CN101624655A - 一种废铜杂质去除的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明创造公开了一种废铜杂质去除的方法,具体涉及废铜内Pb、Bi、Zn和Fe等杂质的去除方法,可简化回收废铜的熔炼工艺,降低对精炼炉等设备的要求。本发明提出在废铜中加入0.02%-0.05%的Ce或0.03%-0.06%的Zr、0.03%-0.06%的Ti或0.03%-0.06%的Li和0.01%-0.05%的Fe,能够达到良好的去除Pb、Bi和Zn的效果,达到T2铜对铅≤0.002%、铋≤0.0006%和锌≤0.002%含量的要求,对铜熔体进行2-6小时的氧化处理,并加入0.005%-0.05%的石英制剂,达到T2铜对铁≤0.0025%含量的要求。采用本发明除去废铜中的杂质,操作简单、效率高、成本低,适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明创造涉及一种废铜冶炼杂质去除的方法,特别是一种废铜内Pb、Bi、Zn和Fe杂质的去除方法。
背景技术
金属铜在电力、机械、电子、电器、兵器等工业中应用十分广泛。但我国一直是铜资源短缺的国家,铜矿山资源贫乏,开采难度大,新发现的资源少,后备储量不足,而且在开发的过程中不可避免地会严重污染环境破坏当地生态系统,因此无论是从保护我国有限的有色金属矿产资源的角度出发,还是从保护资源地的生态环境,实现区域的可持续发展,对中国这个缺铜的铜消费大国具有特别重要的意义。多年以来大量进口铜精矿、精铜、粗铜、铜材及其它铜制品,以弥补铜资源的不足,国产铜精矿占的比例已经很小。从我国资源、能源、环境、财力等多方面综合考虑,规范地回收废铜工业,是发展我国铜工业的一条捷径,完全符合国家可持续发展的战略。
废铜回收工业中,废铜的熔炼和生产的关键是铜熔体成份的控制,其核心是废铜的熔炼。现有广泛采用的生产工艺中,首先根据废铜的等级进行配料,再根据原材料的配比添加普通的反应剂;然后在精炼炉内进行一次精炼,使铜快速熔化后加入普通的硼砂型除渣剂等,并尽可能地使铜熔体温度和成分保持均匀之后;向铜熔体中通入富氧空气使杂质氧化上浮于熔池表面,并进行清渣处理;一次精炼后铜熔体中仍可能存在铅、锡、锌、铁、砷、锑、硫等杂质元素,这些元素对铜杆的加工性能和电导率有很大影响,因此通常还需要对铜熔体进行二次精炼,进一步去除杂质;最后,向铜熔体中通入还原性气体,进行还原操作,使铜熔体的氧含量调整到0.015%-0.025%。上述这套生产工艺对设备的要求很高,特别是要求精炼炉可倾动,以利于除气、除渣和浇铸;此外,为提高产品质量,往往需要对铜熔体进行二次精炼,这不仅大大降低了生产效率,而且增加了生产成本和能源消耗;由于铜废料的来源多种多样,按上述工艺精炼得到的铜材去杂效果不够理想,特别是Pb、Bi、Zn、Fe等杂质元素很难达到T2铜的标准要求,直接影响废铜熔炼的质量及使用范围。
发明内容
为了解决目前废铜熔炼过程中去除Pb、Bi、Zn、Fe等杂质元素效果不佳问题,本发明创造的目的是提供一种熔炼工艺简单、操作方便、成本低、去杂效果好、适合工业化生产的一种废铜杂质去除的方法。
本发明创造解决其技术问题所采用的技术方案,其工艺包括如下步骤:
1)、废铜的分级
根据废铜的来源将废铜分为三个等级:
一级回收废铜要求是最小含铜量为99%的废铜,通常为电话线的铜线、铜管,带清漆或绝缘的铜排铜线以及干净紫铜管棒;
二级回收废铜要求是最小含铜量为96%的废铜,通常为清洁的、不镀锡的、无包覆的和非合金化的铜线和电缆;
三级回收废铜要求是最小含铜量为92%的废铜,通常为非合金化废铜的混合物;
2)、炉内废铜的配料:按如下比例加入,一级回收废铜为30%,二级回收废铜为60%,三级回收废铜为10%;
3)、待废铜完全熔化后,进行除杂质的工序;
(1)、废铜除铅
Pb属于不固溶于铜的低熔点杂质元素,呈黑色质点网状分布于易熔共晶体中,存在于晶界上,Pb对铜的导电、导热率无明显影响,但少量的Pb存在于铜中就会严重降低铜的高温和低温塑性,给材料带来致命的影响,因此,在冶炼过程中,要尽可能除去金属铜中的Pb。
熔炼时在铜熔体内加入0.02%-0.05%的Ce或加入0.03%-0.06%的Zr,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去铜中的杂质Pb,达到T2铜对铅含量≤0.002%的要求;
(2)、废铜除铋
Bi也属于不固溶于铜的低熔点杂质元素,在800℃下Bi在铜中的溶解度约为0.01Wt%,Bi在270℃与铜形成简单共晶体,其中Bi呈网状分布于晶界,Bi对铜的热导率和电导率影响不大,但少量的Bi存在于铜中就会严重降低铜的加工性能,特别是冷加工时容易造成开裂,给材料带来致命的影响,因此,在冶炼过程中,要尽可能除去金属铜中的Bi。
熔炼时在铜熔体内加入0.03%-0.06%的Ti或加入0.03%-0.06%的Li,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去了铜中的杂质Bi,达到T2铜对铋含量≤0.0006%的要求;
(3)、废铜除锌
杂铜中Zn的脱去主要利用Zn的沸点较低907℃这一特点,沸点远低于炼铜时熔池的温度1180~1250℃,为了加速Zn的蒸发,往熔池中通风,强烈地搅拌熔池,此时有大量的氧化锌生成,浮于熔池的表面,为了防止氧化锌在熔池表面结块,加入木材进行还原,使熔池表面的氧化锌以Zn蒸汽的形式蒸发掉,经过氧化处理后,铜中的Zn含量将大幅下降,主要由取样的断口进行判断,Zn含量较高时,铜样的断口多为灰色,Zn含量较低时,铜样断口为黄色。
为进一步降低铜中的Zn含量,在铜熔体内加入0.01%-0.05%的Fe,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去了铜中的杂质Zn,达到T2铜对锌含量≤0.002%的要求;
(4)、废铜除铁
Fe在铜中的溶解度1050℃时可以达到3.5Wt%,635℃时则下降到0.15Wt%。Fe可以细化铜的晶粒,延迟铜的再结晶温度,提高合金的强度与硬度,但Fe会显著降低铜的电导率和热导率。为了除去铜中的Fe,往熔池中通风,强烈地搅拌熔池,使Fe高温氧化。
对铜熔体进行2至6小时的氧化处理,并同时加入0.005%-0.05%的石英制剂,使氧化铁与其形成硅酸盐炉渣,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去了铜中的杂质Fe,达到T2铜对铁含量≤0.0025%的要求;
4)、连铸连轧
待所有的杂质去除后,铜熔体经连铸连轧制成所需形状的棒材;
5)、检验入库。
采用上述方法后,本发明创造有以下优点和效果:
一、在废铜中加入少量的Ce或Zr、Ti或Li和Fe可以很容易的去除杂质Pb、Bi和Zn。对铜熔体进行氧化处理,并加入石英制剂,可以使铜中的Fe含量大大降低。
二、除杂后的铜液体经过连铸连轧制成的铜杆性能明显提高,各项性能指标均达到了GB/T3952规定的T2铜的指标要求,即热态下:抗拉强度Rm≥205MPa,A≥37%,20℃电阻率≤0.017241Ω·mm2/m。将上述连铸连轧铜杆进一步制造成小规格铜线,其性能达到了GB/T3953所规定的技术要求。
三、与目前采用的废铜熔炼除杂工艺比较,该方法降低了对精炼炉等设备的要求,使操作简单、方便、成本低、效率高,通过熔炼可以达到T2铜标准要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方案对本发明一种废铜杂质去除的方法简述如下:
其工艺包括如下步骤:
1)、废铜的分级
根据废铜的来源将废铜分为三个等级:
一级回收废铜要求是最小含铜量为99%的废铜,通常为电话线的铜线、铜管,带清漆或绝缘的铜排铜线以及干净紫铜管棒;
二级回收废铜要求是最小含铜量为96%的废铜,通常为清洁的、不镀锡的、无包覆的和非合金化的铜线和电缆;
三级回收废铜要求是最小含铜量为92%的废铜,通常为非合金化废铜的混合物;
2)、炉内废铜的配料:按如下比例加入,一级回收废铜为30%,二级回收废铜为60%,三级回收废铜为10%;
3)、待废铜完全熔化后,进行除杂质的工序;
(1)、废铜除铅
在铜熔体内加入微量Ce或加入微量Zr,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去铜中的杂质Pb,其结果如表1、表2所示。
表1微量Ce对铜中Pb的影响
Ce添加量(%) | 0.02 | 0.03 | 0.035 | 0.04 | 0.045 | 0.05 |
铜中Pb含量(%) | 0.002 | 0.00189 | 0.00178 | 0.00167 | 0.00155 | 0.00153 |
表2微量Zr对铜中Pb的影响
Ce添加量(%) | 0.03 | 0.035 | 0.04 | 0.045 | 0.05 | 0.06 |
铜中Pb含量(%) | 0.002 | 0.00193 | 0.00182 | 0.00173 | 0.00165 | 0.00165 |
从表1和表2可以得出,在铜熔体内加0.02%-0.05%的Ce或加入0.03%-0.06%的Zr,均可达到T 2铜对铅含量≤0.002%的要求。
(2)、废铜除铋
在铜熔体内加入微量Ti或加入微量Li,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去铜中的杂质Bi,其结果如表3、表4所示。
表3微量Ti对铜中Bi的影响
Ti添加量(%) | 0.03 | 0.035 | 0.04 | 0.045 | 0.05 | 0.06 |
铜中Bi含量(%) | 0.0006 | 0.00056 | 0.00051 | 0.00047 | 0.00046 | 0.00045 |
表4微量Li对铜中Bi的影响
Li添加量(%) | 0.03 | 0.035 | 0.04 | 0.045 | 0.05 | 0.06 |
铜中Bi含量(%) | 0.0006 | 0.00056 | 0.00053 | 0.00051 | 0.00051 | 0.00050 |
从表3和表4可以得出,在铜熔体内加0.03%-0.06%的Ti或加0.03%-0.06%的Li,均可达到T2铜对铋含量≤0.0006%的要求;
(3)、废铜除锌
在废铜熔炼过程中,铜中的杂质Zn大部分以锌蒸汽的形式蒸发掉,为了进一步降低铜中的Zn含量,再加入不同量的铁屑,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去了铜中的杂质Zn,其结果如表5所示。
表5微量Fe对铜中Zn的影响
Fe添加量(%) | 0.01 | 0.15 | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.05 |
铜中Zn含量(%) | 0.002 | 0.00182 | 0.00165 | 0.00157 | 0.00155 | 0.00154 |
从表5可以得出,在铜熔体内加入0.01%-0.05%的铁屑,
即可达到T2铜对锌含量≤0.002%的要求。
(4)、废铜除铁
对铜熔体进行4小时氧化处理,并同时加入少量的石英制剂,使氧化铁与石英制剂形成硅酸盐炉渣,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去了铜中的杂质Fe,其结果如表6所示。
表6氧化4小时石英制剂对铜中Fe的影响
石英制剂添加量(%) | 0.005 | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.05 |
铜中Fe含量(%) | 0.0025 | 0.0021 | 0.00185 | 0.00177 | 0.00169 | 0.00168 |
从表6可以得出,对铜熔体进行4小时的氧化处理,并同时加0.005%-0.05%的石英制剂,使氧化铁与其形成硅酸盐炉渣,即可除去了铜中的杂质Fe,达到T2铜对铁含量≤0.0025%的要求。
4)、连铸连轧
待所有的杂质去除后,铜熔体经连铸连轧制成所需形状的棒材,热态下棒材的主要性能指标如下:抗拉强度Rm≥205MPa,A≥37%,20℃电阻率≤0.017241Ω·mm2/m,达到了GB/T3952规定的T2铜的技术要求。将上述连铸连轧铜杆进一步制造成小规格铜线,其性能达到了GB/T3953所规定的技术要求。
5)、检验入库。
本发明在废铜熔炼去除Pb、Bi、Zn杂质元素时,可以同时进行,也可分步实施,然后加入石英制剂,使氧化铁与其形成硅酸盐炉渣,即可除去铜中的杂质Fe。
Claims (1)
1、一种废铜杂质去除的方法,其工艺包括如下步骤:
1)、废铜的分级
根据废铜的来源将废铜分为三个等级:
一级回收废铜要求是最小含铜量为99%的废铜,通常为电话线的铜线、铜管,带清漆或绝缘的铜排铜线以及干净紫铜管棒;
二级回收废铜要求是最小含铜量为96%的废铜,通常为清洁的、不镀锡的、无包覆的和非合金化的铜线和电缆;
三级回收废铜要求是最小含铜量为92%的废铜,通常为非合金化废铜的混合物;
2)、炉内废铜的配料:按如下比例加入,一级回收废铜为30%,二级回收废铜为60%,三级回收废铜为10%;
3)、待废铜完全熔化后,进行除杂质的工序;
(1)、废铜除铅
在铜熔体内加入0.02%-0.05%的Ce或加入0.03%-0.06%的Zr,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去铜中的杂质Pb,达到T2铜对铅含量≤0.002%的要求;
(2)、废铜除铋
在铜熔体内加入0.03%-0.06%的Ti或加入0.03%-0.06%的Li,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去了铜中的杂质Bi,达到T2铜对铋含量≤0.0006%的要求;
(3)、废铜除锌
在铜熔体内加入0.01%-0.05%的Fe,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去了铜中的杂质Zn,达到T2铜对锌含量≤0.002%的要求;
(4)、废铜除铁
对铜熔体进行2至6小时的氧化处理,并同时加入0.005%-0.05%的石英制剂,使氧化铁与其形成硅酸盐炉渣,待炉内搅拌均匀后,静置除渣即可除去了铜中的杂质Fe,达到T2铜对铁含量≤0.0025%的要求;
4)、连铸连轧
待所有的杂质去除后,铜熔体经连铸连轧制成所需形状的棒材;
5)、检验入库。
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