一種紫雜銅精煉劑及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種紫雜銅精煉劑及其制備方法，本發(fā)明專利技術(shù)紫雜銅精煉劑為一種多元合金，其化學(xué)成分(重量百分比)為：B＝3.5～5.5％；Mg＝3.5～5.0％；Ce＝8.0～11.5％；Pr＝6.0～8.0％；Y＝6.0～8.0％，稀土元素Ce、Pr、Y的總含量為20.0～27.5wt％，余量為Cu。本發(fā)明專利技術(shù)紫雜銅精煉劑的制備方法包括下述步驟：a.電解銅熔化后，抽真空；b.停止抽真空后，通入高純隋性氣體，加入中間合金，在1150～1200℃溫度范圍內(nèi)保溫10～20min。本發(fā)明專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：抽真空后通入高純惰性氣體可有效防止中間合金加入時大量揮發(fā)導(dǎo)致精煉劑中合金元素成分燒損和偏差，有利于成分的精確控制；本發(fā)明專利技術(shù)精煉劑能有效去除Ni，去除率可達(dá)到68％以上。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種紫雜銅精煉劑及其制備方法
本專利技術(shù)屬于冶金工業(yè)紫雜銅液精煉劑領(lǐng)域，特別是指紫雜銅的精煉劑成分及其制備方法。
技術(shù)介紹
紫雜銅指銅含量大于96％及以上的銅合金。目前紫雜銅的回收制備純銅的方法主要是將紫雜銅先經(jīng)火法處理鑄成陽極銅，然后電解精煉成電解銅。通過電解提純，勢必消耗大量的能源，相對由礦石冶煉進(jìn)行電解提純，再生產(chǎn)產(chǎn)品的方法而言，直接利用紫雜銅生產(chǎn)純銅合金產(chǎn)品將節(jié)能80％以上，比電解提純再生產(chǎn)產(chǎn)品的方法節(jié)能約50％，且電解過程對環(huán)境污染嚴(yán)重。用最小的投資提高紫雜銅利用率及利用水平，減少金屬損耗，減少環(huán)境污染，對企業(yè)、行業(yè)、國家、社會都具有重要意義。用紫雜銅直接制造高端電工用無氧銅桿，將會節(jié)省大量的電力和減少環(huán)境污染，但其技術(shù)難度主要在于雜質(zhì)含量的控制，用電解銅制桿含氧量一般都可控制在10ppm及以下，各種雜質(zhì)元素的含量也可得到有效控制。銅中固溶的雜質(zhì)(如Ni)會減少銅的電導(dǎo)率，其減少程度取決于雜質(zhì)的數(shù)量、本性和冶金條件，另一部分非固溶雜質(zhì)(O、S、Se、Te、Bi、Pb)雖然對降低銅的電導(dǎo)率影響較小、但卻與銅形成易熔共晶以及脆性化合物，劇烈降低銅的塑性，影響銅的冷熱加工性能。因此紫雜銅直接制桿要求有效去除氫、氧、硫以及各種固溶和非固溶的雜質(zhì)，提高其電導(dǎo)率和力學(xué)性能。目前，國內(nèi)外在改善銅精煉質(zhì)量方面取得了一定進(jìn)展。銅精煉時主要脫氫方法有氧化法去氫、惰性氣體去氫、真空去氫、預(yù)凝固去氫和振蕩去氫等，但是這些方法都存在著自身無法克服的弊病。氧化法去氫加重了后續(xù)脫氧的負(fù)擔(dān)，惰性氣體去氫脫氫速率較低，真空法去氫設(shè)備復(fù)雜，成本高，預(yù)凝固去氫需額外消耗能量和時間，振蕩去氫需要額外的裝備，控制要求高。銅精煉時，目前主要脫氧方法有：1)用磷脫氧；2)用鋰脫氧；3)用鎂脫氧；4)用硼脫氧；5)用CaB6脫氧。但它們都存在嚴(yán)重不足。磷是一種比較廉價的脫氧劑，但殘存的磷顯著降低銅的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，鋰是一種強(qiáng)氧化劑，但其價格昂貴，且鋰的化學(xué)性質(zhì)活潑，不易存放和使用；鎂也是一種強(qiáng)脫氧劑，但鎂的脫氧產(chǎn)物MgO是一種高熔點(diǎn)的化合物，易滯留于銅液中，導(dǎo)致夾雜缺陷；硼的脫氧產(chǎn)物為液態(tài)，易于去除，但脫氧的效果次于鎂和鋰；CaB6雖然脫氧效果良好，但它的比重小，回收率低，影響它的使用。上述的方法或精煉劑只能去除銅中的氫和氧元素，對于銅中的其他雜質(zhì)元素，尤其是可固溶于銅而強(qiáng)烈降低其電導(dǎo)率的鎳元素均無法有效去除。稀土(RareEarth，RE)在金屬材料中是一種有益的添加元素，通過一定方式在金屬中添加適量的稀土元素可以明顯地提高產(chǎn)品質(zhì)量。在銅及銅合金中，稀土可以起到除氣去渣，凈化熔體的作用。在銅及銅合金中加入稀土元素，通過稀土與雜質(zhì)元素的相互作用，能有效地脫氣和去除雜質(zhì)。①脫氧：稀土是強(qiáng)烈的脫氧劑，稀土在完成脫氧反應(yīng)以后，生成的氧化物將呈固相上浮于銅液表面，并進(jìn)入渣相而被去除，從而達(dá)到凈化銅而去除氧的目的；②脫硫：稀土在銅中脫硫的原理與脫氧的原理相似。在銅液中，稀土脫硫反應(yīng)的自由能很低，能把銅熔體中的少量硫元素雜質(zhì)除去；③脫氫：氫在銅液中呈原子態(tài)，稀土可與銅液中的原子態(tài)氫作用生成REH型的低密度氫化物。這種密度小的氫化物很易上浮至銅液表面，且在高溫下重新熱分解，放出氫氣或被氧化進(jìn)入渣相而被去除；④脫除有害雜質(zhì)：稀土的化學(xué)活性很強(qiáng)，能與許多易熔成分結(jié)合為難熔的二元或多元化合物，例如與低熔點(diǎn)元素硫、磷、錫、鉛(327℃)相互作用，結(jié)合成各種原子比的高熔點(diǎn)稀土化合物和金屬化合物，如Ce3Pb(1204℃)、BiCe3(1400℃)，這些高熔點(diǎn)稀土化合物將保持固體狀態(tài)與熔渣一起從液體銅中排出，從而達(dá)到脫除有害雜質(zhì)(如鉛、秘等)的目的。以稀土作為銅精煉劑的專利，已有相關(guān)報(bào)道，如：專利[200910043041.8]“一種精煉廢雜銅的高稀土含量中間合金精煉劑及其制備方法”中，報(bào)道了其所研制的精煉劑稀土元素包括鑭、鈰、釔、鐠等，該精煉劑能夠有效去除廢雜銅中的Zn、Fe、Pb、O、S、P等雜質(zhì)，該精煉劑同樣適合紫雜銅的精煉，但是該專利中對于釔、鐠的具體含量以及其在精煉過程中的具體作用未作描述，且該精煉劑對于Ni的去除幾乎沒有效果。專利[CN1133347A]“銅液新型精煉劑及制備方法”中描述了一種含B、Mg和稀土的精煉劑，能夠有效去除銅中的氫、氧和硫，該精煉劑同樣適用紫雜銅，但是該專利中具體的稀土組元是什么，未作描述，而且對于雜質(zhì)Ni等的去除，未作描述。綜上所述，目前使用的銅的脫氧、脫氫、脫硫和去除銅中其他雜質(zhì)元素的精煉劑技術(shù)都不能完全滿足利用紫雜銅直接制備高品質(zhì)電工用無氧銅桿的需求，特別是在高尖端
迅速發(fā)展的今天，對高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，因此提高紫雜銅精煉技術(shù)水平和冶金質(zhì)量已成為當(dāng)務(wù)之急。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的銅精煉劑的不足，特別針對難以去除的含雜質(zhì)Ni的紫雜銅熔體，提供一種能提高其電導(dǎo)率的紫雜銅精煉劑及其制備方法。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)紫雜銅精煉劑為一種多元合金，其化學(xué)成分(重量百分比)為：B＝3.5～5.5％；Mg＝3.5～5.0％；Ce＝8.0～11.5％；Pr＝6.0～8.0％；Y＝6.0～8.0％，稀土元素Ce、Pr、Y的總含量為20.0～27.5％(重量百分比)，余量為Cu。本專利技術(shù)紫雜銅精煉劑的制備方法包括下述步驟：a.將純度為99.99～99.999％的電解銅熔化后控制熔體溫度在1150～1200℃，抽真空至10-2～10-3Pa；b.停止抽真空，并通入純度為99.995～99.999％的高純惰性氣體，控制爐內(nèi)壓力為0.5～1個大氣壓，將含Mg45～50％(重量百分比)的Cu-Mg合金，含B25～30％(重量百分比)的Cu-B合金，含Ce35～40％(重量百分比)的Cu-Ce合金，含Y35～40％(重量百分比)Cu-Y合金和含Pr35～40％(重量百分比)的Cu-Pr合金等中間合金放入銅熔體內(nèi)，使得合金的化學(xué)成分(重量百分比)為：B＝3.5～5.5％，Mg＝3.5～5.0％，Ce＝8.0～11.5％，Pr＝6.0～8.0％，Y＝6.0～8.0％，稀土元素Ce、Pr、Y的總含量為20.0～27.5％，余量為Cu，在1150～1200℃溫度范圍內(nèi)保溫10～20min。作為改進(jìn)，在b步驟保溫后，將生成的精煉劑用網(wǎng)格狀的水冷鐵模澆注。技術(shù)性能指標(biāo)：①本專利技術(shù)紫雜銅精煉劑元素總含量：B＝3.5～5.5％；Mg＝3.5～5.0％；稀土元素(Ce+Pr+Y)含量為20.0～27.5wt％；熔點(diǎn)820～910℃；雜質(zhì)總含量0.01-0.15wt％；余量為銅。②本專利技術(shù)紫雜銅精煉劑在制備過程中，合金元素的燒損率低于2.0％。③本專利技術(shù)紫雜銅精煉劑顏色為灰紫色，性脆、錠坯中間有網(wǎng)格，易破碎，便于配料。④雜質(zhì)Ni的去除可達(dá)到68％以上。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：①將純度99.99-99.999％的電解銅熔煉后抽真空至10-2-10-3Pa后通入純度為99.995-99.999％的高純惰性氣體，然后加入中間合金，可有效防止中間合金加入時大量揮發(fā)導(dǎo)致精煉劑中合金元素成分燒損和偏差，有利于成分的精確控制。②采用網(wǎng)格狀的鐵模澆鑄的精煉劑易于破碎，便于配料。③用紫雜銅直接制造無氧銅材，其技術(shù)難度主要在于含氧量和雜質(zhì)含量的控制，氫含量多本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種紫雜銅精煉劑，其特征是該精煉劑為一種多元合金，其化學(xué)成分(重量百分比)為：B＝3.5～5.5％；Mg＝3.5～5.0％；Ce＝8.0～11.5％；Pr＝6.0～8.0％；Y＝6.0～8.0％，稀土元素Ce、Pr、Y的總含量為20.0～27.5％(重量百分比)，余量為Cu。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種紫雜銅精煉劑，其特征是：將純度為99.99％-99.999％的電解銅放置在真空熔煉爐，電解銅熔化后控制熔體溫度在1150-1200℃，抽真空至10-2Pa-10-3Pa；停止抽真空，并通入純度為99.999％的高純惰性氣體，控制爐內(nèi)壓力為1.0個大氣壓，將含Mg50％的Cu-Mg合金，含B30％的Cu-B...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李周，劉占海，王士杰，趙峰，姜業(yè)欣，田秀山，馬云才，劉娜，李旭，張西軍，梁琦明，李學(xué)帥，孫克斌，田英明，楊光，付連岳，荊巖，胡海軍，
申請(專利權(quán))人：中南大學(xué)，中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：