材料的再生循环利用..(PPT文档)
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钢中全保留元素在钢中全部为置换式合金元素, 它们的含量必须达到一 个明显的量时(一般为万分之几以上), 才能对钢产生明显的作用。而间隙式 合金元素, 其含量有时只要达到百万分之几的含量级水平就足以使钢的性能 发生很大的变化(IF钢)。
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§2 钢铁材料的再生循环
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2.1 废钢铁的处理
钢铁是达到成熟期的国民经济建设的基本原材料。钢铁已在各个领域中被广泛的应 用，钢铁支撑着现代文明。我国自1996年钢生产量达到亿吨水平后，现已连续多年是 世界第一钢铁生产国。这种速度在国际钢铁历史上是从未有过的。但是在钢铁产业迅 猛发展的过程中出现的原料紧张、资源透支、环境污染和资源浪费等问题，对中国钢 铁产业的健康发展产生了重大影响。
第六讲 材料的再生循环利用
§1 节能减排与循环经济 §2 钢铁材料的再生循环 §3 有害元素的脱除技术 §4 有色金属的循环利用
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§1 节能减排与循环经济
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1.1 循环经济的定义
循环经济（cyclic economy）即物质闭环流动型经济，是指在人、自然 资源和科学技术的大系统内，在资源投入、企业生产、产品消费及其废弃的全 过程中，把传统的依赖资源消耗的线形增长的经济，转变为依靠生态型资源循 环来发展的经济。
2000—2009年我国废钢铁年应用量从2900万吨增长到8310万吨，增长近3倍， 平均每年增加600万吨；2009年我国钢铁产业消耗废钢铁同比增长15.4%，是世界 最大废钢铁需求市场。
——中国废钢铁协会
http://news.163.com/10/0621/08/69MJC1P4000146BC.html
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废钢的节能减排优势
钢铁生产流程中，能源消耗和污染排放主要集中在烧结、焦化、炼铁等工序， 约占钢铁生产能耗总量的60%，而循环使用高纯度废钢，相当于跳过这些高能耗环 节，直接进入到转炉、电炉工序。
与使用铁矿石相比，用废钢炼钢可节约能源60%、节水40%，减少排放废水76%、 废气86%、 废渣72%。从资源再生角度，从钢材—制品—使用—报废—回炉炼钢， 每8至30年左右一个循环，可无限循环使用，且自然损耗率低。每多用1吨废钢， 可少用1.7吨精矿粉，减少4.3吨原生铁矿石的开采。
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1.2 循环经济的基本特征
传统经济是“资源－产品－废弃物”的单向直线过程，创造的财富越多，消 耗的资源和产生的废弃物就越多，对环境资源的负面影响也就越大。
循环经济则以尽可能小的资源消耗和环境成本，获得尽可能大的经济和社会 效益，从而使经济系统与自然生态系统的物质循环过程相互和谐，促进资源永续 利用。 因此，循环经济是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统经济模 式的根本变革。
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2.2 废钢铁处理与杂质问题
▲ 化学成分的多样化。能按化学组成分选分离最理想，但实际上有相当的局限性。作为合金 成分添加的金属元素有Si，Mn，Cr，Mo，Ni，Cu，V，Ti，Zr等，其组合花样繁多。此外，还有 Zn，Sn等镀层金属的混入。
▲ 钢铁精炼工艺复杂化。在钢铁精炼过程中，根据各种元素形成氧化物条件的不同，以氧化物 的形式除去。因此，比铁易于形成氧化物的元素几乎都可以从钢水中除去，而比铁难于氧化的元素 则几乎全部残存于钢水中。因而，钢铁中的元素从冶金理论上可以分为以下四种类型。
钢水中的残余元素的来源可分为: (1) 废钢中的合金钢：废钢分选工序尚无满意的技术。 (2) 废钢中的表面涂层或镀层: (3) 废钢中裹杂的有色金属: 最重要的有汽车废钢, 主要杂质为铜。在
世界范围内, 铜是钢中残余元素增加最快的。
锡是钢中极为有害的残余元素之一。钢中的氢和氮主要来源于炼钢时的 炉内气氛, 其含量主要取决于钢种和炼钢工艺。
钢水中残余元素按氧化势大小的分类 氧化势小于铁： 铜 镍 钴 砷 钨 钼 锡 锑
完全保留，除Sb外
氧化势与铁接近： 硫 磷 锰 铬 碳 氢 氮
部分保留
氧化势大于铁：
铅锌钒钛硅铝锆钙镁铌
可完全除去
第一类元素的氧化势低于铁, 即在炼钢时的氧化反应将不涉及这些元素, 结果这些残余元素将全部积存在最终的钢铁产品中。
全部残存的元素: Cu，Ni，Sn，Mo，Co，W，As，(Sb); 不能完全除去的元素: Cr，Mn，P，S;（C、H、N） 与沸点、蒸气压等无关的元素: Zn，Cd，Pb，(Sb); 能全部除去的元素: Si，Al，V，Zr，B等。
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原理：在钢铁精炼过程中，根据各种元素的氧化势，以氧化物的形式除去。因 此，比铁易于形成氧化物的元素几乎都可以从钢水中除去，而比百度文库难于氧化的 元素则几乎全部残存于钢水中。
▲ 钢中M残的来源; ▲ M残在铸锭过程中的凝固偏析和热处理时的晶界偏析; ▲ M残在热加工过程中表面热脆现象中的作用; ▲ M残在钢的第二类回火脆性现象中的作用; ▲ M残对钢材耐蚀性能、应变时效行为的影响; ▲ M残对抑制晶粒长大作用的影响等。
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2.3.2 钢中残余元素的来源
其基本特征是：
在资源开采环节，大力提高资源综合开发和回收利用率。 在资源消耗环节，大力提高资源利用效率。 在废弃物产生环节，大力开展资源综合利用。 在再生资源产生环节，大力回收和循环利用各种废旧资源。 在社会消费环节，大力提倡绿色消费。
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1.3 循环经济——新的经济增长模式
第二类残余元素的氧化势与铁接近, 在炼钢的吹炼过程中, 其中一部分将 被氧化除去, 在钢水中残存的部分将取决于它们在钢水和炉渣的成分, 两者确 定了残余元素在钢水和炉渣中的分配因数。
第三类元素的氧化势要高于铁, 在吹炼过程中, 它们首先被氧化进入渣相 中除去, 一般不进入钢水。
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2.3 钢铁再生循环中的成分控制
2.3.1 钢中残余元素M残及其对钢性能的影响——合金化的另一类认识
钢中的M残问题是环境材料学面临的重要问题之一。残余元素的存在是 影响再生钢材质量的主要因素。
纯净钢工程是我国钢铁工业的重大项目，废钢的循环利用使这个问题 更为复杂，钢中残余元素对钢材性能影响的主要内容包括：
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§2 钢铁材料的再生循环
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2.1 废钢铁的处理
钢铁是达到成熟期的国民经济建设的基本原材料。钢铁已在各个领域中被广泛的应 用，钢铁支撑着现代文明。我国自1996年钢生产量达到亿吨水平后，现已连续多年是 世界第一钢铁生产国。这种速度在国际钢铁历史上是从未有过的。但是在钢铁产业迅 猛发展的过程中出现的原料紧张、资源透支、环境污染和资源浪费等问题，对中国钢 铁产业的健康发展产生了重大影响。
第六讲 材料的再生循环利用
§1 节能减排与循环经济 §2 钢铁材料的再生循环 §3 有害元素的脱除技术 §4 有色金属的循环利用
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§1 节能减排与循环经济
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1.1 循环经济的定义
循环经济（cyclic economy）即物质闭环流动型经济，是指在人、自然 资源和科学技术的大系统内，在资源投入、企业生产、产品消费及其废弃的全 过程中，把传统的依赖资源消耗的线形增长的经济，转变为依靠生态型资源循 环来发展的经济。
2000—2009年我国废钢铁年应用量从2900万吨增长到8310万吨，增长近3倍， 平均每年增加600万吨；2009年我国钢铁产业消耗废钢铁同比增长15.4%，是世界 最大废钢铁需求市场。
——中国废钢铁协会
http://news.163.com/10/0621/08/69MJC1P4000146BC.html
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废钢的节能减排优势
钢铁生产流程中，能源消耗和污染排放主要集中在烧结、焦化、炼铁等工序， 约占钢铁生产能耗总量的60%，而循环使用高纯度废钢，相当于跳过这些高能耗环 节，直接进入到转炉、电炉工序。
与使用铁矿石相比，用废钢炼钢可节约能源60%、节水40%，减少排放废水76%、 废气86%、 废渣72%。从资源再生角度，从钢材—制品—使用—报废—回炉炼钢， 每8至30年左右一个循环，可无限循环使用，且自然损耗率低。每多用1吨废钢， 可少用1.7吨精矿粉，减少4.3吨原生铁矿石的开采。
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1.2 循环经济的基本特征
传统经济是“资源－产品－废弃物”的单向直线过程，创造的财富越多，消 耗的资源和产生的废弃物就越多，对环境资源的负面影响也就越大。
循环经济则以尽可能小的资源消耗和环境成本，获得尽可能大的经济和社会 效益，从而使经济系统与自然生态系统的物质循环过程相互和谐，促进资源永续 利用。 因此，循环经济是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统经济模 式的根本变革。
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2.2 废钢铁处理与杂质问题
▲ 化学成分的多样化。能按化学组成分选分离最理想，但实际上有相当的局限性。作为合金 成分添加的金属元素有Si，Mn，Cr，Mo，Ni，Cu，V，Ti，Zr等，其组合花样繁多。此外，还有 Zn，Sn等镀层金属的混入。
▲ 钢铁精炼工艺复杂化。在钢铁精炼过程中，根据各种元素形成氧化物条件的不同，以氧化物 的形式除去。因此，比铁易于形成氧化物的元素几乎都可以从钢水中除去，而比铁难于氧化的元素 则几乎全部残存于钢水中。因而，钢铁中的元素从冶金理论上可以分为以下四种类型。
钢水中的残余元素的来源可分为: (1) 废钢中的合金钢：废钢分选工序尚无满意的技术。 (2) 废钢中的表面涂层或镀层: (3) 废钢中裹杂的有色金属: 最重要的有汽车废钢, 主要杂质为铜。在
世界范围内, 铜是钢中残余元素增加最快的。
锡是钢中极为有害的残余元素之一。钢中的氢和氮主要来源于炼钢时的 炉内气氛, 其含量主要取决于钢种和炼钢工艺。
钢水中残余元素按氧化势大小的分类 氧化势小于铁： 铜 镍 钴 砷 钨 钼 锡 锑
完全保留，除Sb外
氧化势与铁接近： 硫 磷 锰 铬 碳 氢 氮
部分保留
氧化势大于铁：
铅锌钒钛硅铝锆钙镁铌
可完全除去
第一类元素的氧化势低于铁, 即在炼钢时的氧化反应将不涉及这些元素, 结果这些残余元素将全部积存在最终的钢铁产品中。
全部残存的元素: Cu，Ni，Sn，Mo，Co，W，As，(Sb); 不能完全除去的元素: Cr，Mn，P，S;（C、H、N） 与沸点、蒸气压等无关的元素: Zn，Cd，Pb，(Sb); 能全部除去的元素: Si，Al，V，Zr，B等。
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原理：在钢铁精炼过程中，根据各种元素的氧化势，以氧化物的形式除去。因 此，比铁易于形成氧化物的元素几乎都可以从钢水中除去，而比百度文库难于氧化的 元素则几乎全部残存于钢水中。
▲ 钢中M残的来源; ▲ M残在铸锭过程中的凝固偏析和热处理时的晶界偏析; ▲ M残在热加工过程中表面热脆现象中的作用; ▲ M残在钢的第二类回火脆性现象中的作用; ▲ M残对钢材耐蚀性能、应变时效行为的影响; ▲ M残对抑制晶粒长大作用的影响等。
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2.3.2 钢中残余元素的来源
其基本特征是：
在资源开采环节，大力提高资源综合开发和回收利用率。 在资源消耗环节，大力提高资源利用效率。 在废弃物产生环节，大力开展资源综合利用。 在再生资源产生环节，大力回收和循环利用各种废旧资源。 在社会消费环节，大力提倡绿色消费。
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1.3 循环经济——新的经济增长模式
第二类残余元素的氧化势与铁接近, 在炼钢的吹炼过程中, 其中一部分将 被氧化除去, 在钢水中残存的部分将取决于它们在钢水和炉渣的成分, 两者确 定了残余元素在钢水和炉渣中的分配因数。
第三类元素的氧化势要高于铁, 在吹炼过程中, 它们首先被氧化进入渣相 中除去, 一般不进入钢水。
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2.3 钢铁再生循环中的成分控制
2.3.1 钢中残余元素M残及其对钢性能的影响——合金化的另一类认识
钢中的M残问题是环境材料学面临的重要问题之一。残余元素的存在是 影响再生钢材质量的主要因素。
纯净钢工程是我国钢铁工业的重大项目，废钢的循环利用使这个问题 更为复杂，钢中残余元素对钢材性能影响的主要内容包括：