有色金屬材料再生資源利用技術(shù)分析

關(guān)鍵詞：有色金屬；再生資源；循環(huán)利用；技術(shù)要點

中圖分類號：F426.32 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2025)06-0090-03

DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2025.06.025

Analysis of Recycling Resource Utilization Technology for Non-Ferrous Metal Materials

LIANG Houshun

(Guizhou Aerospace Xinli Technology Co.，Ltd.，Zunyi563114，China)

Abstract:This paperanalyzes theutilization technologyofrenewableresources fornon-ferousmetalmaterials，elaborates onthe definitionand classification characteristics of renewable resources.Combining with the case of a waste copper recycling enterpriseinEast China，itintroduces indetail thekey technical linkssuchascollectionand classification， pretreatment，meltingandrefining，andforming processingofwastecopperrecycling.Researchshows thatthroughprocess optimizationand technological innovation，therecyclingofwastecoppernotonlyrealizeseficientresourcerecycling，but alsobringsremarkableeconomicand environmentalbenefits，providingapracticalbasis forbuildingagreenmanufacturing system.

Keywords:non-ferrous metals;renewable resources; recycling; technical points

有色金屬材料作為工業(yè)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其再生利用對節(jié)約資源與保護環(huán)境具有重要意義[1]。有色金屬廢料的處理及回收成為打造綠色制造體系，實現(xiàn)低碳、循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。分析有色金屬再生資源的利用特點，探索適用的再生資源利用技術(shù)，是轉(zhuǎn)變資源利用方式、推進生態(tài)文明建設(shè)的現(xiàn)實需要。

1再生資源的定義與分類

再生資源是指在社會生產(chǎn)和消費過程中產(chǎn)生的，已經(jīng)失去原有使用價值，經(jīng)過回收、加工處理，能夠再次成為生產(chǎn)原料或者經(jīng)過再制造而成為產(chǎn)品的各種廢棄物資。根據(jù)再生資源的物理化學(xué)性質(zhì)，可將其分為可再生資源、可回收資源、可再利用資源、可再循環(huán)資源及難回收資源[2。以廢舊有色金屬為例，銅、鋁等屬于可回收資源，通過物理分選與化學(xué)分析相結(jié)合的方式，可實現(xiàn)銅鋁的高效分離與提純。而廢舊印制電路板則屬于難回收資源，其中含有銅、金、銀等金屬元素，再生利用過程需采用多步驟協(xié)同分離技術(shù)，如熱解-煙氣凈化、濕法冶金等。

2 案例分析

2.1企業(yè)基本情況

華東地區(qū)的某廢舊銅材回收企業(yè)占地 8 000m² 年處理廢銅約 5000t 生產(chǎn)流程包括廢銅分選、預(yù)處理、熔煉、精煉及成型等工序。其中，廢銅分選采用自動化色選機，可快速識別不同類型的銅材。預(yù)處理環(huán)節(jié)的除油率和除漆率均達 90% 以上。熔煉采用1臺 100kW 中頻感應(yīng)電爐，熔煉溫度控制在 1150～ 1200^cC 。精煉過程采用管式轉(zhuǎn)爐，吹氧壓力為 0.3MPa ，氧槍內(nèi)徑為 5mm 。成型加工配置1條 300t/a 連鑄連軋生產(chǎn)線，銅桿線速度控制在 5～8m/min 。該企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模適中，工藝流程完整，自動化水平較高，具有一定的代表性。

2.2關(guān)鍵技術(shù)要點

2.2.1 收集與分類

該企業(yè)采用“定點收集 + 分散收購”的模式，在周邊 200km 范圍內(nèi)建立了25個廢銅收集網(wǎng)點，并與多家廢品回收公司建立長期合作關(guān)系。收集的廢銅主要包括廢電線電纜、廢銅管材、廢銅板材及廢銅屑等。在分類環(huán)節(jié)，首先采用JX-8型金屬材料分選儀對混合廢銅進行粗分類，該設(shè)備采用電磁感應(yīng)原理，可快速區(qū)分鐵磁性金屬和有色金屬，分選效率達到 45t/h 。

粗分后的廢銅再經(jīng)人工分揀，根據(jù)材質(zhì)、形狀、尺寸等特征劃分為A、B、C三個等級。其中，A級銅主要為未鍍鋅、含雜質(zhì)低于 1% 的純銅廢料，如T2紫銅管；B級銅主要為低合金銅廢料，如H65黃銅棒，雜質(zhì)控制在 3% 以內(nèi)；C級銅包括鍍鋅銅線、漆包線以及其他夾雜較多的銅基廢料。分類后的A、B級銅可直接進入熔煉工序，而C級銅則需經(jīng)破碎、篩分、除油等預(yù)處理后才能進入熔煉爐[3]。特別地，針對廢舊電機中的漆包線，該企業(yè)采用新型熱解-空氣分級聯(lián)合法，在 450～550^qC 條件下裂解絕緣層。產(chǎn)生的熱解氣體可通過旋風分離裝置收集回用，熱解殘渣再經(jīng) 600～800^°C 焙燒后即可去除殘留有機物，使處理后的漆包線達到A級銅標準。

2.2.2 預(yù)處理

分選后的C級銅廢料需進入預(yù)處理工序。預(yù)處理的目的是去除銅材表面的油污、涂層、銹蝕等雜質(zhì)，提高后續(xù)冶煉的金屬回收率。該企業(yè)采用兩段式清洗工藝，粗洗槽和精洗槽的溫度分別控制在 50～60^°C 和 70～80^°C ，每槽配備2個功率為 的電加熱器。粗洗槽中加入 2%～3% 的 ΔNaOH 溶液，與廢銅材料按 10:1 的液固比混合，攪拌 30min ，然后經(jīng)不銹鋼絲網(wǎng)帶式輸送機轉(zhuǎn)入精洗槽，加入 3%～5% 的檸檬酸溶液，液固比提高至 15:1 ，攪拌 45min 。兩段清洗結(jié)束后，再經(jīng)高壓水柱沖洗，去除殘留的堿液和酸液。需要注意的是，粗洗槽的 pH 值需嚴格控制在 13.5～14.0 ，以溶解表面有機物；精洗槽的ΔpH 值控制在 2.0～3.5 ，既可有效去除銹蝕和無機鹽，又可避免過度腐蝕銅基體[4]。清洗廢液每批次更換1/3，經(jīng)破乳、氣浮處理后可重復(fù)使用，日排放量不超過 1.5m³ 。對于清洗后的廢銅，該企業(yè)采用X射線熒光光譜儀進行快速成分分析，根據(jù) Cu 、Fe、Pb、Sn 等元素含量的不同，調(diào)整后續(xù)熔煉工藝參數(shù)。分析結(jié)果可為原料結(jié)算提供依據(jù)， Cu 含量每高出1個百分點，每噸折算價格提高150元。

2.2.3 熔煉與精煉

預(yù)處理后的廢銅按等級分別送入熔煉爐。該企業(yè)采用 350kW 中頻感應(yīng)熔煉爐，爐體容積為 1.5m³ ，配備1個 250kg 液態(tài)銅保溫包。熔煉溫度控制在1200～1250°C 。當爐料的Cu含量低于 96% 時，需添加高純陰極銅調(diào)整成分；當 Cu 含量高于 99.5% 時，則加入適量廢雜銅平衡品位。熔煉過程中，利用石墨攪拌棒攪拌，轉(zhuǎn)速控制在 60～80r/min ，攪拌功率控制在 5～7kW 。同時，向熔池表面均勻噴撒復(fù)合脫氧劑，其組分為 50%CaC₂ 、 30%Na₂CO₃ 和 20%NaCl ，用量為銅液質(zhì)量的 1%～2% 。熔煉結(jié)束后，將銅液倒入保溫包，靜置 1520min 后澆鑄。

精煉環(huán)節(jié)采用管式轉(zhuǎn)爐，爐體直徑為 1.2m ，長2.5m ，裝入量為 1.0t 吹煉氧氣純度 ?99.5% ，壓力為 0.3～0.4MPa ，槍頭直徑為 68mm^[5] 。吹煉過程分3段：前期吹煉溫度為 1 180～ 1 220°C ，氧氣流量為 3500～4000Nm³/h ，持續(xù) 35～40min ，主要氧化Fe、 Z_n 等雜質(zhì)；中期吹煉溫度為 1220～1240^°C ，氧氣流量為 4000～4500Nm³/h ，持續(xù) 15～20min ，進一步降低S、As等雜質(zhì)含量；后期吹煉溫度為1240～1260°C ，氧氣流量為 3000～3500Nm³/h ，持續(xù) 5～10min 。精煉結(jié)束后，再用氮氣吹掃 2～ 3min ，去除殘留雜質(zhì)。最終產(chǎn)出的粗銅純度達 99.6% 以上，可直接進入下游電解精煉工序。

2.2.4 成型與加工

熔煉精煉后的粗銅液再經(jīng)兩級精煉，首先采用石墨轉(zhuǎn)子精煉爐進行熱態(tài)夾雜去除，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為350～400r/min ，功率密度為 45～50kW/t ，高純氮氣作為保護氣，流量為 800～1000L/min 。精煉溫度控制在 1 250～1280°C ，渣銅比維持在 3:1 左右。精煉渣采用離心過濾機處理，轉(zhuǎn)速為 3500～ 4000r/min ，濾餅含銅 ?20% 。濾液與陰極銅液混合，再經(jīng)圓盤過濾機過濾，濾布為50目不銹鋼絲網(wǎng)，過濾壓差為 50～100kPa 。凈化后的陰極銅液進入連鑄工序，采用雙輥豎直連鑄機，輥縫為 3～5mm 拉壞速度為 。連鑄壞粗加工成截面為 8mm×1 400mm 的銅帶，再經(jīng)2臺四輥中間軋機精軋，軋制速度為 15～20m/s ，總壓下率為 85% ，終軋溫度為 850～900^°C 。軋制過程中采用高頻淬火－回火工藝，淬火溫度為 450～500^°C ，功率密度為 1.5～2.0kW/cm² ，加熱時間為 2.5～3.5s ；回火溫度為 200～220^°C ，保溫 1.5～2.0h 。該工藝可顯著改善銅帶的組織均勻性和力學(xué)性能，生產(chǎn)的T3高精銅帶力學(xué)性能指標如表1所示。

高精銅帶最后在 1250kN 精密矯直機上矯直并切割，矯直軋輥直徑為 400mm ，軋輥間隙為 0.2‰ 0.3mm ，張力控制在 20～30kN 。切割采用雙圓盤飛剪機，剪切間隙為 0.1～0.2mm ，剪切速度為60～80m/min 。成品銅帶寬度公差為 ±0.10mm ，厚度公差為 ±0.008mm ，內(nèi)應(yīng)力 ?50MPa 。經(jīng)過上述工序，再生銅材的綜合性能達到并部分超過原生銅材水平。在整個生產(chǎn)過程中，該企業(yè)還引入在線監(jiān)測和智能控制系統(tǒng)，對熔煉溫度、精煉氣氛、軋制壓力、淬火功率等關(guān)鍵參數(shù)實現(xiàn)實時采集、動態(tài)分析和自適應(yīng)調(diào)控，確保了工藝流程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

2.3 技術(shù)應(yīng)用效益分析

3結(jié)論

有色金屬再生資源利用技術(shù)涵蓋多個環(huán)節(jié)，需系統(tǒng)協(xié)同推進。案例分析表明，通過自動化分選技術(shù)提高原料分級精度，采用兩段式清洗工藝去除表面雜質(zhì)，優(yōu)化熔煉精煉參數(shù)控制，引入在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)智能化生產(chǎn)管理，可顯著提升廢舊銅材再生利用水平。此類技術(shù)不僅能降低資源消耗，減少環(huán)境污染，還具備良好的經(jīng)濟效益。未來，應(yīng)重點提高全流程資源化率，加強產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，促進再生有色金屬產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

該企業(yè)采用的廢銅循環(huán)利用技術(shù)在提升資源利用水平的同時，也取得一定的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。以2022年為例，該企業(yè)回收利用廢雜銅 1860t ，與原生銅相比，每噸可節(jié)約 800～1200 元，全年節(jié)支160萬元左右。在環(huán)境效益方面，由于減少了銅礦開采和粗煉環(huán)節(jié)，間接削減二氧化碳排放 1 350t ，二氧化硫減排 8.4t ，氮氧化物減排 5.7t ，相當于節(jié)約440t標準煤，為當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護做出了積極貢獻。在技術(shù)改造過程中，該企業(yè)還重點優(yōu)化了熔煉、電解等高能耗工序，使得單位產(chǎn)值綜合能耗大幅下降。除尾氣治理項目受政策驅(qū)動且工程規(guī)模較大外，其余項目投資額相對適中， 2～3 年即可收回投資，具有良好的經(jīng)濟可行性。

參考文獻

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