CN110819809B

CN110819809B - 一种废储氢合金粉末回收方法

Info

Publication number: CN110819809B
Application number: CN201911124293.3A
Authority: CN
Inventors: 赵鑫
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-08-27
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: CN110819809A

Abstract

本发明公开了一种废储氢合金粉末回收方法，按照如下的步骤顺序依次进行：（1）将废储氢合金粉末进行粒径分级；（2）对不同粒径的粉末进行压片；（3）将不同种类的压片及新料装炉；（4）熔炼、浇铸；本发明制备方法简单，过程易于控制，在熔炼过程中将不同粒径的废储氢合金粉末分别压片后与不同的稀土合金新料于感应熔炼炉中分层放置，阶段熔炼，电磁感应加热时感应效果好，熔炼快，环保节能，造渣低，收率高。

Description

一种废储氢合金粉末回收方法

技术领域

本发明属于储氢合金废物回收利用领域，涉及一种废储氢合金粉末回收方法。

背景技术

目前，稀土储氢合金的生产中会产生很多无法达到使用要求的合金粉末，如在生产过程中熔炼出炉时和合金转运时都会产生一定量的废储氢合金粉,特别是储氢合金在制粉过程中（在气流磨分选过程中会将超细粉进行分离并收集到滤芯中）也会产生一些超细粉；这些无法使用的粉末由于其含有稀土金属，其通常作为危废进行处理，而在厂区储存过程中不仅需要满足环保危险废物暂存要求，如三防处理，并且还需对储存场地地下防渗有严格要求，另外，由于该粉末的特殊性，其极易着火，在暂存过程中对其安全防火也有严格要求，这些严苛的暂存条件及储氢合金粉末委托第三方外运处理无形中增大了企业日常工序、人力工序及企业成本。因此，企业需要对这些粉末进行回收与利用，以降低上述诸多风险与成本。

对于废弃的储氢合金粉末，通常的处理办法是采用真空感应炉对其进行重熔然后再利用，真空感应熔炼炉工作原理是通过各级真空泵将熔炼炉内气体抽出，待达到一定的真空度时，给水冷感应线圈通电，利用中频感应加热原理将金属熔化后并形成一定结构和组成的合金，最后按照需求将合金浇铸成不同的形状。然而在储氢合金熔炼过程中，入炉料颗粒大小及熔炼过程对熔炼的合金质量有较大影响，这主要由于入炉原料颗粒越小，在颗粒之间的导磁性越差，进而造成电磁感应生成的涡流较小，最终导致炉料加热效果差，不仅影响最终的熔炼效果，延长熔炼周期，甚至会影响熔炼合金组成的均匀性及合金成分。此外，入炉料颗粒越小，则带进的杂质越多，对最终熔炼的合金纯度及含量造成不良影响。利用真空感应炉对废储氢合金粉末回收并重熔可以对储氢合金粉末再次利用，但是重熔过程中存在以下问题：首先粉末在真空感应熔炼炉中抽真空时容易把储氢合金粉末抽入真空泵内，对设备造成损坏，降低抽真空的效率和效果，影响熔炼过程；其次储氢合金粉末由于容易被氧化，造成颗粒之间的导磁性、导电性差，相较于合金锭来说，在电磁感应加热时感应效果差，需要大功率长时间加热才能熔化，因此耗电量极大，熔炼周期延长，企业成本昂贵不经济，与此同时，储氢合金粉末由于比表面积大，其在感应熔炼入炉前与空气接触会吸附较多的气体杂质，导致在中频感应熔炼过程中造渣大，产品收率低。因此，亟需一种环保节能、造渣低、收率高的储氢合金粉末回收方法。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，提供了一种废储氢合金粉末回收方法，该方法简单，过程易于控制，在熔炼过程中将不同粒径的废储氢合金粉末分别压片后与不同的稀土合金新料于感应熔炼炉中分层放置，阶段熔炼，电磁感应加热时感应效果好，熔炼快，环保节能，造渣低，收率高。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种废储氢合金粉末回收方法，按照如下的步骤顺序依次进行：

（1）将废储氢合金粉末依次过100目筛、150目筛和200目筛，依次获得粗废储氢合金粉A1、中废储氢合金粉A2及细废储氢合金粉A3；

（2）将A1压成直径为60mm、厚度为6-10mm的圆片，记为B1；将A2压成直径为60mm、厚度为12-20mm的圆片，记为B2；将A2和A3按照重量比为1:2的比例压成直径为60mm、厚度为25-35mm的圆片，记为B3；

（3）将B1、B2和B3分别置于中频感应熔炼炉中，所述中频感应熔炼炉内装料顺序由下至上依次为B1、新料中的稀土及除镍以外所有原料、B2、新料中的镍原料、B3，装料完毕后盖好炉盖；

（4）开启真空泵，待中频感应熔炼炉内真空度达到5×10^-1Pa时，开始加热，对炉内合金进行熔炼，熔炼完毕后浇铸即可得到相应成分的合金锭；

本发明的回收方法中，根据废储氢合金粉末的成分选择相应的新料成分配制新料,以制备相应成分的储氢合金；

在本发明的回收方法中，废储氢合金粉末按照粒径分级将其压片分为三类，粗粒径压片由A1经压片制成，中粒径压片由A2经压片制成，细粒径压片是由A2和A3复配而成，粗粒径的压片置于炉底层，中粒径的压片位于炉中，而细粒径的压片位于炉上层，这种装料顺序不仅能够使得入炉的合金能较快熔化，并且由于感应熔炼炉在熔炼过程中沿竖直方向为不同的温区分布，中部为高温区，新料和中粒径压片位于炉内中部，能够使稀土新料快速熔化，中部上下层分别为新料中的稀土及除镍以外所有原料、新料中的镍原料，该种装料方式由于感应效果最好的新料在中部高温区，稀土及除镍以外所有原料最先熔化，新料中的镍原料稍后熔化，期间夹杂的中粒径压片在上下熔料的包裹下，能促使其迅速熔化；位于炉内最底层为粗粒径压片，其厚度最薄，这主要是由于粗粒径合金粉相对于细粒径合金粉感应加热效果较好，粗粒径与其薄压片的配合可使得炉内底层料能较快熔化；位于炉内最上层的细粒径压片依靠新料和下部合金粉压片熔化后带动其熔化，相较之于最底层的压片来说，其熔化的速度略慢，而下层的炉料均已熔化，在翻滚的熔液包裹下，上层的炉料在不断熔化的过程中，由于最上层为细颗粒物较多的炉料，比表面积大，吸附的气体杂质相对来说稍多些，而其吸附的杂质在熔化的过程中能较快释放到感应熔炼炉上层，熔液中不仅减少了杂质的带入，而且有利于降低最终形成的合金锭的气孔率和砂眼率。本发明的装料顺序是至关重要的，中部新料与中粒径压片协同熔化，进而带动底层粗粒径压片熔化，此时大部分的入炉料已熔化为熔液，而上层细粒径压片可使得该部分熔液大部分被覆盖，最终使得熔炼造渣低，收率高。

作为本发明的限定：

（一）步骤（2）中，所述B1的压片压力为30-60MPa，所述B2和B3的压片压力分别为20-30MPa；

在本发明中B1的压片压力较大，一方面由于B1的粒径较粗，压力小的条件下无法压制成型,导致感应熔炼效果差，另一方面较大的压力可以提高压片的密实度,进而提高在熔炼过程中的感应效果，加快熔化速度，降低造渣率；

（二）步骤（4）中，所述熔炼按照如下顺序依次分为四个阶段：

第一阶段：于功率10-15KW下，保持5min，然后提高功率至20KW，保持约5min；

第二阶段：停止加热，关闭真空泵阀门，迅速充入氩气直至中频感应熔炼炉内压力达到-0.04MPa时，停止充气；

第三阶段：开启加热，于功率为25-30KW下加热，待合金全熔后将功率降低至15-20KW，精炼5-10min;

第四阶段：将功率降低至10-15KW，待炉内温度达到1330-1370℃时进行浇铸，浇铸时将合金通过中间包浇入水冷锭模中，即可得到相应成分的合金锭；

在本发明中，废储氢合金的冶炼分为四个阶段，第一阶段为排气阶段，在真空条件下有利于排除吸附气体、孔隙中的残留气体以及反应气体产物，减小合金粉圆片中的孔隙，提高感应效果和熔化速度；第二阶段为充气阶段，在熔炼前充入一定量的惰性气体，降低炉腔内的真空度，防止合金熔炼过程中由于真空度较高导致合金熔液飞溅而造成收率低、成分偏差及不均匀等缺点；第三阶段为熔化与精炼阶段，在大功率条件下使合金快速熔化，合金全部熔化后降低功率进行精炼主要是防止功率过大导致合金熔液晃动幅度大、合金熔液飞溅，造成部分合金挂在坩埚壁上或飞溅出坩埚降低合金的收率；第四阶段为浇铸阶段，采用带功率浇铸方式进行浇铸主要是为了保持合金浇铸过程中坩埚内合金熔液的温度，防止浇铸末期坩埚内熔液温度太低滞留在坩埚内部，对合金的收率造成影响。

（三）步骤（3）中，所述新料中的稀土及除镍以外所有原料与B2的重量比为0.5~1：1；所述新料中的镍原料与B2的重量比为1~2：1；

在本发明中为了降低熔炼过程中造渣，一方面需要严格控制入炉料的比例，另一方面需要严格控制熔炼过程；众所周知，新料的加入比例越高则最终熔炼的合金收率越高，入炉料的比例影响合金的熔化速度和最终形成的熔炼合金的杂质含量，在本发明中在保证最终熔炼产品的质量基础上实现了低含量的新料和高含量的废储氢合金粉配料制备储氢合金，在制备熔炼过程中，入炉料的比例以及装料形式、熔炼过程共同使得制备的储氢合金收率高，造渣低，制备的储氢合金成分均匀；

（四）步骤（3）中，所述B1和B2分别水平放置，所述B3竖向放置；

竖向放置可使其容易进入熔液，防止下部合金熔化后，B3长时间漂浮在合金熔液上导致接触面积小、导热慢，降低其熔化速度；

（五）步骤（2）中，所述A1在压片前，加入重量为A1五分之一的储氢合金超细粉，所述储氢合金超细粉粒径为4-20µm，混合均匀后，压制成片。

本发明还有一种限定，步骤（3）中，装料高度不小于中频感应熔炼炉内腔高度的2/3；

装料高度对熔炼结果影响较大，当装料高度小于2/3时，新料的装填部位偏离坩埚的高温区,坩埚的高温区得不到充分的利用，造成合金熔化时间长，增加生产成本。

由于采用上述技术方案后，本发明所取得的技术效果如下：

本发明的一种废储氢合金粉末回收方法，将废储氢合金粉末按粒径分级并制片，制成不同薄厚、不同粒径及不同密实度的压片，不同种类的压片与新料按照分层的装料顺序装入电磁感应炉内，在熔炼过程中，中间层的中粒径压片与下层的稀土及除金属镍外的原料及上层的金属镍协同熔化，最终获得新的储氢合金锭；本发明熔炼时间短，过程易于控制，耗电量低，降低了生产成本，本发明在低含量新料及高含量废储氢合金粉的复配下，实现了熔炼过程造渣低，收率大于90%的效果。

本发明适用于对废储氢合金粉进行回收利用。

下面将结合具体的实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

具体实施方式

下述实施例中所述的试剂如无特殊说明均使用现有的试剂，所述的检测方法，如无特殊说明，均为现有的检测方法，下述实施例根据储氢合金粉末的成分选择相应的成分配置新料,以得到最终熔炼的合金为AB₅或A₂B₇型储氢合金。

实施例1 一种废储氢合金粉末的回收方法

本实施例为一种废储氢合金粉末的回收方法，按照如下的步骤顺序依次进行：

（11）将废储氢合金粉末依次过100目筛、150目筛和200目筛，依次获得粗废储氢合金粉A11、中废储氢合金粉A12及细废储氢合金粉A13；

（12）将A11加入重量为A11五分之一的储氢合金超细粉（储氢合金超细粉粒径为4-20µm），混合均匀后于35MPa下压成直径为60mm、厚度为6-10mm的圆片，记为B11；将A12于20MPa下压成直径为60mm、厚度为12-20mm的圆片，记为B12；将A12和A13按照重量比为1:2的比例于20MPa下压成直径为60mm、厚度为25-35mm的圆片，记为B13；

（13）将B11、B12和B13分别置于中频感应熔炼炉中，B1和B2分别水平放置， B3竖向放置，中频感应熔炼炉内装料顺序由下至上依次为B11、新料中的稀土及除镍以外所有原料、B12、新料中的镍原料、B13，总装料高度不小于中频感应熔炼炉内腔高度的2/3，完毕后盖好炉盖；

新料中的稀土及除镍以外所有原料与B12的重量比为0.9：1；新料中的镍原料与B12的重量比为2：1。

（14）开启真空泵，待中频感应熔炼炉内真空度达到5×10^-1Pa时，开始加热，对炉内合金进行熔炼，熔炼按照如下顺序依次分为四个阶段：

第三阶段：开启加热，于功率为25-30KW下加热，待合金全熔后将功率降低至15-20KW，精炼10min;

第四阶段：将功率降低至10-15KW，待炉内温度达到1350℃时进行浇铸，浇铸时将合金通过中间包浇入水冷锭模中，即可得到相应成分的合金锭，熔炼收率达94.3%。

实施例2-4 废储氢合金粉末的回收方法

本实施例为废储氢合金粉末回收方法，制备步骤与实施例1相似，不同之处仅在于：制备过程中，相应步骤的控制参数不同，具体见下表。

实施例1-4，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明所作的其它形式的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述技术内容作为启示加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但凡是未脱离本发明权利要求的技术实质，对以上实施例所作出的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明权利要求保护的范围。

Claims

1.一种废储氢合金粉末回收方法，其特征在于：按照如下的步骤顺序依次进行：

(1)将废储氢合金粉末依次过100目筛、150目筛和200目筛，依次获得粗废储氢合金粉A1、中废储氢合金粉A2及细废储氢合金粉A3；

(2)将A1压成直径为60mm、厚度为6-10mm的圆片，记为B1；将A2压成直径为60mm、厚度为12-20mm的圆片，记为B2；将A2和A3按照重量比为1:2的比例压成直径为60mm、厚度为25-35mm的圆片，记为B3；

(3)将B1、B2和B3分别置于中频感应熔炼炉中，所述中频感应熔炼炉内装料顺序由下至上依次为B1、新料中的稀土及除镍以外所有原料、B2、新料中的镍原料、B3，所述B1和B2分别水平放置，所述B3竖向放置，装料完毕后盖好炉盖；所述新料中的稀土及除镍以外所有原料与B2的重量比为0.5～1：1；所述新料中的镍原料与B2的重量比为1～2：1；

(4)开启真空泵，待中频感应熔炼炉内真空度达到5×10^-1Pa时，开始加热，对炉内合金进行熔炼，熔炼完毕后浇铸即可得到相应成分的合金锭；

所述熔炼按照如下顺序依次分为四个阶段：

第三阶段：开启加热，于功率为25-30KW下加热，待合金全熔后将功率降低至15-20KW，精炼5-10min；

第四阶段：将功率降低至10-15KW，待炉内温度达到1330-1370℃时进行浇铸，浇铸时将合金通过中间包浇入水冷锭模中，即可得到相应成分的合金锭。

2.根据权利要求1所述的一种废储氢合金粉末回收方法，其特征在于：步骤(2)中，所述B1的压片压力为30-60MPa，所述B2和B3的压片压力分别为20-30MPa。

3.根据权利要求1所述的一种废储氢合金粉末回收方法，其特征在于：步骤(2)中，所述A1在压片前，加入重量为A1五分之一的储氢合金超细粉，混合均匀后，压制成片。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种废储氢合金粉末回收方法，其特征在于：步骤(3)中，装料高度不小于中频感应熔炼炉内腔高度的2/3。