回收废铜的基本知识

回收废铜的基本知识 铜的基本知识: 铜以其良好的导电和导热能力成为电子和电力工业领域里的首选和主要材料。为了达到所要求的性能，使用的几乎都是高纯度的铜。这篇文章主要讨论了这样做的原因，同时还特别关注了一些根本的冶炼原则。其目的是要针对过去十年铜线领域里的相关发展展开进一步的讨论。 应用: 铜是以其纯净形式而不是合金形式而具有最广泛用途的稀有金属之一。大约有五十多种不同的锻压合金中铜的最小含量是99.3%，虽然只有一小部分在工业上用作电导体。这些低合金中最常用的是电解韧铜，它由这纯度的金属构成，这种金属可与氧在100-650ppm的范围内结成合金。但是在氢气环境中人们建议不要使用ETP铜，因为当它暴露于这些温度时会受到氢脆裂的影响。在这样的环境下，要么使用无氧铜，要么就使用无氧电子铜。 含银铜中电源电压器中的应用相当有限，因为它在温度提高时具有较高的强度和较弱的抵抗力。 杂质的作用: 在高导电率形成过程中化学性质是最重要的变量之一。这些成分中最有害的东西能够降低导电率、提高退火线的机械强度、避免再结晶、 有时在生产铜棒的热压过程中还会导致热脆。无数的研究调查明:极少数量的溶解物都会一次性地提高铜的电阻率。许多杂质都会阶段性地提高其半硬再结晶温度。然而，当杂质与沉淀物或氧化物而不是溶解物混合在一起时，对导电率的有害影响就会降到最低。表2表明了各种各样的单一元素添加到只含有200ppm氧的高纯度ETP铜所产生的影响。一般来说，每百万分之一杂质中的前半部分与相同剂量的后半部分相比影响力更大。然而，需要注意的是，自从建立于1913年的铜电力标准由 100%IACS导电率表示以来，商业铜的纯度就得到了极大地改善。如今，大部分商业铜负极的导电率都超过101%IACS。 氧成分的影响: 氧是为了改善铸造铜的坚固性通过对燃汽——金属反应的控制而采用的一种合金成分。同样重要的是，氧在与大部分杂质反应的过程中都起到了一个清除器的作用，而这些杂质当它们溶解在铜基质中时对其特性和退火反应都有巨大的影响作用。相反，当这些杂质与不可溶解的氧化物混合在一起的时候，这些坏作用就被抵消了。从表3可以看出，ETP铜导电率的最大值是200ppm。因而，ETP铜中氧的含量大致在175和450ppm之间。由于分散杂质容易引起热裂，所以通常都尽量避免低氧值。相反，超于这一最佳限制的氧气值并不常见，因为这对可成形性具有附作用。实际的氧含量应是既要有较好退火过程，还要避免可能出现的可塑性问题。 热机械可调变量的重要性: 除了由金属杂质形成的氧化物之外，氧化物还可以通过改变热力史从铜基质中溶解或沉淀出氧化物。这些固体反应可能会影响最终的粒子大小，因为铜氧化物成分在再结晶的过程中能帮助形成大小统一的粒子。然而，二次再结晶(不正常的粒子成长)通常都与一个双重的颗粒结构有关，而这一颗粒结构是在高温退火过程中由氧化物的溶解形成的。粒子粗化和孪晶的出现主要是由于溶液温度超过了500摄氏度，且氧的浓度低于600ppm.拉丝之前形成的粗粒子在接下来的低温退火之后并没有被消除掉。从高温冷却下来的冷却速率也会影响到高温机械性能，尤其是杂质成分相当地大时。快速淬火会导致固态溶液中高浓度、不均匀的杂质成分。从另一方面讲，慢速冷却会增强杂质和氧之间的相互作用，这又有利于杂质从固态溶液中沉淀下来。在退火期间通过拉丝或轧制所作的冷加工对于商业磁线来说是有限制的。在最终冷却之前为了得到比较好的顺应性(即铜线在成形或弯曲过程中以最小的回弹性保持形状的能力)，最好要限制一下冷加工的数量。高模数和低屈服强度都是比较理想的性能，因为它们都是最小回弹性的标志。 退火过程: 铜的退火性是个非常复杂的特性，这一特性是由一系列的其他属性组成，而这些属性又会随着变形、热过程、金属纯度和氧成分的多少而发生变化。当杂质沉淀下来以后，它们对退火过程的影响是比较小的，这与固态溶液中的情形是截然不同的。退火温度与溶剂(这里指的是 铜)和溶质(这里指的是杂质)之间原子大小的区别有一定的关系。溶质元素的化合价也是影响退火性的一个重要参数。然而，由于多种物质之间热动力的相互作用所形成的复杂状况，退火性并不只是简单地与一些可能的参数，如:原子量或溶质的化合价有关。 表面影响: 在外界温度下，铜线总是有一个残留的氧化膜，而这一氧化膜是当铜线进入热杆轧制阶段时从高温的、连续铸造的铜杆上形成的。现在在铜业中通过一种电量控制手段来测量残留的表面氧化膜的厚度已成为一种比较标准的作法。氧化膜可能会相当地有害，因为它们可能会在拉丝过程中引发许多缺陷、使拉丝膜过度磨损、可焊性变差、搪瓷膜和裸导体之间的附着力变弱。 铜杆的缺陷之处往往是源于连续铸造过程和轧制过程，这包括:残渣、铜氧化夹杂物、热裂、裂块、铜杆表面氧化颗粒的形成。大部分金属间化合的夹杂物都比较脆，因而都成为拉丝过程中裂纹发生和蔓延的场所。相对于缺陷而言，较细的磁线和成形线是最主要的生产产品。 唯一最大的表面缺陷源于拉丝，往往是以拉模划痕、机械损伤、弧口凿或裂片的形式出现在裸导体的表面。因为拉丝问题而形成的裂片往往与所捕获的氧化物没有太大关系。表面损伤通常是由于拉丝机内移动线未对准或拉丝膜炉口内铜精炼的压制力太大则形成的。 未来的挑战: 人们对于更好表面质量、更大包装型号的需求在不断地上升，而且越来越期望生产出一种“无疵点”并少断折的铜杆(即有很好的可拉性)。满足这些需求的推动力将会是:更好的能源效率、愈加激烈的全球竞争、更多的家居应用、在地价上涨的情况下所使用的小型电动机，比如汽车中使用的马达。因而人们会越来越愿意使用比较小的计量尺寸。 随着电解冶金法的出现和电解精炼所取得的不断进步，目前商业铜负极的纯度似乎已经达到了大家都可以接受的水平，而且已经没有必要进一步限制杂质的数量。然而，在易切削黄铜工业中，铋已经被用来代替铅作为一种合金元素。因为铋对于电力铜导体具有很大的毒性作用，因此人们要求黄铜碎片应与铜碎片完全地分割开来。 铜线工业面临的一个问题是在拉丝过程中，由于研磨或分层而造成了许多表面的疵点。为了解决这一问题，关健是要在以下几个方面有所改进:铜杆的表面质地、拉丝润滑剂、固体颗粒的过滤、单一合成晶体钻石拉丝膜的生产。 一个十分重要的未来挑战就是开发出更多敏感的传感器，通过用一种非接触检测手段来检测铜棒、铜杆和铜线上的非破性疵点。这些疵点中的大部分由于太小而用现在的漩涡流检测设备是根本检测不到的。此外，还需要开发一种在线检测设备来轻易地检测大孔隙和其他的内部疵点。 影响线状电力铜导体性能、加工和运行的因素从很大程度上讲是建立在现存的冶炼原则基础之上的。然而，杂质和退火温度及电阻率之间的关系还需要在数量上进一步改进一下。 未来展望: 世界经济变得越来越全球化了。随着二十一世纪的到来，第三世界国家正在建立电讯链路，变成电力的主要消费者，他们在建造家园、工厂和商业建筑，这样就需要大量的铜来满足他们的需求。铜被用作原料已有一万年的历史了，它对人类的贡献是呈金字塔式的，与日俱增。如果没有铜，真不敢想象未来的世界将会是什么样子。