一種鎢鈷硬質合金回收工藝的製作方法
2023-06-03 12:26:21
專利名稱：一種鎢鈷硬質合金回收工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於硬質合金技術領域，具體涉及一種廢舊鎢鈷硬質合金回收再利用的工藝。
背景技術：
自從硬質合金問世以來，回收利用問題就一直為業內人士所關注。由於硬質合金一般是由碳化鎢和稀有金屬鈷為主要原料，其經濟價值和製造成本比較高，鎢鈷的回收是一項極有價值的回收領域。由於硬質合金的硬度非常大，很難在常溫下被一些無機酸鹼所溶解，因此在如何回收廢舊硬質合金技術方面出現了許多困境。由於硬質合金的硬質相碳化鎢與粘結劑鈷在一定溫度下燒結形成的粉末冶金的組織結構，因此在所有回收利用工藝中，如何使緻密而堅硬的合金組織得以分解、並重新使這些硬質相與粘結金屬分離開來是所要解決的第一步也是關鍵的一步。目前已有的回收利用工藝主要有以下幾類一是所謂的高溫處理法，主要包括硝石熔融法、空氣氧化燒結法、通氧煅燒法等；二是機械破碎法，主要包括冷碎粉碎法、熱碎粉碎法、鋅熔法等；三是化學處理法，主要包括金屬多價鹽處理法、 氯化法、磷酸浸出法、鹽酸處理法等；四是電化學法，有以鹼作電解質、以鹽酸或硫酸、硝酸作電解質的不同工藝路線；還有通高壓氯、以氨水或胺溶液浸取法；羰基化合物和水蒸氣升華三氧化鎢的分解法等。近年來，受制於環境保護要求的日益嚴格，一些高能耗回收工藝由於會帶來嚴重汙染而停止使用。目前應用比較廣泛的是機械破碎法、鋅熔法和電化學選擇性電溶法。鋅熔法處理硬質合金的機理是基於鋅與硬質合金的粘結相金屬鈷形成低熔點合金，使粘結劑金屬從硬質合金中分離出來，與鋅形成鋅_鈷固溶體合金液，從而破壞了硬質合金的結構，使得緻密合金變成鬆散狀態的硬質相骨架。因此，鋅熔法獲得的碳化物粉末較好的保持了原有的特性。但該工藝處理得到的混合料中鋅含量較高，同時整個工藝的電耗能較大，同時對設備的要求也較高。選擇性電化學溶解法是以廢舊合金作為陽極，置於鹽酸溶液電解質中，在一定的選擇極間電壓下，通入直流電，廢舊硬質合金碎料在直流電場的作用下，其中的粘結相金屬鈷在陽極上氧化成為二價陽離子進入溶液與氯離子結合生成氯化鈷溶液，合金中的碳化鎢逐步從合金體中脫離下來以固體顆粒或片狀物形式留存於陽極槽或沉入電質液底部。通過回收電解質中的鈷和固相中的碳化鎢進行硬質合金的再制。此方法的缺點在於對電解質的鹽濃度、電流密度、槽電壓、溶液溫度、電解質流動狀態都有嚴格的要求，如果控制不當則在陽極上將有氯和氧析出，會使碳化鎢剝落、電流效率大大降低，並在陽極產生鈍化現象。鑑於此，工藝簡單、流程短、能耗低、不汙染環境的機械破碎法成為了當前硬質合金回收再利用工藝的首選。所謂機械破碎法是指用手工或機械的辦法破碎到一定細度後裝入溼磨機中研磨，達到一定的粒度後用於再制硬質合金。但往往在硬質合金手工破碎時，會由於工具的金屬材料碎屑帶入破碎料中使得得到的粉料混入少許雜質；此外，由於含鈷含量較高的硬質金屬不易破碎，使得機械破碎法一般只適用於鈷含量低於10%的硬質合金的回收，適用範圍受到限制；同時對於成分複雜的硬質合金混合料也難以保證再生產品的質量。在此基礎上開發出了急凍法進行破碎，即先將廢舊硬質合計加熱至800°C以上立即放入冷水中急凍，致使硬質合金髮生崩裂，然後再進入機械破碎過程。此方法可以避免破碎過程中雜質的混入，同時也可以保證破碎粉料的質量。但該方法受限於冷水的最低溫度只能在o°c左右，急凍前後的溫差有限，該方法只能使得廢舊硬質合金崩裂為大塊裂塊，然後還需要進行二次機械破碎才能進行打磨粉碎步驟；同時將硬質合金浸入冷水急凍會使得硬質合金的表面發生氧化，不利於後續處理及硬質合金的再製備。
發明內容
為此，本發明所要解決的技術問題在於現有技術中鎢鈷硬質合金回收工藝存在雜質汙染、以及破碎效果較差的問題，進而提供一種無雜質汙染、破碎性效果較好的鎢鈷硬質合金回收工藝。為解決上述技術問題，本發明所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於，包括如下步驟
(1)將廢舊硬質合金清洗，以去除表面的銅、鐵、矽、磷及油汙等雜質；
(2)將清洗後的廢舊硬質合金加熱至800°C以上，並立即轉入真空密閉容器中，同時通入-150°C以下的液態惰性冷介質，使合金迅速冷卻至-20°C，所述廢舊硬質合金即可破裂為粒徑8-IOmm的碎塊；
(3)將步驟(2)中破碎得到的碎塊打磨粉碎至粒徑為2-8μ m的不同粒級的粉料，即得所需的硬質合金粉料。所述液態惰性冷介質為液氮。所述步驟(2)中，優選將清洗後的廢舊硬質合金加熱至900-1000°C。所述步驟(2)中，所述加熱步驟是在通入保護氣體的條件下將所述廢舊硬質合金的加熱至所需溫度。所述保護氣體為氮氣。所述步驟(1)中，所述清洗步驟是採用超聲波清洗所述廢舊硬質合金。所述超聲波的頻率為20_60kHz，溫度為常溫，不高於50°C即可，所使用的清洗介質可以選擇清水、或本領域常見的清洗介質，優選磷酸鹽溶液，如本領域技術人員常使用的磷酸氫二鈉溶液、磷酸二氫納等溶液均可實現。所述步驟(3)中，所述打磨粉碎步驟是在球磨機內進行的。所述球磨機為六角球磨機。所述打磨粉碎步驟，還需要在所述六角球磨機內添加分散介質。所述分散液體為酒精或己烷。所述打磨粉碎步驟之後還包括將所得粉料乾燥的步驟，使得添加至球磨機內的分散介質揮發。本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點
1、本發明所述的適於廢舊硬質合金的回收工藝將廢舊的硬質合金加熱後投入低溫液氮進行急凍，利用急速溫差引起的應力變化差迫使所述硬質合金可以克服自身強度破裂成小粒徑碎塊，而且由於液氮的低溫可以達到-180°C，遠遠低於冷水的低溫溫度，使得急凍前後溫差進一步加大，迫使所述的硬質合金破裂為粒徑更小的碎塊，可達到8-10mm，無需進行二次機械破碎即可直接進行更小粒徑的打磨粉碎步驟，工藝簡單；
2、選用液氮進行急凍，還可以對所述硬質合金起到保護作用下，避免表面氧化影響所得粉料的質量及性能；
3、由於液氮的難於保存性，使得其不可能像水一樣存放於開放容器中用於高溫硬質合金的急凍之用，因此本發明通過將加熱後的廢舊合金快速轉移至另外的真空密閉容器中， 並採用注入的方式將保存的液氮通入所述真空密閉容器中用於急凍，解決了由於液氮的難於保存性導致其不可能像水介質一樣用於硬質合金急凍破碎的困難；
4、雖然選用液氮作為急凍介質的原理與採用水作為急凍介質的原理近似，但僅僅根據該原理也無法估計出採用液氮急凍是否可以將廢舊硬質合金破碎至可直接進行研磨的粒徑粉料，而且鑑於液氮應用中存在的各種困難，使得廢舊硬質合金回收領域中一直沒有採用液氮作為急凍介質的工藝出現，本發明通過克服了液氮保存及使用中的困難，採用液氮作為急凍介質，試驗得到了粒徑更小的且無需二次破碎的粉料，克服了以往本領域技術人員對於廢舊硬質合金領域存在的技術偏見及技術難點，取得了意想不到的技術效果；
5、在加熱過程中，通入氮氣作為保護氣體，也可以對所述硬質合金起到保護作用，避免其表面氧化；
6、清洗步驟中選用清洗效果極好的超聲波清洗方式，可以最大限度實現廢舊硬質合金表面的清理純化，提高了所得的硬質合金粉料的性能；
7、所述的打磨粉碎步驟選用六角球磨機可以進一步加強打磨效果，有助於得到粒徑較小的不同粒級的硬質合金粉末；
8、本發明所述的硬質合金回收工藝，由於急凍前後的破裂強度更大，因此本發明所述的回收工藝同樣可適用於鈷含量大於10%的高強度硬質合金的回收，擴大了現有技術中機械破碎方法的適用範圍；
9、經由本發明所述的回收工藝製備得到的硬質合金粉料經檢測其具體成分及含量後可再次用於加工製備硬質合金材料，加工得到的硬質合金材料的強度及其他性能參數均與採用新原料加工得到的硬質合金的性能相同或相近似。
具體實施例方式實施例1
本實施例所述的適用於硬質合金的回收工藝，包括如下步驟
(1)將廢舊硬質合金清洗，以去除表面的銅、鐵、矽、磷及油汙等雜質；
(2)將清洗後的廢舊硬質合金加熱至800°C以上，並立即轉入密閉真空的深冷室中，同時通入-150°C以下的液態惰性冷介質，使合金迅速冷卻至-20°C，所述廢舊硬質合金即可破裂為粒徑8-10mm的碎塊；
(3)將步驟(2)中破碎得到的碎塊機械打磨粉碎至粒徑為4-8μ m粒度的粉料，即得所需的硬質合金粉料。經由本實施例所述工藝製備得到的硬質合金粉料經檢測其具體成分及含量改配後可再次用於加工製備硬質合金截煤齒，加工得到的硬質合金截煤齒命名型號為KD30H，其
權利要求
1.一種鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於，包括如下步驟(1)將廢舊硬質合金清洗去除表面雜質；(2)將清洗後的廢舊硬質合金加熱至800°C以上，並立即轉入真空密閉容器中，同時通入-150°C以下的液態惰性冷介質冷卻降溫，所述廢舊硬質合金破裂為碎塊；(3)將步驟(2)中破碎得到的碎塊打磨粉碎至粒徑為2-8μ m的粉料，即得所需的硬質合金粉料。
2.根據權利要求1所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述液態惰性冷介質為液氮。
3.根據權利要求2所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述步驟(2)中，將清洗後的廢舊硬質合金加熱至900-1000°C。
4.根據權利要求1或2或3所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述步驟(2) 中，所述加熱步驟是在通入保護氣體的條件下將所述廢舊硬質合金的加熱至所需溫度。
5.根據權利要求4所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述保護氣體為氮氣。
6.根據權利要求1-5任一所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述步驟(1) 中，所述清洗步驟是採用超聲波清洗所述廢舊硬質合金。
7.根據權利要求6所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述超聲波的頻率為 20-60kHz。
8.根據權利要求1-7任一所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述步驟(3) 中，所述打磨粉碎步驟是在球磨機內進行的。
9.根據權利要求8所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述球磨機為六角球磨機。
10.根據權利要求9所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述打磨粉碎步驟， 還需要在所述六角球磨機內添加分散介質。
11.根據權利要求10所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述分散液體為酒精或己烷。
12.根據權利要求10或11所述的鎢鈷硬質合金回收工藝，其特徵在於所述打磨粉碎步驟之後還包括將所得粉料乾燥的步驟。
全文摘要
本發明屬於硬質合金技術領域，具體涉及一種廢舊鎢鈷硬質合金回收再利用的工藝。本發明所述的回收工藝，通過(1)將廢舊硬質合金清洗；(2)將清洗後的廢舊硬質合金加熱至800℃以上，並立即轉入真空密閉容器中，同時通入-150℃以下的液態惰性冷介質冷卻降溫，所述廢舊硬質合金破裂為碎塊；(3)將破碎得到的碎塊打磨粉碎至粒徑為2-8μm的粉料，即得所需的硬質合金粉料。本發明所述的回收工藝利用急速溫差引起的應力變化差迫使所述硬質合金可以克服自身強度破裂成小粒徑碎塊，而且由於液氮的低溫可以達到-180℃，迫使所述的硬質合金破裂為粒徑更小的碎塊，無需進行二次機械破碎即可直接進行更小粒徑的打磨粉碎步驟，工藝簡單。
文檔編號C22B7/00GK102294488SQ201110242850
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月23日 優先權日2011年8月23日
發明者應澤榮, 董偉 申請人:浙江銳利硬質合金有限公司