一种铜铬触头废料的回收及利用方法技术

本发明专利技术涉及金属材料领域，公开了一种铜铬触头废料的回收及利用方法，回收方法包括：（1）以硝酸作为溶解液分离铜铬触头废料中的铜和铬，过滤后得到硝酸铜溶液和多孔状铬；（2）用水清洗多孔状铬，干燥；然后将其置于还原装置中进行还原：先通入干氢气并升温至350~450℃保温，待钛合金棒料吸附氢气饱和后，升温至900~1400℃使钛合金棒料释放氢气进行还原以去除多孔状铬的表面钝化膜；冷却后取出产物，在惰性氛围中球磨破碎，过筛后得到低氧高纯铬粉。首先，本发明专利技术回收方法可有效分离铜铬触头废料中的铜和铬，并且能耗低，产物纯度高。其次，本发明专利技术利用方法制得的铜铬铁材料中各金属元素均匀性好，作为铜铬触头等时性能好。作为铜铬触头等时性能好。作为铜铬触头等时性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种铜铬触头废料的回收及利用方法


[0001]本专利技术涉及金属材料领域，尤其涉及一种铜铬触头废料的回收及利用方法。

技术介绍

[0002]CuCr触头作为中高压真空开关的“心脏”部件，其Cu、Cr组元间不互溶且无反应，因此既保留了Cu优异的导电导热性能，又有Cr对氧的强亲和力和难熔特性，故具有开断能力大、耐电压强度高、综合性能好等特点，已经基本取代了CuW、CuWC、CuMo、CuBi、CuBiAg等原先用于中高压真空开关的触头材料。
[0003]为了进一步提高铜铬触头材料的性能，第三、四组元成分的添加是目前研究的一个热点，比如添加钨、钼可以提高触头的耐电压强度；添加碲可以提高抗熔焊性能；添加铋或铅可以减小截流值；添加铁可以提高耐电压强度和减小截流值等，以上添加第三、四组元的方法主要是以直接配料混粉方式进行的，存在均匀性差的问题。
[0004]生产CuCr系列触头材料有自耗电极电弧熔炼法、真空熔铸法、熔渗法和粉末混粉压烧法。这些方法都是生产毛坯后再经车加工制备成所需的各种形状，而这些车加工下来的废料存在难以回收的问题，对环境以及资源造成了极大的压力。
[0005]中国专利CN201911225947.1公布了一种铜铬触头废料的回收方法，包括以下步骤：(1)将铜铬触头废料制成自耗电极；(2)将步骤(1)所得自耗电极真空感应熔炼为合金熔体；(3)雾化步骤(2)所得合金熔体，得带铜铬合金粉末。由于铜铬是不互溶的，在自耗电极感应熔炼过程中会出现低熔点的铜先熔化，而高熔点的铬没有熔化的现象，造成铜铬合金粉末会出现只有铬或者铜的“夹杂”粉末；此外铬需要1900℃才能完全熔化，如此高的温度会造成铜或铬的严重蒸发，且能耗极高。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中铜铬触头废料难以回收、能耗高以及混粉法制备的铜铬铁复合材料中第三元素(铁)混料均匀性问题，本专利技术提供了一种铜铬触头废料的回收及利用方法。首先，本专利技术回收方法可有效分离铜铬触头废料中的铜和铬，并且能耗低，产物纯度高。其次，本专利技术利用方法制得的铜铬铁材料中各金属元素均匀性好，作为铜铬触头等时性能好。
[0007]本专利技术的具体技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种铜铬触头废料的回收方法，包括以下步骤：(1)以硝酸作为溶解液分离铜铬触头废料中的铜和铬，过滤后得到硝酸铜溶液和多孔状铬。反应式如下：Cu+4HNO3＝Cu(NO3)2+2NO2↑
+2H2O在步骤(1)中，本专利技术通过硝酸来溶解铜铬触头废料中的铜，铜与硝酸反应形成硝酸铜，而铬被硝酸表面钝化而不溶解。在铜离子溶解的过程中，残留的铬中产生了大量的孔隙，过滤后得到多孔状铬，该多孔结构比表面积大，为后续还原处理提供了便利。
[0008](2)用水清洗步骤(1)所得的多孔状铬，干燥蒸发水分；然后将其置于还原装置中；所述还原装置包括壳体，以及置于所述壳体内的钛合金棒料层，所述钛合金棒料层的上表面铺设有筛网，所述多孔状铬铺设于所述筛网上；还原过程为：先通入干氢气并升温至350～450℃保温，待钛合金棒料吸附氢气饱和后，升温至900～1400℃使钛合金棒料释放氢气进行还原以去除多孔状铬的表面钝化膜；冷却后取出产物，在惰性氛围中球磨破碎，过筛后得到低氧高纯铬粉。
[0009]在步骤(2)中，本专利技术采用高温氢气还原法来去除多孔状铬的表面钝化膜以提高铬的纯度。具体地，在首次升温至350～450℃的过程中，钛合金棒料吸取足够氢气，然后再快速升温至900～1400℃进行还原。此时，钛合金棒料放出超高纯氢还原铬粉，球磨破碎、筛分后即可得到低氧高纯铬粉。上述特殊还原工艺的优点在于：氢分子在首次升温时先被钛合金棒料表面吸附，此时，氢分子被解离形成氢原子，并以原子态氢扩散进合金内部储存于钛原子之间的间隙内，待扩散饱和时，继续升温至高温阶段，合金内部原子态氢就会释放到钛合金棒料表面，从而释放出超高纯氢，超高纯氢还原能力比普通氢气还原能力更强，同时钛对氧的亲和力更高，降低了环境中氧分压，有利于氢还原氧化铬反应的持续进行。而筛网是用于分隔钛合金棒料和多孔状铬，同时也是钛合金棒料释放出超高纯氢还原多孔状铬以及反应后气态产物被钛捕捉的气体扩散通道。
[0010]作为优选，步骤(1)具体包括：将铜铬触头废料加工成铜铬屑后添加至硝酸水溶液中搅拌混合，铜与硝酸反应形成硝酸铜，铬被硝酸钝化而不溶解；过滤后得到多孔状铬。
[0011]作为优选，步骤(1)中，所述硝酸水溶液的质量浓度为1～50％。
[0012]作为优选，步骤(1)中，所述铜铬屑的厚度小于1mm。
[0013]作为优选，步骤(2)中，所述干燥条件为温度50～120℃，时间30～90min。
[0014]作为优选，步骤(2)中，所述钛合金棒料层的厚度为10～50mm；所述钛合金为Ti
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6A1
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4V；所述钛合金棒料的直径为1～10mm；所述筛网的目数为
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300～+800目；所述多孔状铬的铺设厚度为1～5cm。
[0015]本专利技术采用钛合金棒料作为吸附氢气的材料，与本专利技术团队在研发初期采用的纯钛相比，可耐受多次高温处理，使用寿命长。纯钛材料在经历多次高温处理后会发生严重粉化，污染了被还原粉末，故需要频繁替换，增加了成本。
[0016]作为优选，所述干氢气的露点小于
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70℃；保温时间为10～60min；还原时间为10～60min；球磨破碎时间为30～180min。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种利上述回收方法所得产物制备铜铬铁复合材料的方法，包括以下步骤：(A)在酸性条件下用铁粉对步骤(1)所得硝酸铜溶液进行置换反应，得到铜包覆铁复合粉体，采用步骤(2)中的还原方法对铜包覆铁复合粉体进行还原处理，区别仅在于还原温度为550～650℃；冷却后取出产物，在惰性氛围中球磨破碎，过筛后得到低氧高纯铜包覆铁复合粉体。反应式如下：Fe+Cu(NO3)2＝Cu+Fe(NO3)2(B)将所得低氧高纯铬粉和低氧高纯铜包覆铁复合粉体进行混料，然后依次进行压制、氢气还原烧结、冷却，制得低氧高性能铜铬铁材料。
[0018]作为优选，步骤(A)具体包括：加热步骤(1)所得硝酸铜溶液至60～100℃，直至溶
液中铜离子浓度为60～150g/L，加入氢氧化钠调节pH至3～5，然后添加100～200目的铁粉，搅拌进行置换反应，用水清洗并干燥后得到铜包覆铁复合粉体；然后采用步骤(2)中的还原方法对铜包覆铁复合粉体进行还原处理，区别仅在于还原温度为550～650℃；冷却后取出产物，在惰性氛围中球磨破碎，过筛后得到低氧高纯铜包覆铁复合粉体。
[0019]作为优选，步骤(A)中，搅拌时间为5～50min，球磨破碎时间为30～180min。
[0020]作为优选，步骤(B)中：所述低氧高纯铬粉和低氧高纯铜包覆铁复合粉体的质量比为1∶5～1∶1。
[0021]作为优选，混料时间为30
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120min；压制压力为30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜铬触头废料的回收方法，其特征在于包括以下步骤：（1）以硝酸作为溶解液分离铜铬触头废料中的铜和铬，过滤后得到硝酸铜溶液和多孔状铬；（2）用水清洗步骤（1）所得的多孔状铬，干燥蒸发水分；然后将其置于还原装置中；所述还原装置包括壳体，以及置于所述壳体内的钛合金棒料层，所述钛合金棒料层的上表面铺设有筛网，所述多孔状铬铺设于所述筛网上；还原过程为：先通入干氢气并升温至350~450℃保温，待钛合金棒料吸附氢气饱和后，升温至900~1400℃使钛合金棒料释放氢气进行还原以去除多孔状铬的表面钝化膜；冷却后取出产物，在惰性氛围中球磨破碎，过筛后得到低氧高纯铬粉。2.如权利要求1所述的回收方法，其特征在于：步骤（1）具体包括：将铜铬触头废料加工成铜铬屑后添加至硝酸水溶液中搅拌混合，铜与硝酸反应形成硝酸铜，铬被硝酸钝化而不溶解；过滤后得到多孔状铬。3.如权利要求2所述的回收方法，其特征在于：步骤（1）中，所述硝酸水溶液的质量浓度为1~50%。4.如权利要求2所述的回收方法，其特征在于：步骤（1）中，所述铜铬屑的厚度小于1 mm。5.如权利要求1所述的回收方法，其特征在于：步骤（2）中，所述干燥条件为温度50~120℃，时间30~90min。6.如权利要求1所述的回收方法，其特征在于：步骤（2）中，所述钛合金材料为Ti
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6Al
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4V；所述钛合金棒料层的厚度为10~50 mm；所述钛合金棒料的直径为1~10mm；所述筛网的目数为
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300~+800目；所述多孔状铬的铺设厚度为1~5cm。7.如权利要求1所述的回收方...

【专利技术属性】
技术研发人员：余贤旺，方敏，陶应啟，
申请(专利权)人：浙江省冶金研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：