废杂铜火法精炼除铅工艺及机理研究

发布时间：2020-08-18 20:14

【摘要】：随着近几年我国经济的飞速发展,国内对铜材的需求不断上升。但我国铜矿资源严重不足,铜矿产量与铜需求量之间的差距越来越大,铜资源依靠进口的比重也越来越多。为了弥补铜矿资源不足的问题,提出了二次铜资源即废杂铜的再生利用,并对废杂铜的直接和间接利用作了叙述。二次铜资源作为弥补我国铜矿产量不足的重要手段,即节能,又环保,同时还降低了成本。由于二次铜资源的来源极为广泛,种类多、成分复杂,导致废杂铜中掺杂了其它杂质元素,例如Fe、Al、Si、P、Zn、As、Sb、Ni、Pb和Sn等。这些元素虽然对铜的某些性能有所提高,但是同时又会影响铜的其它性能。例如,铅元素可以改善铜的切削加工性能,但铅元素又会使铜合金的塑性降低,其含量超过一定量时,会导致铜合金脆裂。所以,二次铜资源除杂就成为一项亟待解决的难题。本课题主要研究二次铜资源除铅的问题。单质铅因为具有良好的耐蚀性能、延展性、润湿性及高的密度、低熔点、高的线膨胀系数等特性,因而被广泛应用于工业和生活中。同时铅元素作为一种有毒物质为人们所熟知。随着物质生活水平的不断提高,人们对健康问题越来越重视。因此,二次铜资源除铅已迫在眉睫。本论文着重研究三种除铅剂:磷酸盐型、硼酸盐型和硅酸盐型,通过实验室现有的设备,研究杂铜火法精炼除铅的整个过程,为废杂铜火法精炼工艺优化与新型熔剂开发提供理论基础。借助FACTSAGE软件,对熔剂的除铅机理做了计算,证明了除铅反应的可行性;同时,还可以利用FACTSAGE软件对除铅率进行计算,在一定范围内可以适当调整熔剂成分;并且对不同温度下对铅的活度进行了计算,结果发现,温度越高,铅的活度越大,平衡常数越大,越不利于除铅反应的发生。通过对三种除铅熔剂磷酸盐型、硼酸盐型和硅酸盐型的实验数据的分析,结果发现:磷酸盐型熔剂除铅效果是其中最好的,不仅除铅率非常高,而且反应非常迅速;硼酸盐型除铅剂的效果也是比较好的,随着熔剂组成和保温时间的变化,保温30min除铅率可以达到80%以上;硅酸盐型除铅剂的除铅效果是其中最差的,随着熔剂组成和保温时间的变化,除铅率最高仅达到50%。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF811
【图文】：

二元合金相图,二元合金相图,反应原理,废杂铜

第一章概述Cu2O 和 CuO，其反应原理依次为：CuOCuO224 2（12Cu OO4C u O22 （1-在还原过程中，插木或者重油与高温状态下的熔融铜液接触后，立即分解生H4、H2来掠夺CuO 中的氧，其反应原理依次为：CuOHCuHO222 2 （1-24224C u O CH 8Cu 2HO CO（1-.5 废杂铜火法精炼除铅的原理5.1 Cu-Pb 二元相图

曲线,杂质,顺序,吉布斯自由能

2.3 氧化剂的选择利用FACTSAGE软件中的Reaction模块对熔炼过程中发生的杂质的氧化反应的吉布斯自由能 G 进行计算，得到如图2.1 所示的与温度T 的曲线。温度区间为 1000～1500K，步长为10K。图 2.1 铜及其杂质的氧化顺序从图2.1 可以看出，熔融铜中的杂质Pb、Sn、Ni、S、Fe、Zn，这些杂质的氧化的曲线都位于铜之下。同时，随着温度的不断升高，这些杂质的吉布斯自由能的绝对值增加。并且可以看出，其氧化顺序为：Zn、Fe、S、Sn、Ni、Pb。另外，从图2.1 也可以看出，铜中的这些杂质都可以氧化除去。2Pb O2PbO2 （2-1）2Sn O2SnO2 （2-2）

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每组都有11 个结果，最后绘制铜液中铅含量与温度的关系曲线，如图 2.3 所示。图 2.3 利用 FACTSAGE 软件计算的不同温度下的除铅效果趋势从图2.3 可以看出，在低于 1100℃时，铜还没有完全熔化，所以铜液中的铅含量为零。在大于或者等于 1100℃时，即就是铜完全熔化后，铜液中的铅含量就是除铅剂与氧化铅反应造渣后铜液中剩余的铅含量。假设铜中的铅没有发生烧损，即最开始时铅元素的质量都为10g，从而可以间接估计除铅率的多少。在温度为 1100℃～1400℃时，随着温度的升高，铜液中铅的含量增加，即温度越高，除铅率越低。1100℃时除铅率最高

【参考文献】