CN117587292A - 一种除铅剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除铅剂，包括以下质量百分含量的组分：30～50％硼钙合金、10～20％氟硅酸钠、10～20％氟铝酸钠、15～25％氟化钙和5～10％二氧化硅。本发明还公开了所述的除铅剂在废杂黄铜除铅中的应用以及利用废杂黄铜生产无铅黄铜的方法。本发明的除铅剂中含有硼钙合金，硼钙合金能够与铜水中的Pb和Pb化物反应生成CaPb和CaPb2，CaPb和CaPb2密度较低可以上浮成渣被捞出；B元素可以与杂铜中的Al、Fe反应生产异质形核点，能够在熔铸结晶过程中提供结晶形核，可以极大细化铸锭晶粒组织。本发明的除铅剂可将废杂黄铜中的Pb含量降至0.01wt％，除铅效果极其优异，在废杂黄铜的回收和再利用中应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于铜熔体净化及废铜循环再生利用技术领域，具体涉及一种除铅剂及其应用。
背景技术
中国作为最大的铜加工材料生产国与消费国，对再生铜需求日益提升，经分选的再生铜可作为铜原料进入熔炼工序，相对原生铜具有节能、环保、经济的优势。
再生铜一般来源为报废的含铜废件、加工废料、铜渣等，其来源广泛、成分复杂，需严格分选才能利用，否则可能导致铜产品成分、性能异常。废旧黄杂铜是废杂铜中较多的一种，除铜、锌等主元素外，还可能含有铅、锡、硅、镍、铁等元素，一般降级应用于生产铅黄铜产品，无法升级应用于生产普黄铜或无铅黄铜。这无疑减少了废杂黄铜的应用范围，增加了无铅黄铜的生产成本。
公告号为CN103146939B的专利文献公开了一种降低铅黄铜中铅含量的方法，添加剂主要成分为钙镁合金、硼酸、稀土“铈、钇、镧”氧化物，主要机理为与铅形成金属化合物并通过高温冶金方法将其作为杂质从熔体中除去，但该添加剂中Mg残留量增多导致黄铜加工性能降低。此外，稀土“铈、钇、镧”氧化物的成本较高。
公开号为CN102251136A的专利文献公开了一种废紫铜除铅复合剂及其制造方法，使用石英砂、硼酸钠、钙盐、氯化钠以及粉煤灰，使用时首先要将铅氧化，但是在黄铜中基体元素Zn与氧的结合能力要强于Pb，此法难以去除黄铜中的Pb。
因此，鉴于上述现有技术的不足，寻找一种新的除铅剂除去废杂铜中的铅，以实现废杂铜的回收和再利用，对我国环境的保护和铜资源的再生利用具有重要意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种除铅剂，所述除铅剂具有优异的除铅性能且可细化铸锭晶粒组织。
一种除铅剂，包括以下质量百分含量的组分：30～50％硼钙合金、10～20％氟硅酸钠、10～20％氟铝酸钠、15～25％氟化钙和5～10％二氧化硅。
本发明的除铅剂中含有硼钙合金，硼钙合金能够与铜水中的Pb和Pb化物反应生成CaPb和CaPb2，CaPb和CaPb2密度较低可以上浮成渣被捞出；B元素可以与杂铜中的Al、Fe反应生产异质形核点，能够在熔铸结晶过程中提供结晶形核，可以极大细化铸锭晶粒组织。
氟硅酸钠能够降低铜灰熔点，将被氧化物包覆的铜渣或者杂铜碎屑分离出来，重新融入铜液中；分解反应生成的NaF可以降低铜灰黏度，并覆盖保护铜水。
氟铝酸钠能够降低铜渣黏度，提高其流动性，为CaPb和CaPb2的上浮提供条件。
氟化钙能够改善铜灰流动性、降低黏度，表面覆盖可以隔绝氧气进入。
二氧化硅可以与其他金属化合形成硅酸盐，表面覆盖结渣。
优选地，所述的硼钙合金中硼的含量为10～20wt％。虽然硼元素能够在熔铸结晶过程中提供结晶形核，细化铸锭晶粒组织，但硼元素用量过多会造成后道加工困难。因此，本发明选择硼钙合金中硼的含量为10～20wt％。
本发明还提供了所述的除铅剂在废杂黄铜除铅中的应用。本发明的除铅剂可将废杂黄铜中的Pb含量降至0.06wt％以下，除铅效果优异。
本发明还提供了一种利用废杂黄铜生产无铅黄铜的方法，包括以下步骤：
(1)对废杂黄铜进行分选去除杂物后加入熔炼炉内熔炼至完全熔化；
(2)将熔体温度调整至920～980℃，在熔体中加入所述的除铅剂，搅拌，保温，之后将熔体升温至990～1050℃精炼、捞渣、出炉、浇注。
优选地，所述的分选为依次采用磁筛、机械筛选和重力分选。
优选地，所述的废杂黄铜中的铅含量为1～3.5wt％，所述的废杂黄铜与除铅剂的质量比为50～150:1。
优选地，所述的废杂黄铜中的铅含量为1.5～3wt％，所述的废杂黄铜与除铅剂中钙元素的质量比为200～400:1。本发明将除铅剂与钙元素的质量比控制在此范围内可使得钙与铅结合形成可上浮的铅的金属化合物CaPb和CaPb2，从而通过捞渣除去。
优选地，所述的废杂黄铜中的铅含量为1.5～3wt％，所述的废杂黄铜与除铅剂中硼元素的质量比为800～1200:1。本发明将废杂黄铜与除铅剂中硼元素的质量比控制在此范围内，可避免硼超标的导致材料变脆，造成加工开裂，且可以极大细化铸锭晶粒组织。
优选地，所述的除铅剂由铜铂包裹后加入熔体。
优选地，所述的搅拌时间为3～5min，保温时间为10～15min。
本发明首先对废杂黄铜进行分选，除去杂物后进行熔炼至完全熔化，将熔体温度调整至920～980℃，加入除铅剂搅拌，保温，形成铅的金属化合物CaPb和CaPb2，CaPb和CaPb2密度较低而上浮，之后将熔体升温至990～1050℃精炼、捞渣、出炉及浇注。本发明的除铅剂可将废杂黄铜中的Pb含量降至0.06wt％以下，甚至低达0.01wt％，除铅效果优异，而且本发明的除铅剂能够在熔铸结晶过程中提供结晶形核，可以极大细化铸锭晶粒组织，晶粒度可达0.01～0.05mm。
相比于现有技术，本发明至少具备以下有益效果：
(1)本发明的除铅剂中含有硼钙合金，硼钙合金能够与铜水中的Pb和Pb化物反应生成CaPb和CaPb2，CaPb和CaPb2密度较低可以上浮成渣被捞出；B元素可以与杂铜中的Al、Fe反应生产异质形核点，能够在熔铸结晶过程中提供结晶形核，可以极大细化铸锭晶粒组织。
(2)本发明的除铅剂可将废杂黄铜中的Pb含量降至0.06wt％以下，甚至低达0.01wt％，除铅效果极其优异，在废杂黄铜的回收和再利用中应用前景广阔。
附图说明
图1是实施例4铸造的黄铜结晶组织宏观金相照片；
图2是对比例铸造的黄铜结晶组织宏观金相照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例和对比例中除铅剂的组成如表1所示。
表1实施例和对比例中除铅剂的组成(wt％)
实施例1：
(1)废旧黄铜的预处理：对黄杂铜进行分选，以磁筛、机械筛选、重力分选去除杂物；
(2)按照组成要求，取200kg废旧黄杂铜，加入熔炼炉内熔炼至完全熔化；
(3)将熔体温度调整至920℃，经直读光谱仪测得Pb含量为2.9wt％，在熔体中加入0.7％铜水质量的铜箔包覆的除铅剂，组成如表1所示。加入除铅剂后机械搅拌3min，再保温10min，之后将熔体升温至990℃，取样后经直度光谱仪测得Pb含量为0.05wt％，经过精炼、捞渣、出炉与浇注，铸锭平均晶粒尺寸在0.05mm。
实施例2：
(1)废旧黄铜的预处理：对黄杂铜进行分选，以磁筛、机械筛选、重力分选去除杂物；
(2)按照组成要求，取100kg废旧黄杂铜，加入熔炼炉内熔炼至完全熔化；
(3)将熔体温度调整至940℃，经直读光谱仪测得Pb含量为3.0wt％，在熔体中加入0.9％铜水质量铜箔包覆的除铅剂，组成如表1所示。加入除铅剂后机械搅拌3.5min，再保温12min，之后将熔体升温至1000℃，取样后经直度光谱仪测得Pb含量为0.06wt％，经过精炼、捞渣、出炉与浇注，铸锭平均晶粒尺寸在0.04mm。
实施例3：
(1)废旧黄铜的预处理：对黄杂铜进行分选，以磁筛、机械筛选、重力分选去除杂物；
(2)按照组成要求，取150kg废旧黄杂铜，加入熔炼炉内熔炼至完全熔化；
(3)将熔体温度调整至960℃，经直读光谱仪测得Pb含量为2.9wt％，在熔体中加入1.2％铜水质量铜箔包覆的除铅剂，组成如表1所示。加入除铅剂后机械搅拌4min，再保温13min，之后将熔体升温至1010℃，取样后经直度光谱仪测得Pb含量为0.02wt％，经过精炼、捞渣、出炉与浇注，铸锭平均晶粒尺寸在0.03mm。
实施例4：
(1)废旧黄铜的预处理：对黄杂铜进行分选，以磁筛、机械筛选、重力分选去除杂物；
(2)按照组成要求，取250kg废旧黄杂铜，加入熔炼炉内熔炼至完全熔化；
(3)将熔体温度调整至980℃，经直读光谱仪测得Pb含量为2.75wt％，在熔体中加入1.8％铜水质量铜箔包覆的除铅剂，组成如表1所示。加入除铅剂后机械搅拌5min，再保温15min，之后将熔体升温至1050℃，取样后经直度光谱仪测得Pb含量为0.01wt％，经过精炼、捞渣、出炉与浇注，铸锭平均晶粒尺寸在0.01mm，本实施例的黄铜结晶组织宏观金相照片如图1所示。
对比例：
(1)废旧黄铜的预处理：对黄杂铜进行分选，以磁筛、机械筛选、重力分选去除杂物；
(2)按照组成要求，取250kg废旧黄杂铜，加入熔炼炉内熔炼至完全熔化；
(3)将熔体温度调整至980℃，经直读光谱仪测得Pb含量为3.51wt％，机械搅拌5min，再保温15min，之后将熔体升温至1050℃，取样后经直度光谱仪测得Pb含量为2.7wt％，经过精炼、捞渣、出炉与浇注，铸锭平均晶粒尺寸在0.15mm，本对比例的黄铜结晶组织宏观金相照片如图2所示。对比图1和图2，说明本实施例的除铅剂可以极大细化铸锭晶粒组织。
Claims (10)
1.一种除铅剂，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：30～50％硼钙合金、10～20％氟硅酸钠、10～20％氟铝酸钠、15～25％氟化钙和5～10％二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的除铅剂，其特征在于，所述的硼钙合金中硼的含量为10～20wt％。
3.根据权利要求1或2所述的除铅剂在废杂黄铜除铅中的应用。
4.一种利用废杂黄铜生产无铅黄铜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对废杂黄铜进行分选去除杂物后加入熔炼炉内熔炼至完全熔化；
(2)将熔体温度调整至920～980℃，在熔体中加入权利要求1或2所述的除铅剂，搅拌，保温，之后将熔体升温至990～1050℃精炼、捞渣、出炉、浇注。
5.根据权利要求4所述的利用废杂黄铜生产无铅黄铜的方法，其特征在于，所述的分选为依次采用磁筛、机械筛选和重力分选。
6.根据权利要求4所述的利用废杂黄铜生产无铅黄铜的方法，其特征在于，所述的废杂黄铜中的铅含量为1～3.5wt％，所述的废杂黄铜与除铅剂的质量比为50～150:1。
7.根据权利要求4所述的利用废杂黄铜生产无铅黄铜的方法，其特征在于，所述的废杂黄铜中的铅含量为1.5～3wt％，所述的废杂黄铜与除铅剂中钙元素的质量比为200～400:1。
8.根据权利要求4所述的利用废杂黄铜生产无铅黄铜的方法，所述的废杂黄铜中的铅含量为1.5～3wt％，所述的废杂黄铜与除铅剂中硼元素的质量比为800～1200:1。
9.根据权利要求4所述的利用废杂黄铜生产无铅黄铜的方法，其特征在于，所述的搅拌时间为3～5min，保温时间为10～15min。
10.根据权利要求4-9中任一项所述的利用废杂黄铜生产无铅黄铜的方法，其特征在于，所述的无铅黄铜的铸锭晶粒度为0.01～0.05mm。
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