CN104313334A - 一种废铜预处理及精炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属的冶炼工艺，旨在提供一种废铜预处理及精炼工艺，其技术方案要点是在对废铜进行熔炼前进行预先处理，去除废铜制品表面的污垢、污油和高分子化合物，避免废铜制品在熔炼时产生的污染气体，减少生产污染；其次，预处理可破坏废铜合金制品表面的形成的氧化膜，如：氧化铝，氧化铝的熔点远高于精炼温度，且氧化铝在精炼时易成间隙固溶物混入铜合金成品内，降低成品质量。在后续的精炼工艺过程中，可根据最终成品确定工艺路线：铜合金则在精炼时加入合金元素，得到最终产品；纯铜，则在铜精炼完毕后铸成阳极板，采用电解精炼，得到纯铜制品。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属冶炼技术领域，更具体地说，它涉及一种废铜预处理及精炼工艺。
背景技术
在日常生活和工业制造中往往能产生较多的废铜，例如：废弃的红铜丝、插座内的黄铜、门框上的青铜白铜等，其成分较为复杂，除含有大量的金属铜外，还含有一定量的铁、铝、砂子、油污等杂质。由于这种废铜处理起来比较困难，目前大部分都是将此类废铜进行简单方式处理后外卖，这样既会对环境造成一定的污染，又使废铜内资源的综合利用效率不高，导致金属铜等有价成份白白损失。为回收废铜屑的有价金属，以往曾有厂家采取除铁、煅烧等技术工艺处理废铜屑后作为原料外售，虽然工艺简单，但污染严重，不能达到资源综合回收利用的目的，并且由于废铜制品表面留有较多的油污和高分子化合物，导致废铜熔炼时产生大量的有害气体，危害工人健康并且污染环境。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种废铜预处理及精炼工艺。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种废铜预处理及精炼工艺，其特征是：废铜预处理工艺步骤如下：
①选材和粉碎：依据所要制备的成品挑选废铜，将废铜放入粉碎机进行粉碎，并将废铜与塑料等杂质筛选区分；
②喷焰加热：对粉碎后的废铜碎块进行高温喷焰表面加热处理；
③清水喷洗：用高压水枪对高温废铜碎块进行清洗；
④碱洗：清洗好的废铜碎块放入碱液内浸泡，所述的碱液包括碱性物质和碳氢清洗剂；
⑤清洗风干：将碱洗后的废铜碎块进行清洗，去除表面杂质，并风干；
⑥熔炼：将废铜碎块放入预热好的感应炉内进行熔炼；
⑦捞渣：鼓入空气将铜液氧化，将铜液内氧化杂质捞除。
通过采用上述技术方案，对废铜进行选材，需要制备相应的铜合金制品时选用相对应的铜合金，以提高废铜的利用率，同时降低废铜中金属的去杂工序，对废铜进行粉碎，并将碎屑进行筛选得到含杂较少的废铜，并将其内表面暴露出来，方便后续工艺对其内表面的油污杂质等进行清洗和处理，同时降低废铜的颗粒大小，能够加快废铜在感应炉内的熔炼时间；喷焰加热能够使废铜颗粒表面的油污、高分子化合物杂质熔解并充分燃烧，燃烧后的烟气过滤处理，减少熔炼过程中产生的有毒气体；清水喷洗将废铜表面的灰烬、镀层清洗，并去除；碱洗可去除废铜表面的油污和氧化铝膜，防止熔炼时有毒气体产生，同时去除氧化铝膜可防止氧化铝膜在精炼时形成间隙固溶物混入铜合金成品内；清洗风干，使废铜表面无杂质；熔炼，将金属置入反应炉内熔化；鼓入空气，使铜液内的杂质产生氧化并析出，捞渣将杂质捞出，提高铜液的纯净度。
本发明进一步设置为：当需要制备铜合金时，采用火法精炼，精炼工艺步骤为：
①还原精炼：加入精炼剂以及相应的合金元素，将铜液熔炼为合金液，同时对合金液内的氧化铜进行还原提炼；
②捞渣：除去合金液内的不熔杂质；
③静置和检验：取样检测化学成分合格后，转炉流至保温炉合金液静置15分钟；
④冷却铸模：合金液冷却铸模，制成所需的外形供下一步机械加工用；
⑤机械加工：通过相应的机械加工，如：轧制、挤压、拉拔等将铸件制成相应的成品形状。
通过采用上述技术方案，当需要制备铜合金时，在预处理完毕的铜液加入合金和还原剂，将氧化铜进行还原提炼；捞渣，除去合金液内的不熔杂质；静置和检验，取样检测化学成分合格后，转炉流至保温炉合金液静置15分钟，使合金液等待下一步工艺；合金液冷却铸模，制成所需的外形供下一步机械加工用；红铸件经过轧制、挤压、拉拔等机械加工工艺将铸件制成相应的成品形状。
本发明进一步设置为：当需要制备纯铜时，采用电解精炼，精炼工艺步骤为：
①还原精炼：加入精炼剂，对铜液内的氧化铜进行还原提炼；
②捞渣：除去铜液内的不熔杂质；
③静置和检验：取样检测化学成分合格后，转炉流至保温炉合金液静置15分钟；
④冷却铸成板状：将铜液冷却制成阳极板；
⑤电解精炼：将阳极板和纯铜制成的阴极板一同插入硫酸铜溶液内进行电解精炼，在阴极板上取得高纯度铜。
通过采用上述技术方案，当需要制备纯铜时，在预处理完毕的铜液仅仅加入还原剂，将氧化铜进行还原提炼；捞渣，除去合金液内的不熔杂质；静置和检验，取样检测化学成分合格后，转炉流至保温炉合金液静置15分钟，使合金液等待下一步工艺；铜液冷却制成板状，以供电解精炼用；将铜液制成的阳极板插入含有CuSO4的电解液内，取来纯铜板最用阴极板，通电使粗铜阳极板电解精炼，得到更高纯度的纯铜制品。
本发明进一步设置为：所述的预处理工艺步骤②中喷焰加热的温度为600-900℃,加热时间为2-5分钟。
通过采用上述技术方案，600-900℃可将废铜表面的大部分的高分子化合物完全燃烧成灰，同时将油污加热熔解，使之流出废铜表面的凹槽内；2-5分钟可使废铜表面的杂质和油污得到充分的燃烧，降低熔炼时反应炉内有害气体的产生。
本发明进一步设置为：所述的预处理工艺步骤④中的碱液成分为：浓度为0.20-0.50%的磷酸钠、0.10-0.20%的磷酸氢钠、0.7-1.50%的碳酸氢钠和0.12-0.30%的烷基磺酸钠和0.15-0.30%脂肪醇醚硫酸钠。
通过采用上述技术方案，烷基磺酸钠和脂肪醇醚硫酸钠使水能够溶解油污；磷酸钠、磷酸氢钠和碳酸氢钠与水产生氢氧根，氢氧根可腐蚀氧化铝膜，同时提高油污的溶解速度。
本发明进一步设置为：所述的预处理工艺步骤④碱洗浸泡时间为10-15分钟。
通过采用上述技术方案，10-15分钟能够使得废铜表面的氧化铝膜得到充分的腐蚀，油污充分的溶解。
本发明进一步设置为：所述的预处理工艺步骤⑥熔炼的温度为1100-1120℃，熔炼时间为2小时以内。
通过采用上述技术方案，熔炼温度控制在1100-1120℃左右，使得铜合金内的杂质与空气中的氧发生氧化反应，降低合金中杂质的含量，提高铜制品的纯度。
附图说明
图1为本发明废铜预处理及精炼工艺实施例的流程示意图。
具体实施方式
参照图1对本发明废铜预处理及精炼工艺实施例做进一步说明。
如图1所示，一种废铜预处理及精炼工艺，废铜预处理工艺步骤如下：
①选材和粉碎：依据所要制备的成品挑选废铜，将废铜放入粉碎机进行粉碎，并将废铜与塑料等杂质筛选区分；
②喷焰加热：对粉碎后的废铜碎块进行高温喷焰表面加热处理，加热温度控制在600-900℃，加热3分钟；
③清水喷洗：用高压水枪对高温废铜碎块进行清洗；
④碱洗：清洗好的废铜碎块放入碱液内浸泡，所述的碱液包括碱性物质和碳氢清洗剂，所述的碱液成分为：浓度为0.4%的磷酸钠、0.15%的磷酸氢钠、1.2%的碳酸氢钠和0.2%的烷基磺酸钠和0.2%脂肪醇醚硫酸钠。
⑤清洗风干：将碱洗后的废铜碎块进行清洗，去除表面杂质，并风干；
⑥熔炼：将废铜碎块放入预热好的感应炉内进行熔炼，熔炼温度为1100-1120℃，熔炼时间为2小时以内；
⑦捞渣：鼓入空气将铜液氧化，将铜液内氧化杂质捞除。
对废铜进行选材，当需要制备铜合金时，选用相应的铜合金，如：需制备黄铜合金，则采用主要成分为黄铜合金的废铜作为原料，若需要制备红铜时，则采用回收的红铜丝等废料作用原料，可省去去除铜合金内其余金属的去杂工艺，减少其他合金金属的用量提高废铜利用率，同时对废铜进行粉碎，对粉碎后的碎屑进行筛分，去除碎屑中的塑料、橡胶等得到含杂较少的废铜，同时粉碎可将废铜内表面暴露出来，方便后续工艺对其内表面的油污杂质等进行清洗和处理，同时降低废铜的颗粒大小，能够加快废铜在感应炉内的熔炼时间。
600-900℃喷焰加热可将废铜表面的大部分的油污和高分子化合物燃解，形成烟和灰，由于喷焰温度较高，可对烟尘进行二次燃烧，减少烟气中有毒气体的含量，燃烧后的烟尘可以配布袋除尘器进行回收，燃烧产生的气体经过碱液、氨水和SCR系统，将烟气中含有的硫化物、氮氧化物及有毒气体去除，提高环保。同时将油污加热熔解，使之流出废铜表面的凹槽内；2-5分钟可使废铜表面的杂质和油污得到充分的燃烧，降低熔炼时反应炉内有害气体的产生。
清水喷洗，采用高压水枪直接对高温喷焰处理后的废铜进行喷洗，除去未能完全燃烧的灰烬，使之脱离废铜表面，减少对碱液的污染；再加上趁高温冲水骤冷，由于热胀冷缩作用加热没烧掉的顽固镀层等自然脱落被冲洗下来，这个冲洗水属于循环回用不外排，沉淀下来的污泥交给有资质的公司回收处理，有效的减少了污染排放，绿色环保。
碱洗，碱液中含有碱性物质和碳氢清洗剂，碳氢清洗机配合碱性物质可大大加强其去除废铜表面的油污的能力，防止熔炼时有毒气体产生；同时碱液中的碱性物质可与氧化铝反应，对氧化膜进行腐蚀，去除氧化铝膜可防止氧化铝膜在精炼时形成间隙固溶物混入铜合金成品内。
碱液内含有磷酸钠和磷酸氢钠，碳酸氢钠、磷酸钠和磷酸氢钠溶于水内时形成氢氧根，使溶液呈碱性，去除油污、腐蚀氧化铝膜并去除硅，反应方程式为：
Na3PO4+H2O→Na2HPO4+NaOH
Na2HPO4+H2O→NaH2PO4+NaOH
NaHCO3+H2O→H2CO3+NaOH（碱性原理）
(C17H35COO)3C3H5+3NaOH→3C17H35COONa+C3H5(OH)3（去油）
NaOH+Al2O3 →Al2O3+2NaOH→2NaAlO2+H2O（去氧化铝）
2NaOH+SiO2→Na2SiO3+H2O（除硅）
同时，磷酸盐还具有显著的分散作用，能把颗粒大的污垢分散到接近胶体粒子大小的颗粒，对金属离子也具有一定的螯合作用，能把水中的钙镁离子螯合，成为不溶于水的钙镁盐除去。还具有显著的抑制金属腐蚀的性质。
清洗风干，对碱洗后的废铜进行清洗，去除废铜表面的碱液和清洗剂，使废铜更为纯净。
熔炼，将金属置入反应炉内烧热熔化。
捞渣，鼓入空气，使铜液内的杂质产生氧化并析出，将杂质捞出，减少铜液内杂质的含量，以达到纯铜和铜合金的纯净度要求。
当需要制备铜合金时，对预处理完毕的铜液，采用火法精炼，精炼工艺步骤为：
①还原精炼：加入精炼剂以及相应的合金元素，将铜液熔炼为合金液，同时对合金液内的氧化铜进行还原提炼；
②捞渣：除去合金液内的不熔杂质；
③静置和检验：取样检测化学成分合格后，转炉流至保温炉合金液静置15分钟；
④冷却铸模：合金液冷却铸模，制成所需的外形供下一步机械加工用；
⑤机械加工：通过相应的机械加工，如：轧制、挤压、拉拔等将铸件制成相应的成品形状。
在预处理完毕的铜液加入一定量的合金金属，合金金属熔于铜液内形成合金液，监测合金液的成分是否符合标准铜合金成分配比，不符合则继续调配直至调配符合比例。之后再加入还原剂，将氧化铜及其氧化合金进行还原提炼；捞渣，除去合金液内的不熔杂质；静置和检验，取样检测化学成分合格后，转炉流至保温炉合金液静置15分钟，使合金液等待下一步工艺；合金液冷却铸模，制成所需的外形供下一步机械加工用；红铸件经过轧制、挤压、拉拔等机械加工工艺将铸件制成相应的成品形状。配合前一步预处理工艺，此处精炼时产生的有毒气体较小，能大幅降低精炼时产生的污染。适用于铜合金制备。
本发明进一步设置为：当需要制备纯铜时，采用电解精炼，精炼工艺步骤为：
①还原精炼：加入精炼剂，对铜液内的氧化铜进行还原提炼；
②捞渣：除去铜液内的不熔杂质；
③静置和检验：取样检测化学成分合格后，转炉流至保温炉合金液静置15分钟；
④冷却铸成板状：将铜液冷却制成阳极板；
⑤电解精炼：将阳极板和纯铜制成的阴极板一同插入硫酸铜溶液内进行电解精炼，在阴极板上取得高纯度铜。
当需要制备纯铜时，在预处理完毕的铜液仅加入还原剂，将氧化铜进行还原提炼；捞渣，除去合金液内的不熔杂质；静置和检验，取样检测化学成分合格后，转炉流至保温炉合金液静置15分钟，使合金液等待下一步工艺；铜液冷却制成板状，以供电解精炼用；将铜液制成的阳极板插入硫酸铜和硫酸的混合电解液内，取来纯铜板最用阴极板，通电使粗铜阳极板电解精炼，通电后，阳极板的粗铜从阳极溶解成铜离子向阴极移动，到达阴极后获得电子而在阴极析出纯铜，得到更高纯度的纯铜制品。相比火法精炼，电解精炼所得到的纯铜纯度可达99.97%，适用于纯铜制备。
以上所述使本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种废铜预处理及精炼工艺，其特征是：废铜预处理工艺步骤如下：
①选材和粉碎：依据所要制备的成品挑选废铜，将废铜放入粉碎机进行粉碎，并将废铜与塑料等杂质筛选区分；
②喷焰加热：对粉碎后的废铜碎块进行高温喷焰表面加热处理；
③清水喷洗：用高压水枪对高温废铜碎块进行清洗；
④碱洗：清洗好的废铜碎块放入碱液内浸泡，所述的碱液包括碱性物质和碳氢清洗剂；
⑤清洗风干：将碱洗后的废铜碎块进行清洗，去除表面杂质，并风干；
⑥熔炼：将废铜碎块放入预热好的感应炉内进行熔炼；
⑦捞渣：鼓入空气将铜液氧化，将铜液内氧化杂质捞除。
2.根据权利要求1所述的废铜预处理及精炼工艺，其特征是：当需要制备铜合金时，采用火法精炼，精炼工艺步骤为：
①还原精炼：加入精炼剂以及相应的合金元素，将铜液熔炼为合金液，同时对合金液内的氧化铜进行还原提炼；
②捞渣：除去合金液内的不熔杂质；
③静置和检验：取样检测化学成分合格后，转炉流至保温炉合金液静置15分钟；
④冷却铸模：合金液冷却铸模，制成所需的外形供下一步机械加工用；
⑤机械加工：通过相应的机械加工，如：轧制、挤压、拉拔等将铸件制成相应的成品形状。
3.根据权利要求2所述的废铜预处理及精炼工艺，其特征是：当需要制备纯铜时，采用电解精炼，精炼工艺步骤为：
①还原精炼：加入精炼剂，对铜液内的氧化铜进行还原提炼；
②捞渣：除去铜液内的不熔杂质；
③静置和检验：取样检测化学成分合格后，转炉流至保温炉合金液静置15分钟；
④冷却铸成板状：将铜液冷却制成阳极板；
⑤电解精炼：将阳极板和纯铜制成的阴极板一同插入硫酸铜溶液内进行电解精炼，在阴极板上取得高纯度铜。
4.根据权利要求1所述的废铜预处理及精炼工艺，其特征是：所述的预处理工艺步骤②中喷焰加热的温度为600-900℃，喷焰加热时间为2-5分钟。
5.根据权利要求1所述的废铜预处理及精炼工艺，其特征是：所述的预处理工艺步骤④中的碱液成分为：浓度为0.20-0.50%的磷酸钠、0.10-0.20%的磷酸氢钠、0.7-1.50%的碳酸氢钠和0.12-0.30%的烷基磺酸钠和0.15-0.30%脂肪醇醚硫酸钠。
6.根据权利要求5所述的废铜预处理及精炼工艺，其特征是：所述的预处理工艺步骤④碱洗浸泡时间为10-15分钟。
7.根据权利要求1所述的废铜预处理及精炼工艺，其特征是：所述的预处理工艺步骤⑥熔炼的温度为1100-1120℃，熔炼时间为2小时以内。
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Granted publication date: 20160601 Termination date: 20161114 |