一种废铜杂质去除的方法

摘要

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。

权利要求

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。

说明书

一种废铜杂质去除的方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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

[0004] 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。

[0005] 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：

[0006] 1)、废铜的分级

[0007] 根据废铜的来源将废铜分为三个等级：

[0008] 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；

[0009] 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；

[0010] 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；

[0011] 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％；

[0012] 3)、待废铜完全熔化后，进行除杂质的工序；

[0013] (1)、废铜除铅

[0014] 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。

[0015] 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；

[0016] (2)、废铜除铋

[0017] 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。

[0018] 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；

[0019] (3)、废铜除锌

[0020] 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。

[0021] 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；

[0022] (4)、废铜除铁

[0023] 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。

[0024] 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；

[0025] 4)、连铸连轧

[0026] 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；

[0027] 5)、检验入库。

[0028] 采用上述方法后，本发明创造有以下优点和效果：

[0029] 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。

[0030] 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℃2
电阻率≤0.017241Ω·mm/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。

[0031] 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

[0032] 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：

[0033] 其工艺包括如下步骤：

[0034] 1)、废铜的分级

[0035] 根据废铜的来源将废铜分为三个等级：

[0036] 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；

[0037] 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；

[0038] 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；

[0039] 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％；

[0040] 3)、待废铜完全熔化后，进行除杂质的工序；

[0041] (1)、废铜除铅

[0042] 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。

[0043] 表1微量Ce对铜中Pb的影响

[0044]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[0045] 表2微量Zr对铜中Pb的影响

[0046]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[0047] 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。

[0048] (2)、废铜除铋

[0049] 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。

[0050] 表3微量Ti对铜中Bi的影响

[0051]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[0052] 表4微量Li对铜中Bi的影响

[0053]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[0054] 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；

[0055] (3)、废铜除锌

[0056] 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。

[0057] 表5微量Fe对铜中Zn的影响

[0058]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[0059] 从表5可以得出，在铜熔体内加入0.01％-0.05％的铁屑，

[0060] 即可达到T2铜对锌含量≤0.002％的要求。

[0061] (4)、废铜除铁

[0062] 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。

[0063] 表6氧化4小时石英制剂对铜中Fe的影响

[0064]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[0065] 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