第三章含铜废料的处理

第三章含铜废料的处理一、纯铜及铜合金1、纯铜纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故工业纯铜常称紫铜或电解铜。密度为8.9g/cm3，熔点1084.5℃。纯铜导电性很好，大量用于制造电线、电缆、电刷等；导热性好，常用来制造须防磁性干扰的磁学仪器、仪表，如罗盘、航空仪表等；塑性极好，易于热压和冷压力加工，可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材。纯铜产品有冶炼品及加工品两种。2、铜合金（1）黄铜：黄铜是铜与锌的合金。最简单的黄铜是铜和锌二元合金，称为简单黄铜或普通黄铜。改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。黄铜中锌的含量越高，其强度也较高，塑性稍低。工业中采用的黄铜含锌量不超过45%，含锌量再高将会产生脆性，使合金性能变坏。为了改善黄铜的某种性能，在二元黄铜的基础上加入其它合金元素的黄铜称为特殊黄铜。常用的合金元素有硅、铝、锡、铅、锰、铁与镍等。（2）青铜：青铜是历史上应用最早的一种合金，原指铜锡合金，因颜色呈青灰色，故称青铜。为了改善合金的工艺性能和机械性能，大部分青铜内还加入其它合金元素，如铅、锌、磷等。由于锡是一种稀缺元素，所以工业上还使用许多不含锡的无锡青铜，它们不仅价格便宜，还具有所需要的特种性能。无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。现在除黄铜和白铜（铜镍合金）以外的铜合金均称为青铜。（（3）白铜：以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色，称为白铜。铜镍二元合金称普通白铜，加锰、铁、锌和铝等元素的铜镍合金称为复杂白铜。纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、电阻和热电性。工业用白铜根据性能特点和用途不同分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能。二、铜材及铜的化合物以纯铜或铜合金制成各种形状包括棒、线、板、带、条、管、箔等统称铜材。铜材的加工有轧制、挤制及拉制等方法，铜材中板材和条材有热轧的和冷轧的；而带材和箔材都是冷轧的；管材和棒材则分为挤制品和拉制品；线材都是拉制的。1、铜线材铜线材是铜材中产量最大、应用面最广的品种，主要用于电线电缆导体、漆包线、镀锡线等。含铜合金线材主要品种是黄铜线(包括普通黄铜线、黄铜扁线、铅黄铜线等)，主要用于螺丝、五金件、拉链、首饰、自行车条幅等。2、带材带材的使用面非常广，主要用于变压器、汽车水箱散热片、电子铜带和普通黄铜带的制造。家用电器所用铜带主要为电子铜带和普通黄铜带。电子铜带是铜铁磷合金，用于集成电路插件，牌号为c19200和c1940O的电子铜带，国内用量已经超过1万吨；普通黄铜带主要用于制造电器、汽车仪表、各种散热片、通讯器材和计算机等的零件以及装饰等。3、电解铜箔电解铜箔主要用于电子工业制作印刷电路板，该产品要求高，技术难度较大，其发展趋势是超薄和双面处理。随着信息产业的高速发展，其用量越来越大。4、棒材棒材中最大的品种是铅黄铜棒，主要用于各种机械、电器、五金等零部件的制造，该产品对铜品位要求不高，可用废铜生产。5、管材管材的用途相对集中，主要应用于空凋盘管、冷凝管和给排水管的制造。6、铜的主要化合物冶金生产中，铜的主要化合物有：氧化铜、氧化亚铜、硫酸铜、氯化铜、氯化亚铜、铁酸铜、铁酸亚铜、硅酸亚铜。三、我国再生铜生产状况西方主要国家是世界铜消费大国，也是废杂铜的产生大国和再生利用大国。西方国家废杂铜的直接利用量较高，但再生铜产量却较低，这是因为西方主要国家环保法规定很严，造成污染时处罚会很重。而再生铜的回收分类、重熔冶炼会造成当地一定程度的污染，促使这些国家的废杂铜往往销往国外，我国就是大量进口废杂铜的国家之一。我国的铜矿资源先天不足．始终不能充分满足国民经济发展的需要。自20世纪80年代以来．国内的铜需求短缺问题一直依靠进口加以补充、解决。正是由于这一点，我国政府和相关企业历来对废杂铜的回收利用十分重视。20世纪90年代以前，国家物资部门和供销社系统就在全国建立广泛的废旧金属和废旧物资回收网络，并将废杂铜的回收列入指令性计划。进入20世纪90年代以后，随着社会主义市场经济体制的建立和逐步完善及国民经济的持续发展，铜消费规模快速增长，因此对废杂铜的需求大幅增长，并将废杂铜的供给市场由国内扩展到国外。废杂铜的进口量开始逐年增多。国内进口废杂铜的品种主要是2#废杂铜、废旧电线、电缆以及大量含铜低的废旧电机等。我国进口的废杂铜主要来自美国、日本、欧盟和俄罗斯，其中从美国进口量最大，大约占进口总量的40％~50%。我国废杂铜回收业的特点是点多面广，从大中型企业现有的回收利用方式来看，可大致分为4种类型：①国有大型采选冶铜联合企业，这类企业回收利用废杂铜主要是为补充自有原料(铜精矿)的不足，满足发挥生产能力的需要，如白银有色金属公司、大冶有色金属公司、江西铜业公司、铜陵有色金属公司等；②全采购铜精矿和废杂铜来满足生产需要的企业，如重庆冶炼厂、云南冶炼厂、株洲冶炼厂、沈阳冶炼厂等；③全粗铜和废杂铜进行重熔、精炼、电解满足生产需的企业，如武汉冶炼厂、太仓电解铜厂、常州东方鑫源铜业、宁波金田铜业公司、洛阳铜加工厂、广州铜材厂等；④全回收废杂铜来进行生产的企业，如天津电解铜厂(有部分粗铜)等。除了上述大中型铜冶炼加工企业外，我国目前尚有数以百计的小型铜冶炼厂。这些企业多属于集体或私营个体企业，以废杂铜为原料，利用简单的生产工艺(小转炉、小反射炉等)回收再生，所得产品大多数为粗铜(俗称黑铜)。其中，也有一些企业的最终产品是硫酸铜。目前国内废杂铜的回收再生主要集中在河北、江苏、浙江，广东和上海等5省市。而江苏省和上海市不仅生产再生铜的企业数量多，再生铜的产量也大。目前，国内废杂铜的回收再生和销售流通的集散地主要集中在河北省的清苑、新安，浙江省的绍兴、宁波和广东等地区。四、含铜废料及其组成我国含铜废料主要有：报废的含铜废件、生产铜、铜合金及其机械加工过程中的废料、铜渣和烟尘等。例：铜渣铜精炼炉产出的炉渣Cu（10%-60%）纯废铜铜电线轧制过程中的废料Cu（90%）目前铜废料主要有三种再生利用途径：1、生产再生精铜2、直接熔炼成铜合金3、生产铜化工产品四、我国再生铜的主要生产方法目前我国生产再生铜的方法主要有两类：第一类：将废杂铜直接熔炼成不同牌号的铜合金或精铜，所以又称直接利用法；第二类：将杂铜先经火法处理铸成阳极铜．然后电解精炼成电解铜，并在电解过程中回收其他有价元素。用第二类方法处理含铜废料时，通常又有3种不同的流程，即一段法、二段法和三段法。1、一段法将分类过的黄杂铜或紫杂铜直接加入反射炉精炼成阳极铜。其优点是流程短、设备简单、建厂快、投资少，但该法在处理成分复杂的杂铜时，产出的烟尘成分复杂，难以处理；同时精炼操作的炉时长，劳动强度大，生产效率低，金属回收率也较低。2、二段法杂铜先经鼓风炉还原熔炼得到金属铜．然后将金属铜在反射炉内精炼成阳极铜；或杂铜先经转炉吹炼成粗铜，再在反射炉内精炼成阳极铜。由于这两种方法都要经过两道工序，所以称为二段法。鼓风炉熔炼得到的金属铜杂质含量较高，呈黑色，故称为黑铜。3、三段法杂铜先经鼓风炉还原熔炼成黑铜，黑铜在转炉内吹炼成次粗铜，次粗铜再在反射炉中精炼成阳极铜。原料要经过三道工序处理才能生产出合格的阳极铜，故称三段法。三段法具有原料综合利用好，产出的烟尘成分简单、容易处理、粗铜品位较高、精炼炉操作较容易、设备生产率也较高等优点，但又有过程较复杂、设备多、投资大且燃料消耗多等缺点。因此，我国除规模较大的企业或需处理某些特殊废渣外，一般的废杂铜处理流程多采用二段法和一段法。五、废电线、电缆的预处理方法简介废电线、电缆的预处理目的主要使铜线和绝缘层分离，方法主要有四种：1、机械分离法，该法又可分为两种：（1）滚筒式剥皮机加工法该法适合处理直径相同的废电线和电缆。我国已有这种设备。国外采用此种设备进行废电线、电缆剥皮，效果很好。废电线、电缆首先剪切成长度不超过300毫米的线段，然后人工送入特制的转鼓切碎机，在转鼓切碎机内，电线和电缆被破碎脱皮，碎屑从转鼓刀片底部直径5毫米的筛孔漏出，转鼓转速3000转/分，转鼓直径30英寸，转鼓刀片与底部筛板面的间隙为1.5毫米，转鼓切碎机处理能力为1吨/时，电机功率30千瓦，从筛孔漏出的碎屑用皮带送到料仓，再通过振动给料机将碎屑送到摇床上进行分选，最终得到铜屑、混合物和塑料纤维，铜屑可直接作为炼铜的原料，也可用作生产硫酸铜的原料，混合物返回转鼓切碎机处理，塑料纤维可作为产品出售。每吨废电线电缆可生产450—550公斤铜屑，450—550公斤塑料。一周可处理60吨料，产铜屑30吨，塑料30吨。每处理30吨废电缆电线，更换一次刀片，刀片用高速工具钢制造。本工艺有如下特点：A、可综合回收废电线电缆中的铜和塑料，综合利用水平较高；B、产出的铜屑基本不含塑料，减少了熔炼时塑料对大气的污染；C、工艺简单，易于机械化和自动化；此种设备的缺点是工艺过程中耗电较高，刀片磨损较快。（2）剖割式剥皮机加工法该法适合处理粗大的电缆和电线，我国襄樊某厂已能生产这种设备。2、低温冷冻法低温冷冻法适合处理各种规格的电线和电缆。废电线电缆先经冷冻使绝缘层变脆，然后经震荡破碎使绝缘层与铜线分离。3、化学剥离法该方法采用一种有机溶剂将废电线的绝缘层溶解，达到铜线与绝缘层分离之目的。此法的优点是能得到优质铜线，但缺点是溶液的处理比较困难，而且溶剂的价格较高，该技术的发展方向是研究一种廉价实用的有效溶剂。4、热分解法废电线电缆先经过剪切，然后由运输给料机加入热解室热解，热解后的铜线由炉排运输机送到出料口水封池，然后被装入产品收集器中，铜线可作为生产精铜的原料。热解产生的气体送到补燃室中烧掉其中的可燃物质，然后再送入反应器中用氧化钙吸收其中的氯气后排放，生成的氯化钙可作为建筑材料。六、含铜废料的鼓风炉熔炼鼓风炉是熔炼铜废料的通用设备之一，通常用于处理含锌高的黄杂铜和白杂铜，以及再生铜生产过程中的各种炉渣和各种低品位原料。鼓风炉熔炼杂铜所产金属铜含杂质较多，呈黑色，称为黑铜，黑铜经转炉吹炼得次粗铜。1、鼓风炉熔炼的基本原理Ⅰ区：位于炉子上部炉料加热和水分干燥Ⅱ区：碳酸钙分解、金属氧化物开始分解CaCO3CaO+CO2Cu2O+CO2Cu+CO2CuO+CO2Cu+CO2Ⅲ区：金属氧化物还原结束，炉料熔化生成黑铜和炉渣。Fe3O4+CO3FeO+CO22FeO+SiO22FeO·SiO2CaO+SiO22CaO·SiO2Ⅳ区：焦点区，焦炭燃烧产生还原性气体CO。C+O2CO2CO2+CCOⅤ区：炉缸，集聚液态熔炼产物黑铜和炉渣。含铜废料鼓风炉熔炼时，可用石英、石灰石作为熔剂。炉料中加入萤石可降低渣熔点，改善渣的流动性。2、铜废料鼓风炉熔炼实践黑铜成分（%）CuZnSnPbNiFe82-875-81.2-2.21-20.5-1.51.5-3主要经济技术指标：焦率25-30%回收率96-99%熔剂率5-6%（熔炼含铜炉渣时25-36%）作业1、在铜废料鼓风炉熔炼中，请根据炉料的物理化学变化过程，写出各区域上发生的反应或变化。2、我国废杂铜回收再生的主要方法有哪些？