廢舊硬質合金提取仲鎢酸銨、鈷、鎳等

廢舊硬質合金隨著經濟的高速發展,硬質合金在各行業中的使用越來越廣泛,從而帶來鎢材料的巨大需求和消耗。而硬質合金的金屬構成元素幾乎都是稀有元素,且金屬鎢占很大比例。硬質合金消耗越多,意味著使用掉的稀有金屬業就越多,從而導致稀有金屬的礦儲存量越來越少、開採也越來越困難,在這樣的情況下,從廢舊硬質合金中提取金屬鎢和其他稀有金屬就顯得異常重要。

廢舊硬質合金再利用步驟:
1.硬質合金的熔化
將廢舊硬質合金倒入熔爐中,加入碳酸氫鈉或碳酸鈉加熱至800~1200℃熔化,制得硬質合金混合物;
2.制取鎢酸鈉溶液
將熔化的硬質合金混合物倒入水中,生成含有鎢酸鈉的反應液和沉澱物,過濾、分離,得到鎢酸鈉溶液和固體物質;
3.製備仲鎢酸銨
鎢酸鈉溶液,經萃取和加入氨水反萃生成鎢酸銨溶液,將該溶液加熱蒸發使得鎢酸銨結晶析出;
進一步的,將APT烘乾、煆燒形成氧化鎢,再在氫氣氛圍中還原成金屬鎢粉;
4.固體物質提取鈷、鎳等金屬
a)將固體物質加入到濃度為10--30%的鹽酸溶液中進行反應,過濾、分離液態物和沉澱物;
b)取液態物,去除雜質鐵後,經萃取工序將含鈷液體和含鎳液體分離;
c)分別往含鈷液體和含鎳液體加入草酸銨溶液,反應完畢,沉澱、過濾、蒸發、烘乾,獲得草酸鈷和草酸鎳的固態物,還原,獲得鈷粉和鎳粉;
d)取沉澱,進行第二次煆燒熔融,溶解于水中,再萃取獲得金屬鉭和金屬鈮。

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仲鎢酸銨製備表層鈷含量呈梯度變化的硬質合金

鈷是具有光澤的鋼灰色金屬,含有一定量鈷的刀具鋼可以顯著地提高鋼的耐磨性和切削性能,故金屬鈷常被用於制取合金。硬質合金表層鈷含量影響其使用性能,具體表現為:
1.最外層鈷相含量低於合金的名義鈷含量,則硬質合金具有很高的硬度和耐磨損性能;
2.中間層鈷相含量高於合金的名義鈷含量,硬質合金具有很好的硬度和耐磨損性能。

硬質合金

文章提出一種以仲鎢酸銨為原料製備表層鈷含量呈梯度變化的硬質合金的方法,其制得的硬質合金的芯部保持正常組織,力學性能和使用壽命均得到提高。其步驟如下:
1.製備糊狀仲鎢酸銨
將仲鎢酸銨溶解在濃度為2%〜4%的聚乙烯醇溶液中得到糊狀仲鎢酸銨,仲鎢酸銨的加入量為聚乙烯醇溶液品質6〜8倍;
2.硬質合金表面滲鎢
將硬質合金包裹在糊狀仲鎢酸銨中,在氫氣氣氛中加熱至800〜900°C,保溫20〜40分鐘後繼續加熱至1400〜1460°C,保溫1〜2小時後,出爐置於氫氣氣氛中冷卻;
3.固體滲碳
採用碳源為炭黑,在1420〜1450°C的溫度下反應0.5〜2小時
4.脫碳相的生成
仲鎢酸銨在氫氣氣氛中加熱至約900°C時,即可部分還原成活性較大的W金屬和氧化鎢,在1400〜1460°C恒溫一段時間,可以將活性W 原子滲入硬質合金中,使得表面區域的液相Co中的W原子濃度增大,從而反應生成脫碳相。

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硬質合金—聚晶金剛石複合球齒抗衝擊性能分析

硬質合金—聚晶金剛石複合球齒是以硬質合金為基體,並在硬質合金球齒基體上進行打孔鑲焊上聚晶金剛石。這樣一來就使得該種複合球齒不僅具有硬質合金良好的硬度和抗衝擊性,而且原本耐磨性的短板也被聚晶金剛石所彌補。從理論上分析,硬質合金—聚晶金剛石複合球齒能夠良好地適應潛孔鑽頭對抗衝擊能力的要求。相關研究人員設計了室內抗衝擊試驗,其採用經計算所得出的潛孔鑽頭球齒在現場施工狀態下所承受的衝擊功對花崗岩進行衝擊,該衝擊試驗在最大程度上模擬了硬質合金—聚晶金剛石複合球齒作為潛孔鑽頭球齒的實際工作環境。

試驗使用硬質合金—聚晶金剛石複合球齒參照φ115潛孔鑽頭直徑為φ16mm的邊齒,通過對比鑲焊不同數量的聚晶金剛石(1-4)的複合球齒分別以30J、50J、70J為衝擊功進行衝擊,衝擊的次數為100次。若硬質合金—聚晶金剛石複合球齒在該衝擊功所衝擊的100次內未發生破裂,則認為該衝擊功在硬質合金—聚晶金剛石複合球齒抗衝擊性的安全值之內。此後再結合不同類型潛孔鑽頭對球齒抗衝擊性的要求,就能夠較為嚴謹地得出硬質合金—聚晶金剛石複合球齒能否滿足相應潛孔鑽頭對球齒抗衝擊能力的要求。該實驗的另一個目的就是通過實驗資料表明聚晶金剛石的個數對硬質合金—聚晶金剛石複合球齒抗衝擊性能的影響,通過在硬質合金基體上打上較多的孔,鑲焊一定數量的聚晶金剛石能夠有效提高硬質合金球齒的耐磨性。鑲焊1-4顆聚晶金剛石的硬質合金—聚晶金剛石複合球齒的示意圖如下:

硬質合金球齒

從圖中我們可以較清晰地看出聚晶金剛石對稱分佈在硬質合金球齒齒尖四周,一般來說尖部所承受的衝擊應力最高,因此硬質合金基體尖部通常不鑲焊聚晶金剛石很大程度上就是為了避免聚晶金剛石受到較強的衝擊力作用而發生破損。實驗結果表明鑲焊1顆聚晶金剛石的硬質合金—聚晶金剛石複合球齒在30J-70J的衝擊作用下並未發生破裂,即在抗衝擊性的安全值之內。而對於直徑φ16mm的高風壓潛孔鑽頭在現場作業中承受的衝擊功的大致範圍也落在這一範圍內,因此可以認為鑲焊1顆聚晶金剛石硬質合金—聚晶金剛石複合球齒能夠符合潛孔鑽頭的使用要求。而當硬質合金基體打孔超過3個時,其抗衝擊性能明顯受到了削弱,在衝擊功大於50J時開始發生破損。所以,對於硬質合金—聚晶金剛石複合球齒來說,並不是聚晶金剛石的個數越多越好,其效果呈正態分佈有一個最佳的匹配範圍,從實驗結果上看1-3顆最佳,超過了3顆球齒的抗衝擊能力開始下降,無法達到潛孔鑽頭的抗衝擊能力要求。

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三氧化鎢陶瓷非線性伏安特性研究

壓敏電阻因具有優異的電學非線性特性,其電阻隨電壓的增加而急劇減小,廣泛應用於各種電子線路中的穩壓和保護器件。ZnO 是最為常見的壓敏電阻材料主要應用於航空、航太、郵電、鐵路、汽車和家用電器等領域。但隨著積體電路的快速發展,各種電子元器件的驅動電壓及耐壓值逐漸下降,由於ZnO 陶瓷壓敏較高和介電常數較低,限制了其在低壓微電子領域的應用。因此近些年來,低壓壓敏電阻材料,如TiO2 、Sr TiO3 和WO3 的研究受到了廣泛的關注。1994 年Makarov 和Trontelj 首先報導了WO3 陶瓷中的非線性行為;王豫等人研究顯示,WO3 陶瓷材料具有極低的壓敏電壓和良好的介電特性,因此是理想的低壓壓敏電阻材料。
 
隨著對WO3 陶瓷的非線性為研究的深入,發現WO3 的非線性特徵和其機理與傳統的ZnO 和SnO2陶瓷壓敏材料均有並不明顯的不同。王豫等認為,傳統的肖特基勢壘模型,不能完全解釋WO3 非線性電學行為,需要對勢壘模型進行修正;研究還顯示WO3的非線性特性可能起源於本征的表面態並且與其複雜相結構特徵有一定的關係。本文研究了WO3 陶瓷經高溫淬火和淬火後經不同氣氛熱處理後陶瓷樣品的非線性行為,著重分析了不同氣氛下熱處理對WO3陶瓷非線性特性和晶界電阻的影響。
 
正常燒結的WO3 陶瓷,能夠表現出明顯的非線性特徵,高溫淬火的樣品無非線性行為;淬火後的陶瓷樣品在富氧條件下熱處理後,又得到了恢復。阻抗譜分析顯示,具有非線性的陶瓷樣品均存在晶界高阻層,而無非線性行為的樣品不存在晶界高阻層。認為,晶界高阻層是陶瓷冷卻過程中在晶粒內外發生的非平衡缺陷的產生和遷移,繼而在氧吸附的作用下在晶粒表面形成的高電阻率層。由於這種晶粒內外巨大的電阻差異的結果特徵,在晶界中形成了電子勢壘。這是WO3陶瓷的非線性特性起源。

WO3
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含鉭硬質合金回收仲鎢酸銨、鉭等

鉭電容鉭,是一種不活潑金屬元素,與鈮共生,主要存在於鉭鐵礦中,硬度適中且富有延展性,膨脹係數很小。由於鉭表面會生成穩定的五氧化二鉭(Ta2O5)保護膜,阻斷反應的繼續,使得鉭具有非常好的抗腐蝕性。

含鉭硬質合金是以碳化鎢為基本的複合碳化物和鈦鈷共同組成的合金,其成分較為複雜,鎢的回收由於本身量大,一般很容易以仲鎢酸銨的形式回收;然而,鉭鈮的含量較低,故而一般僅作為富集物回收,為此開發了各種回收工藝。鋅處理法、硝酸鈉熔融富集法是其中兩種較為常見的方法,其步驟見以下分解。

鋅處理法
1.將燒結的碳化物先在800℃下用液態鋅進行分解處理,使碳化物粒子與金屬鈦鈷間的結合鍵斷裂;
2.以上得到的分解物進行真空蒸餾,把鋅分離處理,並迴圈使用;
3.脫鋅後的產物經細磨並氧化,隨後進行堿處理和水浸等,使得鎢以NaWO3形式進入浸出液,從而制取仲鎢酸銨以回收鎢;
4.步驟3得到的脫鎢渣用硫酸浸出鈷和鈦,得到的浸出渣即為鉭鈮富集物,而後進一步分離和回收鈷和鈦。

硝酸鈉熔融富集法
1.將硬質合金廢料和硝酸鈉一起在700~800℃下進行熔融處理,使硬質合金碳化物發生分解和氧化;
2.熔融物加入水浸出鎢,從而制得仲鎢酸銨以回收鎢;
3.過濾,分離含鎢溶液和濾渣,再加入鹽酸浸出鈷,從而回收鈷;
4.鉭和鈮最後富集在鹽酸浸出渣中,然後進一步回收鉭和鈮。

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