СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ТВЕРДОГО СПЛАВА ВК8 ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫМ ДИСПЕРГИРОВАНИЕМ
METHOD OF PROCESSING SOLID ALLOY WASTES BY ELECTRIC CHARGE DISPERSION

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности касается переработки отходов твердых сплавов и использования полученного порошка в качестве альтернативного сырья для изготовления режущего инструмента.
Известен следующий способ переработки твердого сплава, включающий дробление твердосплавных отходов в дробилке до получения кусочков средним размером менее 1 мм за 10 минут и измельчение в течение нескольких суток в шаровых мельницах различного вида [1].
К недостаткам этого способа можно отнести быстрый механический износ оборудования и загрязнение порошка мелющими частями мельниц (обычно железом).
3
2
2
4
2
2
3
2
3
2
2
Известен химико-металлургический способ полного разложения отходов в сильных окислителях - щелочных нитратах и нитритах сплавлением или обжигом WC+NaNO(NaNO)→NaWO+CO+NO; Co+NaNO→CoO+NO+NaO. Затем происходит растворение в горячей воде, фильтрация и осаждение. Вольфрам экстрагируется из очищенного вольфрамата натрия реагентом (амины или др.), который растворяют в органическом растворителе (керосин или алкилбензол) для отделения от ионов натрия. Из полученного раствора выделяют поливольфрамат аммония с помощью водного раствора аммиака. Поливольфрамат аммония легко отделяется от раствора выпариванием, затем его прокаливают, восстанавливают в водороде до вольфрама, карбидизируют и используют для производства твердого сплава [2].
2
К недостаткам этого метода можно отнести многостадийность и выделение вредных газов (NO), поэтому его применение в данное время незначительно.
Известен способ переработки твердого сплава, заключающийся в экстракции кобальта цинком с последующей вакуумной дистилляцией (цинковый способ). Твердосплавной лом помещают в расплав цинка в соотношении 1:1. Вначале происходит избирательное растворение кобальта на межзеренных границах сплава, а затем диффузия в расплав цинка. После заполнения сплава цинком из печи откачивают газ до разрежения, и цинк испаряется из сплава до содержания 0,1%. Губка, состоящая из карбида вольфрама, как и осадок кобальта, легко размалывается до порошка [3].
К недостаткам способа можно отнести загрязнение получаемого порошка цинком и вредность работы с его парами.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ термической регенерации, включающий окисление, восстановление и карбидизацию. Окисление проводят в атмосфере воздуха или в кислороде при 800-1000°С в течение нескольких часов с удельными энергозатратами 16 кВт·ч/кг. Затем следует измельчение, восстановление водородом при 800°С, смешивание с сажей в течение 2 часов и карбидизация при 1050…1100°С в печи [4].
Недостатками являются длительность и многостадийность процесса и, как следствие, высокие энергозатраты.
Техническим результатом является повышение качества технологии переработки отходов твердого сплава.
Технический результат достигается тем, что способ переработки отходов твердого сплава электроэрозионным диспергированием включает диспергирование отходов - превращение исходных кусков твердого сплава в порошок при их окислении, смешивание порошка с сажей и карбидизацию. При этом диспергирование осуществляют электроэрозионным диспергированием отходов твердого сплава ВК8 в воде, после которого полученный порошок смешивают с сажей, а карбидизацию осуществляют в вакуумной печи при температуре 950°С в течение одного часа.
Патентоспособность способа обеспечивается применением электроэрозионного диспергирования для получения порошка.
Способ осуществлялся следующим образом.
В качестве исходного материала использовали отходы среднезернистого спеченного твердого сплава ВК8 ГОСТ 3882-74. Электроэрозионное диспергирование твердого сплава производили на лабораторной установке в насыпном слое при энергии импульса 27 Дж, напряжении импульса U=300B, частоте импульсов F=100 Гц. Энергозатраты на диспергирование одного кг составляют 20 кВт·ч.
Контроль содержания углерода в диспергированном порошке производили в анализаторе на углерод АН-8112. Содержание углерода в полученном порошке составило 2,7% вместо 5,4-5,6% у стандартного порошка сплава ВК8. Недостающее количество углерода добавили в виде сажи П804Т (3,1% от массы диспергированного порошка) из расчета получения смеси WC+Co, содержащей 5,6% углерода. Смешивание вели в шаровой мельнице в течение 2 часов. Карбидизацию производили в вакуумной печи при температуре 950°С в течение одного часа.
Полученный порошок был использован в качестве добавки к стандартному порошку сплава ВК8. Доля регенерированного порошка в смеси составила 40%. Полученная порошковая смесь содержала 5,4% углерода и соответствовала по химическому составу стандартной смеси для изготовления сплава ВК8. Прессованием и спеканием при температуре 1550°С был получен сплав, который имеет повышенную твердость и пониженный размер зерна (Таблица 1).
Таблица 1
Сравниваемые характеристики твердых сплавов
Микротвердость, ГПа
Твердость, HRA
Плотность, г/см<sup>3</sup>
Средний размер зерна d<sub>wc</sub>, мкм
Стандартный сплав ВК8
12,8
87,5
14,6
1,4
Регенерированный сплав ВК8 (40% рег.+60% станд.)
13,9
89,0
14,5
0,84
Полученный таким образом порошок используют для изготовления изделий из твердого сплава в качестве недорогой добавки до 50%, что удешевляет получаемые изделия без потери их качества. Предлагаемый способ переработки твердого сплава обеспечивает отсутствие механического износа оборудования, чистоту и безвредность производства и позволяет получать порошок, пригодный для использования в производстве твердых сплавов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Орданьян, С.С. Свойства твердых сплавов на основе регенерированного сплава ВК6 /Орданьян С.С., Скворцова И.В., Пантелеев И.Б.// Цветные металлы - 2001. - №1. - С.94-96.
2. Lassner, E. From Tungsten Concentrates and Scrap to Highly Pure Ammonium Paratungstate (APT) in The Chemistry of Non-Sag Tungsten /E.Lassner//, Ed. L.Bartha, E.Lassner, W.-D.Schubert and B.Lux, Pergamon, 1995, p.35-44.
3. Hirose, K. Recycling Cemented carbides without Pollution - Sorting Charging Material for Zinc Process /K.Hirose, I.Aoki// Int. Conf. Process. Mater. Prop., 1st 1993, 845-848.
4. Sasai, S. Development of New Recycling System of WC-Co Cermet Scraps /S.Sasai, A.Santo, T.Shimizu, T.Kojima, H.Itoh.// Waste Management and the Environment - 2002 - Ecology and the Environment volume 56 - p.13-22.