Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Машиностроение, Техника, Химия, Экология
Размещена 09.07.2020. Последняя правка: 15.07.2020.
Просмотров - 217

Использование отработанных никельсодержащих катализаторов в производстве чугуна

Дубовец Денис Леонидович

-

ОАО "Управляющая компания холдинга "МИНСКИЙ МОТОРНЫЙ ЗАВОД"

Инженер по охране окружающей среды 2 категории

Аннотация:
В данной работе описана экспериментально реализованная технология использования отработанных никельсодержащих катализаторов в производстве чугунных изделий.


Abstract:
This paper describes an experimentally implemented technology for using spent Nickel-containing catalysts in the production of cast iron products.


Ключевые слова:
отработанные катализаторы; никель; чугун; отходы; маталлургия

Keywords:
spent catalysts; Nickel; cast iron; waste; matallurgy


УДК 628.4.038

Цель работы: Разработка метода использования отработанных никельсодержащих катализаторов.

Задачи работы:

– Изучение научно-технических достижений стран ближнего и дальнего зарубежья по практике повторного использования отработанных никельсодержащих катализаторов;

– выявление наиболее целесообразного метода использования отработанных никельсодержащих катализаторов;

– экспериментальная реализация наиболее целесообразного метода использования отработанных никельсодержащих катализаторов.

Актуальность данной темы, связана с разработкой технологии, которая позволяет заменить традиционный процесс захоронения отходов на их использование.

Научная новизна: Данная статья описывает перспективную технологию использования отработанных никельсодержащих катализаторов.

Введение

Технологии цементационной и нитроцементационной термообработки металлических изделий, деталей машин и механизмов, точного литья, процессы, требующие использования технического водорода или иных технологических сред машиностроительных и химических предприятий требуют использования никелевых катализаторов различных марок.

После исчерпания своего экплуатационного потенциала, катализатор извлекается из технологического оборудования и переводится в разряд отходов, требующих соответствующего порядка обращения, установленного законодательством в области охраны окружающей среды.

В соответствии с общегосударственным классификатором отходов образующихся в Республике Беларусь (ОКРБ 021-2019), отработанные никельсодержащие катализаторы могут быть классифицированы следующим образом (таблица 1).

 

Таблица 1 – Названия отходов, которые могут быть присвоены отработанным никельсодержащим катализаторам

Код

Наименование отходов

Степень опасности и класс опасности

5950400

Катализаторы, содержащие никель, отработанные

третий класс

5950401

Катализаторы, содержащие никель, отработанные (типа ГИАП 16-01)

 

5950402

Катализаторы, содержащие никель, отработанные (типа никель на кизельгуре)

третий класс

5950403

Катализаторы, содержащие никель, отработанные (типа НКМ-1)

 

 

Поскольку, в соответствии с «Реестром объектов по использованию отходов» и «Реестром объектов по обезвреживанию, хранению и захоронению отходов», ведение которых осуществляет организация уполномоченная Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды, в Республике Беларусь отсутствуют объекты по использованию и обезвреживанию отходов, образующиеся у предприятий и организаций отработанные катализаторы могут направляться на полигоны захоронения отходов, что в свою очередь приводит к увеличению общей нагрузки на действующие полигоны захоронения, тем самым уменьшая их общий срок эксплуатации.

В тоже время, мировая практика показывает, что отходы отработанных катализаторов могут быть повторно использованы в качестве сырья в различных технологических процессах. Так например, в странах, имеющих металлургическую промышленность, широко используются способы пирометаллургического извлечения никеля из отработанных катализаторов.

Известен способ переработки отработанных катализаторов на основе оксида алюминия, содержащих никель, ванадий и молибден, включающий стадии: обжиг в смеси с содой; выщелачивание молибдена и ванадия водой; выщелачивание остатков азотной кислотой; магнитную сепарацию и восстановление концентрата, состоящего из магнитных никель-алюминиевых азотных соединений.

В странах производящих цемент и силикатные строительные материалы (кирпич, керамическая плитка и др.), отработанные катализаторы используются в качестве добавки к шихте.

По результатам изученной научно-технической документации было выявлено, что одним из наиболее целесообразных направлений использования отработанных никельсодержащих катализаторов является металлургический процесс плавки чугуна.

Для подтверждения рациональности использования данного метода, была проведена экспериментальная выплавка чугунных отливок (колец, дисков) марки ИЧХ28Н2 в силитовой печи.

Для опытной плавки выбран следующий состав легирующей смеси: 80 массовых частей затравки (чугунная стружка), 40 частей шлакообразующих материалов (ваграночный шлак), 40 частей восстановителя (электродный бой), 100 частей отработанного никельсодержащего катализатора (ГИАП-16).

В таблице 1 представлен химический состав катализатора ГИАП-16.

 

Таблица 1 – Химический состав катализатора ГИАП-16

Массавая доля компонента, масс.%

NiO

Al2O3

CaO

SiO2

прочее

21,3

60,2

12,6

2,13

3,77

 

В экспериментальном процессе применялась следующая технология (рисунок 1).


 

Рисунок 1 – Принципиальная схема экспериментальной плавки чугуна с использованием отхода отработанного катализатора

 

Перед загрузкой в печь шихту взвешивали, а легирующую смесь сушили при температуре 120 °С.

Сравнительный анализ химического состава и твердости чугуна, полученного при плавке без катализатора и с использованием в составе шихты отработанного никельсодержащего катализатора (в виде легирующей смеси) представлен в таблице 2.

 

Таблица 2 – Химический состав и твердость чугуна с использованием легирующей смеси

Основные элементы и твердость (НRC) чугуна ИЧХ28Н2

Содержание основных элементов в чугуне при плавке по серийной технологии, (%) (ТУ РБ 7000.67266.057-2002)

Содержание основных элементов при плавке по опытной

технологии, (%)

С

2,5-3,0

2,89

Si

0,7-1,4

0,91

Mn

0,5-1,0

0,58

Cr

25,0-30,0

27,10

Ni

1,5-2,0

1,80

твердость

45,5-59,0

49,0-51,0

 

Ковшовая проба соответствовала ТУ РБ 7000.67266.057-2002 для данного чугуна. Плавку вели в течение 3 часов, при этом повышенного количества шлака не отмечено. Измерение твердости сплава по Роквеллу проводили на приборе ТК2.

Твердость сплава так же соответствует техническим условиям на отливки из чугуна ИЧХ28Н2. Визуальный анализ отливок и качество деталей после их механической обработки показал, что применение легирующей смеси взамен гранулированного никеля в составе шихты не оказало влияния на объем усадочных раковин, количество шлаковых и газовых включений, а сами отливки соответствуют ТУ РБ 700067266.057-2002 [1].

Вывод

Порядок отчуждения любых промышленных отходов не должен быть направлен исключительно на захоронение. Предприятиями и организациями, у которых образуются отходы, должны прилагать усилия для того, чтобы превратить «ненужные» материалы в сырье, которое в последующем можно использовать для производства продукции.

По отношению к отработанным никельсодержащим катализаторам, в качестве направления использования может служить металлургия, позволяющая вводить данный вид отходы в шихту в качестве исходного сырья.

Библиографический список:

1. Комаров О. С. Переработка и использование отходов, содержащих цветные металлы / О. С. Комаров, Д. О. Комаров, Н. И. Урбанович. – Минск: БНТУ, 2018. – 114 с.




Рецензии:

8.08.2020, 9:00 Хасанов Шодлик Бекпулатович
Рецензия: Как известно, в настоящее время проблема утилизации отходов промышленности, и именно химической и металлургической промышленности является актуальной проблемой. Использование никелевых катализаторов в процессах с использованием водорода, приводит к образованию крупнотоннажных отходов этих катализаторов, что приводит к загрязнению окружающей среды и нерациональному использованию востребованного в химической промышленности металла. В данной работе рассмотрен один из возможных путей использования никелевых катализаторов, после снятия их с производства в качестве катализатора. Следует отметить, что автором проделана большая работа по утилизации, а именно по включению отходов никелевых катализаторов в процесс плавки чугуна. Исходя из полученных данных установлено, что включение отходов никелевых катализаторов в шихту приводит к сокращению исходного сырья, за счет этих отходов. Таким образом, данная работа отвечает всем требования и может быть опубликована в открытой печати.

11.08.2020 15:15 Ответ на рецензию автора Дубовец Денис Леонидович:
Благодарю Вас за проведенный труд по рассмотрению и рецензированию статьи.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх