RU2185455C1 - Method of refining copper and copper-base alloys - Google Patents
Method of refining copper and copper-base alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2185455C1 RU2185455C1 RU2000129791A RU2000129791A RU2185455C1 RU 2185455 C1 RU2185455 C1 RU 2185455C1 RU 2000129791 A RU2000129791 A RU 2000129791A RU 2000129791 A RU2000129791 A RU 2000129791A RU 2185455 C1 RU2185455 C1 RU 2185455C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon dioxide
- copper
- metal
- slag
- refining
- Prior art date
Links
- 238000007670 refining Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 95
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 46
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 41
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims abstract description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 9
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical class [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 13
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 50
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 50
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 abstract 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 30
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 6
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 5
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 5
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 5
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000010814 metallic waste Substances 0.000 description 3
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 3
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001649081 Dina Species 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000388 Polyphosphate Polymers 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006063 cullet Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N nitrate group Chemical group [N+](=O)([O-])[O-] NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001205 polyphosphate Substances 0.000 description 1
- 235000011176 polyphosphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- OQZCJRJRGMMSGK-UHFFFAOYSA-M potassium metaphosphate Chemical compound [K+].[O-]P(=O)=O OQZCJRJRGMMSGK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229940099402 potassium metaphosphate Drugs 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J sodium diphosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229940048086 sodium pyrophosphate Drugs 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 235000019818 tetrasodium diphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению меlи и сплавов на медной основе, и может быть использовано при переработке лома и отходов меди и сплавов на ее основе. The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to the production of copper and copper-based alloys, and can be used in the processing of scrap and waste of copper and alloys based on it.
Наиболее рациональным вариантом использования лома и отходов меди и ее сплавов является их металлургическая переработка на медь и вторичные сплавы. При этом извлекаются в готовую продукцию все ценные составляющие исходного сырья. Для получения кондиционной меди и сплавов на медной основе необходимо применять качественное вторичное сырье или же осуществлять очистку металла от нежелательных примесей в процессе плавления. The most rational option for the use of scrap and waste of copper and its alloys is their metallurgical processing for copper and secondary alloys. At the same time, all valuable components of the feedstock are extracted into the finished product. To obtain conditioned copper and copper-based alloys, it is necessary to use high-quality secondary raw materials or to purify the metal from unwanted impurities during the melting process.
Известен метод переплавки вторичного медьсодержащего сырья в индукционных печах с добавлением рафинирующих флюсов [1]. Указывается, что в состав рафинирующих флюсов входят химически активные вещества, которые переводят примеси в нерастворимые в жидком металле соединения. Последние затем ошлаковываются. Наиболее широкое распространение получили рафинирующие флюсы на основе двуокиси кремния, например: кварцевый песок, кварцит, бой стекла, кремнезем, 96% Cu2О + 4% SiО2, 30% NaNО3 + 45% Cu2О + 25% SiО2. Расход флюсов колеблется от 0,5 до 3,5% от массы шихты. Здесь основой рафинирующего флюса является двуокись кремния, которая взаимодействует с оксидами металлов с образованием плавких силикатов, например: FeO•SiО2, MnO•SiO2, Cu2О•SiO2, СuO•SiO2 и других. Неметаллические включения и оксиды примесей металлов распределяются в расплаве силикатов, то есть происходит их ошлакование. Закись меди, часто вводимая в состав рафинирующих флюсов, является окислителем примесей металлов и интенсифицирует процесс их перевода в окисленное состояние. Нитраты также являются окислителями, а возникающий при разложении нитратов оксид натрия образует легкоплавкий силикат. В качестве источника оксида натрия для образования легкоплавких силикатов в некоторых случаях добавляют кальцинированную соду, сульфат натрия, стеклобой. Также можно использовать аналогичные соединения на основе калия, но их стоимость в два-три раза выше.A known method of remelting secondary copper-containing raw materials in induction furnaces with the addition of refining fluxes [1]. It is indicated that the composition of refining fluxes includes chemically active substances that convert impurities into compounds insoluble in liquid metal. The latter are then slagged. The most widely used refining fluxes based on silicon dioxide, for example: quartz sand, quartzite, glass breakage, silica, 96% Cu 2 O + 4% SiO 2 , 30% NaNO 3 + 45% Cu 2 O + 25% SiO 2 . Flux consumption varies from 0.5 to 3.5% by weight of the mixture. Here, the basis of the refining flux is silicon dioxide, which interacts with metal oxides to form fused silicates, for example: FeO • SiO 2 , MnO • SiO 2 , Cu 2 O • SiO 2 , CuO • SiO 2 and others. Non-metallic inclusions and oxides of metal impurities are distributed in the melt of silicates, that is, their slagging occurs. Copper oxide, often introduced into refining fluxes, is an oxidizing agent of metal impurities and intensifies the process of their transfer to the oxidized state. Nitrates are also oxidizing agents, and sodium oxide resulting from the decomposition of nitrates forms a fusible silicate. In some cases, soda ash, sodium sulfate, and cullet are added as a source of sodium oxide for the formation of fusible silicates. You can also use similar compounds based on potassium, but their cost is two to three times higher.
Наиболее близким по заявляемой сущности аналогом [2] является способ, по которому металлические отходы из сплавов на основе меди плавят в индукционной печи с добавлением рафинирующих флюсов, имеющих температуру ликвидуса ниже точки плавления металлических отходов, удаляют шлак и разливают металл в изложницы. В качестве рафинирующих флюсов используют полиметафосфаты щелочных металлов и смеси из полиметафосфатов щелочных металлов и оксидов меди. Здесь примеси металлов окисляются и взаимодействуют с полиметафосфатами щелочных металлов. Благодаря прочности образующихся соединений равновесие смещается в сторону шлакования примесей и достигаются высокие значения коэффициентов распределения примесей металлов. Добавка оксидов меди является окислителем, интенсифицирующим процесс перевода примесей металлов в окисленное состояние. The closest analogue of the claimed essence [2] is the method by which metal waste from copper-based alloys is melted in an induction furnace with the addition of refining fluxes having a liquidus temperature below the melting point of metal waste, slag is removed and the metal is poured into molds. As refining fluxes, alkali metal polymetaphosphates and mixtures of alkali metal polymetaphosphates and copper oxides are used. Here, metal impurities are oxidized and interact with alkali metal polymetaphosphates. Due to the strength of the resulting compounds, the equilibrium shifts toward the slagging of impurities and high values of the distribution coefficients of metal impurities are achieved. The addition of copper oxides is an oxidizing agent that intensifies the process of transferring metal impurities to the oxidized state.
Способ-аналог и ближайший способ-аналог имеют ряд недостатков. Так, при реализации способа-аналога, включающего индукционную переплавку с использованием рафинирующих флюсов на основе двуокиси кремния, невозможно получить значительную очистку расплава металла от примесей металлов, имеющих термодинамические показатели (сродство к кислороду, свободная энергия образования оксидов), близкие к меди. К ним относятся, например, железо, марганец, хром, никель, кобальт, свинец, олово, висмут, кадмий и др. При реализации способа - ближайшего аналога, включающего индукционную переплавку с использованием в качестве рафинирующих флюсов полиметафосфатов щелочных металлов или смеси полиметафосфатов щелочных металлов и оксидов меди, коэффициенты распределения примесей металлов на порядок выше и теоретически возможно получить необходимую очистку металла от примесей. Однако реально достигаемый эффект очистки получается ниже ожидаемых величин. Это связано с тем, что полиметафосфаты щелочных металлов обладают поверхностно-активными свойствами и характеризуются высокой адгезией к расплавленному металлу, благодаря чему хорошо смачивают металл и не удаляются полностью с поверхности расплава. Этому же способствуют низкие значения вязкости расплавленных полифосфатов щелочных металлов, их высокая жидкотекучесть. При раскислении расплава металла происходит восстановление примесей металлов из остатков неудаленного шлака и обратная диффузия их в расплав металла. Кроме того, часть неудаленного шлака попадает при сливе металла в изложницу и слиток, повышая содержание неметаллических включений и фосфора. Все это снижает степень рафинирования металла, ухудшает качество получаемого слитка и повышает количество брака. The analogue method and the closest analogue method have several disadvantages. So, when implementing the analogue method, including induction melting using refining fluxes based on silicon dioxide, it is impossible to obtain a significant purification of the metal melt from metal impurities having thermodynamic characteristics (affinity for oxygen, free energy of oxide formation) close to copper. These include, for example, iron, manganese, chromium, nickel, cobalt, lead, tin, bismuth, cadmium, etc. When implementing the method - the closest analogue, including induction smelting using alkali metal polymetaphosphates or a mixture of alkali metal polymetaphosphates as refining fluxes and copper oxides, the distribution coefficients of metal impurities are an order of magnitude higher and it is theoretically possible to obtain the necessary metal purification from impurities. However, the actually achieved cleaning effect is obtained below the expected values. This is due to the fact that alkali metal polymetaphosphates have surface-active properties and are characterized by high adhesion to the molten metal, due to which the metal is well wetted and not completely removed from the surface of the melt. The low viscosity values of molten alkali metal polyphosphates and their high fluidity contribute to this. During deoxidation of a metal melt, metal impurities are restored from the residues of unremoved slag and their back diffusion into the metal melt. In addition, part of the non-removed slag gets into the mold and ingot when the metal is drained, increasing the content of non-metallic inclusions and phosphorus. All this reduces the degree of metal refining, degrades the quality of the ingot obtained and increases the amount of scrap.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности удаления примесей при плавлении меди и сплавов на медной основе в индукционных печах. The problem solved by the invention is to increase the efficiency of removing impurities during the melting of copper and copper-based alloys in induction furnaces.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении чистоты получаемого металла, повышении качества и выхода кондиционного металла при уменьшении количества брака. The technical result from the use of the invention is to increase the purity of the obtained metal, improving the quality and yield of conditioned metal while reducing the amount of marriage.
Сущность изобретения состоит в том, что в известном по наиболее близкому аналогу способе рафинирования меди и сплавов на медной основе, включающем плавку в индукционной печи в присутствии рафинирующих флюсов на основе полиметафосфатов щелочных металлов с добавлением оксидов меди, предложено в процессе рафинирования дополнительно вводить в расплав двуокись кремния в пределах 20-80% от общего количества флюса. В качестве одного из вариантов предлагается 10-15% двуокиси кремния вводить одновременно с полиметафосфатами щелочных металлов равномерно в процессе плавки, а оставшуюся часть вводить за 15-20 мин до удаления шлака. Кроме того, в одном из вариантов предлагается все количество двуокиси кремния вводить за 15-20 мин до удаления шлака. В качестве двуокиси кремния возможно использование кварцевого песка, молотого кварцита, кремнезема и других природных минералов двуокиси кремния, измельченных до размеров частиц не более 2 мм. The essence of the invention lies in the fact that in the known closest analogue of the method of refining copper and copper-based alloys, including melting in an induction furnace in the presence of refining fluxes based on alkali metal polymetaphosphates with the addition of copper oxides, it is proposed to additionally introduce dioxide into the melt during refining silicon in the range of 20-80% of the total amount of flux. As one of the options, it is proposed that 10-15% of silicon dioxide be introduced simultaneously with alkali metal polymetaphosphates evenly during the smelting process, and the remaining portion should be introduced 15-20 minutes before slag removal. In addition, in one embodiment, it is proposed to introduce the entire amount of silicon dioxide 15-20 minutes before the removal of slag. As silica, it is possible to use quartz sand, ground quartzite, silica and other natural minerals of silicon dioxide, crushed to a particle size of not more than 2 mm.
При использовании предложенного флюса шлак представляет собой обладающую необходимой вязкостью гетерогенную систему и его можно практически полностью удалить с поверхности расплава металла. Каждый из компонентов флюса необходим и выполняет определенную функцию, вместе они создают необходимые и достаточные химические, физико-химические и физические свойства, позволяющие достичь поставленной цели. Здесь в отличие от ближайшего аналога полиметафосфаты щелочных металлов не только рафинируют расплав металла от примесей, но и предохраняют двуокись кремния от взаимодействия с оксидами примесей металлов с образованием легкоплавких силикатов, поскольку образуют с ними более прочные соединения. Применение двуокиси кремния в качестве флюса известно в металлургии [3, 4] . Двуокись кремния в виде кварцита, кремнезема, кварцевого песка и других природных минералов добавляют в качестве флюса при проведении многих плавильных процессов в кислом режиме плавления. Известны кислые мартеновские процессы, электроплавильные, электрошлаковые и многие другие, особенно там, где процесс связан с получением металла, содержащего кремний в качестве легирующей добавки, или там, где в печи применена кислая футеровка из набивных материалов или кирпича-динас. Двуокись кремния в металлургических процессах реагирует с основными оксидами (оксидами металлов) с образованием плавких силикатов. В предлагаемом способе двуокись кремния выполняет совершенно другую роль. В данном случае она не реагирует с оксидами металлов с образованием плавких силикатов, так как добавляется с целью создания гетерогенного шлака, обладающего необходимо высокой вязкостью. Следует отметить, что вязкость гетерогенной системы зависит от толщины слоя жидкости между твердыми частицами, что определяется количеством частиц в единице объема, их удельной поверхностью, крупностью, соотношением твердой и жидкой фазы. Все эти параметры связаны с количеством твердой фазы и размерами частиц. Величина частиц двуокиси кремния, выше которой размеров быть не должно, определяется в 2 мм. При размере более 2 мм исчезает понятие толщины слоя жидкой фазы между частицами из-за неправильной геометрии частиц и сцепления их друг с другом из-за шероховатости. Размеры частиц в меньшую сторону не ограничиваются. Минимально необходимое количество двуокиси кремния, создающее заметный эффект увеличения вязкости системы и повышения степени рафинирования, составляет 20% от общего количества флюса. Максимальное количество двуокиси кремния составляет 80% от общего количества флюса, при большем количестве шлак превращается в монолит. Целесообразно 10-50% двуокиси кремния добавлять одновременно с полиметафосфатами равномерно в течение плавки. При этом наблюдается рост степени рафинирования, поскольку в гетерогенном шлаке возрастает диффузионное сопротивление и снижается возможность обратного перехода примесей из шлака в расплав металла, а кроме того, твердые частицы являются коллектором для неметаллических включений. Оставшуюся двуокись кремния целесообразно вводить в расплав за 15-20 мин до удаления шлака. Этого времени достаточно для равномерного распределения частиц двуокиси кремния по объему шлака, всплывании неметаллических включений, их агрегации и поглощения шлаком. Если существует опасность зарастания тигля или каналов печи из-за налипания двуокиси кремния, то целесообразно вводить в расплав все количество двуокиси кремния за 15-20 мин до удаления шлака. Помимо повышения вязкости гетерогенная структура шлака увеличивает его диффузионное сопротивление, снижая возможность обратной диффузии примесей в металл, а твердые частицы являются коллектором для неметаллических включений, что также повышает суммарную степень рафинирования металла. Таким образом совместно полиметафосфаты и двуокись кремния поддерживают гетерогенную систему и благодаря новым проявляемым свойствам способствуют достижению в расплаве металла необходимо малых остаточных концентраций вредных примесей. Следует отметить, что добавление других используемых в металлургии порошков, таких как магнезит, глинозем, шамот и т.д., недопустимо, поскольку они содержат в своем составе также оксиды, силикаты и алюмосиликаты кальция и магния, которые могут реагировать с полиметафосфатами, вытеснять уловленные примеси и снижать степень рафинирования металла. Механизм и принципиальные отличия предложенного способа от ближайшего аналога можно проследить с помощью таблицы 1, в которой отражены явления, происходящие в различных системах расплавов металл-флюс, включая заявляемую. Сопоставляя представленные в таблице 1 показатели, можно отметить, что в способе-аналоге, где в качестве флюса применяют двуокись кремния и ее смеси с окислителями, шлак существует в виде гомогенной расплавленной системы, окисленные примеси металлов и двуокись кремния присутствуют в расплаве в ионной форме и значения степени рафинирования металла составляют: от марганца 15-25, от железа 4-8, никеля 1-1,1 (поз. 1-6, столб. 2). В ближайшем аналоге, где в качестве флюса применяют полиметафосфаты щелочных металлов и их смеси с оксидами меди, шлак также существует в виде гомогенной расплавленной системы. Окисленные примеси металлов существуют в виде прочных комплексных соединений, гомогенно распределенных по объему расплавленных полиметафосфотов щелочных металлов, значения степени рафинирования составляют: от марганца 100-300, железа 30-80, никеля 1,2-2, то есть в 7-10 раз выше, чем в случае применения двуокиси кремния (поз. 1-6, столб. 3). В предлагаемом способе, где в качестве флюса применяют полиметафосфаты щелочных металлов и их смеси с оксидами меди и дополнительно в расплав добавляют двуокись кремния в количестве 20-80% от общего количества флюса, формально исходя из традиционного подхода, следовало ожидать, что шлак будет существовать в виде расплава силикатов и полиметафосфатов. Окисленные примеси металлов будут присутствовать в виде ионов и прочных комплексных соединений, гомогенно распределенных по объему расплава шлака, а значения степени рафинирования будут выше, нежели в способе-аналоге, так как в системе присутствуют полиметафосфаты щелочных металлов, но ниже, нежели в ближайшем аналоге, так как количество полиметафосфатов уменьшено на величину введенной двуокиси кремния. Значения степени рафинирования составят: по марганцу 50-250, по железу 10-60, по никелю 1,1-1,8 (поз. 1-6, столб. 4). Фактически же шлак существует в виде гетерогенной системы расплава полиметафосфатов и твердой фазы - двуокиси кремния, окисленные примеси металлов существуют в виде прочных комплексных соединений, значения степени рафинирования составляют: по марганцу 500-2000, железу 80-1200, никелю 1,5-2,5 (поз. 1-6, столб. 5). Это в 1,5-15 раз выше, чем в ближайшем аналоге. Этот неожиданный эффект обусловлен существованием в шлаке гетерогенной системы, состоящей из расплавленных полиметафосфатов и твердой двуокиси кремния. Гетерогенная система обладает необходимо высокой вязкостью. Это позволяет практически полностью удалить шлак и предотвратить восстановление примесей и обратную диффузию из шлака в металл. Благодаря наличию твердой фазы с развитой поверхностью, служащей коллектором для неметаллических включений, возрастает очистка металла. Наличие твердой фазы приводит к увеличению диффузионного сопротивления шлака, которое также увеличивает степень рафинирования. Анализ механизма процесса рафинирования показывает, что указанный эффект может наблюдаться только в данной системе, где каждый из компонентов необходим и выполняет определенную роль, а все вместе являются достаточными для достижения поставленной цели. When using the proposed flux, slag is a heterogeneous system with the necessary viscosity and can be almost completely removed from the surface of the metal melt. Each of the components of the flux is necessary and performs a specific function, together they create the necessary and sufficient chemical, physico-chemical and physical properties to achieve this goal. Here, unlike the closest analogue, alkali metal polymetaphosphates not only refine the metal melt from impurities, but also protect silicon dioxide from interacting with metal impurity oxides to form fusible silicates, since they form stronger compounds with them. The use of silicon dioxide as a flux is known in metallurgy [3, 4]. Silicon dioxide in the form of quartzite, silica, silica sand and other natural minerals is added as a flux during many melting processes in the acidic melting mode. Acid open-hearth processes, electric melting, electroslag, and many others are known, especially where the process involves obtaining a metal containing silicon as an alloying additive, or where an acidic lining of printed materials or dinas bricks is used in the furnace. Silicon dioxide in metallurgical processes reacts with basic oxides (metal oxides) to form fusible silicates. In the proposed method, silicon dioxide has a completely different role. In this case, it does not react with metal oxides with the formation of fusible silicates, since it is added in order to create heterogeneous slag with the required high viscosity. It should be noted that the viscosity of the heterogeneous system depends on the thickness of the liquid layer between the solid particles, which is determined by the number of particles per unit volume, their specific surface area, particle size, and the ratio of solid and liquid phases. All these parameters are related to the amount of solid phase and particle size. The size of the particles of silicon dioxide, above which there should be no size, is determined at 2 mm. With a size of more than 2 mm, the concept of the thickness of the layer of the liquid phase between the particles disappears due to the incorrect geometry of the particles and their adhesion to each other due to roughness. The particle sizes in the smaller direction are not limited. The minimum required amount of silicon dioxide, which creates a noticeable effect of increasing the viscosity of the system and increasing the degree of refining, is 20% of the total amount of flux. The maximum amount of silicon dioxide is 80% of the total amount of flux, with a larger amount of slag turns into a monolith. It is advisable to add 10-50% silicon dioxide simultaneously with polymetaphosphates evenly during melting. At the same time, an increase in the degree of refining is observed, since diffusion resistance increases in heterogeneous slag and the possibility of the reverse transfer of impurities from slag to the metal melt decreases, and in addition, solid particles are a collector for nonmetallic inclusions. It is advisable to introduce the remaining silicon dioxide into the
Пример конкретного выполнения
Для экспериментов использовали образцы электролизной меди и медноникелевых сплавов, загрязненные различными примесями. В качестве примесей рассматривали марганец, железо и никель. Плавление осуществляли в тигельной индукционной печи марки ИСТ-0,06. Флюс равномерно добавляли в течение всего процесса плавления в количестве 5% от массы металла. В качестве флюса использовали двуокись кремния, двуокись кремния с добавлением оксидов меди, полиметафосфаты щелочных металлов, полиметафосфаты щелочных металлов с добавлением оксидов меди, полиметафосфаты щелочных металлов с добавлением двуокиси кремния, полиметафосфоты щелочных металлов с добавлением оксидов меди и двуокиси кремния. В качестве двуокиси кремния использовали сеяный кварцевый песок с размерами частиц не более 2 мм. В качестве оксидов меди использовали медную окалину. В качестве полиметафосфатов щелочных металлов использовали: гексаметафосфат натрия, метафосфат калия, пирофосфат натрия. По окончании плавления шлак удаляли с поверхности расплава металла и сливали металл в изложницу. Удаленный шлак и слиток металла анализировали на содержание исследуемых примесей металлов. Для количественной оценки эффективности процесса очистки металла от примесей использовали показатель - степень рафинирования R, равный отношению начальной концентрации примеси в металле [М] н к конечной концентрации примеси в слитке [М]к, R=[М]н/[М]к. Результаты экспериментов сведены в таблицу 2. Из результатов экспериментов, представленных в таблице 2, видно, что наименьшая очистка наблюдается при использовании в качестве флюса SiO2 без добавок (поз. 1,2). Дополнительное введение во флюс окислителя (закись меди) несколько повышает очистку металла (поз. 3,4). При использовании в качестве флюса полиметафосфатов щелочных металлов или смеси полиметафосфатов щелочных металлов с оксидами меди степень очистки существенно повышается, например, по марганцу и железу в 5-20 раз (поз. 5-8). Дополнительное введение в расплав SiO2 во всех случаях приводит к возрастанию степени рафинирования еще в 1,5-5 раз (поз. 9-17). Причем более высокая очистка наблюдается при внесении части SiQ2 в расплав равномерно в течение всего процесса плавления и добавление оставшейся части в расплав по окончании процесса плавления перед удалением шлака.Concrete example
For experiments we used samples of electrolysis copper and copper-nickel alloys contaminated with various impurities. Manganese, iron and nickel were considered as impurities. Melting was carried out in a crucible induction furnace brand IST-0.06. The flux was uniformly added throughout the entire melting process in an amount of 5% by weight of the metal. Silicon dioxide, silicon dioxide with the addition of copper oxides, alkali metal polymetaphosphates, alkali metal polymetaphosphates with the addition of copper oxides, alkali metal polymetaphosphates with the addition of silicon dioxide, alkali metal polymetaphosphates with the addition of copper oxides and silicon dioxide were used as fluxes. Silicon dioxide was used seeded quartz sand with particle sizes of not more than 2 mm. Copper oxides were used as copper oxides. As alkali metal polymetaphosphates used: sodium hexametaphosphate, potassium metaphosphate, sodium pyrophosphate. After melting, the slag was removed from the surface of the molten metal and the metal was poured into the mold. The removed slag and metal ingot were analyzed for the content of the studied metal impurities. To quantify the effectiveness of the process of cleaning metal from impurities, we used an indicator - the degree of refining R equal to the ratio of the initial concentration of the impurity in the metal [M] n to the final concentration of the impurity in the ingot [M] k , R = [M] n / [M] k . The experimental results are summarized in table 2. From the experimental results presented in table 2, it is seen that the smallest purification is observed when using SiO 2 without additives as a flux (
Предлагаемый способ может быть осуществлен с использованием выпускаемого отечественной промышленностью оборудования, позволит повысить чистоту получаемого металла, а следовательно, повысить его качество и выход кондиционного металла при уменьшении количества брака. The proposed method can be carried out using equipment manufactured by the domestic industry, which will improve the purity of the obtained metal, and therefore, improve its quality and yield of conditioned metal while reducing the amount of scrap.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Металлургия вторичных тяжелых цветных металлов. Учебник для вузов, Худяков И.Ф., Дорошкевич А.П., Карелов С.В. - М.: Металлургия, 1987, 528 с., cтp. 189-202.LIST OF REFERENCES
1. Metallurgy of secondary heavy non-ferrous metals. Textbook for high schools, Khudyakov I.F., Doroshkevich A.P., Karelov S.V. - M.: Metallurgy, 1987, 528 p., Pp. 189-202.
2. Патент России 2004608 Способ утилизации металлических отходов из сплавов на основе меди, загрязненных радионуклидами. Авторы Нестер A.T., Гранин А.А. 2. Russian Patent 2004608 A method for the disposal of metal waste from copper-based alloys contaminated with radionuclides. Authors Nester A.T., Granin A.A.
3. Металлургия черных металлов: Учебник для вузов /Коротич В.И., Братчиков С.Г. - М.: Металлургия, 1987, 240 с., стр. 165-167. 3. Metallurgy of ferrous metals: Textbook for universities / Korotich VI, Bratchikov SG - M.: Metallurgy, 1987, 240 p., Pp. 165-167.
4. Григорян В. А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1987, 272 с. 4. Grigoryan V. A., Belyanchikov L.N., Stomakhin A.Ya. Theoretical foundations of electric steelmaking processes. M .: Metallurgy, 1987, 272 p.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000129791A RU2185455C1 (en) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Method of refining copper and copper-base alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000129791A RU2185455C1 (en) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Method of refining copper and copper-base alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2185455C1 true RU2185455C1 (en) | 2002-07-20 |
Family
ID=20242702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000129791A RU2185455C1 (en) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Method of refining copper and copper-base alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2185455C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2307874C2 (en) * | 2005-11-21 | 2007-10-10 | Открытое акционерное общество Гайский завод по обработке цветных металлов "СПЛАВ" | Copper and copper alloys purification method (variants) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1366547A (en) * | 1970-10-14 | 1974-09-11 | Metallo Chimique Sa | Copper refining process process for recovering metal f''' slags |
| SU1237717A1 (en) * | 1984-12-06 | 1986-06-15 | Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Method of refining copper and its alloys |
| RU2004608C1 (en) * | 1992-07-07 | 1993-12-15 | Алексей Тадеушевич Нестер | Method for copper alloy with radionuclides contamination metal waste utilizing |
-
2000
- 2000-11-30 RU RU2000129791A patent/RU2185455C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1366547A (en) * | 1970-10-14 | 1974-09-11 | Metallo Chimique Sa | Copper refining process process for recovering metal f''' slags |
| SU1237717A1 (en) * | 1984-12-06 | 1986-06-15 | Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Method of refining copper and its alloys |
| RU2004608C1 (en) * | 1992-07-07 | 1993-12-15 | Алексей Тадеушевич Нестер | Method for copper alloy with radionuclides contamination metal waste utilizing |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2307874C2 (en) * | 2005-11-21 | 2007-10-10 | Открытое акционерное общество Гайский завод по обработке цветных металлов "СПЛАВ" | Copper and copper alloys purification method (variants) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102433438B (en) | Treatment method of scrap copper | |
| US20100193733A1 (en) | Regenerated calcium aluminate product and process of manufacture | |
| KR102633480B1 (en) | Improved slag from non-ferrous metal manufacturing | |
| AU717488B2 (en) | Method of recovering metals from slags | |
| Heo et al. | Effect of pyro-processing conditions on impurity removal and precious metal enrichment in waste printed circuit board (WPCB) recycling process | |
| WO1994011540A1 (en) | Process for producing alloy utilizing aluminum dross | |
| CN1244704C (en) | Light composite steelmaking protective agent (slag) | |
| CN103266237A (en) | Deslagging smelting flux for smelting casting zinc alloy and preparation method thereof | |
| RU2185455C1 (en) | Method of refining copper and copper-base alloys | |
| US2760859A (en) | Metallurgical flux compositions | |
| Kokal et al. | Metallurgical Uses—Fluxes for Metallurgy | |
| CN101016578B (en) | Molten steel purifying slag agent produced by blast furnace fusion method | |
| NL1007383C2 (en) | Method for valorising and possibly processing pot slag. | |
| KR100491335B1 (en) | Deoxidizer and desulfurizer for refining molten steel, with improved efficiency of deoxidation and desulfurization | |
| RU2185454C1 (en) | Flux for refining copper and copper-base alloys | |
| RU2109829C1 (en) | Charge for preparing precious metal alloy | |
| RU2150523C1 (en) | Method of aluminothermic refining of dust-like zinc dross fraction | |
| JPH11229054A (en) | Flux for removing nickel and removing and refining method therefor | |
| RU1808812C (en) | Method of silicon producing | |
| JPS61195953A (en) | Purifying method of ferroboron | |
| RU2697673C1 (en) | Method of refining ferrosilicon from aluminum | |
| JPS55158238A (en) | Treatment of metallic industrial waste | |
| Issa | MECHANO-CHEMICAL AND THERMAL TREATMENT OF IRON BEARING WASTE MATERIALS: ECOLOGICAL BENEFITS AND SYNERGETIC EFFECTS | |
| RU2075528C1 (en) | Method of processing of antimony-containing material | |
| RU2824636C2 (en) | Use of improved slag from production of non-ferrous metals |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051201 |