廢銅處理設備

    按照再生產品的質量要求、廢銅的處理，可以分為火法冶煉和電解冶煉。生產粗銅和銅合金，一般采用火法冶煉，而生產電解銅需要電解冶煉。

        最常用的火法廢銅處理沒備為回轉爐，也叫作轉鼓爐或轉筒櫨。工藝原理如圖 1-15 所示。

        爐體由兩端呈錐形的水平圓筒組成。一端安裝以煤氣、燃油或煤粉為燃料的燃燒噴嘴，另一端供裝入爐料。排出孔位于側壁中心與轉爐相似。爐身依水平軸旋轉，運作時連續轉動以保證加熱的爐襯與爐料完全接觸。回轉爐的容量介于 50 ～ 6000kg 之間。熔煉速度快、熔煉損失低，生產的金屬銅氣體含量少，并且成分和溫度均勻。整個冶煉過程能耗低，且能完全控制溫度和氣氛。缺點是因為熔池較淺，不宜用惰性氣體吹洗，也不容易快速加入新的爐料，并可造成嚴重的空氣污染。現在，這種爐子已多用作廢雜銅的預熔化，以便送入精煉爐熔煉。

    沖天爐 (cupola) 使用低硫、低灰分焦炭也可熔煉黃銅，但由于氧化性氣氛與鋅的揮發，過程控制困難。坩鍋爐是熔煉中、小批量產品最簡單的熔煉裝置，在 30 ～ 120min 內可熔煉 100 ～ 500kg 黃銅。坩鍋爐由小型垂直圓柱形爐室組成，爐室內用直接火焰、電阻元件或感應線圈將熱直接轉移給坩堝，坩堝由石墨、碳素磚或其他耐火材料構成，這種爐型極適于熔煉小批量的合金，用于銅制品的藝術創作。

    在直接電弧爐、間接電弧爐、感應爐三大類型的電爐中，直接電弧爐或埋弧電爐因電弧溫度過高，成分控制困難，不能用于熔煉合金；間接電弧爐只能用于小型鑄造；最適合處理廢雜銅的電爐為感應爐，特別是無芯低頻感應電爐。這種爐子呈隧道形或坩堝形，如圖 1-16 所示。爐體由圓柱形襯以耐火材料的熔煉室及其周圍的水冷原線圈組成。感應電流在爐內直接熔化爐料。與芯形爐不同，此種爐形可裝入冷金屬爐料，因此在實踐中主要用來熔煉廢雜銅。爐子的規格有 75 ～ 700kw 多種，容量從數千克到數噸不等。

    廢銅電解冶煉的主要設備為電解槽，工作原理如圖 1-17 所示。以粗銅為陽極，精銅棒為陰極，電解液采用稀硫酸。化學反應如下。

    目前，發達國家的廢雜銅處理工藝及設備，傾向于爐火法精煉工藝加 ISA 電解工藝相結合的聯合工藝。西德精煉公司 (NA) 胡藤維克凱撒工廠 (HK) 是目前世界上最大、最先進的廢雜銅精煉廠，它采用一臺傾動爐 (350t/f) 和一臺反射爐 (200t/f) 處理廢雜銅，采用 IsA 工藝 (DK=31 3A ／ m2 。 ) 生產陰極銅，產量 17 × 104t/a 。美國的廢雜銅依據其質量的差異，采取不同的途徑重新進入生產過程。因 1 號廢雜銅具備陰極銅的質量，只要按與陰極銅相同的方式進行熔煉與鑄造即可，其再生的能耗約為 1.2Mw · h/t 。 2 號廢雜銅是一類未合金化的廢雜銅，如線材和銅質水管道以及被其他金屬污染的銅制品 ( 如經過電鍍、軟焊或硬焊的銅制品 ) ，可先進入粗銅熔煉廠，作為原金屬銅生產的一部分以高級陰極銅的形式重新進入市場，再生能耗約為 5.6MW · h/t 。 3 號廢雜銅的品位較低 ( 含銅量介于 10 ％～ 88 ％ ) ，依其成分的不同而在不同的熔煉爐內熔煉，然后再通過火法精煉和電解精煉制成陰極銅．這一過程可在粗銅熔煉廠或從專門處理廢雜銅及其他金屬的工廠中完成，再生能耗約為 14MW.h ／ t 。 4 號廢雜銅為銅合金廢屑，主要由黃銅、青銅及銅鎳合金構成，進入黃銅加工廠用于制造新的合金。

    對純凈的廢雜銅可采用美國熔煉與精煉公司發明的 ASARCO 爐進行熔煉，獲得的精銅用于澆鑄線坯 ( 盤條 ) 。

    再生過程中，爐料的準備十分重要。例如，澆鑄電工產品時，必須考慮爐料中有害雜質對電導率的影響，因此要求爐料盡可能純凈。如果澆鑄的是通用合金，則要求爐料盡可能均勻并保證其成分在特定的限度以內。加料時，爐料的各個料塊的熔點盡可能接近，從而保持熔體均勻，避免低熔點元素的揮發和氧化；同時，也有助于保持熔體和最終鑄件的均勻。

    當給爐料配料時，通常使用的是母臺金，而不是單一的元素態金屬。這種合金通常可由鑄造廠提供鑄錠，其成分和熔點是均一的。

    銅加工制造業所產生的具有陰極質量的廢雜銅 ( 不合格的銅棒、裸線、銅鑄模 ) ，一般都在廠內與正規的陰極銅爐料一起投入 ASARCO 豎爐內。被其他金屬污染的廢雜銅，則先在回轉爐或反射爐內熔煉，并澆鑄成陽極后再進行電解精煉。大部分雜質 (Al 、 Fe 、 Zn 、 Si 和 Sn) 可借造渣或空氣氧化及火法精煉除去。火法精煉的廢雜銅適于熔鑄合金。銅合金廢雜物料，主要由黃銅及一定量的青銅與銅鎳合金組成，可以把這類廢雜銅合金按新 ( 制造過程廢料 ) 、舊 ( 廢棄物品 ) 進行分類。將它們在回轉爐、坩堝爐或感應爐內重熔，實現一定程度的精煉和成分調整，再澆鑄成重熔錠或新的半制成品。對于成分變化幅度極大 (12 ％～ 95 ％ Cu) 的低品位廢雜銅，可按富銅礦或銅精礦在熔煉爐內處理。

    與國外先進的再生處理工藝相比，我國對廢雜銅的預處理及再生利用工藝及裝備整體上還比較落后。我國至今尚沒有一家從廢雜銅拆解到陰極銅精煉的完整廢雜銅處理工廠，多數廢雜銅精煉工廠，規模小、工藝落后、裝備差、環保問題嚴重，這些工廠規模一般在 (0.5 ～ 3) × 104t 級，火法精煉基本采用反射爐，爐能 25 ～ 110t 大小不等，熱效率低、能耗高，工人勞動強度大，黑塵污染嚴重，產品質量只能達到、甚至低于 GB ／ T 467-1997 標準中標準陰極銅的水平，相當數量的高品位廢雜銅未經精煉即被直接生產銅線錠和銅“黑桿”。鑒于我國豐富的勞動力資源，使得我國有能力進口低品位金屬廢料。低品位的銅廢料，品位一般在 25 ％～ 30 ％之問，相當于銅料礦品位，但價格僅為精礦價格的 83 ％～ 84 ％，且能省去熔煉、吹煉成本和工序，加上分檢出的其他有價金屬、塑料等，具有明顯的獲利優勢，是發達國家昂貴的人力成本難以實現的，非常適合于我國手工和較簡單機械拆解相結合的現階段國情，應當提倡發展。