HU187126B

HU187126B - Process for separating impurities of high melting point from disperse systhmes consisting of metals, alloys and impurities of high melting point with melting with plasma arc

Info

Publication number: HU187126B
Application number: HU43682A
Authority: HU
Inventors: Lajos Hedai; Ferenc Horvath; Janos Horvath; Dezsoe Kovacs; Jozsef Markus; Gyula Szalai; Istvan Tamas; Laszlo Vida
Original assignee: Oentoedei Vallalat; Vasipari Kutato Intezet
Priority date: 1982-02-12
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1985-11-28

Abstract

A találmány szerint úgy járnak el, hogy a kemencetérbe adagolt hulladékanyagot villamosívben létrehozott plazmaállapotú gázzal megolvasztják és túlhevítik olyan mértékig, hogy az olvadékban a fémes gáz is az áramló plazmagázok mechanikai keverő hatására koagulálni tud és nagyobb fajsúlya következtében a kemence alján összegyűlik. A fém a kemencéből csapolással kinyerhető és célszerűen adagolható tömb alakba önthető vagy granulálha-According to the present invention, the waste material introduced into the furnace space is melted with an electrically generated plasma state and overheated to such an extent that the metallic gas in the melt can coagulate under the mechanical agitation of the flowing plasma gases and accumulates at the bottom of the furnace due to its higher specific gravity. The metal can be extracted from the furnace by tapping and can be poured into a block or granulated, suitably dispensed.

Description

A találmány tárgya eljárás fémekből vagy fémötvözetekből és magas olvadáspontú szennyezőanyagokból álló diszperz rendszerek fémes anyag tartalmának kinyerésére, amelynek során a diszperz anyagot plazmaívvel hevítjük.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a process for recovering a metallic material from a dispersion system consisting of metals or metal alloys and high melting point impurities by heating the disperse material with a plasma arc.

Ismeretes, hogy a nagyértékü fémekből, keménymágnes ötvözetekből stb. készült gyártmányok megmunkálásánál, főleg köszörülésnél nagy menynyiségű, szennyezett diszperz állapotú hulladék (köszörülék) képződik. Ezeknek a nagyértékű fémeknek, ötvözeteknek visszanyerésére mind ez ideig nincs kialakult, gazdaságos, üzemszerűen alkalmazható módszer. így ez az értékes fémeket tartalmazó, viszonylag nagy mennyiségű hulladék részben lényegesen értéken aluli áron kerül főleg külföldön értékesítésre, részben értékesítetlenül, a környezetet szennyezve hányóra jut, nagy veszteséget okozva a népgazdaságnak.It is known that high-value metals, hard-magnet alloys, etc. Large quantities of contaminated dispersed waste (grinding) are produced during the machining of manufactured products, especially during grinding. To date, there is no established, economical, operationally usable method for recovering these high-value metals and alloys. Thus, this relatively high amount of waste containing precious metals is partly sold at substantially below cost, partly sold abroad, partly unsold, polluting the environment, causing great losses to the national economy.

Az eddigi próbálkozások, pl. a hagyományos kohászati elektromos kemencékben (ív- és indukciós) való átolvasztás nem vezettek eredményre, mivel az olvasztás során az olvadék magas olvadáspontú szennyezői (karbidok, oxidok) nem bomlanak el és nem is olvadnak meg, hanem változatlanul diszperz állapotban maradnak, így megakadályozzák a megolvadt fémes részecskék koagulálását és ezzel különválását a szennyező alkotóktól. Az elektrokémiai úton történő megoldás pedig a rendkívül nagy beruházási költségek miatt nem jöhet szóba.Attempts so far, e.g. melting in conventional metallurgical electric furnaces (arc and induction) did not result in melting of high melting point impurities (carbides, oxides) in the melt and does not melt, but prevents the melt from being melted coagulation of metallic particles and thereby separation of pollutants. The electrochemical solution is not feasible due to the extremely high investment costs.

A kohászatban alkalmazott plazmaíves és plazmasugaras olvasztási technológiákban (Simon— Sziklavári-Szőke: „Újabb technológiai megoldások az acélgyártásban”, Műszaki KönyvkiadóPlasma arc and plasma beam melting technologies in metallurgy (Simon - Sziklavári-Szőke: "New technological solutions in steel production", Technical Publisher

1978. 236. old.; R. M. Nikolic-R. S. Segsworth: „Extended Arc Furnace”, EEE Transactíons on Industry Applications, 1977/1, 45-48. old. a betét felületére irányított plazmafáklya felhevíti és meg is olvasztja az adagolt diszperz hulladékot, azonban az olvadt állapotú salakszerű szennyezőanyagban a megolvadt fém részecskék mikroszkopikus méretű cseppjei továbbra is diszperz állapotban maradnak és nem különülnek el. A plazmakemencéknek eddig ismert technológiák szerinti alkalmazása ezért nem megfelelő a szóban forgó diszperz hulladék alkotóinak különválasztására.238, 1978; R. M. Nikolic-R. S. Segsworth, Extended Arc Furnace, EEE Transactions on Industry Applications, 1977/1, 45-48. p. the plasma torch directed to the surface of the insert heats up and melts the added dispersion waste, but microscopic droplets of molten metal particles remain in the dispersed state and do not separate in the molten slag contaminant. Therefore, the use of plasma furnaces according to prior art techniques is not appropriate for separating the constituents of the dispersion in question.

A jelen találmánnyal célunk olyan technológia létesítése, amely viszonylag gazdaságosan és üzemi viszonyok között is megbízható módon megoldja a nagyértékű fémek és ötvözetek kinyerését a hulladékból úgy, hogy mint fémes alapanyagok ismét felhasználhatóak legyenek.It is an object of the present invention to provide a technology that can recover high-value metals and alloys from waste in a relatively economical and operational manner, so that they can be reused as metallic materials.

A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy a plazmaívet létrehozó elektródokat a diszperz rendszerbe merítve üzemeltetjük, az áramló plazmagázokkal a fémolvadék-cseppeket koaguláltatjuk és fajsúly szerint elkülönítjük.According to the present invention, the object is solved by operating the plasma arc-forming electrodes immersed in the dispersion system, coagulating the metal melt droplets with the flowing plasma gases and separating them by specific gravity.

Az eljárás igen előnyösen alkalmazható öntött keménymágnesek köszörülése során keletkező köszörűport tartalmazó diszperz rendszerek kezelésére.The method is very advantageous for the treatment of disperse systems containing grinding powder produced by grinding cast hard magnets.

A találmány alapja az a felismerés, hogy amenynyiben plazmaíves olvasztáskor a plazmaívet létrehozó elektródokat a kezelni kívánt diszperz rendszerbe merítve üzemeltetjük és ezzel olvadék + gáz halmazállapotú három fázisú diszperz rendszert hozunk létre, akkor az áramló plazmagáz olyan intenzív mozgást idéz élő az olvadó hulladékban, hogy .a megolvadt fémes fázis koagulálni képes, és ezáltal fajsúly szerint külön tud válni a szennyező anyagoktól.The present invention is based on the discovery that when plasma arc melting is performed by immersing the plasma arc forming electrodes in the dispersion system to be treated and thereby creating a melt + gaseous three-phase disperse system, the flowing plasma gas induces such intense movement in the melt. the molten metallic phase is able to coagulate and thereby separate from the pollutants by specific gravity.

A fentiek alapján-a találmány szerint úgy járunk el, hogy a kemencetérbe adagolt hulladék anyagot villamosívben létrehozott plazmaállapotú gázzal megolvasztjuk és túlhevítjük olyan mértékig, hogy az olvadékban a fémes fázis az áramló plazmagázck mechanikai keverő.hatására koagulálni tud és nagyobb fajsúlya következtében a kemence alján összegyűlik. A fém és a salak a kemencéből külön csapoló nyíláson át elkülönítve lecsapolható. Az értékes fémötvözet célszerűen tömb alakba önthető vagy granulálható.Thus, in accordance with the present invention, the waste material fed to the furnace is melted and superheated by a plasma gas generated in an electric arc to such an extent that the metallic phase in the melt can coagulate under the mechanical stirring effect of the flowing plasma gas and . The metal and slag can be drained separately from the furnace through a separate tap opening. The valuable metal alloy is preferably poured or granulated.

A találmány szerinti megoldás az alábbi előnyös hatásokat biztosítja:The present invention provides the following beneficial effects:

- a plazmaívfény magas hőmérséklete lehetővé teszi az olvadék olyan mértékű túlhevítését, amely a magas olvadáspontú diszperz fázis jelenléte ellenére biztosítja a nagyfokú hígfolyékonyságot;the high temperature of the plasma arc light allows the melt to be overheated to a degree which, despite the presence of a high melting point dispersion phase, ensures high dilution fluidity;

- a plazmafáklya a betétet olyan mértékben fel tudja hevíteni, hogy az abban levő szennyezőanyagok is elsalakulnak, amely célszerűen adagolt salakképző anyagokkal elősegíthető;- the plasma torch is capable of heating the insert to such an extent that the impurities present therein are precipitated, which can be facilitated by the addition of suitable slag generating agents;

- a találmány szerinti megoldás segítségével az értékes fémek és ötvözetek, fémes állapotban viszonylag gazdaságos energiafelhasználás, max. 20 kWó/kg mellett nyerhetők ki a hulladékból;- according to the invention, the valuable metals and alloys have a relatively economical energy consumption in the metallic state, max. 20 kWh / kg can be recovered from the waste;

- a visszanyert fém értéke jelentősen meghaladja az eljárás költségeit;- the value of the recovered metal is significantly higher than the cost of the process;

- a találmány szerinti módszerrel kinyert fémek és ötvözetek alapanyagként való újra felhasználása jelentős volumenű és értékű tőkés import megtakarítást eredményez.- the re-use of the metals and alloys recovered by the process of the present invention as raw materials will result in significant capital and import capital savings.

A találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas berendezést részletesebben rajz segítségével ismertetjük. A rajzon azThe apparatus for carrying out the process of the invention will be described in more detail by way of a drawing. In the drawing it is

1. ábra a találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló berendezés metszete.Figure 1 is a sectional view of a device for carrying out the process of the invention.

Az ábrán látható berendezés 1 gázbevezetőnyílásokkal ellátott 2 elektródokat tartalmaz, amelyek 3 fedélen át nyúlnak be á kemencetérbe.The apparatus shown in the figure comprises electrodes 2 with gas inlets 1 which extend through the lid 3 into the furnace space.

A 3 fedél 4 adagolónyílással van ellátva, míg az 5 salakcsapoló nyílás a 6 fémfürdőt körülvevő 7 kemencetest oldalában van elhelyezve.The lid 3 is provided with a dispensing opening 4, while the slag drainage opening 5 is located on the side of the furnace body 7 surrounding the metal bath 6.

A 8 szilárd hulladékréteg alatt, ugyancsak a 7 kemencetest oldalában 9 fémcsapoló nyílás van kialakítva. A háromfázisú 10 diszperz rendszer a 6 fémfürdő és a 8 szilárd diszperz hulladék között helyezkedik el, a 11 plazmaívek magasságában.Underneath the solid waste layer 8, a metal drainage opening 9 is also formed on the side of the furnace body 7. The three-phase dispersion system 10 is located between the metal bath 6 and the solid dispersion 8 at the height of the plasma arcs 11.

A 3 fedélen 12 kéménnyel összekapcsolt elvezetőnyílás van kialakítva. A 2 elektródokhoz 13 tartóvezetékek csatlakoznak.The cap 3 is provided with a vent 12 connected to the chimney. Holding wires 13 are connected to the electrodes 2.

Induláskor a 7 kemencetest és a 3 fedél által lehatárolt kemencetérbe a 4 adagolónyíláson át 8 adagolt szilárd diszperz hulladékot a 2 furattal ellátott és a diszperz rendszerbe merülő elektródok által létrehozott 11 plazmaív hevíti fel és megolvasztja. Megolvadás után létrejön a 10 (olvadék + gáz halmazállapotú) salak-fém-plazmagáz diszperz rendszer. Az áramló plazmagázok hatására a 10 diszperz rendszer olyan mozgásba jön, hogyInitially, the solid dispersion waste 8 fed to the furnace body 7 and the lid 3 through the dispensing opening 4 is heated and melted by a plasma arc 11 formed by electrodes with a bore 2 and immersed in the dispersion system. After melting, the slag-metal plasma gas dispersion system 10 (melt + gaseous) is formed. The flow of plasma gases causes the dispersion system 10 to move so that

187 126 az olvadt mikroméretü fémcseppek koagulálnak és a fémes fázis nagyobb fajsúlya következtében lesüllyed és a kemence fenekén létrejön a 6 tiszta fémfürdő.. A plazmaív létrehozásához szükséges gáz az 1 gázbevezető nyíláson át, és a villamosáram a 13 tartóvezetéken átjut a három 120°-bán elhelyezett 2 elektródokhoz. A 13 vezetéktartó egyben lehetővé teszi az elektródok függőleges irányú szabályozható mozgását is. A 6 fémfürdő lecsapolására a 9 fémcsapolónyílás szolgál, a salak pedig a ¹⁰fűtés leállítása után az 5 salakcsapolónyíláson távolítható el.The droplets of molten micrometallic metal coagulate and, due to the higher specific gravity of the metallic phase, sink to form a pure metal bath 6 at the bottom of the furnace. placed on 2 electrodes. The conductor holder 13 also allows the electrodes to be vertically controllable. The metal bath 6 is drained by the metal drain 9 and the slag can be removed from the slag 5 after the heating ^{10 has been} stopped.

A példaként bemutatott berendezésben a találmány szerinti eljárást a kobalt bázisú mágnesötvözet köszörűporból való visszanyerésének technoló- ¹⁵giáján keresztül a következőkben mutatjuk be.The apparatus shown as an example the process of the invention are shown below for the recovery of cobalt-based magnetic alloy with ¹⁵ monose köszörűporból technologies.

Előzetesen a kinyerni kívánt ötvözetre nem káros elektromosan vezető fémdarabok segítségével létrehozzuk a plazmaívet, majd a célszerűen tisztított és szárított, előkészített por alakú hulladékot a szűk- ²⁰séges salakképző anyagokkal keverve a 4 adagolónyíláson át a kemencébe adagoljuk. A kemence megtelése után abbahagyjuk az adagolást és a hevítést folytatjuk. Egy idő után a kemencében három réteg alakul ki. Alul a 6 különvált fémfürdő, közé- 25 pen a 10 megolvadt diszperz rendszer, felül a 8 szilárd állapotú diszperz anyag. A 2 elektródok helyzetét a 13 tartóvezeték segítségével úgy szabályozzuk, hogy az elektród vége a 10 olvadt diszperz rétegben legyen. A középső olvadt diszperz réteg az ³⁰elektródokból kilépő plazmagázok hatására olyan mozgásban van, hogy egyrészt a rendszer fém részecskéi koagulálnak és lesüllyednek, másrészt a felső réteg beolvadását külön bekeverés nélkül is lehetővé teszi. Az adagolást folyamatos olvasztás közben addig folytatjuk, míg a kemencébe a befo⁵ gadóképességének megfelelő mennyiségű anyag jut. Ezután az adagolással leállunk és a teljes betétet beolvasztjuk. Az olvadék kellő mértékű túlhevítése (pl. kobaltbázisú keménymágnes köszörűpor esetén mintegy 2000 °C) után a plazmaívet leállítjuk és rövid pihentetés után a salakot és a fémet lecsapoljuk. Ez idő alatt a fürdő hőmérséklete a megfelelő öntési hőmérsékletre csökken és egyben folytatódik a szennyezők felúszása a salakba, a fürdő megnyugszik és a kívánt formába csapolható.In advance using the obtained alloy is not detrimental to the desired electrically conductive metallic pieces, create the plasma arc, and then preferably cleaned and dried, the prepared powder mixed waste necessity ^'20-making slag-forming material through the dispensing opening 4 is added to the furnace. After the furnace is filled, the feeding is stopped and heating is continued. After a while, three layers form in the furnace. Below is the separated metal bath 6, midway through the melted dispersion system 10, and above the solid state dispersion 8. The position of the electrodes 2 is controlled by the holding wire 13 so that the end of the electrode is in the molten dispersion layer 10. The middle molten dispersion layer is moved by the plasma gases exiting the electrodes ³⁰ so that on the one hand the metal particles of the system coagulate and sink, and on the other hand it allows the upper layer to melt without further admixture. The addition is continued with continuous melting, while the furnace to the recipient ⁵ gadóképességének appropriate amount of material passes. Subsequently, the dosing stops and the entire insert is melted. After sufficiently overheating the melt (e.g., about 2000 ° C for a cobalt-based hard magnet grinding powder), the plasma sheet is stopped and, after a short period of rest, the slag and metal are drained. During this time, the bath temperature drops to the correct casting temperature, while contaminants continue to float, the bath calms down and can be taped to the desired shape.

Claims

Patent claims

A method of recovering a metallic material content of a dispersion system consisting of metals or metal alloys and high melting point impurities, wherein the disperse material is plasma! heating and melting, characterized by. plasma operating electrodes are immersed in a system containing the dispersants and coagulated with the flowing plasma gases and then separated by specific gravity.

Method according to claim 1, characterized in that the electrodes are immersed in a dispersion system containing grinding powder produced by grinding cast hard magnets.