RU2805515C1

RU2805515C1 - Method for producing lead-antimony powders from wastes of ссу3 alloy in lighting kerosene

Info

Publication number: RU2805515C1
Application number: RU2022128104A
Authority: RU
Inventors: Евгений Викторович Агеев; Михаил Сергеевич Королев; Анна Евгеньевна Агеева
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2023-10-18

Abstract

FIELD: powder metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to production of metallic lead-antimony powders. The powder is obtained from the waste of the ССу3 alloy by the method of electroerosive dispersion in lighting kerosene. At the same time, the voltage on the electrodes is maintained at 150-170 V, the capacitance of the discharge capacitors is 45-65 mcF, and the pulse repetition rate is 75-100 Hz.

EFFECT: obtaining a powder of the correct spherical, rounded, lamellar and scaly shape in an environmentally friendly, inexpensive and safe way.

1 cl, 4 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству металлических свинцово-сурьмянистых порошков. В промышленности для получения металлических свинцово-сурьмянистых порошков применяют физические и физико-химические методы.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of metal lead-antimony powders. In industry, physical and physicochemical methods are used to obtain metal lead-antimony powders.

Известен способ получения порошка свинца [Пат. РФ 2164537 C1 C22B 7/00 (2000.01)], Данный способ переработки свинцового аккумуляторного лома заключается в том, что в потоке оборотной воды производят измельчение, мокрый рассев материала по крупности на фракции, разделение фракций на органическую, окисно-сульфатную и металлизированную с последующей электроплавкой двух последних и классификацией органической фракции на легкую и тяжелую фракции. Окисно-сульфатную фракцию перед электроплавкой подвергают дополнительному измельчению до крупности - 0,04 мм и выделяют из нее фракцию окислов свинца, которую выводят из процесса в виде товарного промпродукта. В частных случаях реализации изобретения сульфатную составляющую перед плавкой подвергают десульфатации, а также и из загрязненной оборотной воды извлекают в отвальный продукт содержащуюся в ней тяжелую органику, при этом обеспечиваются снижение потерь свинца и экологически вредных выбросов сернистого газа, повышение эффективности процесса и снижение экономических затрат. There is a known method for producing lead powder [Pat. RF 2164537 C1 C22B 7/00 (2000.01)], This method of processing lead battery scrap consists of grinding, wet sieving of the material by size into fractions, separation of fractions into organic, oxide-sulfate and metallized, followed by electric melting of the last two and classification of the organic fraction into light and heavy fractions. Before electric melting, the oxide-sulfate fraction is subjected to additional grinding to a particle size of 0.04 mm and a lead oxide fraction is separated from it, which is removed from the process in the form of a commercial middling product. In particular cases of implementation of the invention, the sulfate component is subjected to desulfation before smelting, and the heavy organic matter contained in it is extracted from contaminated circulating water into the waste product, thereby reducing lead losses and environmentally harmful emissions of sulfur dioxide, increasing the efficiency of the process and reducing economic costs.

Недостатком способа является низкая производительность процесса за счет большого количества циклов переработки перед получением полезного объема продукта, загрязнение оборотной воды, что влечет за собой проблему утилизации, и необходимость постоянного её пополнения, а также данный метод является энергоемким.The disadvantage of this method is the low productivity of the process due to the large number of processing cycles before obtaining a useful volume of product, contamination of circulating water, which entails the problem of disposal, and the need for constant replenishment, and this method is energy-intensive.

Известен способ получения свинцового глета и сурика путем окисления в барабане расплавленного свинца горячим воздухом с последующим его окислением в сурик, при этом с целью улучшения условий труда и интенсификации процесса, окисление продуктов ведут при внутреннем обогреве барабана горячим воздухом [а.с. SU №139038, кл. C01G 1/10, опубл. в БИ №12, 1961 г.].There is a known method for producing lead litharge and red lead by oxidizing molten lead in a drum with hot air, followed by its oxidation into red lead, while in order to improve working conditions and intensify the process, the oxidation of the products is carried out with internal heating of the drum with hot air [a.s. SU No. 139038, cl. C01G 1/10, publ. in BI No. 12, 1961].

Недостатком данного способа является невозможность проведения непрерывного технологического процесса из-за налипания продукта на стенки аппарата, высокая энергоемкость. Известная технология недостаточно экологична, требует большого количества операций, обеспечивает строго определенную дисперсность свинцового порошка без возможности её варьирования и обладает относительно высокой энергоемкостью.The disadvantage of this method is the impossibility of carrying out a continuous technological process due to the adhesion of the product to the walls of the apparatus, and high energy consumption. The known technology is not environmentally friendly enough, requires a large number of operations, provides a strictly defined dispersion of lead powder without the possibility of varying it, and has a relatively high energy intensity.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ получения металлического порошка [пат. РФ 2116164 С1, B22F 9/14 (1995.01)], в котором получение металлического порошка происходит за счет создание микродуг между подвижным и неподвижным электродами, выполненными из одного материала, например, олова или свинца или их сплава, помещенными в диэлектрическую жидкость. Образующийся при их трении порошок удаляют потоком диэлектрической жидкости. Изменяя скорость подачи жидкости, регулируют гранулометрический состав образующихся частиц, которые удаляют в отстойнике и затем обезвоживают. В качестве диэлектрической жидкости используют дистиллированную воду. The closest to the claimed technical solution is a method for producing metal powder [pat. RF 2116164 C1, B22F 9/14 (1995.01)], in which metal powder is produced by creating microarcs between moving and stationary electrodes made of the same material, for example, tin or lead or their alloy, placed in a dielectric liquid. The powder formed during their friction is removed with a flow of dielectric liquid. By changing the liquid supply rate, the granulometric composition of the resulting particles is adjusted, which are removed in a settling tank and then dewatered. Distilled water is used as a dielectric liquid.

Недостатком прототипа является:The disadvantage of the prototype is:

− вибрационное воздействие на всю массу обрабатываемого материала, электродов, частей оборудования; − vibration impact on the entire mass of processed material, electrodes, and parts of equipment;

− выделение мелкой фракции осуществляется путем рассева, что может привести к закупорке ячеек сетки и их чистке с остановкой оборудования;− separation of the fine fraction is carried out by sieving, which can lead to clogging of the mesh cells and their cleaning with stopping the equipment;

− максимальный размер зерен порошка определяется размером сетки и при переходе на другую характеристику порошка требуется смена сетки;− the maximum size of powder grains is determined by the mesh size and when switching to another powder characteristic, a mesh change is required;

− в порошок может попадать материал сетки и за счет механического износа изменять качественный состав получаемого порошка. − mesh material can get into the powder and, due to mechanical wear, change the qualitative composition of the resulting powder.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи получения порошков из отходов сплава ССу3 в керосине осветительном с низкой себестоимостью, невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса.The claimed invention is aimed at solving the problem of producing powders from waste CCy3 alloy in lighting kerosene with low cost, low energy costs and an environmentally friendly process.

Поставленная задача достигается тем, что свинцово-сурьмянистый порошок получают методом электроэрозионного диспергирования из отходов сплава ССу3 в керосине осветительном при напряжении на электродах 150…170 В, ёмкости разрядных конденсаторов 45…65 мкФ и частоте следования импульсов 75…100 Гц.The task is achieved by the fact that lead-antimony powder is produced by electroerosive dispersion from waste CCy3 alloy in lighting kerosene at an electrode voltage of 150...170 V, a discharge capacitor capacity of 45...65 μF and a pulse repetition rate of 75...100 Hz.

Процесс ЭЭД представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами. В зоне разряда под действием высоких температур происходит нагрев, расплавление и частичное испарение металла.The EED process is the destruction of conductive material as a result of local exposure to short-term electrical discharges between electrodes. In the discharge zone, under the influence of high temperatures, heating, melting and partial evaporation of the metal occurs.

На фигуре 1 – микрофотография частиц порошка; на фигуре 2 – интегральная кривая и гистограмма распределения по размерам частиц порошка; на фигуре 3 – спектрограмма элементного состава частиц порошка; на фигуре 4 – дифрактограмма фазового состава частиц порошка.Figure 1 shows a micrograph of powder particles; figure 2 – integral curve and histogram of powder particle size distribution; figure 3 – spectrogram of the elemental composition of powder particles; Figure 4 shows a diffraction pattern of the phase composition of powder particles.

Пример 1.Example 1.

На экспериментальной установке для получения свинцово-сурьмянистых порошков из токопроводящих материалов в керосине осветительном при массе загрузки 450 г диспергировали отходы сплава ССу3. При этом использовали следующие электрические параметры установки:In an experimental setup for producing lead-antimony powders from conductive materials, waste CCy3 alloy was dispersed in lighting kerosene with a load mass of 450 g. The following electrical parameters of the installation were used:

− напряжение на электродах от 85…130 В;− voltage on the electrodes from 85...130 V;

− ёмкость конденсаторов 25…45 мкФ;− capacitor capacity 25...45 µF;

− частота следования импульсов 25…50 Гц.− pulse repetition frequency 25…50 Hz.

Данные режимы для получения свинцово-сурьмянистых порошков из отходов сплава ССу3 в воде дистиллированной не рекомендуются, т.к. процесс диспергирования идет прерывисто, поскольку недостаточно энергии для пробоя рабочей жидкости.These modes for obtaining lead-antimony powders from waste CCy3 alloy in distilled water are not recommended, because the dispersion process is intermittent because there is not enough energy to break down the working fluid.

Пример 2.Example 2.

− напряжение на электродах от 150…170 В;− voltage on the electrodes from 150...170 V;

− ёмкость конденсаторов 45…65 мкФ;− capacitor capacity 45...65 µF;

− частота следования импульсов 75…100 Гц.− pulse repetition frequency 75…100 Hz.

Полученный свинцово-сурьмянистый порошок исследовали различными методами. The resulting lead-antimony powder was studied using various methods.

Микроанализ частиц порошка, проведенный с помощью растрового электронного микроскопа «QUANTA 600 FEG», показал, что порошок, полученный методом ЭЭД из отходов сплава ССу3 в керосине осветительном, состоит в основном из частиц правильной сферической, округлой, пластинчатой и чешуйчатой формы. Причем, частицы пластинчатой и чешуйчатой формы преобладают в составе шихты, они меньше по размерам и их количественно больше (фигура 1).Microanalysis of powder particles, carried out using a QUANTA 600 FEG scanning electron microscope, showed that the powder obtained by EED from waste CCy3 alloy in lighting kerosene consists mainly of particles of regular spherical, round, plate-like and scaly shape. Moreover, particles of lamellar and scaly form predominate in the composition of the charge; they are smaller in size and there are more of them (Figure 1).

Анализ распределения по размерам частиц порошка, полученного с помощью анализатора размеров частиц «Analysette 22 NanoTec», показал, что частицы порошка имеют размеры от 0,1 до 60 мкм со средним объемным диаметром 4,76 мкм (фигура 2).Analysis of the particle size distribution of the powder obtained using the Analysette 22 NanoTec particle size analyzer showed that the powder particles range in size from 0.1 to 60 μm with an average volume diameter of 4.76 μm (Figure 2).

Рентгеноспектральный микроанализ частиц порошка, проведенный с помощью энергодисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы «EDAX», встроенного в растровый электронный микроскоп «QUANTA 600 FEG», показал, что порошок, полученный методом ЭЭД из отходов сплава ССу3, состоит из следующих равномерно распределенных по объему частиц элементов: углерод, кислород, свинец, сурьма, в малых количествах присутствует алюминий (фигура 3).X-ray spectral microanalysis of powder particles, carried out using an energy-dispersive X-ray analyzer from EDAX, built into a QUANTA 600 FEG scanning electron microscope, showed that the powder obtained by EED from waste CCy3 alloy consists of the following elements uniformly distributed throughout the particle volume : carbon, oxygen, lead, antimony, aluminum is present in small quantities (figure 3).

Анализ фазового состава частиц порошка, проведенный с помощью рентгеновской дифракции на дифрактометре «Rigaku Ultima IV», показал, что частицы порошка, полученные методом ЭЭД в керосине осветительном из отходов сплава ССу3, состоят из следующих фаз: Pb, PbO, PbO₂, Pb₅O₈.Analysis of the phase composition of powder particles, carried out using X-ray diffraction on a Rigaku Ultima IV diffractometer, showed that powder particles obtained by EED in lighting kerosene from CCy3 alloy waste consist of the following phases: Pb, PbO, PbO ₂ , Pb ₅ O ₈ .

Проведенные исследования показали, что способом электроэрозионного диспергирования отходов сплава ССу3 в керосине осветительном имеется возможность получения порошка-сплава с равномерным распределением легирующих элементов.The studies carried out showed that by using the method of electroerosive dispersion of CCy3 alloy waste in lighting kerosene, it is possible to obtain an alloy powder with a uniform distribution of alloying elements.

Пример 3.Example 3.

− напряжение на электродах от 200…250 В;− voltage on the electrodes from 200...250 V;

Данные режимы получения порошка не рекомендуются, т.к. процесс диспергирования идет не стабильно и сопровождается хлопками.These powder production modes are not recommended, because The dispersion process is not stable and is accompanied by popping noises.

Claims

A method for producing lead-antimony powder, characterized in that the powder is produced by electroerosion dispersion from waste CCy3 alloy in lighting kerosene at an electrode voltage of 150-170 V, a discharge capacitor capacity of 45-65 μF and a pulse repetition rate of 75-100 Hz.