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废铜生产高精密铜合金产品资源化处理技术
2011年08月18日 15:44 中国资源综合利用协会

  一、研制背景
  1、我国已成为**大铜消费国,但我国铜资源贫乏。2008年我国铜材产量748.59万吨,2009年888.42万吨,而据海关2008年的统计,中国铜精矿自给率已由1995年的80下降到2008年的30左右。
  2、国内矿产资源不能解决铜原料的稳定供应,更不可能建立可靠的资源储备,中国有色金属领域的发展必须依靠再生资源,以减少对矿产资源的依赖。
  3、一方面实施走出去利用海外铜矿资源,另一方面利用废旧杂铜再生资源,变废为宝,才能有效地建立可靠的资源储备,比较有效地解决铜原料供应短缺局面。
  二、项目研制的意义
  1、项目以废旧电子、电气等废铜为主要原料,有利于缓解我国铜资源紧缺的局面.
  2、项目采用再生资源综合利用先进工艺开发生产高精密铜合金板带材产品,促进我国铜加工工业的快速发展。
  3、随着我国电子、电气工业和汽车工业的快速发展,国内高精密铜合金产品的生产量难以满足市场的需求,使得铜板带材市场需求量大幅度上升。项目的实施有利于满足我国日益增长的铜合金产品市场需求.
  三、任务来源
  1、根据国家产业政策和市场需求。本项目符合国家重大产业技术开发专项资源综合利用关键技术中再生资源综合利用技术。项目针对我国废铜直接利用效率低下的现状,在现有废铜利用产业基础上,对废铜的收集、分选、冶炼、加工、环保、综合利用等方面进行研究,研制以废铜为主要原料直接生产高精密合金铜带材技术。
  2、依据芜湖市发展和改革委员会关于安徽精诚铜业股份有限公司年产2万吨废旧金属材料处理及利用项目备案的函(发改资源「2008」605号文)。
  四、项目建设进度安排(2005年8月至2009年12月)
  2005年8月-10月市场调研,编制方案;
  2005年9月-11月工艺流程设计,确定生产方案;
  2005年11月完成技术方案,开发客户订单,组织试验;
  2006年1月-5月设备购置、人员培训、产品小规模生产;
  2006年6月-12月产品投放市场、过程跟踪、完善技术;
  2007年1-8月市场开拓、技术总结、完善;
  2007年8-12月产品规模化生产、新产品鉴定;
  2008年1月-12月结合客户意见及检测结论、全面接单生产;
  2009年1月-12月产业化生产,项目总结验收。
  五、研制内容-难点及解决方法
  (1)炉前分选
  传统的生产工艺中,炉前对废铜料进行简单的物理筛选,而废铜原料并不是只有单一的物质组成,通常是由铜、铝,铅、锌、锡、镍、铁、钢、塑料、胶木、橡胶等组成的混合体,不经破碎筛选,直接投入熔炉进行生产,使得所生产的产品含有大量杂质,品质大幅下降,产品的附加值大大降低。还使得生产车间黑烟滚滚。这样也造成了对环境的污染。
  解决办法
  采用独特的废铜前处理装备技术,特别是铜米机、剥皮机、破碎机的运用,能够快速地对废铜原料进行处理,有针对性地对不同的原料进行剥离、碾碎;对废铜料经过严格的分拣;必要时利用化学、光谱快速准确地分析出废铜的杂质含量;并根据废铜杂质元素的不同分类存放,明确标识,有利于更好地控制投炉时原料之间搭配,完全实现废铜综合利用,更好的保护了环境。
  (2)熔炼
  传统技术在熔铸过程中,不对投炉原料进行杂质成分调配,这样产品的杂质含量就得不到有效控制。
  解决方法
  我们采用如下独特的熔炼技术工艺,严格按熔炼、铸造工艺方法进行熔炼。
  ①根据废铜杂质元素的不同,控制投炉时原料之间搭配。
  ②实行多次捞渣,尤其是重视添加精炼剂(CuRE15)后的捞渣。
  ③过程中进行快速成份分析,验证投炉原料杂质成份的控制精度,必要时进行杂质成份调整,确保产品的杂质含量与合金成份含量。
  (3)稀土添加技术
  稀土有细化晶粒、造渣除杂、改善性能以及有深度脱硫、氧作用,能很好控制氧、硫夹杂物形态,提高。但稀土加入过量会导致新的夹杂,使用性能恶化。
  解决方法
  在使用废铜料和边角料时添加含镧、铈、镱等元素的微量稀土铜中间合金(稀土精炼剂CuRE15)到铜熔液中,通常加入量为1-2kg/t,视成品用途和杂质含量调整加入量。
  稀土添加剂准确计量,采用块状加入并搅伴、静置,利用稀土的除杂、变质和合金化作用,较好的除去能硫、铅、铋、砷杂质。CuRE15的加入有效地细化晶粒、脱硫、脱氧、改善性能等。
  (4)铜熔体铸造覆盖技术
  铜元素在高温时具有比较活泼的化学性质,在铜液由熔炼炉转移到结晶器的过程中不能和空气接触。目前,各厂家普遍使用固体硼砂(十水或五水硼砂)来做覆盖剂,在加硼砂的时候都是在硼砂烘干之后,以固体形式加入。此种方式加入后因固体硼砂卷入产生夹渣,固体硼砂吸热常会产生铸造温度降低影响铸造质量,此现象在几乎所有的工厂都是普遍存在的问题。
  解决方法
  项目采用硼砂熔液加入铜熔体进行覆盖,有效解决了黄铜夹硼砂问题,另外硼砂处在液体状态,和铜液分层,不易被浇口流出的铜液冲搅而进入铜液中,而且液体的流动性较好,能更好的起到覆盖和润滑作用,同时很好的保持铜及铜合金拉铸时的温度,提高了铸锭质量。
  六、技术创新点
  ①公司采用独特的废杂铜前处理装备特别是铜米机、剥皮机、破碎机的运用,有针对性地对不同的原料进行剥离、碾碎;采用独特的废杂铜前处理工艺技术,对废铜料经过严格的分拣,必要时快速、准确地分析出废铜的杂质含量;加强原料管理,根据废铜杂质元素的不同分类存放,明确标识,有利于更好地控制投炉成份,更好地实现废杂铜综合利用。
  根据产品性能值采用不同品位废杂铜的技术
  ②该技术优化了原料配比结构及用料品位,根据不同的合金品种(如紫铜、黄铜、青铜)、不同性能要求(如强度、硬度、塑性、切削性、导电性等),调配不同的杂铜用料,满足了生产不同品质高精密铜合金产品的生产要求,提高了废杂铜的利用率。此技术的应用,必须:一要建立详细、准确的客户档案,二要长期工艺技术积累,三要精心的生产组织。
  熔炼精炼剂处理技术
  ③稀土精炼剂CuRE15技术的运用,成功解决了稀土加入的*佳配比技术难题,质量成本得到良好的统一。
  硼砂溶液覆盖剂技术
  ④作为国家重大产业技术开发专项,该技术应用提高了铸锭质量。硼砂溶液覆盖剂技术,获得2004年市级科研项目成果奖励。
  七、项目产品的技术性能指标
  1、厚度公差精度:1-1.5;
  2、硬态(Y)抗拉强度680-750N/mm2;
  3、延伸率9;
  4、维氏硬度200-230;
  5、硬度均匀值5HV;
  6、表面均匀,表面光洁度0.2.
  八、国内外技术对比
  目前国内外回收利用废铜的技术方法主要可分为两大类:
  **类:将高质量的废铜直接冶炼成精铜或铜合金后供用户使用,称作直接利用。
  第二类:将废杂铜冶炼成阳极板后经电解精炼成电解铜后供用户使用,称为间接利用。
  国内外技术对比一国外技术
  国外的废铜利用采用间接利用的方式,形成独特的废铜冶炼技术,其生产流程为废铜冶炼精铜铜产品,其中德国凯塞冶炼厂是典型再生铜冶炼厂,该厂年产电解铜达11.5万t,70原料来自智利、南非、美国等企业的矿产粗铜。凯塞厂是一个大型再生铜冶炼厂,采用废铜间接利用的二段法与三段法相结合的工艺流程,废铜的回收率较高。
  国内外技术对比一国内技术
  国内对废铜的回收利用是点多面广,一方面是间接利用废铜冶炼成电解铜,另一方面是利用废铜直接生产高精密铜产品,利用废铜典型企业为安徽精诚铜业股份有限公司,年实现资源化处理废铜能力达10万吨。
  主要参数的比较
  采用项目技术生产的高精密铜合金产品的主要技术指标达到了国内**水平,超出国标GB2059-2008要求,达到了国际先进水平。
  九、节能、节水,资源综合利用
  1、精诚铜业是国内铜加工行业再生资源循环利用示范企业。对废杂铜利用工序实施节能、节水改造措施。采用先进的生产工艺、技术和装备,每年可节约11700吨标煤,节水210万吨。是芜湖市节能先进单位,在2009年度,还获得政府专项奖励。
  节能、节水,资源综合利用
  2、根据中国有色金属工业协会副秘书长兼铜部主任尚福山《中国铜工业发展对策建议》中论述,与利用铜精矿生产原生铜相比,按照目前我国已探明铜矿山的平均品位0.87计算,每利用1吨废杂铜,相当于少开采铜矿石150吨,约可节约电能260千瓦小时,可少产生2吨二氧化硫和100多吨工业废渣,资源、能源、环境效益非常显著。近三年来企业利用废杂铜15万吨,相当于少开采铜矿石2250万吨,约可节约电能3900万千瓦小时,可少产生30万吨二氧化硫和1500万吨工业废渣。
  十、废气、废水、废渣的处理
  1、废气的处理
  熔炼粉尘:
  产生速率约为7.8~14Kg/h,其特点是温度高、含尘量大,粒度细,采用的收尘措施为:沉降室 多管除尘器 布袋除尘器进行除尘。除尘效率能达到99.经除尘后粉尘排放浓度为3.9mg/m3,能够满足GB9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》二级标准值。
  废气、废水、废渣的处理
  2、废水处理
  采用气浮 斜管沉降处理方式,其处理工艺:废水进入调节沉淀池进行酸度调节,经油水分离池去除废水上漂浮的油污。在气浮池内加入氢氧化钠、絮凝剂等,使废水中的铜、锌离子生成沉淀,同时采用气浮去除废水中的废油等。处理后的废水进入斜管沉降以进一步去除金属离子,废水*后经纤维球过滤后达标排放,污水处理工艺对重金属离子去除效率达到99.5以上。
  废气、废水、废渣的处理
  3、废渣的处理
  产生的固体废物主要为金属废料、熔化炉炉渣、污水处理站污泥、ZnO粉末等。
  ①金属废料、熔化炉炉渣、ZnO经《危险废物鉴别标准》属一般固废,金属废料返回生产中重复使用。
  ②熔化炉产生的炉渣其主要成分为金属铜及氧化物,
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