官方微信 邮箱
实验室预约 邮箱登录
动态简讯
当前位置:首页 > 动态简讯 >

纯铜废料回收利用现状浅析

发布时间:2018-08-14 08:38:46

摘要

我国是铜消费大国和铜矿贫乏国,大部分铜精矿依赖进口。废杂铜作为矿产铜的补充,其回收利用具有资源和环境双重意义。综述了我国废杂铜特别是纯铜废料的回收现状和问题,展望了纯铜废料回收的方向。
 
前 言

我国铜矿资源匮乏,超过70%的铜精矿依赖进口,造成了我国铜冶炼企业成本居高不下。废杂铜作为矿产铜的补充部分,是实现中国铜产业自给自足的重要一环。废杂铜的再生利用得到了国家政策的大力支持,中华人民共和国国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》[1]指出,当前重点发展领域和优先主题包括节能环保和资源综合利用,特别是废弃物的资源化利用技术。2011年2月10日,工业和信息化部、科学技术部、则政部共同印发了《再生有色金属产业发展推进计划》,这不仅有助于实现金属资源循环化利用,而且也有利于企业的技术装备升级[2]。《重庆市第十一个五年规划再生资源回收利用体系建设专项规划》指出了我市资源回收利用体系存在的问题,规划了再生资源循环利用总体目标和发展方向[3]

与以铜矿为原料的原生铜相比,以废杂铜为原料的再生铜生产具有流程短、能耗低、对环境污染小等优点。废杂铜的回收再利用不仅能够缓解国家铜矿资源短缺的瓶颈,而且节能减排效果显著,对铜矿资源贫乏而铜消耗量大的中国而言,具有重要的意义。

 
 

废杂铜来源及分类 

 

废杂铜按照含铜量的多少可分为低品位废杂铜(含铜<90%)、高品位废杂铜(含铜>90%)和纯铜废料(含铜100%)。低品位废杂铜通常成分复杂,常直接熔炼成不同牌号的铜合金外售;高品位废杂铜和纯铜废料多经火法处理铸成阳极铜,再电解精炼成电解铜,并在电解过程中回收其他有价元素。纯铜废料因含铜量最高,成分单一,且往往形态不似其他废杂铜复杂,成为铜二次资源回收利用的重要部分。

 

纯铜废料的主要来源包括:铜材加工厂和铜加工制造厂产生的纯铜边角料、切头、废次材、半成品、线材、废品、报废的纯铜裸线和铜管等其它纯铜制品。纯铜废料一般需要经过拆解、分拣等预处理,处理后不允许有水垢、油污、涂层等,不含有任何杂质和铜合金,也不含有毛丝、车屑、磨屑和厚度小于1mm的铜板。

 
 

纯铜废料的回收利用方法 

 

为了实现纯铜废料的回收再利用,国内外的生产企业和科研单位进行了大量的探索和实践工作,有些已经实现工业化应用,有些仍处于研究阶段,其中主要包括两种方式:火法处理直接电解处理

 

目前,回收纯铜废料的方法以火法为主主要过程是:纯铜废料首先经过人工拣选,剔除不符合要求的废料,然后去除杂质、油污等,接着投入高温炉熔化、铸锭,最后电解精炼制得精铜。火法处理废杂铜开始主要用于处理企业内部因切割、连铸等产生的边角料,随着工艺的成熟,逐渐推广到用于各种废杂铜的直接精炼,具有处理量大,对原料要求低等特点。FRHC(火法精炼高导电铜)废杂铜精炼工艺是由西班牙拉法格公司20世纪80年代中期开发成功的一项废杂铜熔炼、连铸、连轧生产的专利技术,通过化学精炼和深度氧化还原,使废杂铜中的杂质形成维化合物,生产的低氧光亮铜杆含铜量大于99.93%,导电率从100.4%IACS提高到100.9%IACS。美国对废杂铜的分类更为严格,因此,回收工艺也更加细化。其中火法熔炼是很重要的部分[4~6]。我国再生铜行业经过几十年的发展,研发了很多成熟的工艺,火法处理主要包括反射炉工艺[7]、倾动炉工艺[8]和卡尔多炉工艺[9,10]反射炉熔炼废杂铜时,在氧化阶段可进一步脱除其中的杂质,但其自动化程度不高,环境污染严重。倾动炉在熔炼的不同阶段可倾斜炉体,便于通入气体和排除熔渣,但具有炉体结构复杂的缺点。卡尔多炉工艺是一种强氧化熔炼方法,对原料要求低,不仅能够处理纯铜废料,甚至可处理铜含量20%~60%的废杂铜。但因其炉子寿命短、成本高,未能得到大规模应用。

 

然而,纯铜废料熔铸是高耗能过程,若能够省略熔铸过程,直接进行电解精炼生产精炼铜或铜粉,不仅可以大大节约能源消耗,而且可减少环境污染。有学者进行了纯铜废料的直接电解回收,取得了较好的效果[11]。但迄今,尚未有废杂铜直接电解工艺实现工业化生产,其中很重要的一个原因是:对直接电解过程中的流场、浓度场、温度场研究不够深入,致使实验室直接电解实验难以实现放大化生产[11]

 

直接电解处理纯铜废料与铜电解精炼过程类似,但其是将预处理过的纯铜废料放入阳极框内作为阳极,用钛板、不锈钢板或纯铜片作为阴极,硫酸铜-硫酸溶液作为电解液[12]。M.Aghazadeh等[13]研究了从黄铜废料中直接电解生产铜的工艺,通过实验和数值模拟的方法考察了电流密度等因素对阴极沉积铜的表面质量的影响。Figueroa,M.和Gana,R.对单对电极和多对电极直接电解回收铜进行了详尽的研究,成果显著。特别是水平旋转阴极和垂直旋转阴极的使用,为铜电解新工艺提供了新的思路[14~19]

 

我国学者梅光贵、钟竹前等早在20世纪90年代即提出用框式阳极室盛装废杂铜进行电解,后又提出导电框和非导电框的使用。但迄今均未能实现工业化应用[20]。其原因主要是:(1)框式阳极室中形状各异的废杂铜随着电解过程的进行发生不均匀溶解,易出现其与导电棒接触不良的情况,这势必会引起局部电解液温度过高、槽电压升高,导致电解过程不能顺利进行;(2)囿于当时实验室条件和实验手段的限制,未能对直接电解过程中电解液流动规律、电解质传输变化做深入的研究。

 

 

展望

我国目前废杂铜直接电解法尚未实现工业化应用但其与火法直接精炼相比,具有较大的优越性:

 

(1)电解法主体设备是电解槽,这与反射炉等炉窑相比,具有设备简单、投资小的特点,而且电解槽的尺寸可根据生产情况灵活设计,检修维护也相对简单。

 

(2)电解过程由于不涉及高温,作业环境相对安全,对工人健康危害性小,产生烟尘少。

 

(3)工艺流程灵活,可根据原料的性质和产品的要求等对工艺参数进行调整,以生产满足客户不同需求的产品。随着我国矿产资源的日益贫乏和国家对环保要求的提高,废杂铜的精细化回收是必然趋势,而含铜量最高的纯铜废料是回收再利用的重要部分。因此,采取经济可行的工艺回收纯铜废料,实现其资源化利用,并同时减少环境污染,对我国铜资源的补给和环境保护具有重要意义。

 

前人为我国废杂铜特别是纯铜废料的直接电解提供了很好的思路和方向,但需要我们对电解过程进行更全面和细致的研究,探究电解液流动过程中电解质的传输规律、热量的传递规律,及其与槽电压的关系。

 

然而,因电解液流动的复杂性和电解质、温度等多因素的交错耦合,单单依靠无数次实验的传统方法研究这一综合过程中各因素的变化是难以实现的,必须借助新的技术实现这一突破。计算机数值模拟以其直观性和可靠性为冶金领域的许多复杂流动与传热问题提供了有效的研究方法[21~24]。过去仅仅依靠实验手段才能得到的某些复杂结果,现在已经完全可以借助计算流体力学软件模拟快速有效地获取,同时可以利用模拟计算得到的优化方案指导实验工作。这种实验与模拟相结合、“软-硬”兼施的方法,定能为我国废杂铜特别是纯铜废料的综合回收利用提供更好的手段和空间。


版权所有:中科衡水科技成果转化中心 技术支持:衡水智方网络科技有限公司 冀ICP备17017858号-1
地址:衡水市工业新区