铜基合金废料处理过程中铁的去除及合金阳极的腐蚀特征研究

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随着工业社会的不断发展和对铜矿资源的开采利用,我国的富铜资源储量逐渐减少,因而对从二次铜废料中回收铜和有价金属的研究显得越来越有必要。以铜为基体,向里面加入一些合金元素制成合金可以明显提高铜基合金的机械性能以及抗腐蚀性而得到较广泛的使用,但由于使用年限的限制,在使用一定的年限后由于疲劳损伤不能满足一定的机械性能等要求而逐渐被淘汰,因而在工业化不断发展的现代社会,必然会不断积累这种铜的合金废料。直接电解有很多的优点,但当铜基合金废料中的铁含量相对较高时,会造成电解过程中电流效率降低及增加酸度消耗等问题。针对铜基合金废料的有效回收,本文中主要对两个方面进行了研究:第一个方面,探讨火法氧化造渣除去铜基合金废料中铁时,不同工艺条件对除铁效果及铜回收率的影响。第二个方面,研究了热处理机制对铜镍合金电化学腐蚀行为的影响。首先,利用氧化造渣的方式对铜基合金的除铁效果进行了研究,主要探究了通气速率、氧化造渣温度、通气时间和造渣剂SiO2加入量等主要参数对除铁效果的影响。结果发现,当氧气通入量低于40g/l时,铜基合金废料中的铁不能被完全氧化,铁的脱除效果一般,当氧气通入量高于40g/l时,又会造成铜的氧化损失。此外,造渣剂加入量的多少也会影响除铁效果,当造渣剂加入量低于2.17wt%时,剩余的FeO不能达到氧化造渣的目的,不能达到理想的除铁效果,当造渣剂加入量高于2.17wt%时又会造成熔渣粘度过高,不利于渣相与金属相的分离。同时,温度的升高可以降低熔渣粘度,有利于渣相与金属相的分离,铜在渣相中的机械夹带损失降低。通过实验可知,在氧气流量为40ml/min,氧化造渣温度为1673K,氧化时间为8min,造渣剂SiO2加入量为2.17wt%的条件下,金属相铁含量降至0.003wt%以下,铜损失率降至1.14%,金属相中的铁含量满足阳极铜中铁含量的要求。其次,对铜镍基合金在不同温度下的热处理的电化学腐蚀行为进行了研究。对铜镍基合金进行了三个不同温度(铸态不做热处理、200℃、500℃和800℃)的热处理,主要是研究热处理对合金组织结构的影响,进而影响合金的阳极电化学腐蚀行为。通过实验可以发现,随着热处理温度的升高,合金的晶粒变大,利用极化曲线和阻抗实验也可以发现,当对镍白铜不进行热处理时,其腐蚀电位为0.043V,对其进行热处理后腐蚀电位向负方向移动,热处理温度越高,其腐蚀电位越负,更容易被腐蚀。在较高的热处理温度下,铜镍基合金更容易被腐蚀。由酸度实验结果发现,当硫酸铜溶液中的硫酸含量由0g/L增大至160g/L时,其腐蚀电位由0.063V降至0.024V,镍白铜在溶液中的电化学溶解速率也是逐渐增大的。此外,由阿伦尼乌斯公式计算可知,镍白铜在铜电解体系中溶解过程的活化能为31kJ/mol,说明镍白铜合金的溶解过程是一个扩散控制过程。
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