CN101624655B - 一种废铜杂质去除的方法 - Google Patents

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

一种废铜杂质去除的方法

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，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，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，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。