วัสดุผสมของเหล็กรีไซเคิลสามารถแยกออกจากกันได้อย่างไร?


9

อย่างที่ฉันรู้ส่วนสำคัญของเหล็กแปรรูปในปัจจุบัน (ประมาณครึ่งหนึ่ง) มาจากการรีไซเคิล

แต่ในช่วงที่เหล็กเข้ามาในกระบวนการรีไซเคิลนั้นปกติมาจากแหล่งต่าง ๆ ดังนั้นจึงมีวัสดุผสมที่แตกต่างกันมาก

แต่ผลผลิตของเหล็กที่ผ่านกระบวนการแล้วจะต้องเป็นเหล็กที่มีส่วนผสมของโลหะผสมอย่างแน่นอนตามอัตราส่วนที่กำหนด

"การแยก" หรือ "กำจัด" ของโลหะผสมก่อนหน้านี้ของเหล็กรีไซเคิลเกิดขึ้นหรือไม่? และถ้าใช่มันทำงานอย่างไร


1
"มีโลหะผสมอย่างแน่นอนในอัตราส่วนที่ระบุ" ในทางวิศวกรรมยอมรับความคลาดเคลื่อนเท่านั้น - ส่วนที่เหลือทั้งหมดเป็นเพียงความคลาดเคลื่อนเท่านั้นดังนั้นสำหรับเหล็กที่มีคุณภาพแย่ลงความคลาดเคลื่อนของอัตราส่วนเหล่านี้ค่อนข้างจะให้อภัย
เอสเอฟ

ในโลหะวิทยาโดยเฉพาะองค์ประกอบการผสมสำหรับเกรดมาตรฐานจะได้รับช่วงค่อนข้างใจกว้าง (ความคลาดเคลื่อน) ตัวอย่างเช่นเหล็กกล้าเกรด AISI 1018 ซึ่งเรียกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาที่มีคาร์บอน 0.18% w / w อาจมีคาร์บอนอยู่ในช่วง 0.14-0.20% w / w และ Mn อยู่ในช่วง 0.6-0.9% w / W เหตุผลก็คือมีการแลกเปลี่ยนระหว่างความแม่นยำและความเร็วและความแม่นยำสูญเสียความเร็วในพื้นโรงหล่อเพราะโลหะผสมจางหายไป
wwarriner

คำตอบ:


11

ที่ถูกต้องมีจำนวนที่ไม่พึงประสงค์หรือคนจรจัดโลหะ (Cu, Sn, Sb, As) ที่เข้าสู่กระแสการรีไซเคิลจากตัวอย่างเช่นตัวถังรถยนต์ที่มีพื้นเป็นเศษซากโดยไม่ต้องถอดสายทองแดงทั้งหมดหรือดีบุก - กระป๋องเหล็กเคลือบ พลวงและสารหนูมีแนวโน้มที่จะคืบคลานเข้ามาจากแหล่งที่มีธาตุเหล็กหลักที่มีคุณภาพต่ำและต้นทุนต่ำ

คำตอบของคำถามคือไม่ เหล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่จะถูกผสมอย่างเท่าเทียมกันเท่าที่จะเป็นไปได้จากแหล่งต่าง ๆ องค์ประกอบของมันจะถูกวัดและจากนั้นจะเพิ่มเหล็กบริสุทธิ์ตามความจำเป็นเพื่อเจือจางโลหะจรจัดให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้สำหรับการขายต่อหรือการแปรรูปต่อไป หรือแอปพลิเคชัน สแตนเลสและโลหะผสมเกรดสูงอื่น ๆ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันในเวลาการรีไซเคิลจะดำเนินการแยกต่างหากเนื่องจากมูลค่าของ Ni, Cr และอื่น ๆ

ขณะนี้ยังไม่ประหยัดในการประมวลผลเหล็กอีกครั้งเพื่อลบองค์ประกอบของคนจรจัดและดังนั้นจึงไม่สามารถทำได้เลย หนังสือสองเล่มกล่าวถึงกระบวนการที่เป็นประจำและประหยัด: ( แร่โลหะและการพัฒนาอย่างยั่งยืน: ตอบสนองความต้องการวัสดุในอนาคตหน้า 284 เริ่มต้นที่ "เจือจาง") และ ( การผลิตเหล็ก: กระบวนการผลิตภัณฑ์และส่วนที่เหลือเริ่มต้นที่ p. 104 อ่านจนกว่ามันจะไม่เกี่ยวข้องอีกต่อไป) เหตุผลที่ไม่ประหยัดก็คือองค์ประกอบของคนจรจัดทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ไม่ดีกว่าเหล็กที่อุณหภูมิคงที่ดังนั้นการลบออกโดยการออกซิเดชั่นจะต้องออกซิไดซ์เหล็กทั้งหมดก่อน เหตุผลของเรื่องนี้คืออุณหพลศาสตร์และบอกกล่าวล่วงหน้ากับข้อเท็จจริงที่ว่าในบรรดาปฏิกิริยาการแข่งขันผู้ที่ลดพลังงานมากที่สุดจะต้องดำเนินการให้เสร็จก่อนที่จะเกิดปฏิกิริยาอื่น ๆ แม้จะเริ่มโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับความแตกต่างของพลังงานอิสระ เพื่อกำหนดปฏิกิริยาที่มีการลดลงมากที่สุดอาจใช้แผนภาพ Ellingham

ในแผนภาพ Ellingham ด้านล่างแกนนอนคืออุณหภูมิแกนแนวตั้งจะเปลี่ยนเป็นพลังงานกิ๊บส์ฟรี เส้นที่วิ่งผ่านไดอะแกรมในมุมต่าง ๆ นั้นสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระที่เกิดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันขององค์ประกอบกับออกซิเจนซึ่งเป็นหน้าที่ของอุณหภูมิ ในกรณีของเราแผนภาพอาจอ่านได้โดยเลือกอุณหภูมิที่น่าสนใจและอ่านจากด้านล่างเพื่อค้นหาองค์ประกอบแรกที่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ตัวอย่างเช่นถ้าเรามีเหล็กที่มี Fe, Mn, Sn และ Cu อยู่นั้นเราจะเห็นได้ว่าที่ 1,000K จากนั้น Mn, Fe (ถึง FeO), Sn และ Cu เป็นพลังงานที่ใหญ่ที่สุดไปหาน้อยที่สุด

ได้รับอุณหภูมิที่น่าสนใจอยู่ใกล้กับ 1900K (สูงกว่าจุดหลอมเหลวของเหล็ก) แต่แนวโน้มทั่วไปของแต่ละฟังก์ชั่นการเปลี่ยนแปลงพลังงานฟรีกิ๊บส์ยังคงอยู่ทางด้านขวาบนไดอะแกรมและเหล็กยังคงอยู่ใต้องค์ประกอบคนจรจัด Cu, Sn, As และ Sb ที่อุณหภูมิใช้งานจริงและมีแนวโน้มที่จะเดือดตามลำดับ เป็นผลให้การลบเร่ร่อนจากเฟจะต้องออกซิไดซ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพของเหล็กทั้งหมดก่อน และเนื่องจาก Sn, Sb, As และ Cu นั้นละลายได้ในเหล็กเล็กน้อยจึงต้องแยกตัวออกจากปฏิกิริยาเคมี

แผนภาพ Ellingham

เราสามารถเห็นความสามารถในการละลายของคนจรจัดจากไดอะแกรมเฟสของพวกเขาด้วยเหล็กซึ่งฉันได้โพสต์ Sb-Fe ด้านล่าง แผนภาพมีอุณหภูมิเทียบกับองค์ประกอบโดยแต่ละพื้นที่ 2D ที่ต่อเนื่องกันประกอบด้วยเฟสเดียวหรือผสมระหว่างเฟสทั้งสองไปทางซ้ายและขวาซึ่งอยู่ในสมดุลที่อุณหภูมิและองค์ประกอบนั้น ที่ด้านล่างซ้ายเราจะเห็นว่าสำหรับ Sb จำนวนเล็กน้อยและอุณหภูมิห้องมีพื้นที่ต่อเนื่องซึ่งในกรณีนี้หมายถึงเฟสเดียวหรืออัลฟา - เฟ (ชนิดที่เราคุ้นเคย) เนื่องจากมี Sb อยู่และอยู่ในเฟสเดียวจึงต้องละลายในเหล็ก เช่นเดียวกับที่เป็นจริงกับความรุนแรงที่แตกต่างกันของคนจรจัดอื่น ๆ

เฟสเฟส Fe-Sb
(ที่มา: himikatus.ru )

ดังที่ Chris H แสดงความคิดเห็นมีคำถามเช่นกันเมื่อองค์ประกอบการผสมอื่น ๆ ถูกควบคุม โดยทั่วไปการเติมโลหะผสมจะถูกควบคุมให้ใกล้เคียงกับการแข็งตัวมากที่สุดเพื่อลดการสูญเสียของโลหะผสม

เศษเหล็กหลอมละลายเป็นกลุ่มในเตาอาร์คไฟฟ้า หากกระแสเศษเหล็กมีการผสมกันอย่างเพียงพอความเข้มข้นของคนจรจัดอาจถูกประเมินตามการใช้งานที่ผ่านมาและเหล็กหลักจะถูกเพิ่มเข้าไปก่อนการวิเคราะห์ทางเคมีเพื่อชดเชยการประมาณ ส่วนใหญ่จะถูกละลายออกซิเจนจะถูกลบออกโดยการเพิ่มองค์ประกอบที่ด้านล่างของแผนภาพ Ellingham โดยเฉพาะ Ca และ Al และโลหะหลอมเหลวจะถูกถ่ายโอนไปยังทัพพีที่มีฉนวนสูงหนึ่งตัวหรือมากกว่า Ca และอัลทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับออกซิเจนที่ละลายในละลายเพื่อสร้างตะกรันออกไซด์ที่มีความหนาแน่นต่ำซึ่งลอยและถูกลบออกโดยอัตโนมัติ เคมีจะถูกนำไปใช้หลังจากกระบวนการนี้และถ้าคนเร่ร่อนได้รับการเจือจางอย่างเพียงพอโลหะจะถูกถ่ายโอนไปยังทัพพี ถ้าไม่มีธาตุเหล็กหลักที่เพียงพอจะถูกเพิ่มเข้าไปเพื่อเจือจางละลาย

เมื่ออยู่ในทัพพีจะมีการเพิ่มองค์ประกอบการผสมเพิ่มเติม ไม่ได้เพิ่มไว้ก่อนหน้านี้เนื่องจากแผนภาพ Ellingham: องค์ประกอบการผสมส่วนใหญ่รวมถึง Mn, Mo, Cr, V, C และอื่น ๆ มีการสูญเสียพลังงานฟรีมากกว่า Fe และตอบสนองก่อน กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกเขาจางหายไป เพื่อหลีกเลี่ยงการซีดจางของโลหะผสมที่มีราคาแพงพวกเขาจะถูกเพิ่มเข้าใกล้กระบวนการแข็งตัวที่สุด นอกจากนี้การกำจัดออกซิเจนโดยใช้ Al และ Ca ก่อนมีออกซิเจนละลายในเหล็กน้อยกว่าเพื่อทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบผสมราคาแพงกว่า เมื่ออยู่ในทัพพีจะมีความปั่นป่วนในบรรยากาศของเหลวน้อยมากดังนั้นการแพร่กระจายของออกซิเจนใหม่เข้าสู่เหล็กเหลวนั้นค่อนข้างช้า แน่นอนว่ายังมีเวลา จำกัด และการถือกระบวยไว้นานเกินไปจะทำให้โลหะผสมจางหายไป หลังจากเติมโลหะผสมแล้วจะมีการตรวจสอบทางเคมีแล้วจึงเททัพพี

แก้ไขเพื่อเพิ่มแหล่งที่มา แก้ไขเพื่อเพิ่มการสนทนาของการควบคุมโลหะผสม


ฉันคิดว่าและคุณอาจจะยืนยันได้ว่าเช่นเดียวกับการเพิ่มธาตุเหล็กองค์ประกอบการผสมที่สำคัญอื่น ๆ จะถูกควบคุมในจุดกระบวนการเดียวกันโดยประมาณ - แน่นอนว่าคาร์บอนจะต้องถูกควบคุม
Chris H

อาจเป็นโรงหล่อหลังจากตรวจสอบความเข้มข้นของโลหะจรจัดบางครั้งเลือกโลหะผสมที่สามารถใช้งานได้หรือโรงหล่อมักจะตัดสินใจว่าโลหะผสมใดที่จะผลิตก่อนที่พวกเขาจะละลายเศษเหล็กแล้วเพิ่มสิ่งที่จำเป็นเพื่อให้ได้เลือกล่วงหน้า อัลลอยด์ภายในความอดทนที่ระบุ?
supercat

เป็นคำถามที่ดีที่ฉันไม่มีคำตอบที่ชัดเจน ฉันจินตนาการว่าโรงหล่อส่วนใหญ่จะมีการออกแบบโลหะผสมในใจก่อนดำเนินการตามกระบวนการ ฉันยังคิดว่าโลหะจรจัดบางตัวที่อยู่เหนือระดับความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับไม่ได้ในการใช้งานโครงสร้างเพราะพวกเขาลดคุณสมบัติเชิงกลต่ำกว่าระดับที่ต้องการ เนื่องจากโรงหล่อไม่จำเป็นต้องทราบการใช้งานขั้นสุดท้ายของเหล็กแท่งยาวเป็นต้นดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับลูกค้าที่จะเลือกโลหะผสมที่ต้องการ หากลูกค้าระบุว่าโลหะจรจัดไม่เป็นไรอาจเป็นไปได้ขึ้นอยู่กับความเสี่ยงของการปนเปื้อน
wwarriner

6

เท่าที่ทราบฉันจะไม่พยายามแยกส่วนประกอบดังกล่าว

ฉันมีเพื่อนที่ทำงานกับ Lukens Steel ใน Coatesville, PA งานของเขาคือการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่คอยติดตามองค์ประกอบของเศษเหล็กทั้งหมดที่อยู่ในระยะของพวกเขาและคิดหาสัดส่วนที่ถูกต้องว่าจะใช้เศษโลหะชนิดใดสำหรับหลอมละลายใหม่ ๆ เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาทำการวิเคราะห์ที่ครอบคลุมอย่างเป็นธรรมเกี่ยวกับเรื่องที่สนใจทั้งหมดและจัดเรียงโลหะผสมที่คล้ายกันเป็นกองแยก


5

การเห็นพ้องกับDavid Tweed & starriseมันไม่คุ้มค่าที่จะแยกโลหะแต่ละชนิดในโลหะผสมเหล็ก

ในการทำเช่นนั้นก่อนอื่นจะต้องให้โลหะผสมถูกบดขยี้และบดขยี้ตามขนาดของเมล็ดคริสตัลภายในโลหะผสม จากนั้นกระบวนการคัดเลือกแร่ / คริสตัลบางรูปแบบจะต้องได้รับการวางแผนเพื่อแยกและแยกความต้องการออกจากสิ่งที่ไม่ต้องการเช่นการลอยอยู่ในน้ำ บางทีสื่อหนัก อาจเป็นวิธีการแยกแรงโน้มถ่วงเช่นสั่นตารางหรือเกลียว (แต่ฉันสงสัยว่าสิ่งเหล่านี้จะประสบความสำเร็จในขณะที่วิธีการแยกแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความหนาแน่นและน้ำหนักที่สำคัญ) แม้ว่าการแยกแม่เหล็กตามที่ใช้ในอุตสาหกรรมหาดทรายแร่อาจเป็นตัวเลือกสำหรับโลหะผสมบางอย่าง แม้หลังจากนี้ก็จะมีการแยกขยะหรือหางแร่อยู่เสมอซึ่งจะมีการรวบรวมผลึกโลหะผสมที่ยากมากในกองขยะ

การบดการบดและการแยกเงินเป็นค่าใช้จ่ายทั้งหมด ต้นทุนและกำไรเหล่านี้มาจากโลหะผสมเหล็กที่ถูกนำมารีไซเคิลเป็นโลหะแต่ละชนิด

ตั้งแต่ต้นเดือนกุมภาพันธ์ 2558 มูลค่าการเลือกโลหะมีดังนี้:

  • ทองคำ USD 1233.30 ต่อออนซ์ 39.6515 เหรียญสหรัฐต่อกรัมหรือ 39 651 510.84 เหรียญสหรัฐต่อตัน (ใช่ 39.651 ล้านดอลลาร์ต่อตัน)
  • ทองคำขาว USD 1220 ต่อออนซ์หรือ 39 ดอลลาร์สหรัฐ 393 905.97 ต่อตัน (39.2239 M $ / t)

  • เงิน USD 16.68 ต่อออนซ์หรือ 536 USD 274.38 ต่อตัน (0.536 274 M $ / t)

  • โคบอลต์ 29 500 เหรียญสหรัฐต่อตัน
  • นิกเกิล 14 เหรียญสหรัฐ 965 ต่อตัน
  • ตะกั่ว USD 1850 ต่อตัน
  • Billet เหล็ก 500 USD ต่อตัน

สำหรับชื่อ aptly มีค่าโลหะ, Au, Pt & Ag แหล่งที่มาของราคาถูกKitco แหล่งที่มาของราคาโลหะฐาน Co, Ni, Pb และเหล็กแท่งเป็นLME

แร่เหล็กในปัจจุบันคือการขายประมาณ 65 เหรียญสหรัฐต่อตันตามที่ระบุไว้ในดัชนีมุนและY ชาร์ต นั่นเป็นเกรดเฉลี่ยเหล็กร้อยละ 60 เหมืองเหล็กตัดแบบเปิดในออสเตรเลียและบราซิลดำเนินการโดยRio Tinto , BHP-Billiton & Valeค่อนข้างมีความสุขที่ได้ผลิตแร่เหล็กในราคานั้น LKABก็ยินดีที่จะผลิตแร่เหล็ก magnetite จากเหมืองใต้ดิน Kiruna ในสวีเดนในราคานั้น

Macrobusinessมีบทความเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของราคาแร่เหล็กที่จะลดลงถึง 30 เหรียญสหรัฐต่อตันในปี 2558

ในราคาเช่น 0.536 ถึง 39.6 ล้านดอลลาร์ต่อตันมันเป็นเรื่องง่ายที่จะดูว่าทำไมโลหะมีค่าจึงถูกรีไซเคิล แต่ที่ 500 เหรียญสหรัฐต่อตันสำหรับเหล็กแท่งและ 65 เหรียญสหรัฐต่อตันสำหรับแร่เหล็กไม่มีแรงจูงใจที่จะแยกโลหะผสมออกจากโลหะผสมเหล็ก


เมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างของราคาระหว่างนิกเกิลกับเหล็กการวิเคราะห์ของคุณไม่ได้แยกออกจากกรณีทางเศรษฐกิจสำหรับการแยกองค์ประกอบผสม - แม้ว่าพวกเขาจะจบลงด้วยการถูกใส่เข้าไปอีกครั้ง การแยกสามารถทำได้ในสถานะหลอมเหลวและ / หรือด้วยวิธีทางเคมีหากประหยัดก็สามารถทำได้
Chris H

การแยกแรงโน้มถ่วงไม่ทำงานกับเหล็กเนื่องจากความสามารถในการละลายและการพิจารณาทางอุณหพลศาสตร์ เกณฑ์สำหรับความเข้มข้นของคนจรจัดที่ยอมรับไม่ได้ต่ำกว่าความสามารถในการละลายขององค์ประกอบเหล่านั้นที่อุณหภูมิห้อง วิธีเดียวที่จะแยกโลหะจรจัดที่ละลายอยู่ก็คือกระบวนการทางเคมีซึ่งไม่ประหยัดสำหรับ Fe หรือโดยการกลั่นซึ่งเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติเนื่องจากมีจุดเดือดรุนแรงของโลหะที่เกี่ยวข้อง
wwarriner

2

ก่อนอื่นเศษจะถูกแยกที่แหล่งที่มา; เช่นเหล็กหล่อโดยทั่วไปมีเพียง Si และ Mn องค์ประกอบความดันไอสูงจะเดือดหรือสะสมในฟลักซ์ / ตะกรันเช่น Zn, Pb, Sn, Bi, และ ,,,, อะลูมิเนียมออกซิไดซ์และเข้าไปในตะกรัน เหล็กจะรับเศษซาก Cr, Ni, Mo และ Cu โดยทั่วไปจะเป็นประโยชน์ พวกเขาทั้งหมดเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งยกเว้น Cu (Cu มีความสำคัญต่อความต้านทานการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ) V และ Nb และ W มีอยู่ในปริมาณที่น้อยมากดังนั้นจึงไม่มีนัยสำคัญ , และ Co, มีราคาแพงและมีแอปพลิเคชั่นพิเศษดังนั้นมันจึงแยกออกจากกันที่แหล่งขูด; การขูดร่วมนั้นง่ายต่อการระบุ อุปกรณ์ทางการแพทย์และเครื่องยนต์เจ็ทร้อนส่วนใบมีดและใบพัดนอกจากนี้ยังมีเครื่องมือความเร็วสูง - แยกออกจากกันที่แหล่งขูด โลหะผสม Ni และสเตนเลสออสเทนนิติกถูกแยกออกจากแหล่งกำเนิดเนื่องจากไม่ใช่ ferromagnetic Magnetic Martensitic และ Ferritic Stainless (โดยทั่วไปแล้ว 13% Cr) สามารถแยกได้ที่แหล่งกำเนิด การแยกเหล็กที่แหล่งกำเนิดนั้นกระทำเนื่องจากองค์ประกอบโลหะผสมทั้งหมดมีค่ามากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน ต้องมีหนังสืออยู่ในนี้; มันเป็นปัจจัยสำคัญในอุตสาหกรรมเหล็ก ตัวอย่างของสิ่งที่เกิดขึ้นในโลกแห่งความจริง แผ่นเหล็กคาร์บอนเกรด A 516 เป็นชิ้นงานอุตสาหกรรม แต่เมื่อส่วนที่หนามีความแข็งแรงสูงสั่ง "เศษ", Cr, Mo, Ni มีค่าสูงทำให้ผลการรักษาความร้อนเป็นที่ยอมรับ มันเป็นปัจจัยสำคัญในอุตสาหกรรมเหล็ก ตัวอย่างของสิ่งที่เกิดขึ้นในโลกแห่งความจริง แผ่นเหล็กคาร์บอนเกรด A 516 เป็นชิ้นงานอุตสาหกรรม แต่เมื่อส่วนที่หนามีความแข็งแรงสูงสั่ง "เศษ", Cr, Mo, Ni มีค่าสูงทำให้ผลการรักษาความร้อนเป็นที่ยอมรับ มันเป็นปัจจัยสำคัญในอุตสาหกรรมเหล็ก ตัวอย่างของสิ่งที่เกิดขึ้นในโลกแห่งความจริง แผ่นเหล็กคาร์บอนเกรด A 516 เป็นชิ้นงานอุตสาหกรรม แต่เมื่อส่วนที่หนามีความแข็งแรงสูงสั่ง "เศษ", Cr, Mo, Ni มีค่าสูงทำให้ผลการรักษาความร้อนเป็นที่ยอมรับ

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.