Bagaimana bahan paduan baja daur ulang dipisahkan?

Seperti yang saya tahu, sebagian besar baja yang saat ini diproses (sekitar setengahnya) berasal dari daur ulang.

Tetapi selama baja masuk ke proses daur ulang datang secara normal dari berbagai sumber, dan dengan demikian mereka mengandung bahan paduan yang sangat berbeda.

Tetapi output dari baja yang diproses ulang haruslah baja yang mengandung paduan tepat dalam rasio yang ditentukan.

Apakah beberapa jenis "pemisahan", atau "pelepasan" dari paduan sebelumnya dari baja daur ulang terjadi? Dan jika ya, bagaimana cara kerjanya?

Itu benar, ada sejumlah logam yang tidak diinginkan, atau gelandangan, (Cu, Sn, Sb, As) yang masuk ke aliran daur ulang, misalnya, badan mobil yang digiling menjadi skrap tanpa melepas semua kabel tembaga, atau timah kaleng baja berlapis. Antimon dan arsenik cenderung masuk dari sumber besi primer berkualitas rendah dan murah.

Jawaban atas pertanyaannya adalah tidak. Baja daur ulang dicampur serata mungkin dari berbagai sumber, komposisinya diukur, dan kemudian besi murni ditambahkan seperlunya untuk melarutkan logam tramp ke tingkat yang dapat ditoleransi untuk dijual kembali atau diproses lebih lanjut, seperti memenuhi kadar baja spesifik untuk produk tertentu atau aplikasi. Baja tahan karat dan kadar paduan tinggi lainnya yang dikenal pada waktu daur ulang diproses secara terpisah karena nilai Ni, Cr, dll.

Saat ini tidak ekonomis untuk memproses ulang besi untuk menghilangkan elemen gelandangan, dan karena itu tidak dilakukan sama sekali. Dua buku menyebutkan proses itu sebagai proses yang teratur dan ekonomis: ( Mineral, Logam, dan Keberlanjutan: Memenuhi Kebutuhan Material Masa Depan , hal. 284, dimulai dari "pengenceran") dan ( Produksi Baja: Proses, Produk, dan Residual), mulai dari hal. 104, baca sampai tidak relevan lagi). Alasannya tidak ekonomis adalah bahwa elemen-elemen gelandangan bereaksi lebih lemah dengan oksigen daripada besi pada suhu konstan, jadi untuk menghilangkannya dengan oksidasi akan membutuhkan pengoksidasi semua besi terlebih dahulu. Alasan untuk ini adalah termodinamika, dan didasarkan pada fakta bahwa di antara reaksi yang bersaing, mereka dengan penurunan terbesar dalam energi bebas melanjutkan hampir selesai sebelum reaksi lain bahkan dimulai, terutama dengan perbedaan besar dalam energi bebas di antara reaksi yang bersaing. Untuk menentukan reaksi mana yang memiliki penurunan terbesar, diagram Ellingham dapat digunakan.

Dalam diagram Ellingham di bawah ini, sumbu horizontal adalah suhu, sumbu vertikal berubah dalam energi bebas Gibbs. Garis-garis yang berjalan melintasi diagram pada berbagai sudut berhubungan dengan perubahan energi bebas yang disebabkan oleh reaksi oksidasi unsur dengan oksigen, sebagai fungsi temperatur. Dalam kasus kami, diagram dapat dibaca dengan memilih suhu yang menarik, dan membaca dari bawah untuk menemukan elemen pertama yang bereaksi dengan oksigen. Misalnya, jika kita memiliki baja dengan Fe, Mn, Sn, dan Cu di dalamnya, kita dapat melihat bahwa pada 1000K maka Mn, Fe (ke FeO), Sn dan Cu adalah urutan penurunan energi bebas terbesar hingga terkecil.

Memang, suhu bunga lebih dekat ke 1900K (di atas titik leleh besi), tetapi tren umum masing-masing fungsi perubahan energi bebas Gibbs terus ke kanan pada diagram dan besi tetap di bawah elemen tramp Cu, Sn, As dan Sb pada suhu praktis, dan cenderung ke titik didih masing-masing. Akibatnya, menghilangkan gelandangan dari Fe akan membutuhkan oksidasi yang efektif untuk semua zat besi terlebih dahulu. Dan karena Sn, Sb, As dan Cu sedikit larut dalam besi, mereka memerlukan pemisahan melalui reaksi kimia.

Seseorang dapat melihat kelarutan gelandangan dari diagram fase mereka dengan besi, yang telah saya poskan Sb-Fe di bawah ini. Diagram memiliki suhu terhadap komposisi, dengan masing-masing wilayah 2D yang berdekatan terdiri dari salah satu fase, atau campuran dari dua fase ke kiri dan kanan, yang berada dalam kesetimbangan pada kombinasi suhu dan komposisi. Di kiri bawah kita melihat bahwa untuk sejumlah kecil Sb dan suhu kamar, ada daerah yang berdekatan yang dalam hal ini menunjukkan fase tunggal, atau alpha-Fe (jenis yang kita kenal). Karena ada Sb, dan itu dalam satu fase, itu harus dilarutkan dalam besi. Hal yang sama berlaku, dengan tingkat keparahan yang berbeda, dari gelandangan lainnya.

_{(sumber: himikatus.ru )}

Seperti yang dikomentari Chris H, ada juga pertanyaan kapan elemen paduan lain dikontrol. Secara umum penambahan paduan dikontrol sedekat mungkin dengan solidifikasi, untuk meminimalkan kehilangan paduan.

Memo dicairkan secara massal dalam tungku busur listrik. Jika aliran memo dicampur cukup, maka konsentrasi gelandangan dapat diperkirakan berdasarkan penggunaan masa lalu dan besi primer ditambahkan sebelum analisis kimia untuk mengkompensasi estimasi. Massa tersebut kemudian dicairkan, oksigen dihilangkan melalui penambahan elemen di bagian bawah diagram Ellingham, khususnya Ca dan Al, dan logam cair ditransfer ke satu atau lebih ladle yang sangat terisolasi. Ca dan Al bereaksi cepat dengan oksigen yang dilarutkan dalam lelehan untuk menghasilkan kerak oksida berdensitas rendah yang mengapung dan dihilangkan secara mekanis. Kimia diambil setelah proses ini, dan jika tramp cukup diencerkan, logam dipindahkan ke sendok. Jika tidak, besi primer yang cukup ditambahkan untuk mencairkan lelehan.

Setelah di sendok, elemen paduan tambahan ditambahkan. Mereka tidak ditambahkan sebelumnya karena diagram Ellingham: sebagian besar elemen paduan termasuk Mn, Mo, Cr, V, C, dll. Memiliki kehilangan energi bebas lebih besar daripada Fe, dan bereaksi terlebih dahulu. Dengan kata lain, mereka memudar. Untuk menghindari pudar penambahan paduan yang mahal, mereka ditambahkan sedekat mungkin dengan proses pemadatan. Selain itu, dengan menghilangkan oksigen menggunakan Al dan Ca terlebih dahulu, ada lebih sedikit oksigen yang terlarut dalam zat besi untuk bereaksi dengan elemen paduan yang lebih mahal. Setelah di sendok, ada sedikit turbulensi antarmuka atmosfer-cair, sehingga difusi oksigen baru ke dalam besi cair relatif lambat. Tentu saja masih ada batas waktu, dan memegang sendok terlalu lama akan menyebabkan paduan logam memudar. Setelah penambahan paduan, kimia diperiksa, dan kemudian sendok dituang.

Diedit untuk menambahkan sumber. Diedit untuk menambah diskusi tentang kontrol paduan.

Sejauh pengetahuan saya, pemisahan komponen seperti itu tidak dilakukan.

Saya punya teman yang pernah bekerja untuk Lukens Steel di Coatesville, PA. Tugasnya adalah menulis perangkat lunak komputer yang melacak komposisi semua baja skrap yang mereka miliki di pekarangan mereka dan menghasilkan proporsi yang benar dari jenis skrap mana yang akan digunakan untuk lelehan baru. Jelas, ini menyiratkan bahwa mereka melakukan analisis yang cukup komprehensif dari semua skrap yang masuk dan mengurutkan paduan serupa ke dalam tumpukan terpisah.

Untuk menyetujui dengan David Tweed & starrise , adalah tidak ekonomis untuk memisahkan masing-masing logam dalam paduan baja.

Untuk melakukannya, pertama-tama membutuhkan paduan untuk dihancurkan dan ditumbuk dengan ukuran butir kristal dalam paduan. Maka beberapa bentuk proses pemilihan mineral / kristal perlu dirancang untuk memisahkan dan memisahkan yang diinginkan dari yang tidak diinginkan, seperti: flotasi buih; mungkin media yang berat; mungkin metode pemisahan gravitasi seperti meja gemetar atau spiral (tapi saya ragu ini akan berhasil karena metode pemisahan gravitasi bergantung pada perbedaan kepadatan & berat yang signifikan); meskipun pemisahan magnetik, seperti yang digunakan dalam industri pasir mineral mungkin menjadi pilihan untuk beberapa paduan. Bahkan setelah ini, akan selalu ada divisi limbah atau tailing di mana kristal paduan yang sangat sulit akan dikumpulkan di tempat pembuangan.

Menghancurkan, menggiling dan memisahkan semua biaya uang. Biaya dan keuntungan ini harus berasal dari paduan baja yang didaur ulang ke masing-masing logam.

Pada awal Februari 2015, nilai logam pilihan adalah:

• Emas USD 1233,30 per oz, USD 39,6515 per g atau USD 39 651 510,84 per ton (ya, 39,651 juta dolar per ton)

• Platinum USD 1220 per oz atau USD 39 223 905,97 per ton (39,2239 M $ / t)

• Perak USD 16,68 per oz atau USD 536 274,38 per ton (0,536 274 M $ / t)

• Cobalt USD 29 500 per ton
• Nikel USD 14.965 per ton
• Pimpin USD 1850 per ton
• Billet Baja USD 500 per ton

Untuk logam mulia yang dinamai tepat , Au, Pt & Ag, sumber harganya adalah Kitco . Sumber harga untuk logam dasar, Co, Ni, Pb & billet baja adalah LME .

Bijih besi saat ini dijual dengan harga sekitar USD 65 per ton seperti yang dinyatakan pada Indeks Mundi dan Y Charts . Itu untuk nilai rata-rata 60 persen besi. Tambang besi terbuka di Australia dan Brasil, yang dioperasikan oleh Rio Tinto , BHP-Billiton & Vale cukup senang memproduksi bijih besi pada harga itu. LKAB juga senang memproduksi bijih besi magnetit dari tambang bawah tanah Kiruna di Swedia untuk harga itu.

Macrobusiness memiliki artikel tentang kemungkinan harga bijih besi turun menjadi USD 30 per ton pada tahun 2015.

Dengan harga seperti 0,536 hingga 39,6 juta dolar per ton, mudah untuk melihat mengapa logam mulia didaur ulang. Tetapi pada USD 500 per ton untuk billet baja dan USD 65 per ton untuk bijih besi tidak ada insentif untuk memisahkan logam paduan dari paduan baja.

Pertama, memo dipisahkan pada sumbernya; misalnya besi tuang umumnya hanya mengandung Si dan Mn. Elemen tekanan uap tinggi mendidih atau terkumpul dalam fluks / terak: misalnya, Zn, Pb, Sn, Bi, An ,,, Aluminium mengoksidasi dan masuk ke dalam terak. Baja memang mengambil residu Cr, Ni, Mo, dan Cu, umumnya ini menguntungkan; mereka semua menambah hardenability kecuali Cu. (Cu penting dalam ketahanan korosi atmosferik). V dan Nb dan W hadir dalam jumlah yang sangat kecil sehingga tidak signifikan. , Dan Co, mahal dan memiliki aplikasi khusus sehingga juga dipisahkan pada sumber gesekan; Mengikis Co mudah diidentifikasi; prostesis medis dan bilah panas baling-baling dan baling-baling, juga dalam beberapa alat kecepatan tinggi - terpisah di sumber gesekan. Paduan Ni dan stainless austenitik dipisahkan pada sumbernya karena tidak bersifat feromagnetik. Magnetic Martensitic dan ferritic stainless (biasanya 13% Cr) dapat dipisahkan pada sumber gesekan. Pemisahan baja pada sumbernya dilakukan karena semua elemen paduan bernilai lebih dari baja karbon. Harus ada buku yang tersedia tentang ini; itu adalah faktor utama dalam industri baja. Contoh dari apa yang terjadi di dunia nyata; pelat baja karbon grade 516 adalah pekerja keras industri tetapi ketika bagian tebal dengan kekuatan tinggi dipesan, "entah bagaimana" residu Cr, Mo, Ni tinggi memungkinkan hasil perlakuan panas yang dapat diterima. itu adalah faktor utama dalam industri baja. Contoh dari apa yang terjadi di dunia nyata; pelat baja karbon grade 516 adalah pekerja keras industri tetapi ketika bagian tebal dengan kekuatan tinggi dipesan, "entah bagaimana" residu Cr, Mo, Ni tinggi memungkinkan hasil perlakuan panas yang dapat diterima. itu adalah faktor utama dalam industri baja. Contoh dari apa yang terjadi di dunia nyata; pelat baja karbon grade 516 adalah pekerja keras industri tetapi ketika bagian tebal dengan kekuatan tinggi dipesan, "entah bagaimana" residu Cr, Mo, Ni tinggi memungkinkan hasil perlakuan panas yang dapat diterima.