歐福文

(廣西力合城市礦產(chǎn)再生資源科技有限公司， 廣西 梧州 543103)

0 引言

再生銅是指從含銅廢料中回收利用所獲得的銅[1]。再生銅行業(yè)的原材料為各種廢雜銅，由于越來越多電器壽命到期，拆解廢雜銅占據(jù)越來越重要的地位。

現(xiàn)行國內(nèi)傳統(tǒng)的檢驗方法為目視評估法，即按外觀標志如顏色、密度、硬度、記號、磁性等，由3～5個廢雜銅品位評估師和供應商一起進行目測評估，加權平均得出最終廢雜銅銅品位。其最大的缺點是對評估人員的技能要求較高，需要長期工作經(jīng)驗和大量的廢雜銅市場、拆解工藝調(diào)查研究，廢雜銅品位評估結果受人為因素影響較大，含銅品位誤差較大，容易引起糾紛。

因此，制定一套行之有效的原料廢雜銅取、制樣規(guī)范，對再生銅行業(yè)健康發(fā)展十分必要。

1 廢雜銅來源、分類及取、制樣現(xiàn)狀

廢雜銅按來源可分為進口廢雜銅和國內(nèi)廢雜銅；按廢棄來源又可分為工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的下腳料、邊角料、廢品，和廢舊電器電纜拆解下來的銅。

二十世紀90年代，我國成為最大的廢雜銅進口國，每年從美、日、歐等發(fā)達國家進口廢雜銅達330萬t，折銅金屬量85萬t，其中長三角、珠三角、環(huán)渤海成為廢雜銅拆解、消費中心[2]。根據(jù)目前廢雜銅拆解企業(yè)的工藝水平和設備能力，可將原裝進口和國內(nèi)的廢雜銅分類拆解、加工，以銅為例可分為：光亮銅、馬達線、銅米、紅多支銅米、錫米、油米、雜米、銅粉、1#銅管、2#銅管、燒線、水洗銅、覆銅板、線頭線尾、雜銅、洗銀銅、磷青銅、喇叭銅線、銅針等，而且原料廢雜銅正在向成分復雜、低含銅量、形態(tài)多樣、夾雜物高的方向發(fā)展。

目前國內(nèi)廢雜銅的分類僅有一個國家標準GB/T13587—2006《銅及銅合金廢料》，而對于廢雜銅的品位檢驗，沒有具有指導性的行業(yè)標準。在文獻[1]中，廢雜銅原料也只是籠統(tǒng)的分為高品位廢雜銅(Cu含量≧90%)、中品位廢雜銅(Cu 40%～90%)、低品位廢雜銅(Cu<40%)。國際上，日本的廢雜銅現(xiàn)行標準JIS M8082—1999《熔煉銅廢料、取樣方法、樣品制備和潮度含量的測定》也只是對銅屑的樣品制備和水分含量作了較詳細的規(guī)定，而對塊、管、條等無規(guī)則的廢雜銅依然沒有提出比較合理的辦法。

目前國內(nèi)廢雜銅取樣和制樣也有采用少量熔融法[3]，原理為取有代表性的樣品，用馬弗爐或小中頻爐熔煉后，取樣、制樣化驗，根據(jù)化驗品位和重量，加權計算得出銅品位[1]。主要的優(yōu)點為數(shù)據(jù)可靠，簡單操作，但缺點為取樣量偏少，對復雜多樣甚至供應商刻意摻假的廢雜銅原料不適用。

因此，大容量廢雜銅(100～500 kg)熔融取樣和制樣方法，終究將成為解決爭議、品質(zhì)仲裁的依據(jù)。

2 廢雜銅取樣和制樣的方法

2.1 廢雜銅熔融設備

廢雜銅中除了含Cu外，還含有Pb、Zn、Al、Sn、Ni、Fe、Sb、Bi等金屬元素， Si等非金屬元素，少量的Cl、Br等鹵族元素和有機物[4-5]。由于銅的熔點為1 083 ℃，其他金屬夾雜物相對較低，會在高溫下還原狀態(tài)優(yōu)先揮發(fā)或熔融氧化結渣，因此廢雜銅熔融設備配置操作平臺、煙氣收塵、上料和出料裝置等。

大容量廢雜銅熔融取樣和制樣方法適用于品質(zhì)不均勻或刻意摻假的廢雜銅，該方法制成的分析樣品品質(zhì)均勻，數(shù)據(jù)可靠。為此，某公司特地配備有1臺100 kg的中頻爐、3臺200 kg及1臺500 kg的中頻爐，并配備了一套水冷系統(tǒng)和一套煙氣收塵系統(tǒng)。

2.2 取樣制樣工藝流程

利用大容量的中頻爐對物料樣品進行熔融成銅錠，再鉆樣、磨制、過篩，制備化學分析樣品，確保樣品的代表性和均勻性。中頻爐容量為100～500 kg廢雜銅，工作溫度為1 000～1 200 ℃，熔融后的高含銅金屬塊按YS/T70- 2005粗銅標準鉆取銅的分析樣品。取樣、制樣工藝流程如圖1所示。

圖1 廢雜銅取樣制樣工藝流程

3 取樣制樣工具

1)扒渣用的耙子。應配有長柄及其他裝置，使其能深入中頻爐坩堝內(nèi)扒出爐渣，能比較完整地分離爐渣和液態(tài)銅；爐渣耙子應使用不影響爐內(nèi)液態(tài)銅化學成分的材質(zhì)制作。

2)取樣勺。應設計能盛下足夠多液態(tài)銅，可以注滿澆鑄模；配有長柄及其他裝置，使其能深入中頻爐坩堝內(nèi)取樣；取樣勺應使用不影響爐內(nèi)液態(tài)銅化學成分的材質(zhì)制作。

3)澆鑄模具。澆鑄模具設計應能確保所得到的銅試樣具有代表性；模具冷卻速度應足夠快，使銅快速凝固，避免化學成分偏析；模具應使用不影響爐內(nèi)液態(tài)銅化學成分的材質(zhì)制作以確保液態(tài)銅的化學成分不發(fā)生變化；設計容量大小應滿足取樣的要求，人工能搬動，具體尺寸由取制樣部門確定，數(shù)量若干個。

4)磅秤(3臺)。磅秤1(200 kg)精確度100 g；磅秤2(5 kg或10 kg)精確到5 g；磅秤3(200 g)精確到1 g。

5)記錄臺，鉆樣、取樣工具。

4 具體操作步驟

1)中頻爐取制樣小組(兩人以上)共同對試驗樣品進行稱重并做好記錄，中頻爐取制樣小組和客戶應在磅單上簽字。(客戶可全程監(jiān)督，但是不能參與操作過程。)

2)試驗料(10～500 kg)中頻爐試驗途中，須由兩名以上中頻爐取制樣小組人員隨行監(jiān)護。

3)為保證試驗的準確、公正，試驗料送入中頻爐操作間后，除中頻爐取、制樣小組外，客戶及其他人員不得進入操作間，客戶可以在操作間外，監(jiān)督操作。

4)試驗料應全部裝入中頻爐專用坩堝中，不得遺漏，裝料順序為先裝碎料，后裝大料, 蓋上蓋子, 然后移入中頻爐，升溫至1 150 ℃，并保持約10～15 min。

5)待試驗料全部熔化后，攪拌均勻, 用專用耙子小心扒出坩堝表面的爐渣，銅水應全部倒入一個澆鑄模具中，剩下渣子倒在鐵板上，坩堝中的渣必須清理干凈。使用耙子前，需清理干凈耙子表面雜質(zhì)。

6)銅錠和渣要在空氣中自然冷卻，不允許用澆水或其他冷卻方式進行強冷。

7)用磅秤對銅錠和渣分別進行稱重，得到數(shù)據(jù)W1、W2，稱重時，中頻爐取制樣小組和客戶須在場監(jiān)磅，磅單須由中頻爐取制樣小組和客戶簽字認可。

8)用直徑8～10 mm鉆頭鉆取銅屑。鉆樣前清除銅錠表面污物，在銅錠上下兩面各沿對角線或十字線處鉆5孔，收集鉆屑，混合均勻后分成四份樣(客戶存樣、原料中心存樣、化驗樣、仲裁樣)，每份鉆屑樣重量須大于100 g；同時在渣的上、中、下各取一個渣樣，混合后分成四份樣(客戶存樣、原料中心存樣、化驗樣、仲裁樣)，每份渣樣重量須大于100 g。鉆屑樣和渣樣分別裝入鋁箔袋封存記錄好，用于測定鉆屑中銅含量和渣中銅含量。鉆樣時，應防止鉆屑飛濺損失。收集鉆屑時，應防止鉆屑以外的氧化皮等雜物落入鉆屑內(nèi)。

9)試驗鉆屑和試驗渣送檢測中心同時分析，分析結果C1、C2出來后，由檢測中心檢驗組人員計算該廢雜銅樣品綜合品位，填好試驗報告單并及時分送給相關部門及客戶。若相關部門或客戶對分析結果有異議，則進行復檢，復檢結果還是有異議，則由檢測中心質(zhì)檢管理負責人將仲裁樣品交第三方進行仲裁，再將結果填好試驗報告單，交相關部門及客戶。

10)化驗分析。將制備好的化學分析樣品，用化學分析法-碘量法進行銅含量的檢驗，根據(jù)化驗品位和重量加權法計算出最終的銅品位。

11)銅含量計算。計算公式：C=(C1W1+C2W2)/W×100。式中：C為中頻爐試驗廢雜銅銅含量；C1為試驗鉆屑銅含量；C2為試驗渣銅含量；W1為銅錠重量；W2為渣的總重量；W為雜銅試驗料重量。

5 生產(chǎn)實踐研究數(shù)據(jù)

5.1 實踐數(shù)據(jù)

生產(chǎn)實踐中得到的中頻爐熔融樣數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 中頻爐熔融樣前后數(shù)據(jù)統(tǒng)計

可見，入爐前和出爐后重量相差不大，因為渣重所占比例也不大，平均值只有0.59%，前后重量誤差較小。

5.2 效果分析與對比

根據(jù)生產(chǎn)實踐，得到的原料廢雜銅銅品位數(shù)據(jù)對比情況如表2所示。

由表2可見，原材料廢雜銅銅含量中頻爐測定值與實際生產(chǎn)反推值幾乎相等，而人工評估值由于最小0.5%波動，所以會帶來銅金屬莫名其妙的“流失”。原料廢雜銅品位越低雜質(zhì)越高，人工評估誤差越大。

5.3 經(jīng)濟效益核算

1)按每年處理廢雜銅原料金屬35萬t，平均偏差0.8%，銅價按5萬元/t計，則帶來經(jīng)濟效益=35×0.8%×50 000=14 000萬元=1.4億元。

2)含雜高導致的經(jīng)濟損失核算。含雜高將導致冶煉周期增長，成本增加。根據(jù)文獻[6-7]，陰極銅長粒子的主要雜質(zhì)成分為Pb、As等，由于廢雜銅中雜質(zhì)如Pb、Zn、Sn等有害的元素必須通過反復還原、氧化、造渣等手段，在火法冶煉過程除掉，因而必然增加天然氣單耗、延長冶煉周期。若雜質(zhì)升高0.8%，按每處理350 t廢雜銅增加成本50 000元計，

表2 人工評估和中頻爐測定原料廢雜銅銅品位數(shù)據(jù)對比

則每年增加成本=350 000/350×50 000=5 000萬元=0.5億元。

上述兩項合計：1.5+0.5=1.9億元。因此，采用大容量中頻爐熔融法測定原料廢雜銅的銅含量，每年帶來經(jīng)濟效益高達1.9億元，值得推廣。

6 結論

1)在再生銅行業(yè)中推廣大容量中頻爐熔融法測定原料廢雜銅的銅含量來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工評估法，非常有必要，既公平、公開、公正，所測量的銅品位也有代表性。

2)供需雙方人工評估雖然快速，但是誤差也大；大容量中頻爐熔融法雖然步驟繁瑣，一般需要3～4 d才能出結果，但是不會給冶煉企業(yè)帶來經(jīng)濟損失風險。

3)廢雜銅外觀類別差越大，摻雜越多，取樣量就要越大，樣品才更有代表性。

4)針對銅含量20%～50%的廢雜銅原料：如果絕大部分為其他金屬，此方法還可以應用；如果其他金屬含量過低，渣量過大，銅形成熔融狀態(tài)的量比例偏小，同樣造成渣和熔融銅分離不徹底，銅錠和渣樣化學分析不準確。因此此方法對銅含量20%～50%、其他金屬含量過低的廢雜銅原料還有待研究。