CN110893455B - 一种废杂铜连铸生产铜合金的方法 - Google Patents

一种废杂铜连铸生产铜合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，属于冶金技术领域，具体包括表面除垢、粉碎、精炼、铜含量调整、保温、成型和拉丝的步骤，其能够直接利用废杂铜生产铜合金棒材，降低了现有的铜合金棒材生产成本较高的问题，提高了资源的利用率；在此基础上，其所制得的铜合金棒材还具有杂质含量低、耐腐蚀性和抗拉强度优良的特点。

Description

一种废杂铜连铸生产铜合金的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种废杂铜连铸生产铜合金的方法。
背景技术
我国作为世界上最大的发展中国家，在实现工业化的过程中对有色金属的需求十分迫切，特别是铜，其供应十分紧张。铜资源的严重不足将是制约我国铜加工业发展的主要因素之一，因此废杂铜的再生产业成为弥补铜资源不足的重要途径。
部分废杂铜容易被识别和分离，如废电缆、导线类；还有一部分与其它金属或非金属掺杂或粘附在一起，如掺入有铁、铅或者粘附有粉尘、油污等，使得废杂铜难以识别和分离。此外，由于铜合金的多样性，不同合金的化学成分差异较大，除了分离的问题外，精准分类是另一个难题。
现有技术对废杂铜的分类，通常一类废铜是指铜含量≥99.9％，可直接用于生产使用；二类含铜92-96％，需要进一步精炼，部分可直接应用；小于92％需要再次精炼。
目前，电解精炼法回收生产电解铜是通用的方法，其工艺流程为：废杂铜精炼—阳极炉熔炼—铸造阳极板—电解槽—电解铜。该方法以回收铜为主要目的，其他杂质元素等成为炉渣，最后得到高品质的电解铜，然后再通过在电解铜中添加所需的金属来生产相应的铜合金棒材。
废杂铜通过上述电解精炼法再生原金属的工艺技术，优点是铜得到有效回收，使得其制得的铜合金中的杂质含量大大降低，但这样会使得废杂铜原料中的其他合金元素变成废渣或成为二次回收的原料，进而使得铜合金棒材的生产成本较高，因此研发一种废杂铜能直接被利用的方法是目前急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，其能够直接利用废杂铜生产铜合金棒材，降低了现有的铜合金棒材生产成本较高的问题，提高了资源的利用率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，包括以下操作步骤：
a、表面除垢：称取适量废杂铜原料，置于装有清洗剂的搅拌机中，在清洗剂中接入电源，通电搅拌10-15min，取出后用清水清洗，干燥得到废杂铜处理品；
b、粉碎：将步骤a中得到的废杂铜处理品置于粉碎机中，粉碎得到废杂铜碎料；
c、精炼：取步骤b中得到的废杂铜碎料置于熔炼炉中熔融精炼，得到废杂铜熔融液；
d、铜含量调整：测定步骤c中废杂铜熔融液的铜的质量分数x，当x>60％时，加入适量与其配伍的金属粉末，当x<57％时，加入适量的紫铜粉末，直至57％≤x≤60％，得到铜合金熔融液；
e、保温：将步骤d中得到的铜合金熔融液置于保温炉中进行保温，得到铜合金成型料；
f、成型：将步骤e中得到的铜合金成型料置于连铸结晶器中，冷却切段，形成铜合金粗品；
g、拉丝：将步骤f中得到的铜合金粗品置于拉丝机中，拉丝成型，得到最终的铜合金棒材。
本发明先是用电源对洗涤剂加以通电，由于粉尘、油污等非金属杂质通常带有负电子，以此对废杂铜表面的非金属杂质加以去除，减少铜合金棒材中的非金属杂质；与此同时，电源能使得废杂铜中的铜原子获能，结合粉碎处理的操作，有助于加快废杂铜的熔融，进而缩短废杂铜熔融精炼的时间，降低其熔融的生产成本；随后通过添加金属粉末或紫铜粉末使得铜合金板材中的铜含量维持在57％-60％之间，保证铜合金良好的机械性能。对铜合金熔融液保温处理能够使得合金中的各金属分散均匀，同时还能去除混在杂质铜内部中的非金属杂质以及空气，有效增加铜合金棒材的机械性能。最后在铜合金成型切断后进行拉丝，能有效将铜合金表面的金属氧化膜去除，便于后期更好的进行加工；
采用本发明制备铜合金棒材减少了电解铜的制备过程，降低了其生产成本，提高了资源的利用率，具有操作简单、环保可持续发展的特点。
进一步优选为：所述清洗剂按质量份数计，由12-20份的阳离子表面活性剂、0.5-1份的消泡剂、2-5份的缓蚀剂、2-5份的植物胶、1-3份的二氧化硅粉末和100-110份的去离子水搅拌混合而成。
采用上述方案，粉尘、油污等非金属杂质通常带有负电子，该杂质含量越多，铜合金的耐腐蚀性能越差。阳离子表面活性剂和植物胶在水体中能够发生协同作用，使得废杂铜表面的杂质稳定的锁定在植物胶体中；与此同时，废杂铜在搅拌过程中二氧化硅对其表面加以摩擦，使得缓蚀剂牢固的附着于发杂铜的表面并形成一层保护膜，降低废杂铜被腐蚀的可能性；消泡剂能有效降低废杂铜在表面除垢过程中产生的泡沫量，进而方便废杂铜的水洗；此外，植物胶具有良好的粘合效果，其能够促使二氧化硅均匀分散，以此更好的对废杂铜表面杂质加以去除。
进一步优选为：所述阳离子表面活性剂为三乙醇胺和阳离子聚丙烯酰胺中的混合物。
采用上述方案，三乙醇胺和阳离子聚丙烯酰胺均是市面上常见的阳离子表面活性剂，其采购方便，并且能够在材料使用上降低铜合金的生产成本。此外，两者混合使用时能够有效降低铜合金棒材中非金属杂质的含量，使得铜合金棒材具有良好的耐腐蚀性能。
进一步优选为：所述三乙醇胺与阳离子聚丙烯酰胺的质量比为1：3。
采用上述方案，经过实验研究可得，当三乙醇胺与阳离子聚丙烯酰胺的质量比为1：3时，铜合金棒材中的杂质含量达到最低值，进而可以得到其所配置的清洗剂具有良好的清洗效果。
进一步优选为：所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚中的一种或多种的混合物。
采用上述方案，聚二甲基硅氧烷、乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚其消泡效果优良，并且对废杂铜的侵蚀效果较小，因此能较好的将废杂铜表面的杂质清除干净。
进一步优选为：步骤a中加热清洗的温度为65℃-70℃。
采用上述方案，若是加热温度过低，则会使得清洗剂的流动速度降低，若是温度过高，则会对清洗剂中的成分造成一定的破坏，因此在65℃-70℃时清洗剂既具有良好的流动性，又能保证各成分稳定存在，使得其清洗效果大大增加。
进一步优选为：步骤c中的废杂铜碎料的精炼温度为1100℃-1120℃。
采用上述方案，在1100℃-1120℃时，废杂铜已经溶解完全，使得废杂铜中的杂质有效去除，减少杂质对铜合金的干扰，保证铜合金棒材良好的耐腐蚀性能。
进一步优选为：步骤c中的废杂铜碎料的精炼时间为10-15min。
采用上述方案，经过实验研究可得，精炼时间在10-15min时废杂铜熔融液中的非金属杂质含量最低，从而能够较好的除去废杂铜中的非金属杂质。
进一步优选为：步骤e中的铜合金熔融液的保温温度为980℃-1000℃。
采用上述方案，在980℃-1000℃时，铜合金能够保持在半熔融半凝固的状态，具有良好的可塑性同时能使得各合金晶体之间结合牢固，从而使得铜合金棒材具有良好的机械性能。
进一步优选为：步骤e中的铜合金熔融液的保温时间为10-15min。
采用上述方案，保温时间在10-15min时，铜合金熔融液中的金属充分结合，在这段时间内制得的铜合金板材的机械性能更优。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过表面除垢、粉碎、精炼、铜含量调整、保温、成型以及拉丝的操作步骤，减少了电解铜的制备过程，降低了其生产成本，提高了资源的利用率，具有操作简单、环保可持续发展的特点；
2、本发明通过特制的清洗剂对废杂铜原料加以清洗，有效减少了铜合金棒材中的非金属杂质含量，使得铜合金棒材具有良好的耐腐蚀性能。
附图说明
图1为废杂铜连铸生产铜合金的制备工艺图。
具体实施方式
需要说明的是，本发明中所使用的阳离子表面活性剂、消泡剂、缓蚀剂、植物胶、二氧化硅粉末均为市售产品，去离子水通过去离子设备加以制备。
以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，包括以下操作步骤：
a、表面除垢：称取适量废杂铜原料，置于装有清洗剂的搅拌机中，在清洗剂中接入36V的电源，其中以纯铜棒为正极，以石墨棒为负极，在300-320r/min的转速下通电搅拌10min，随后将其取出并用清水洗净，干燥后得到废杂铜处理品；
b、粉碎：将步骤a中得到的废杂铜处理品置于粉碎机中，粉碎得到废杂铜碎料；
c、精炼：取步骤b中得到的废杂铜碎料置于熔炼炉中，在1100℃-1120℃的温度下熔融精炼10min，得到废杂铜熔融液；
d、铜含量调整：测定步骤c中废杂铜熔融液的铜的质量分数x，当x>60％时，加入适量与其配伍的金属粉末，当x<57％时，加入适量的紫铜粉末，直至57％≤x≤60％，得到铜合金熔融液；
e、保温：将步骤d中得到的铜合金熔融液置于保温炉中，在980℃-1000℃的温度下保温10min，得到铜合金成型料；
f、成型：将步骤e中得到的铜合金成型料置于连铸结晶器中，冷却切段，形成铜合金粗品；
g、拉丝：将步骤f中得到的铜合金粗品置于拉丝机中，拉丝成型，得到最终的铜合金棒材。
其中，步骤a中的清洗剂由3kg的三乙醇胺、9kg的阳离子聚丙烯酰胺、0.5kg的聚二甲基硅氧烷、2kg的铜银缓蚀剂BTA、2kg的瓜尔胶、1kg的二氧化硅粉末和100kg的去离子水组成，各组分称量后搅拌至混合均与，即得。
实施例2-实施例7
实施例2-实施例7均在实施例1的方法基础上，对其制备参数加以调整，实施例2-实施例7中制备参数的调整情况以及实施例1中对应的制备参数见下表。
制备参数 清洗时间(min) 精炼时间(min) 保温时间(min)
实施例1 10 10 10
实施例2 12 10 10
实施例3 15 10 10
实施例4 10 13 10
实施例5 10 15 10
实施例6 10 10 13
实施例7 10 10 15
实施例8-实施例12
实施例8-实施例12均在实施例1的方法基础上，对清洗剂的组分以及组分重量作出调整，实施例8-实施例12中清洗剂的组分和组分质量的调整情况以及实施例1中对应的组分和组分质量见下表。
Figure BDA0001797228200000061
对比例1-对比例6
对比例1-对比例6均在实施例1的方法基础上，对其制备参数加以调整，对比例1-对比例6中制备参数的调整情况见下表。
制备参数 清洗时间(min) 精炼时间(min) 保温时间(min)
对比例1 5 10 10
对比例2 20 10 10
对比例3 10 5 10
对比例4 10 20 10
对比例5 10 10 5
对比例6 10 10 20
对比例7
本对比例为深圳市运世达金属材料有限公司的牌号为H59的铜合金棒材。
对比例8
与实施例1的区别之处在于，本对比例在清洗剂清洗时未进行通电处理。
将上述实施例1-实施例13以及对比例1-对比例8的铜合金棒材进行如下性能测定：
1、杂质总量：按照GB/T 5121的检测标准进行测定；
2、耐腐蚀性：按照GB/T15970.7的检测标准进行测定；
3、抗拉强度：按照GB/T 228的检测标准进行测定。
检测结果如下表：
Figure BDA0001797228200000071
参见上表，将实施例1至实施例7与对比例1至对比例6的检测结果进行比较，可以得到，当废杂铜原料通电清洗10-15min、熔融精炼10-15min、保温10-15min时，其所制得的铜合金棒材的杂质含量较少，具有良好的耐腐蚀性能和抗拉强度。
将实施例1与实施例8至实施例13的检测结果进行比较，可以得到，当阳离子表面活性剂为三乙醇胺和阳离子聚丙烯酰胺的混合物且两者的质量比为1：3时，其所制得的铜合金棒材的杂质量有所减少，具有良好的耐腐蚀性；此外，当消泡剂为聚二甲基硅氧烷、乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚中的一种或多种的混合物时，其所制得的铜合金棒材的杂质量较少，耐腐蚀性也有所改善。
将实施例1与对比例7的检测结果进行比较，可以得到，采用本发明制得的铜合金铝棒具有杂质量少、耐腐蚀性优良、抗拉强度强的特点。
将实施例1与对比例8的检测结果进行比较，可以得到，在清洗液清洗废杂铜原料时进行通电处理，能够有效降低铜合金棒材中的杂质含量，使得铜合金板材具有良好的耐腐蚀性和抗拉强度。
综上，本发明相对于现有的铜合金棒材的制备方法，能够直接利用废杂铜生产铜合金棒材，降低了现有的铜合金棒材生产成本较高的问题，提高了资源的利用率；在此基础上，其所制得的铜合金棒材具有杂质含量低、耐腐蚀性和抗拉强度优良的特点。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
a、表面除垢：称取适量废杂铜原料，置于装有清洗剂的搅拌机中，在清洗剂中接入电源，通电搅拌10-15min，随后用清水清洗，干燥后得到废杂铜处理品；
b、粉碎：将步骤a中得到的废杂铜处理品置于粉碎机中，粉碎得到废杂铜碎料；
c、精炼：取步骤b中得到的废杂铜碎料置于熔炼炉中熔融精炼，得到废杂铜熔融液；
d、铜含量调整：测定步骤c中废杂铜熔融液的铜的质量分数x，当x>60％时，加入适量与其配伍的金属粉末，当x<57％时，加入适量的紫铜粉末，直至57％≤x≤60％，得到铜合金熔融液；
e、保温：将步骤d中得到的铜合金熔融液置于保温炉中进行保温，得到铜合金成型料；
f、成型：将步骤e中得到的铜合金成型料置于连铸结晶器中，冷却切段，形成铜合金粗品；
g、拉丝：将步骤f中得到的铜合金粗品置于拉丝机中，拉丝成型，得到最终的铜合金棒材；
所述清洗剂按质量份数计，由12-20份的阳离子表面活性剂、0 .5-1份的消泡剂、2-5份的缓蚀剂、2-5份的植物胶、1-3份的二氧化硅粉末和100-110份的去离子水搅拌混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，其特征在于，所述阳离子表面活性剂为三乙醇胺和阳离子聚丙烯酰胺中的一种或两种的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，其特征在于，所述三乙醇胺与阳离子聚丙烯酰胺的质量比为1：3。
4.根据权利要求1所述的一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，其特征在于，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，其特征在于，步骤a中加热清洗的温度为65℃-70℃。
6.根据权利要求1所述的一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，其特征在于，步骤c中的废杂铜碎料的精炼温度为1100℃-1120℃。
7.根据权利要求1所述的一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，其特征在于，步骤c中的废杂铜碎料的精炼时间为10-15min。
8.根据权利要求1所述的一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，其特征在于，步骤e中的铜合金熔融液的保温温度为980℃-1000℃。
9.根据权利要求1所述的一种废杂铜连铸生产铜合金的方法，其特征在于，步骤e中的铜合金熔融液的保温时间为10-15min。
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