CN110643823B - 一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法 - Google Patents

一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法,该方法是将气缸套珩磨废料、钙质熔剂、硅质熔剂、还原剂及粘结剂进行配料、造块及焙烧,焙烧过程使珩磨废料中油污热解为热解气、有价金属聚集长大成铁合金,而CaO、SiO2、Al2O3等杂质元素生成熔渣,经冷却即可获得铁合金块状产品。该方法可实现气缸套珩磨废料油污热解回收,以及有色金属的富集与分离,具有处理量大、有价金属回收率高等优势,特别适用于处理油污含量高、粒度细、有价金属组元种类多的气缸套珩磨废料。

Description

一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法
技术领域
本发明涉及一种从含油污气缸套珩磨废料中回收有价金属的方法,具体涉及一种利用火法熔炼分离回收油污含量高、粒度细、有价金属组元含量多的气缸套珩磨废料中铁、钼、铜等有价金属的方法,属于固废资源综合利用技术领域。
背景技术
气缸套是内燃机缸体上安放活塞的空腔,是活塞运动的轨道,燃气在其中燃烧及膨胀,使发动机保持正常运转。为了保持气缸与活塞接触的严密性,减少活塞在其中运动的摩擦损失,气缸内壁应有较高的加工精度和精确的形状尺寸。
缸体材料要求具有足够的强度、良好的浇铸性和切削性,且价格要低,因此常用的缸体材料是珠光体灰铸铁、合金铸铁、高磷铸铁、含硼铸铁等含碳量在2%以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2.5%~3.5%。碳在铸铁中多以石墨形态存在,有时也以渗碳体形态存在。除碳外,铸铁中还含有1%~3%的硅,以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。由于气缸内壁需要较高的加工精度,需借助珩磨机,利用珩磨头珩磨工件精加工气缸内壁。镶嵌有油石的珩磨头由竖直安置的主轴带动旋转,同时在液压装置的驱动下作垂直往复进给运动。珩磨油石的主要组成部分为磨粒,其主要成分为氧化铝、碳化硅、金刚石和立方氮化硼。经过长时间的工作后,由于珩磨头的磨损和气缸套内壁的磨屑,会产生大量的汽缸套珩磨废料。汽缸套珩磨废料的特点是:油污含量高、粒度细、含有硅、铝等杂质、有价金属组元种类多、含量高(富含铁、铜、钼等有价金属)。
目前,对于此类固废资源尚无有效的方法进行综合利用。汽缸套珩磨废料油污含量高,且油污覆盖于铁合金粉末颗粒的表面,酸浸过程中铁合金粉末浸出效率低;铝杂质含量高,采用常规直接焙烧的方法,熔渣粘度大难于实现渣金的有效分离。我国汽车工业经过50余年的建设和高速发展,由于缺乏有效的综合利用方法,国内气缸生产厂家累积了成千上万吨的珩磨废料。珩磨废料中油污含量高、气味大,长期对存于厂房内,污染环境,严重影响人们的身心健康。然而,气缸套珩磨废料中含有多种有价金属,且其主要为合金态粉末,极具回收价值。因此,开发气缸套珩磨废料中有价金属的分离回收技术具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术中由于气缸套珩磨废料存在油污含量高、粒度细、有价金属组元分离难等问题,目前并无很好的处理气缸套珩磨废料的方法,本发明的目的是在于提供一种通过一步还原熔炼实现气缸套珩磨废料中油污热解以及铁、铜、钼等有价金属组元高效回收的方法,该方法实现气缸套珩磨废料固废资源全量利用,且步骤简单,有利于工业化生产应用。
为了实现上述技术目的,本发明提供了一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法,该方法是将气缸套珩磨废料与钙质熔剂、硅质熔剂、还原剂及粘结剂进行配料、造块及焙烧处理,得到热解气、铁合金及熔渣;
其中:气缸套珩磨废料、钙质熔剂、硅质熔剂、还原剂及粘结剂的配料满足:CaO/SiO2质量比处于0.35~0.45之间,CaO的质量百分含量为1~20%,Al2O3的质量百分含量为1~15%。
本发明的气缸套珩磨废料具有油污含量高、Al2O3含量高、钙、硅含量低等特点,由于Al2O3含量高,硅含量低,而导致体系熔点高,无法生成造渣,从而使得合金分离效果差,回收困难。本发明通过气缸套珩磨废料搭配适量的钙质溶剂和硅质熔剂来控制混合料中CaO/SiO2质量比处于0.35~0.45之间,CaO的质量百分含量为1~20%,Al2O3的质量百分含量为1~15%,使得钙、硅和铝氧化物生成熔点约为1184℃的钙长石和硅酸钙渣系,同时在还原剂提供的还原性气氛下,促进粉末状的金属晶粒的长大生成块状合金,从而利用合金和冶炼渣的物理化学性质差异,即可实现渣金的分离。同时,在焙烧过程中通过对气缸套珩磨废料中包含的复杂油污进行热解,以热解气形式回收。
优选的方案,所述气缸套珩磨废料中包含质量百分比含量为1~20%的油污和质量百分含量不高于30%的Al2O3。油污含量高是气缸套珩磨废料实现湿法浸出最大的阻碍,油污覆盖于铁合金粉末颗粒的表面,导致酸浸过程中铁合金粉末浸出效率低,而在焙烧过程中可以很好地解决该技术问题,将油污直接热解成热解气回收。Al2O3含量不能过高,其过高会导致体系熔点高,无法造渣,并且难以通过调节配料中铝含量在要求范围内。
优选的方案,所述气缸套珩磨废料磨矿至粒度满足小于200目粒级所占质量百分比不低于95%。气缸套珩磨废料磨矿至适当粒度,有利于高温固相反应过程中的传质。
优选的方案,所述还原剂可以采用常规的碳质还原剂,如焦炭。
优选的方案,所述钙质熔剂为生石灰、石灰石中至少一种。
优选的方案,所述硅质熔剂主要提供二氧化硅,优选为常见的硅石。
优选的方案,所述粘结剂主要起到粘结作用,常见的如褐煤腐植酸。
较优选的方案,所述还原剂质量占配料总质量的5~10%。
较优选的方案,所述粘结剂质量占配料总质量的0.01~0.35%。
较优选的方案,钙质熔剂、硅质熔剂及还原剂的粒度满足小于200目粒级所占质量百分比不低于99%。
较优选的方案,所述焙烧过程为:从室温以5~15℃/min升温至450~550℃,保温10~90min,再以10~50℃/min升温至1350~1550℃保温30~180min。从室温升温至550℃左右,主要是热解气缸套珩磨废料中油污的过程,通过控制升温速率及温度有利于提高热解气回收率,在550℃至1400℃左右的温度条件下,主要是金属晶粒长大及渣相形成的过程,通过控制温度及升温速率有利于控制金属晶粒长大过程,提高合金和冶炼渣的分离效率。
较优选的方案,在室温至550℃温度范围内回收热解气。
较优选的方案,所述焙烧过程在隔绝空气气氛下焙烧。在隔绝空气气氛下焙烧,有利于油污热解。
优选的方案,混合原料的水份含量为3~6%。混合原料造块的方式为对辊压块,制备的团块平均粒径为5~25mm。
相对现有技术,本发明技术方案带来的有益技术效果:
本发明的技术方案通过一步高温固相反应,不但可以实现气缸套珩磨废料中有机物质以热解气的形式回收,而且可以实现气缸套珩磨废料中有价金属的富集分离,以达到气缸套固废资源的全量资源化利用的目的,减少环境污染。
本发明的技术方案针对气缸套珩磨废料具有油污含量高、Al2O3含量高、钙、硅含量低的特点,一般的火法处理造渣困难,导致合金分离效果差,本发明技术方案通过配加适量钙质熔剂和硅质熔剂,实现在较低温下造渣,同时利用还原性条件,控制金属聚集和长大生成块状的合金,提高合金与渣相的分离效率。
本发明的技术方案采用全火法处理气缸套珩磨废料,具有处理量大、高效、回收率高的特点。
本发明的技术方案通过控制升温过程及气氛条件,可以在低温段实现气缸套珩磨废料中有机物质热解气的回收以及高温下有价金属的富集分离,易于控制。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容,而不是限制本发明的保护范围。
实施例1
以TFe70%、Cu2%、Mo0.5%、油污含量10%的气缸套珩磨废料为原料,以细磨生石灰、硅石为熔剂,以细磨焦粉为还原剂,以褐煤腐植酸为粘结剂进行配料,其中气缸套珩磨废料小于200目粒级所占质量百分比为95%,生石灰、硅石、焦粉细磨至小于200目粒级所占质量百分比为99%,调节混合料CaO/SiO2质量比为0.35,Al2O3的含量为15%,还原剂的用量为10%,粘结剂用量为0.2%,混合料水份为6%;然后将混合料采用对辊压团机进行压块,团块的平均粒径为20mm,将球团置于120℃干燥箱中进行干燥得干团块;将干球团隔绝空气进行升温焙烧,室温至500℃过程的升温速率为5℃/min,500℃温度停留时间为90min,此段的气体收集为油污的裂解气;样品继续以40℃/min的速度升温至1550℃,停留时间为30min。所得焙烧样品在惰性气氛下冷却至室温,下层金属块为富含铁、钼、铜的合金。铁、钼、铜的回收率分别高达97.4%、98.5%和98.9%。
实施例2
以TFe72%、Cu1.5%、Mo0.8%、油污含量20%的气缸套珩磨废料为原料,以细磨生石灰、硅石为熔剂,以细磨焦粉为还原剂,以褐煤腐植酸为粘结剂进行配料,其中气缸套珩磨废料小于200目粒级所占质量百分比为95%,生石灰、硅石、焦粉细磨至小于200目粒级所占质量百分比为99%,调节混合料CaO/SiO2质量比为0.45,Al2O3的含量为8%,还原剂的用量为5%,粘结剂用量为0.01%,混合料水份为3%;然后将混合料采用对辊压团机进行压块,团块的平均粒径为25mm,将球团置于120℃干燥箱中进行干燥得干团块;将干球团隔绝空气进行升温焙烧,室温至500℃过程的升温速率为10℃/min,500℃温度停留时间为60min,此段的气体收集为油污的裂解气;样品继续以30℃/min的速度升温至1350℃,停留时间为180min。所得焙烧样品在惰性气氛下冷却至室温,样品中粒状金属块为富含铁、钼、铜的合金。铁、钼、铜的回收率分别高达96.3%、97.2%和98.1%。
对比实施例1
该对比实施例中不加钙、硅熔剂。
以TFe72%、Cu1.5%、Mo0.8%、油污含量20%的气缸套珩磨废料为原料,以细磨焦粉为还原剂、以褐煤腐植酸为粘结剂进行配料,其中气缸套珩磨废料小于200目粒级所占质量百分比为95%,焦粉细磨至小于200目粒级所占质量百分比为99%,Al2O3的含量为20%,还原剂的用量为10%,粘结剂用量为0.25%,混合料水份含量为5%;然后将混合料采用对辊压团机进行压块,团块的平均粒径为20mm,将球团置于120℃干燥箱中进行干燥得干团块;将干球团隔绝空气进行升温焙烧,室温至500℃过程的升温速率为10℃/min,500℃温度停留时间为60min,此段的气体收集为油污的裂解气;样品继续以30℃/min的速度升温至1550℃,停留时间为180min。所得焙烧样品在惰性气氛下冷却至室温,样品中粒装金属块为富含铁、钼、铜的合金。铁、钼、铜的回收率分别为82.3%、82.6%和80.6%。
对比实施例2
该对比实施例中只加钙质熔剂。
以TFe70%、Cu1.8%、Mo0.6%、油污含量15%的气缸套珩磨废料为原料,以细磨焦粉为还原剂、以褐煤腐植酸为粘结剂进行配料,其中气缸套珩磨废料小于200目粒级所占质量百分比为98%,生石灰、焦粉细磨至小于200目粒级所占质量百分比为100%,CaO的含量为10%,Al2O3的含量为15%,还原剂的用量为8%,粘结剂用量为0.1%,混合料水份含量为4.5%;然后将混合料采用对辊压团机进行压块,团块的平均粒径为25mm,将球团置于120℃干燥箱中进行干燥得干团块;将干球团隔绝空气进行升温焙烧,室温至500℃过程的升温速率为10℃/min,500℃温度停留时间为60min,此段的气体收集为油污的裂解气;样品继续以30℃/min的速度升温至1550℃,停留时间为180min。所得焙烧样品在惰性气氛下冷却至室温,样品中粒装金属块为富含铁、钼、铜的合金。铁、钼、铜的回收率分别为70.3%、72.1%和69.2%。
对比实施例3
该对比实施例中只加硅质熔剂。
以TFe70%、Cu1.6%、Mo0.6%、油污含量16%的气缸套珩磨废料为原料,以细磨焦粉为还原剂、以褐煤腐植酸为粘结剂进行配料,其中气缸套珩磨废料小于200目粒级所占质量百分比为95%,硅石、焦粉细磨至小于200目粒级所占质量百分比为99%,SiO2的含量为10%,Al2O3的含量为18%,还原剂的用量为10%,粘结剂用量为0.20%,混合料水份含量为4%;然后将混合料采用对辊压团机进行压块,团块的平均粒径为20mm,将球团置于120℃干燥箱中进行干燥得干团块;将干球团隔绝空气进行升温焙烧,室温至500℃过程的升温速率为10℃/min,500℃温度停留时间为60min,此段的气体收集为油污的裂解气;样品继续以30℃/min的速度升温至1500℃,停留时间为180min。所得焙烧样品在惰性气氛下冷却至室温,样品中粒装金属块为富含铁、钼、铜的合金。铁、钼、铜的回收率分别为68.8%、70.2%和71.6%。
对比实施例4
该对比实施例中CaO/SiO2和Al2O3含量不在优选范围内。
以TFe68%、Cu1.2%、Mo0.7%、油污含量15%的气缸套珩磨废料为原料,以细磨生石灰、硅石为熔剂、以细磨焦粉为还原剂、以褐煤腐植酸为粘结剂进行配料,其中气缸套珩磨废料小于200目粒级所占质量百分比为95%,生石灰、硅石、焦粉细磨至小于200目粒级所占质量百分比为99%,调节混合料CaO/SiO2质量比为1,Al2O3的含量为12%,还原剂的用量为10%,粘结剂用量为0.15%,混合料水份为6%;然后将混合料采用对辊压团机进行压块,团块的平均粒径为25mm,将球团置于120℃干燥箱中进行干燥得干团块;将干球团隔绝空气进行升温焙烧,室温至500℃过程的升温速率为10℃/min,500℃温度停留时间为60min,此段的气体收集为油污的裂解气;样品继续以30℃/min的速度升温至1450℃,停留时间为180min。所得焙烧样品在惰性气氛下冷却至室温,样品中粒状金属块为富含铁、钼、铜的合金。铁、钼、铜的回收率分别为85.7%、84.3%和83.9%。

Claims (7)

1.一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法,其特征在于:将气缸套珩磨废料与钙质熔剂、硅质熔剂、还原剂及粘结剂进行配料、造块及焙烧处理,得到热解气、铁合金及熔渣;
其中:气缸套珩磨废料、钙质熔剂、硅质熔剂、还原剂及粘结剂的配料满足:CaO/SiO2质量比处于0.35~0.45之间,CaO的质量百分含量为1~20%,Al2O3的质量百分含量为1~15%;
所述焙烧过程为:从室温以5~15℃ /min升温至450~550℃ ,保温10~90min,再以10~50℃ /min升温至1350~1550℃ 保温30~180min;
所述气缸套珩磨废料中包含质量百分比含量为1~20%的油污和质量百分含量不高于30%的Al2O3
所述钙质熔剂为生石灰、石灰石中至少一种;
所述硅质熔剂为硅石。
2.根据权利要求1所述的一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法,其特征在于:所述气缸套珩磨废料磨矿至粒度满足小于200目粒级所占质量百分比不低于95%。
3.根据权利要求1所述的一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法,其特征在于:
所述还原剂为焦炭;
所述粘结剂为褐煤腐植酸。
4.根据权利要求1或3所述的一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法,其特征在于:
所述还原剂质量占配料总质量的5~10%;
所述粘结剂质量占配料总质量的0.01~0.35%。
5.根据权利要求1所述的一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法,其特征在于:钙质熔剂、硅质熔剂及还原剂的粒度满足小于200目粒级所占质量百分比不低于99%。
6.根据权利要求1所述的一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法,其特征在于:在室温至550℃ 温度范围内回收热解气。
7.根据权利要求1所述的一种含油污气缸套珩磨废料火法回收有价金属的方法,其特征在于:所述焙烧过程在隔绝空气气氛下焙烧。
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