废钢中铜的去除方法

1 废钢中的杂质元素
废钢按来源可分为自产废钢、 市场废钢和进口 [ 1, 2] 废钢三部分 。其中市场废钢占主要部分, 进口废 钢由境外输入 , 来源广 , 成分复杂。 废钢中 的杂质元素种 类很多, 其中 铜、 锡、 锌、
2 铜对钢材性能的影响
钢中铜可人为加入, 也可由生铁、 废钢带入。除 含铜钢种外 , 铜在钢中均以杂质形式存在 , 会对钢材 的组织及性能产生不良影响。
增 刊 李连福等 : 废钢中铜的去除方法 9 月
氨气法是将氨气吹入熔融含铜钢液中, 氨气与 钢液接触瞬间分解成氢和氮原子并溶于钢液, 过饱 和后又生成气体逸出。强烈搅拌钢液 , 增加蒸发面 积 , 可促进铜的蒸发。此外, 过饱和氢原子可与铜生 成 CuH 气体逸出 。 氨水法则是利用氨水溶液对铜的选择性溶解来 实现铜铁分离 , 反应式如下 [ 20] : 1 O 2+ 4NH 3( 氨水 ) + H 2O= 2 Cu( N H 3) 2+ 4 + 2OH Cu+
第 12 卷增 刊 2000 年 9 月
钢 铁 研 究 学 报 JO U RN A L OF IRO N A ND ST EEL RESEA RCH
Vo l. 12, Supplement Sept . 2000
·综合论述·
废钢中铜的去除方法
李连福, 姜周华, 施丹昭
2+ [ 19]
化不大 , 且钢中硫含量很低, 因此硫化铁的活度系数 aF eS 也不会很高。为了提高 L Cu , 必须降低 CuS 0. 5 。 Wang C 等的研究结果 表明, 温度升 高, L Cu 增 大。碱金属或碱土金属氧化物也可 相 应 提 高 L Cu 。
+ + 2+ 1 673 K 下用 FeS -MS x ( M = K + 、 Na 、 Li 、 Sr 、 2+ Ba ) 溶液处理含铜钢液 , 渣 -金反应达到平衡时渣-
参考文献 :
[ 1 ] N oro K , Takeuch i M , M i zukami Y . N ecess ity of S crap Reclamat ion T ech nologies and Presen t Condit ion of Techn ical Developm ent [ J] . IS IJ Int ernation al , 1997, 37( 3) : 198-206. [ 2] 西田礼次 郎, 德田 昌则 . 材 , 1991, 107( 2) : 103-108. [ 3] 户中朗人 , 佐藤纯一 , 加根鲁和宏 . 中 不 物蓄 查研究 [ J] . , 1997, 83( 12) : 850-855. ! ∀ # ∃ [ J]. 源 素
。在减压条件下 , 向含铜钢液中吹
入弱氧化性粉剂 , 因脱碳而产生的 CO 大幅度增加 了蒸发的界面积。 3. 1. 5 熔铝 Al-Cu 、 Al-Fe 二元相图表明 , 1 300 K 以下铜在 铝液中的溶解度远高于铁, 而且铜在铝中的活度很 小 , 因此废钢中的铜比铁优先溶于铝液中。 此法除铜 率较高 , 且可得到副产品 Al-Cu 合金 , 但成本及铁损 问题还有待解决 3. 2 化学除铜法 3. 2. 1 酸溶处理 铜易溶于酸而铁却不尽然, 所以用浓硫酸可将 废钢中的铜分离出来。 研究表明, 该法的限制性环节 是液相中铜离子的扩散 [ 17] 。 3. 2. 2 选择性氯化 理论上讲含 HCl 的气体在 873 ～ 1 200 K 下可 与 铜反应 生成 Cu 3 Cl 3, 而 Cu 3Cl3 具有 较高 的蒸 气 压 , 可通过蒸发去除。这种方法的除铜率可达 92. 4 % , 铁氧化率 4. 5 % ～12. 0 % 。该法同时可脱除废 钢 中的锌 , 反应 产物经 处理后 可回收 大部 分铜 和 锌 [ 18] 。 3. 2. 3 氨处理 废钢氨处理法有氨气法和氨水法两种。
金 属 之 间 铜 的 分 配 比 分 别 达 到 20、 24 、 30、 22、 19 [ 22, 23] 。 ( 1) ( 2)
2+ 4
至于上述 废钢去铜方法中何种工艺更经 济合 理 , 应视废钢来源、 处理数量和铜回收率等具体条件 来确定。
Cu( NH 3) 4 进一步溶解铜: Cu( NH 3 ) 4 + Cu= 2Cu( NH 3) 2 生成物 Cu( NH )
化学成分 / % 废钢来源 Cu 报废 废钢 汽车解体 重废 钢 加工废钢 自产废钢 废生 铁 0. 230 0. 243 0. 027 0. 021 0. 010 Sn 0. 052 0. 017 0. 128 0. 002 0. 010 0. 002 熔炼后 Ni 0. 069 0. 070 0. 032 0. 020 0. 050 0. 020 Cr 0. 123 0. 130 0. 061 0. 031 0. 030 0. 020 熔炼前 Zn 0. 050 0. 210 0. 000 0. 700 0. 010 0. 002
钢材制品使用若干年后将陆续报废, 为了资源 综合利用和环境保护应对废钢回收利用。 但是 , 经过 多次循环使用后, 废钢中的杂质元素含量将不断增 加 , 严重 影响钢材性能, 特别是 随着现代工业的 发 展 , 各类废钢量不断增加 , 其中的杂质元素如铜、 锡 和锌等的含量呈上升趋势, 给废钢再次回收利用造 成困难。 因此, 为有效实现废钢资源化和提高钢材质 量 , 研究废钢中杂质元素的去除方法及回收利用具 有重要意义。
( 东北大学材料与冶 金学院 , 辽宁 沈阳 110006) 摘 要 : 介绍了废钢中各种杂质元素的含 量及铜对钢材性能的影响 , 并综述了废钢除铜方法的种 类 及基本原理。作者认为 : 除铜方法虽然很多 , 但选取何种方法更合适 , 应根据具体条件而定。 关键词 : 废钢 ; 杂质元素 ; 除铜 中图分类号 : T F 704. 7 文献标识码 : A 文章编号 : 1001-0963( 2000) 增刊 -007704
铬、 镍、 锑、 铅、 砷和铋等与氧的亲和力均比铁与氧的 亲和力小, 在氧化精炼过程中难以去除, 最终将积存 在钢铁制品中。 市场废钢中的杂质元素含量因废钢来源不同而 差异较大, 如表 1 所示。 再生钢材中的杂质元素含量可根据市场废钢蓄 积增长率、 回收再生比等参数来计算预测 [ 3] 。目前 , 废钢中的铜已成为增加最快的杂质无素, 据称废钢 中平均铜含量达 0. 3 % 左右 , 所以研究废钢中铜的 去除方法更为迫切。
[ 15, 16]
。
3 废钢中铜的去除
长期以来 , 针对废钢利用开发了多种去铜方法。 这些方法基本可 分为物理除铜法和化学除铜法 两 类。 3. 1 物理除铜法 3. 1. 1 物理分离 根据铜与铁物理性能的差异 ( 如磁性、 密度等 ) , 利用破碎、 分类等方法进行铜与铁的分离。 但此法只 能将废钢中的铜降至 0. 1 % ( 质量分数, 下同) 。 为进 — 78 —
一步提高分离效果, 可用液氮将废钢冷却至相变温 度以下 , 再将其切成 10 mm 左右的碎块进行磁选分 离。 用该法处理汽车废钢的实验结果表明, 铜含量可 降至 0. 06 % 以下。此外还可利用铜与废钢色品度、 颜色和光亮度的差异进行分离。 3. 1. 2 稀释 将不含铜的钢液 ( 如高纯自产废钢、 加工废钢或 生铁) 兑入含铜量超标的钢液中稀释含铜量。 该方法 [ 11] 虽然简单, 但仅是权宜之计 。 3. 1. 3 优先熔化 利用铜熔点比铁低的性质, 将废钢加热至一定 温度 , 使铜优先熔化被去除。但该法的铁损及能耗 高、 耐火材料侵蚀严重, 而且铜液浸润废钢, 又易与 铁形成合金 , 因此除铜效果欠佳 。 3. 1. 4 蒸馏 由于铜的沸点比铁低, 在废钢液相线以上 353 ～ 373 K 真空蒸馏 30 min 可去除铜 80 % [ 11] , 但要 求真空度达到 0. 13 Pa 。通过等离子体 Ar-H 2 加热 , 可在常压下脱铜。若在 ( 1. 3～ 2. 0) × 10 Pa 的压力 范围内脱铜效果更佳[ 12, 13] 。 钢液中有碳、 铬和硅时有 利于铜的挥发
+ 3 2 + 2 2+ +
又被氧化成 Cu( NH 3 )
:
4 结 论
( 1) 为有效回收利用日益增加的废钢 , 必须去除 废钢中的杂质元素。铜是废钢中含量增加最快的杂 质元素 , 所以研究废钢去铜法更为迫切。 ( 2) 废钢去铜方法有: 物理分离、 稀释、 蒸馏、 优 先熔化、 酸溶、 选择性 氯化、 氨处理、 硫化物反 应法 等。何种方法最适宜, 应视具体条件而定。
作者简介 : 李连福 ( 1969-) , 男, 博士 , 讲师 ; 收稿日期 : 1999-04-22; 修订日期 : 2000-05-22
— 77 —
2000 年 钢 铁 研 究 学 报 第 12 卷 表 1 市场废钢中杂质元素的含量 [ 1 ] Table 1 Content of tramp element in market steel scrap
Removal of Copper from Steel Scrap
L I L ian-f u, JIANG Zhou-hua, SHI Dan-zhao
( N or theast ern U niv ersit y, Sheny ang 110006, China) Abstract: T he co ntent of som e t ramp elements in steel scrap w ere intr oduced . T he effect of co pper in steel scr ap on the pr opert ies of steel w as br iefly discussed . T her e are many methods fo r r emo ving copper fr om scr ap, w hich can be classified as physical and chemical metho d. T he ba sic pr inciple fo r var io us r emov ing copper pro cess, such as phy sica l separ ation, acid so lution, dilution, r eto rting, pr eferentia l melting , chlo ridization , ammo nia pro cessing a nd sulfide reaction , w ere summar ied . Key words : steel scr ap; tr amp element ; rem oving o f co pper