo luận về kiểm soát hợp kim.

Theo hiểu biết tốt nhất của tôi, việc tách các thành phần như vậy không được thử.

Tôi có một người bạn từng làm việc cho Lukens Steel ở Coatesville, PA. Công việc của anh là viết phần mềm máy tính theo dõi thành phần của tất cả các loại thép phế liệu họ có trong sân của họ và đưa ra tỷ lệ chính xác để sử dụng loại phế liệu nào cho bất kỳ sự tan chảy mới nào. Rõ ràng, điều này ngụ ý rằng họ đã phân tích khá toàn diện về tất cả các phế liệu đến và sắp xếp các hợp kim tương tự thành các đống riêng biệt.

Để đồng tình với David Tweed & starawn , việc tách các kim loại riêng lẻ trong hợp kim thép là không kinh tế.

Để làm như vậy trước tiên sẽ yêu cầu các hợp kim phải được nghiền nát và nghiền thành kích thước của các hạt tinh thể trong các hợp kim. Sau đó, một số hình thức của quá trình lựa chọn khoáng sản / tinh thể sẽ cần phải được đưa ra để phân tách và tách biệt mong muốn khỏi sự không mong muốn, chẳng hạn như: tuyển nổi bọt; có thể phương tiện truyền thông nặng; có thể các phương pháp tách trọng lực như lắc bàn hoặc xoắn ốc (nhưng tôi nghi ngờ những phương pháp này sẽ thành công vì các phương pháp tách trọng lực phụ thuộc vào sự khác biệt đáng kể về mật độ & trọng lượng); mặc dù tách từ, như được sử dụng trong ngành công nghiệp cát khoáng sản có thể là một lựa chọn cho một số hợp kim. Ngay cả sau này, sẽ luôn có một bộ phận thải hoặc chất thải, nơi các tinh thể hợp kim thực sự khó khăn sẽ được thu thập trong một bãi chứa.

Nghiền, nghiền và tách tất cả chi phí tiền bạc. Những chi phí và lợi nhuận phải đến từ các hợp kim thép được tái chế thành từng kim loại riêng lẻ.

Kể từ đầu tháng 2 năm 2015, giá trị của một lựa chọn kim loại là:

• Vàng 1233,30 USD / oz, 39,6515 USD / g hoặc 39 651 510,84 USD / tấn (có, 39,651 triệu USD / tấn)

• Bạch kim 1220 USD mỗi oz hoặc 39 USD 905,97 USD / tấn (39,2239 M $ / t)

• Bạc 16,68 USD mỗi oz hoặc 536 274,38 USD / tấn (0,536 274 M $ / t)

• Cobalt 29 500 USD / tấn
• Niken 14 965 USD / tấn
• Chì 1850 USD / tấn
• Phôi thép 500 USD / tấn

Đối với các kim loại quý được đặt tên khéo léo , Au, Pt & Ag, nguồn giá là Kitco . Nguồn giá của các kim loại cơ bản, Co, Ni, Pb & phôi thép là LME .

Quặng sắt hiện đang bán khoảng 65 USD mỗi tấn như đã nêu trên Index Mundi và Y Charts . Đó là cho một lớp trung bình 60 phần trăm sắt. Các mỏ sắt cắt mở ở Úc và Brazil, được vận hành bởi Rio Tinto , BHP-Billiton & Vale khá vui mừng khi sản xuất quặng sắt với giá đó. LKAB cũng rất vui khi sản xuất quặng sắt từ tính từ mỏ ngầm Kiruna ở Thụy Điển với giá đó.

Macrobusiness có một bài viết về khả năng giá quặng sắt sẽ giảm xuống 30 USD / tấn trong năm 2015.

Với mức giá như 0,536 đến 39,6 triệu đô la một tấn, thật dễ dàng để biết lý do tại sao các kim loại quý được tái chế. Nhưng ở mức 500 USD / tấn đối với phôi thép và 65 USD / tấn đối với quặng sắt, không có động cơ để tách các kim loại hợp kim khỏi hợp kim thép.

Đầu tiên phế liệu được tách ra tại nguồn; ví dụ gang thường chỉ chứa Si và Mn. Các phần tử áp suất hơi cao sôi lên hoặc được thu thập trong từ thông / xỉ: ví dụ: Zn, Pb, Sn, Bi, An ,,,, Nhôm oxy hóa và đi vào xỉ. Thép nhận các phần dư Cr, Ni, Mo và Cu, nói chung đây là những lợi thế; tất cả đều thêm vào độ cứng ngoại trừ Cu. (Cu rất quan trọng trong khả năng chống ăn mòn trong khí quyển). V và Nb và W có mặt với số lượng rất nhỏ nên không đáng kể. Và Co, đắt tiền và có các ứng dụng chuyên biệt nên nó cũng được tách ra tại nguồn cào; Co scrape rất dễ xác định; chân giả y tế và lưỡi cắt và động cơ máy bay phản lực nóng, cũng trong một số công cụ tốc độ cao - được tách ra tại nguồn cào. Hợp kim Ni và không gỉ austenit được tách ra tại nguồn vì chúng không phải là sắt từ. Từ Martensitic và ferritic không gỉ (thường là 13% Cr) có thể được tách ra tại nguồn cào. Việc tách thép tại các nguồn được thực hiện vì tất cả các nguyên tố hợp kim có giá trị cao hơn thép carbon. Phải có sách về điều này; nó là một yếu tố chính trong ngành thép. Một ví dụ về những gì xảy ra trong thế giới thực; Tấm thép carbon loại A 516 là đặc trưng của ngành công nghiệp nhưng khi một phần dày có cường độ cao được đặt hàng, "bằng cách nào đó" các phần dư Cr, Mo, Ni cho phép kết quả xử lý nhiệt chấp nhận được. nó là một yếu tố chính trong ngành thép. Một ví dụ về những gì xảy ra trong thế giới thực; Tấm thép carbon loại A 516 là đặc trưng của ngành công nghiệp nhưng khi một phần dày có cường độ cao được đặt hàng, "bằng cách nào đó" các phần dư Cr, Mo, Ni cho phép kết quả xử lý nhiệt chấp nhận được. nó là một yếu tố chính trong ngành thép. Một ví dụ về những gì xảy ra trong thế giới thực; Tấm thép carbon loại A 516 là đặc trưng của ngành công nghiệp nhưng khi một phần dày có cường độ cao được đặt hàng, "bằng cách nào đó" các phần dư Cr, Mo, Ni cho phép kết quả xử lý nhiệt chấp nhận được.