廢銅、廢鋁在電纜工業中的優化再生制桿及利用

黃崇祺

(上海電纜研究所，上海200093)

0 引言

隨著中國經濟的快速增長，工業化和城鎮化進程的進一步加快，“十一五”期間電纜工業獲得了快速的發展。至2009年末，年產值已達到7000多億元，銅、鋁導體年用量分別為440萬t和近200萬t。2009年電纜工業用銅、用鋁量分別占全國用銅、鋁總量的64%和13%，約占全球電線電纜銅導體產量的1/3(據CRU預測2010全世界銅導體產量將達1440萬 t)。

到目前為止，國內引進的連鑄連軋生產線有20多條(其原料為電解銅)，產量在8～30 t/年不等，制作的銅桿能達到標準要求;國產的銅連鑄連軋生產線達200條，基本都是小產能生產線，以廢雜銅為原料制造銅桿，其銅桿質量實在令人擔憂，多數達不到標準要求。如果按此生產方式——廢雜銅不經規范的預處理，又用落后的精煉工藝，加之落后的國產連鑄連軋生產線，則必然生產出一大堆不合格產品。因此技術升級迫在眉睫，商機也一目了然。由贛州江鎢新型合金材料公司從西班牙普羅佩茨-拉法格公司引進的廢雜銅直接再生制桿的連鑄連軋生產線，其銅桿可以穩定生產，質量達到標準要求。

1 廢雜銅直接再生須質量過關否則得不償失

雖然國際上廢電線電纜的回收再生利用已有幾十年的歷史，但也沒有像我國由于采用直接再生銅桿而在電纜行業產生那么嚴重的質量問題。隨著廢銅、廢鋁的使用量增加，其回收技術也在不斷完善。廢銅、導體在電纜工業中可以占居一定的市場份額，只要銅桿質量達標，會在50%以上(當然不可能完全取代電解韌銅桿)。因為中國缺銅，所以需進口廢銅和國內回收銅資源。直接再生利用可以省去制造陽極和電解提純這兩道工序，從而節省能源。但由于生產的銅導體導電率不合格，在使用中因電阻增加發熱。這就形成上游制造節能，而在下游使用中造成更大的電能浪費，且埋下了事故隱患，實屬得不償失。

2 我國電纜工業須重視廢電線電纜的回收

到“十二五”期末，我國電纜工業銷售規模將達到11000～12000億元，年均增長6%～8%。由此預測，屆時銅、鋁導體用量分別可達590～640萬t和290～320萬t。這樣大的用量，其中必定需要大量質量達標的再生銅桿。

我國的廢雜銅直接再生制桿利用，落后國際先進水平20多年。廢雜銅直接再生桿的大規模生產和應用其核心是質量的突破。如果把廢雜銅直接再生桿的嚴重質量問題解決了，那是利國利民，皆大歡喜的。廢雜銅直接再生制桿的質量問題是一個跨行業的系統工程，需要跨行業協作，共同組織實施才行。

現在世界各國注重環保，關注可持續發展。2003年歐盟開始執行“關于報廢電子設備指令”，規定設備制造商應對報廢電子設備進行回收，引起了世界各國對環保的重視。歐洲和日本的電纜工業十分重視資源再生利用。例如，日本日立電纜公司長期努力開發回收利用廢電線電纜的技術，從商業規模的電力部門那里回收廢電線電纜。從2000年開始在全日本范圍內建立從一般產業用戶那里回收廢電線電纜的回收網。然后利用重力分離和靜電分離機把廢電線電纜加以分類。由此可達到重新利用100%的銅和鋁，以及超過90%的高分子絕緣和護套材料。

3 廢銅直接優化再生制桿及利用

為了解決直接再生銅桿的質量問題，下列一些要點或許在國內外已獲得了共識，值得我們去深化研究和采取相應的措施。

(1)到國外采購廢雜銅不能光貪便宜，要針對產品應用要求、加工利用方式進行采購，否則將對產品質量、加工難度和環境治理產生嚴重影響。

(2)廢雜銅的預處理是重要的一環，否則嚴重影響產品質量，增加加工難度，要仔細“分揀”、“分類”、“分離異類金屬和有機物”，讓用戶按銅品位要求擇優選擇，要修訂現有的分類標準。

(3)根據現有的國際先進水平，用經“三分”后清潔的廢雜銅直接再生利用，穩定生產合格的電工用銅桿，廢雜銅的入爐(單一或者混合加料)平均品位對連續熔化、精煉和連鑄連軋的生產方式≥96%，而對批式熔化、精煉和連鑄連軋的生產方式≥94%，否則生產不穩定，合格率低。因此對廢雜銅的預處理，確保原材料入爐品位是保證銅桿質量的基礎。由此生產出的合格銅桿，其含銅量必須≥99.90%。否則首先是首要技術指標導電率不合格，達不到100%IACS的標準要求。

(4)精煉工藝及其裝備必須升級換代是解決質量問題的關鍵之一。要采用先進的微合金化處理及其精煉劑;精煉工藝應用先進的過程控制技術;采用先進的連續式或批式熔化爐、精煉爐及其控制系統，目前老式的爐子不僅精煉效果差，而且爐子熱效率太低，爐渣中的含銅量高的竟達到百分之幾十，這樣必然浪費能源，技術經濟指標低下;必須配備符合環保要求的三廢處理系統;采用爐前分析，對成分進行監控是有效的手段之一。

(5)連鑄連軋生產線是影響銅桿質量的另一關鍵點。要采用先進的連鑄連軋系統，減少大量人為操作引起的質量問題，其中特別是液位自動控制系統;連續非接觸式渦流和磁性探傷是銅桿在線質量監測的最后一關，必須嚴格掌控;為便于銅桿外銷，緊捆繞桿機也是必不可少的裝備;連軋過程中氧化皮或粒子壓入銅基體和銅桿表面氧化膜的厚度直接影響銅桿“可拉性”差的質量問題。由此必須對軋輥材料(磨損的鐵微粒)清除外來的與外表的銅氧化物，并對清洗裝置進行精心設計改進。

(6)銅桿質量評估體系的建立是勢在必行。在銅桿質量符合標準要求的基礎上，進一步以分級(等)辦法，分清銅桿質量等級，為實行優質優價，促進公平競爭創造條件。評估的依據和內容應包括①工藝性能評估——銅桿的“可扎性、可拉性和可退火性”，這“三性”應選擇在合格的“驗證生產廠”實行考核;②標準考核應符合標準要求，為此要建立考核規范、制訂專用標準、明確方法和指標。

(7)沒有先進合理的管理制度，在再生銅桿生產過程中缺乏全過程真實的全面質量跟蹤監控是無法保證穩定生產的，從而銅桿質量也是不穩定的。

(8)要整頓再生銅桿極其混亂的市場，絕不允許有標準不依。對再生銅桿實行市場準入制度是必要的，為此應制訂市場準入規范，實行生產認證，發放生產許可證。

4 廢鋁直接優化再生制桿及利用

隨著我國電纜工業“以鋁節銅”的發展，可以肯定電纜行業鋁和鋁合金的總用量也會逐步上升。再生鋁導體的質量(技術指標和工藝性能)能得到保證，再生鋁和原生鋁在電纜工業中的應用應有同樣的地位，這點與廢雜銅導體在電纜工業中的應用地位與電解銅相比是不同的。

4.1 廢鋁再生制桿的特點

(1)廢鋁直接再生制桿沒有提純的作用，因此對廢鋁原材料成分的要求比較高。

(2)純鋁和鋁合金的再生處理必須分清、分開，否則在管理和制品性能上將產生問題。

(3)作為導電體的純鋁，為了保證第一關鍵技術指標導電率，雜質元素硅和鈦、釩、錳、鉻，必須要有針對性的分別處理。

(4)鋁導體的另一關鍵技術指標為抗拉強度，但抗拉強度和導電率又是互相矛盾的，因此必要時須另取處理措施。

(5)廢鋁表面往往有油污，因此精煉除氣(氫)必須注意，否則影響可軋性和可拉性。

4.2 電線電纜廢鋁的預處理

4.2.1 廢鋁的種類

工業純鋁——我國上世紀80年代以前，電線電纜的廢鋁都屬普鋁，含硅高，80年代以后由于我國自主創新了“稀土優化綜合處理技術”，用99.7%的工業純鋁，就可達到電工級鋁的要求，這種廢鋁一般都達到99.7%純度的要求。必要時還經過了稀土優化綜合處理，其存在少量的稀土鈰，對以后的再生制桿有益無害。

電工用鋁合金——鋁鎂硅合金(相當美國牌號6201)和鋁鎂硅稀土合金;鋁鋯合金;鋁鎂合金和鋁鐵合金(相當美國牌號8000系合金)。

鋁包鋼線——其中的鋁包層，均用電工鋁桿經連續包覆而成。

4.2.2 廢鋁的來源

①架空輸電線用架空導線(其中2/3為鋁，1/3為鍍鋅鋼線);②絕緣鋁電線電纜的線芯或護套;③繞組線用鋁線和扁線;④配電用鋁母排和絕緣鋁母線槽;⑤電纜屏蔽用編織線;⑥鋁包鋼雙金屬線。

4.2.3 電工用鋁桿對廢鋁原材料的要求

①廢鋁必須仔細分揀、分類和分離異種金屬;②廢鋁原材料的鋁純度≥99.7%(達到標準鋁要求的純度);③廢鋁的雜質元素硅、鐵、鈦、釩、錳、鉻要有明確的要求，以便在制桿工藝中采取有針對性的處理措施;④廢鋁的外來泥、油等必須除凈后才能出售和進入下一工序的熔爐。

4.2.4 廢鋁的熔化、調整成分、凈化預處理和鑄成塊錠

經過“三分”處理的廢鋁在熔化爐熔化、調整成分、凈化處理(除氣、除渣)。然后澆鑄成鑄錠，以便進入連鑄連軋生產線使用。特別要注意的是，廢鋁不要直接進入連鑄連軋生產線上的豎爐或保溫爐中使用，以減少對鑄、軋、拉的不良影響，避免產生桿、線的質量問題。

4.2.5 廢鋁二次重熔、控制成分、除氣、除渣和軋成電工用鋁桿

鋁或鋁合金連鑄連軋制桿是目前唯一的生產方式。經預處理的廢鋁塊錠在這種生產線上進行二次熔化、控制成分(或制造鋁合金桿)、除氣、除渣，制成符合要求的電工用鋁桿。上海電纜研究所自主創新的科研成果“稀土優化綜合處理技術”，可直接變通應用而獲得明顯的技術經濟效果;爐前快速分析是控制成分的有效手段之一;爐內凈化處理和爐外凈化處理相結合對鋁液除氣、除渣有良好的效果;熔化爐采用電磁攪拌，可進一步保證鋁液成分的均勻性(特別是制造鋁合金)，有利于再生鋁桿性能的均勻穩定。

4.2.6 再生鋁桿的技術要求

再生鋁桿的技術要求等同于現行電工用鋁桿的技術要求:①可拉性——拉線斷頭率要低，線的表面質量要好;②性能指標——符合現行電工用鋁線(硬線、軟線)標準要求，特別是在架空導線中使用的硬鋁線的要求。

5 結束語

(1)廢雜銅直接再生桿的大規模生產和應用其核心是質量的突破，但再生銅桿的質量問題是一個跨行業的系統工程，有關方應加強協作，一致行動，采取有效措施。

(2)廢電線電纜鋁導體的回收及再生利用應建立跨行業的回收網，使這些廢鋁優質優用。