《再生銅原料凈化除雜制備無氧銅技術(shù)規(guī)范》(討論稿)

1T/CNIAXXXX-XXXX本文件規(guī)定了再生銅原料凈化除雜制備無氧銅鑄錠的原理、總體要求、深度凈化工藝、運行與管理等要求。本文件適用于在生產(chǎn)無氧銅的高溫熔煉鑄造過程中，通過預(yù)處理烘干、保護熔煉、凈化除氣和全連續(xù)鑄造等方法凈化除雜，用再生銅原料作為原料生產(chǎn)無氧銅鑄錠。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定GB8978污水綜合排放標準GB16297大氣污染物綜合排放標準GB18599一般工業(yè)固體廢棄物儲存和填埋污染控制標準GB/T38471-2023再生銅原料3術(shù)語與定義下列術(shù)語和定義適用于本文件3.1預(yù)處理烘干Pretreatmentdrying預(yù)處理烘干是一種在物料加工過程中，通過對物料進行加熱、通風(fēng)和干燥等處理，達到改善物料品質(zhì)、提高加工效果的目的3.2保護熔煉Protectivemelting保護熔煉是指在金屬熔煉過程中，采用保護氣體或覆蓋劑將金屬與空氣隔離，以降低金屬氧化、揮發(fā)和污染的風(fēng)險，從而提高熔煉質(zhì)量和金屬純度。3.3凈化除氣Purificationanddegassing凈化除氣是指在金屬熔煉或鑄造過程中，采用惰性或活性氣體對金屬熔體進行處理，以去除氣體、夾雜物和有害成分，提高金屬或合金的純度和質(zhì)量。3.4全連續(xù)鑄造Fullycontinuouscasting2T/CNIAXXXX-XXXX連續(xù)鑄造是一種先進的鑄造方法，其原理是將熔融的金屬，不斷澆入一種叫做結(jié)晶器的特殊金屬型中，凝固（結(jié)殼）了的鑄件，連續(xù)不斷地從結(jié)晶器的另一端拉出，它可獲得任意長或特定的長度的鑄件。4分類與技術(shù)要求再生銅原料的分類與技術(shù)要求按GB/T38471—2023的規(guī)定進行。5原理預(yù)處理烘干過程是通過加熱烘干方式，將金屬表面殘留的水分蒸發(fā)去除，避免水氣中的氫和氧進入金屬熔體造成的污染。保護熔煉過程是通過向金屬熔體表層加入木炭等覆蓋劑，通過隔離環(huán)境中氧的方式，避免金屬熔煉過程吸氧；與此同時，利用木炭等覆蓋劑在金屬熔體表面與氧發(fā)生氧化反應(yīng)，將氧以二氧化碳形式脫離金屬熔體，達到脫氧作用。吹氣精煉過程是通過向金屬熔體中吹入氬氣、氮氣等保護性氣體，利用保護性氣體氣泡產(chǎn)生的亞真空效應(yīng)將銅熔體中氧和氫等氣體雜質(zhì)深度去除。5總體要求5.1選定深度凈化方法時，要根據(jù)原生銅原料的特點進行方法設(shè)計。因再生銅原料種類很多，純度范圍包括94%~99.95%，規(guī)格包括銅線、銅米、破碎銅等，雜質(zhì)種類包括金屬雜質(zhì)、非金屬雜質(zhì)、氣體雜質(zhì)等多種類型，在生產(chǎn)實踐中根據(jù)具體再生銅原料情況選用相應(yīng)的深度凈化方法。5.2再生銅原料重熔熔體的深度凈化采用的是保護熔煉、吹氣精煉工藝相結(jié)合的方式，除主要滿足精煉工藝的要求外，還應(yīng)兼顧雜質(zhì)元素在深度凈化過程中的覆蓋劑種類和價格、氣體種類和價格、凈化劑用量等因素，應(yīng)根據(jù)原料成分、技術(shù)經(jīng)濟指標、產(chǎn)品質(zhì)量等設(shè)置符合自身需求的凈化段數(shù)。6凈化除雜工藝要求6.1總體要求6.1.1無氧銅鑄錠制備企業(yè)應(yīng)具有相應(yīng)的資質(zhì)，禁止無經(jīng)營許可證或者不按照經(jīng)營許可證規(guī)定從事再生銅原料制備無氧銅鑄錠活動。6.1.2無氧銅鑄錠制備企業(yè)宜對再生銅原料進行成分檢測、分類、打包、防塵保護，降低再生銅原料被污染，便于再生銅原料配比，提升后續(xù)無氧銅鑄錠成分控制精度。3T/CNIAXXXX-XXXX6.1.3無氧銅鑄錠制備企業(yè)不應(yīng)將再生銅原料處理過程中產(chǎn)生的固廢、廢水和廢氣直接排放，需達到排放要求。6.2方法概要再生銅原料經(jīng)分類收集后，首先通過成分分析確定再生銅原料成分大于99.95%，然后通過預(yù)處理烘干，獲得干燥的再生銅原料，隨后采用木炭等覆蓋劑對再生銅原料進行保護熔煉，獲得銅熔體，接著再通過底吹氮氣的凈化除氣方式去除銅熔體中的氧和氫氣體，獲得凈化后無氧銅熔體，最后經(jīng)過全連續(xù)鑄造方式獲得無氧銅鑄錠產(chǎn)品，推薦流程圖見圖1。再生銅鑄錠每批次抽取代表樣機化學(xué)成分分析方法參加附錄A。圖1再生銅原料凈化除雜制備無氧銅鑄錠推薦流程6.3再生銅原料制備無氧銅要求6.3.1再生銅原料成分分析再生銅原料檢測分類建議采用以下方式或方法：a)再生銅原料表面不應(yīng)含有機物外皮、油污、水分、塵土以及其他污染物；b)對再生銅原料進行取樣和檢驗，檢驗項目包括金屬銅量、典型雜質(zhì)元素含量，再生銅原料取樣按照GBT38471-2023的規(guī)定進行，其中典型雜質(zhì)元素含量參照附錄A進行分析；c)宜采用符合環(huán)保要求的設(shè)備或容器按照金屬銅量不小于99.95%和金屬銅量低于99.95%進行分選、分裝和貯存；6.3.2再生銅原料預(yù)處理烘干再生銅原料通過烘烤方式去除原料表面殘留的水份和油污，建議采用以下方式或方法：a)采用烘烤爐對再生銅原料進行烘烤去除水分；4T/CNIAXXXX-XXXXb)再生銅原料在烘烤爐之內(nèi)加熱到一定溫度并保持一定時間，去除表面的水分和油污；c)對烘烤后的再生銅原料，按照一定規(guī)格進行打包，做防塵處理后備用。6.3.3再生銅原料保護熔煉對于金屬銅量低于99.95%的再生銅原料，宜采用采用精煉提純方式先將再生銅原料中非氣體雜質(zhì)去除，之后用木炭覆蓋進行脫氧，建議采用以下方式或方法：a)再生銅原料中除含有P、Bi、Sb、As、Fe、Ni、Pb、Sn、S、Zn、Si等雜質(zhì)元素外，還含有O和H等氣體雜質(zhì)，為防止再生銅原料熔煉過程吸氧和吸氫，同時對熔融后再生銅原料熔體中O進行初步去除，采用保護熔煉方式控制再生銅原料熔煉過程氣體雜質(zhì)，保護熔煉過程中取樣和化學(xué)成分分析參照附錄A；b)再生銅原料精煉提純過程中銅的回收率應(yīng)不低于90%；c)再生銅原料精煉過程中污染物排放應(yīng)滿足GB18599的要求;d)再生銅進行精煉提純期間，熔體表面采用覆蓋劑對熔液進行保護；e)再生銅進行精煉提純后，熔體表面采用木炭覆蓋，進行脫氧。6.3.4再生銅原料凈化除氣對于金屬銅量不低于99.95%的再生銅原料，宜采用爐底透氣磚方式通入氮氣將銅液中氣體雜質(zhì)去除，以達到無氧銅成分要求，建議采用以下方式或方法：a)氮氣的要求：氮氣質(zhì)量：確保氮氣的純度越高越好。通常，氮氣的純度應(yīng)控制在99.99%以上；氮氣壓力和流量：在熔煉過程中，需要控制氮氣的壓力和流量，以保證凈化除氣效果處于最佳，氮氣壓力一般應(yīng)保持在0.1-0.5MPa；監(jiān)測與控制：在熔煉過程中，要對氮氣的壓力、流量、熔煉溫度等參數(shù)進行實時監(jiān)測，并根據(jù)實際情況進行調(diào)整；b)將氮氣按照一定的流量通過透氣磚吹入銅液中，氣泡內(nèi)的氫氣分壓為零,而溶于氣泡附近熔體中的氫氣分壓遠大于零,基于氫氣在氣泡內(nèi)外分壓力之差,使溶于熔體中的氫不斷向氣泡擴散，并隨著氣泡的上升和逸出而排到大氣中,從而達到除氣的目的。6.3.5全連續(xù)鑄造凈化除氣后的銅液通過結(jié)晶器實現(xiàn)連續(xù)鑄造，建議采用以下方式或方法：a)設(shè)定合理的工藝參數(shù)：鑄造速度、鑄造溫度、冷卻水強度；b)采用整體石墨結(jié)晶器、澆鑄管全埋的澆鑄方式；c)結(jié)晶器覆蓋劑應(yīng)經(jīng)過烘烤，保持覆蓋劑的干燥；d)鑄錠表面無明顯缺陷：無彎曲、裂紋、夾雜等。5T/CNIAXXXX-XXXX7環(huán)境保護要求7.1再生銅原料制備無氧銅鑄錠過程中的水污染排放應(yīng)符合GB8978的要求。7.2再生銅原料制備無氧銅鑄錠過程中的大氣污染物排放應(yīng)符合GB16297的要求。7.3再生銅原料制備無氧銅鑄錠過程中的一般固廢應(yīng)符合GB18599的要求。7.4再生銅原料制備無氧銅鑄錠過程中對于生產(chǎn)過程中尚不能完全消除的生產(chǎn)性粉塵、生產(chǎn)性噪聲及高溫等職業(yè)性有害因素，應(yīng)采取綜合控制措施，使工作場所職業(yè)性有害因素符合GBZ2.1和GBZ2.2的要求。6T/CNIAXXXX-XXXX（規(guī)范性附錄）生產(chǎn)過程取樣制樣方法及化學(xué)分析方法A.1.1熔體取樣：1)取樣頻率：熔煉爐每爐取樣至少1次，保溫爐每鑄一個錠至少取2次（澆鑄前1次，鑄造到錠子的一半時取1次）。2)取樣工具：石墨勺取樣。3)取樣方法：金屬熔化完后，用石墨棒攪拌金屬熔液，待金屬熔液充分混合均勻后，用取樣工具在熔體中間取樣，快速倒入試樣模并用水急冷。樣品出水時表面溫度小于80℃。3)樣品尺寸及重量：Ф35～45×20～40mm。樣品重量部不大于400克。A.1.2鑄錠取樣：1)鑄坯取樣時，樣品寬度應(yīng)≥120mm。2)鑄造制品在澆口端橫向切取宏觀試驗或者根據(jù)檢驗?zāi)康那腥∑渌嚇?，厚度不?yīng)超過25mm。3)斷口檢驗試樣應(yīng)在欲折斷部位進行鋸切、刻槽或加工成鍥形槽，要求斷裂載面為原始載面的三分之一到三分之二為宜。4)檢驗鑄造制品表面用原始表面，其他要求被檢驗面均需銑削加工，加工后的表面粗糙度Ra不大于3.2um，同時應(yīng)防止過熱。5)試樣放在壓力機上折斷、撕裂或采用其他方法，應(yīng)一次完成，不許反復(fù)多次。6)加工后的試樣和折斷、撕裂斷口的表面應(yīng)保持潔凈，不允許受到污染或損傷。7)斷口組織檢驗可從每批鑄錠中任取一錠，由底部鋸至錠厚的1/2處打斷，用肉眼進行檢查。8)檢驗錠坯徑向組織變化規(guī)律的試樣垂直于錠坯軸線方向的載面載取。9)分析缺陷的試樣，應(yīng)在缺陷部位或缺陷附近取樣，并同時在正常部位取樣，以便進行對比。10)銅合金較軟，不宜采用砂輪切取，可采用手鋸、剪切、剝、車、銑加工等取樣，精細樣品應(yīng)采用線切割取樣。硬脆的中間合金可用錘擊取樣。11)取樣時應(yīng)避免樣品變形，溫度過高等，為此，取樣時可采用水、機油或乳液加以冷卻。A.2制樣A.2.1化學(xué)分析試樣制作：1)將取出的樣品破碎到粒度不大于5mm后采用二分器縮分，縮分后的試樣不少于200g，按以下兩種方法之一進行制樣，作為分析樣品。7T/CNIAXXXX-XXXX2)將分析樣品用磁鐵吸去鐵粉后用碳化鎢磨合制樣，制樣后的試樣全部通過0.149mm標準篩。3)用普通制樣機制成粒度為0.600mm的試樣后，用磁鐵吸去鐵粉，用瑪瑙球磨機或用瑪瑙研缽研磨，研磨后的試樣應(yīng)全部通過0.149mm標準篩。A.2.2光譜試樣加工1）根據(jù)試樣的材料選用合適的車刀。2）將來樣用車床將表面車成光潔度介于3－4之間的平面。3）將試樣的尾部及四周的瘤結(jié)等車掉，保證樣品干凈。4）加工后的試樣高度不得超過45mm。直徑介于33－48mm。A.3推薦的化學(xué)分析方法試樣中有關(guān)元素推薦的化學(xué)分析方法見表A.1。表A.1序號元素推薦測定方法標準名稱及條款方法標準編號1