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CN116116569A - 废料回收处理方法及其应用的废料回收处理系统 - Google Patents

废料回收处理方法及其应用的废料回收处理系统 Download PDF

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CN116116569A
CN116116569A CN202211626296.9A CN202211626296A CN116116569A CN 116116569 A CN116116569 A CN 116116569A CN 202211626296 A CN202211626296 A CN 202211626296A CN 116116569 A CN116116569 A CN 116116569A
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CN202211626296.9A
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邱扬淳
夏伟瀚
张士浤
王金美
于爽
李平平
罗坤杰
洪辰谕
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Fulian Yuzhan Technology Shenzhen Co Ltd
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Fulian Yuzhan Technology Shenzhen Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理方法及其应用的废料回收处理系统，其中该不锈钢包括无磁性的奥氏体不锈钢。本发明通过对该废料进行热处理和深冷处理，利用所述处理产生的高温差，使无磁性的奥氏体不锈钢转变为有磁性的N相奥氏体(γ‑N phase)不锈钢，从而可利用磁吸装置将有磁性的N相奥氏体不锈钢与铝合金分离。相较于传统的化学法，本发明的废料回收处理方法及其应用的废料回收处理系统简单快速、成本低且对环境友好。

Description

废料回收处理方法及其应用的废料回收处理系统
技术领域
本申请涉及工业废料回收技术领域，尤其涉及一种不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理方法及其应用的废料回收处理系统。
背景技术
不锈钢主要分为五大类：奥氏体钢、铁素体钢、双相钢(兼含铁素体和奥氏体)、马氏体钢和沉淀硬化钢。金属中，具有相同晶体结构的晶体群被称为相。存在于不锈钢中的相，主要有三种：奥氏体相、铁素体相和马氏体相。奥氏体相的晶体结构为面心立方(FCC)结构，也即，在立方体的顶角和立方体面的中心各有一个原子。铁素体相的晶体结构为体心立方(BCC)结构，即立方体的顶角和立方体中心各有一个原子。马氏体相的晶体结构为高应变体心四方(BCT)结构。
标准奥氏体不锈钢(Austenite)的显微组织以奥氏体相为主，即晶体结构为面心立方结构。奥氏体不锈钢，具有无磁性、屈服强度中等、加工硬化率高、抗拉强度高、塑性好、低温韧性优良的特点。
目前，奥氏体不锈钢和铝合金复合材料在工业上大量应用，诸如用于制造手机壳体、中框等产品。相应的，其经CNC加工后，产生的奥氏体不锈钢与铝合金切削屑的废料也迅速增多。而一般无磁性的奥氏体不锈钢，无法使用传统的物理磁力分离法将其从混合物中分离出来，通常只能使用化学法。例如强碱溶铝法，即在90℃的条件下，利用20％的NaOH溶解Al(反应式为2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2)。然而化学法成本高昂、回收不易且对环境有害。
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理方法，以将不锈钢与铝合金复合材料加工废料中的无磁性的奥氏体不锈钢与铝合金分离，以解决化学法成本高昂、回收不易且对环境有害的问题。
本申请一实施方式提供一种不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理方法，所述废料包括无磁性的奥氏体不锈钢，所述废料回收处理方法包括如下步骤：
热处理步骤，将所述废料在350℃～400℃的温度下加热0.5h～3h；
深冷处理步骤，将所述废料经过所述热处理步骤后直接以75℃/S～100℃/S的降温速度降温至-200℃～-220℃，并维持60S～300S，使所述无磁性的奥氏体不锈钢转变为有磁性的N相奥氏体不锈钢；和
分离步骤，采用磁吸装置对经过所述深冷处理的所述废料进行磁选，使得所述有磁性的N相奥氏体不锈钢与铝合金分离。
一种实施方式中，所述深冷处理步骤中，冷媒介质为液氮。
一种实施方式中，所述无磁性的奥氏体不锈钢包括304、304L、316、201、201LN或904L中的一种或多种。
本申请一实施方式提供一种上述废料回收处理方法所应用的不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理系统，所述废料包括无磁性的奥氏体不锈钢，所述废料回收处理系统包括：
热处理装置，用于对所述废料进行热处理；
深冷处理装置，用于对经过热处理的所述废料进行深冷处理，使所述无磁性的奥氏体不锈钢转变为有磁性的N相奥氏体不锈钢；和
磁吸装置，用于对经过深冷处理的所述废料进行磁选，使得所述有磁性的N相奥氏体不锈钢与铝合金分离。
一种实施方式中，所述废料回收处理系统还包括自动传输带。所述自动传输带设于所述热处理装置和所述深冷处理装置之间以及设于所述深冷处理装置和所述磁吸装置之间，用于传输所述废料。
一种实施方式中，所述深冷处理装置的冷媒介质为液氮。
本申请通过对不锈钢与铝合金复合材料加工废料(不锈钢包括无磁性的奥氏体不锈钢)进行热处理和深冷处理，利用所述处理产生的高温差，使无磁性的奥氏体不锈钢转变为有磁性的N相奥氏体(γ-N phase)不锈钢，从而可利用磁吸装置将有磁性的N相奥氏体不锈钢与铝合金分离。相较于传统的化学法，本申请所述废料回收处理方法及其应用的废料回收处理系统简单快速、成本低且对环境友好。
附图说明
图1为本申请一实施方式提供的不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理方法的流程图。
图2为奥氏体不锈钢在不同状态下的XRD(X-Ray Diffraction，X射线衍射)图谱。
图3为本申请一实施方式提供的不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理系统的模块组成示意图。
主要元件符号说明
不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处100
理系统
热处理装置                             10
深冷处理装置                           30
磁吸装置                               50
自动传输带                             70
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请实施例。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请实施例。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
请参阅图1，本申请一方面提供一种不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理方法，所述废料回收处理方法包括如下步骤。
步骤S10，热处理步骤，将废料在350℃～400℃的温度下加热0.5h～3h。
本实施方式中，所述不锈钢包括无磁性的奥氏体不锈钢。可以理解，本文中所述奥氏体不锈钢，若无特殊说明，指的是无磁性的奥氏体不锈钢。
本实施方式中，所述奥氏体不锈钢的显微组织以奥氏体相为主，不具有磁性。具体的，所述奥氏体不锈钢可为标准300系奥氏体不锈钢、200系奥氏体不锈钢或高性能奥氏体不锈钢中的一种或多种。例如，所述300系奥氏体不锈钢可为但不限于304、304L、316等；所述200系奥氏体不锈钢可为但不限于201、201LN等；所述高性能奥氏体不锈钢可为但不限于904L等。可以理解的是，上述304、304L、316、201、201LN、904L指的是不锈钢的牌号。上述不锈钢的主要化学成分及其重量百分比(％)请见表1。
表1不锈钢的主要化学成分及其重量百分比(％)
牌号 C(％) Mn(％) N(％) Cr(％) Ni(％) Mo(％) Cu(％)
304 0.07 2.00 0.10 17.5～19.5 8.0～10.5 - -
304L 0.03 2.00 0.10 17.5～19.5 8.0～12.0 - -
316 0.08 2.00 0.10 16.0～18.0 10.0～14.0 2.0～3.0 -
201 0.15 5.5～7.5 0.25 16.0～18.0 3.5～5.5 - -
201LN 0.03 6.4～7.5 0.10～0.25 16.0～17.5 4.0～5.0 - 1.0
904L 0.02 2.00 0.10 19.0～23.0 23.0～28.0 4.00～5.00 1.00～2.00
本实施方式中，所述铝合金可为本领域常规或非常规的铝合金，本申请对铝合金的牌号并不作限制。
所述热处理步骤是为了使奥氏体不锈钢升温，然后再进行深冷处理快速降温便能使奥氏体不锈钢产生热应力，从而使内部奥氏体相的晶格发生转变。经过所述热处理后，所述奥氏体不锈钢内部的相并没有发生改变，仍无磁性。将废料在350℃～400℃的温度下保温0.5h～3h，既能保证升温后的奥氏体不锈钢在后续的深冷处理步骤中能产生足够的热应力使相发生转变，又能保证废料中的铝合金不熔化(铝合金大致在600℃时会熔化)。
步骤S20，深冷处理步骤，将废料经过热处理步骤后直接以75℃/S～100℃/S的降温速度降温至-200℃～-220℃，并维持60S～300S，使所述无磁性的奥氏体不锈钢转变为有磁性的N相奥氏体不锈钢。所述直接指的是，热处理步骤和深冷处理步骤之间并没有中间降温步骤，需将经过热处理的废料直接从进行热处理的装置(例如，空气炉)中转移至进行深冷处理的装置(例如，深冷处理炉)。
深冷处理又称超低温处理，一般是指在-150℃以下对材料进行超低温处理的方法。本实施方式中，所述深冷处理的冷媒介质为液氮。通过深冷处理，使处于高温(350℃～400℃)状态的无磁性的奥氏体不锈钢快速(降温速度为75℃/S～100℃/S)下降到低温(-200℃～-220℃)，剧烈温差产生的热胀冷缩效应使沃斯田铁内部产生热应力(应力麻田散反应)，液氮中的氮原子(N)渗入进奥氏体相，从而使奥氏体相转变成N相奥氏体(γ-Nphase)。N相奥氏体为面心立方(FCC)结构被氮原子(N)撑开膨胀后形成的晶体结构，具有铁磁性。可以理解的是，所述铝合金无磁性，也不能通过深冷处理等步骤变为有磁性。
所述深冷处理步骤中的降温速度为75℃/S～100℃/S(摄氏度每秒)，若降温速度太慢，奥氏体相转变为N相奥氏体的成功几率将大幅降低，甚至有可能无法转变成N相奥氏体。所述降温速度可通过量测器进行测量，并可通过调整液氮的量使降温速度保持在75℃/S～100℃/S的范围内。深冷处理的保温温度为-200℃～-220℃，若是无法达到该温度范围，氮原子要经过长时间才能渗进奥氏体不锈钢的内部，甚至将不能渗进奥氏体不锈钢的内部，无法完成相的转变。深冷处理的保温时间为60S～300S，若时间太短，将无法使奥氏体相转变为N相奥氏体，若时间太长，将浪费成本。
请参阅图2，其所示曲线1为无磁性的奥氏体不锈钢在经过热处理且在-200℃下保持30秒后的XRD图谱，所示曲线2为无磁性的奥氏体不锈钢在经过热处理后且在-200℃下保持60秒后的XRD图谱，所示曲线3为无磁性的奥氏体不锈钢在经过热处理后且在-200℃下保持300秒后的XRD图谱。由曲线1可知，衍射峰(晶格常数)为γ(111)和γ(200)，γ(111)为第一晶面，γ(200)为第二晶面，表明经过深冷处理(-200℃)30秒的奥氏体不锈钢中并没有N相奥氏体(γ-N phase)。由曲线2可知，当经过深冷处理60秒后，衍射峰(晶格常数)为γN(111)和γN(200)，γN(111)为第一晶面，γN(200)为第二晶面，表明奥氏体相已转变为有磁性的N相奥氏体(γ-N phase)。由曲线3可知，当经过深冷处理300秒后，γN(111)和γN(200)有最强烈信号，表明此时的奥氏体不锈钢中的相已基本转变为N相奥氏体，具有很强的铁磁性。
步骤S30，分离步骤：采用磁吸装置对经过所述深冷处理步骤的所述废料进行磁选，使得所述有磁性的N相奥氏体不锈钢与铝合金分离。
所述磁吸装置具有磁力头，对所述有磁性的N相奥氏体不锈钢具有很强的吸引力，从而可吸取有磁性的N相奥氏体不锈钢。而铝合金不能被磁力头吸取，进而可将有磁性的N相奥氏体不锈钢与铝合金分离，分离出的铝合金、N相奥氏体不锈钢可以进行回收利用。
请参阅图3，本申请另一方面提供一种不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理系统100，所述废料包括无磁性的奥氏体不锈钢。所述废料回收处理系统包括热处理装置10、深冷处理装置30和磁吸装置50。所述热处理装置10用于对所述废料进行热处理。所述深冷处理装置30用于对所述废料进行深冷处理，使所述无磁性的奥氏体不锈钢转变为有磁性的N相奥氏体不锈钢。所述磁吸装置50用于对经过深冷处理的所述废料进行磁选，使得所述有磁性的N相奥氏体不锈钢与铝合金分离。
一些实施例中，如图3所示，所述废料回收处理系统还包括自动传输带70。所述自动传输带70设于所述热处理装置10和所述深冷处理装置30之间以及设于所述深冷处理装置30和所述磁吸装置50之间，用于传输所述废料。
一些实施例中，所述深冷处理装置30的冷媒介质为液氮。
本申请通过对不锈钢与铝合金复合材料加工废料(不锈钢包括无磁性的奥氏体不锈钢)进行热处理和深冷处理，利用所述处理产生的高温差，使无磁性的奥氏体不锈钢转变为有磁性的N相奥氏体(γ-N phase)不锈钢，从而可利用磁吸装置将有磁性的N相奥氏体不锈钢与铝合金分离。相较于传统的化学法，本申请所述废料回收处理方法及其应用的废料回收处理系统简单快速、成本低且对环境友好。
以上说明是本申请一些具体实施方式，但在实际的应用过程中不能仅仅局限于这些实施方式。对本领域的普通技术人员来说，根据本申请的技术构思做出的其他变形和改变，都应该属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理方法，所述废料包括无磁性的奥氏体不锈钢，其特征在于，所述废料回收处理方法包括如下步骤：
热处理步骤，将所述废料在350℃～400℃的温度下加热0.5h～3h；
深冷处理步骤，将所述废料经过所述热处理步骤后直接以75℃/S～100℃/S的降温速度降温至-200℃～-220℃，并维持60S～300S，使所述无磁性的奥氏体不锈钢转变为有磁性的N相奥氏体不锈钢；和
分离步骤，采用磁吸装置对经过所述深冷处理的所述废料进行磁选，使得所述有磁性的N相奥氏体不锈钢与铝合金分离。
2.如权利要求1所述的废料回收处理方法，其特征在于，所述深冷处理步骤中，冷媒介质为液氮。
3.如权利要求1所述的废料回收处理方法，其特征在于，所述无磁性的奥氏体不锈钢包括304、304L、316、201、201LN或904L中的一种或多种。
4.一种如权利要求1-3任一所述的废料回收处理方法应用的不锈钢与铝合金复合材料加工废料回收处理系统，所述废料包括无磁性的奥氏体不锈钢，其特征在于，所述废料回收处理系统包括：
热处理装置，用于对所述废料进行热处理；
深冷处理装置，用于对经过高温处理的所述废料进行深冷处理，使所述无磁性的奥氏体不锈钢转变为有磁性的N相奥氏体不锈钢；和
磁吸装置，用于对经过深冷处理的所述废料进行磁选，使得所述有磁性的N相奥氏体不锈钢与铝合金分离。
5.如权利要求4所述的废料回收处理系统，其特征在于，所述废料回收处理系统还包括自动传输带，所述自动传输带设于所述热处理装置和所述深冷处理装置之间以及设于所述深冷处理装置和所述磁吸装置之间，用于传输所述废料。
6.如权利要求4所述的废料回收处理系统，其特征在于，所述深冷处理装置的冷媒介质为液氮。
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