熔剂法降低铝熔体硅含量的实验研究
熔剂法降低铝熔体硅含量的实验研究[20200413194315]
摘 要
铝凭借质量轻，比强度大，导电性能优，耐腐蚀性好得特性在各行业占据重要地位。铝的利用量也在大幅增加，因此废铝再生成了金属材料研究中的重点课题，而杂质元素Si的去除成为困扰其课题发展的难题。Si元素的去除对再生铝的发展前景而言意义非凡。本实验主要通过研究硅元素的化学特性及其在铝合金中的存在方式，设计铝合金中除硅元素的工艺方法，包括熔剂成分组成、加入方法、工艺控制方法等，并开展相应实验内容，实现了硅含量降低13.1%的目标。实验过程中主要探究了CaSO4、MgSO4、AlF3、TiO2、 CaO、MnCl2、CaCl2、活性炭等熔剂法除Si，其次研究了喷粉加入、水玻璃压块加入方式对除Si效果的影响。
通过大量实验证明单一成分熔剂CaCl2对除Si效果较为明显。当单一熔剂CaCl2和按照1：1：1配比的CaSO4，MnCl2，AlF3·3H2O混合熔剂分别加入时在800℃可达到本次实验的最佳除硅效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:废铝再生杂质元素除硅CaCl2熔剂法
目 录
1．绪论 1
1.1 引言 1
1.2 废铝再生及其发展 1
1.2.1 废铝回收行业的现状 1
1.2.2 铝再生产业的发展 2
1.3 硅元素的来源与控制 3
1.3.1 各种杂质元素的来源及其危害性 3
1.3.2硅的元素存在形态与危害 4
1.3.3 目前生产中硅的元素的主要控制方法 5
1.4 再生铝合金中除硅技术探索研究 5
1.4.1 偏析法 5
1.4.2 三层液电解法 6
1.4.3 溶剂法 6
1.5溶剂法除杂质的基本原理 7
1.5.1 熔剂的作用 7
1.5.2 熔剂的选取要求 7
1.5.3 熔剂的使用方法 8
1.6 本课题的选题意义及实验思路 8
1.6.1 选题的科学意义和应用前景 8
1.6.2 实验思路 8
2.实验部分 10
2.1 实验药品及仪器 10
2.2硅在再生铝合金中的分析 10
2.2.1 硅物理性质 10
2.2.2 硅化学性质 11
2.3 实验方案 12
2.3.1 熔炼工艺分析 12
2.3.2 实验步骤 14
2.3.3 实验方案的修正 15
3. 结果与讨论 16
3.1 不同单一成分溶剂加入及加入量对降低硅含量的工艺研究 16
3.1.1 CaCl2加入量对除硅效果的影响 17
3.1.2 CaSO4加入量对除硅效果的影响 17
3.1.3 MnCl2加入量对除硅效果的影响 18
3.1.4 MnSO4加入量对除硅效果的影响 18
3.1.5 AlF3加入量对除硅效果的影响 19
3.1.6 活性炭加入量对除硅效果的影响 19
3.2单一成分溶剂加入除Si熔剂数据分析 20
3. 3 不同熔剂混合降低硅含量的工艺研究 21
3.4反应时间及温度对降低Si含量影响的工艺研究 23
3.5工艺方法对降低Si含量的工艺研究 23
3.5.1喷粉加入法 23
3.5.2水玻璃块状加入法 24
3.6熔渣分析 24
4.结论 26
参考文献 27
致 谢 28
1．绪论
1.1 引言
金属材料广泛的存在于生活的细微末节中，日常生活、运输、建筑、包装等处到处都是各种金属的身影。其中铝及铝合金凭借其密度小、导热导电性能优、比强度高、耐腐蚀性好、易于加工和再生利用，且价位相对合理的优势在金属行业中占一席之地。资料显示，在各类铝产品的使用期限及产品回收率的调查中，建筑和结构铝构件回收率是最高的，铝的包装品的使用期限是最短，只有6个月的使用期限。中国的现实情况是，除强制性规定期限的报废的产品外，许多产品如家用铝门窗、电器、日用品等的使用年限比发达国家的都长得多，这种情况存在很多生活隐患，此类问题亟需解决。但我同时国的铝土矿资源很匮乏，据统计，目前我国铝土矿资源可开采年限已不足30年[1]。因此废铝回收的意义和前景也不言而喻。也正是这种供需关系的不平衡促进了中国再生铝工业的迅速崛起。
再生铝在我国工业等领域有重大意义，铝再生与原铝生产相比，工艺简单，能耗小，废气、废水、废渣排放少, 对环境的污染小，不但提高了废材的利用率，同时还节能环保。因此再生铝产业，前景广阔。而我国废铝再生铝产业起步晚，其工艺和设备都有待提高，且由于杂质元素的存在，严重影响材料的性能，即使初步处理，再生铝也只能用在铸造方面。导致再生铝产业面临产品单一，质量差的问题。再生铝产业作为绿色产业，其健康发展不仅关系到行业本身，而且可以成为发展中国循环经济的突破口，应成为我国铝行业下一步发展的重点[7]。
1.2 废铝再生及其发展
1.2.1 废铝回收行业的现状
废铝再生行业在发达国家起步较早。在美国，铝回收工业早已是一大热点，废铝回收和环境保护已被纳入到国家议事日程表；在英国，全国的回收企业共有300多家，可回收金属量达150万吨之多，其中出口的废铝价值约占英国有色金属出口总量的三分之一。当然，废铝回收的趋势是全球性的，作为发展中国家的印度虽然废铝再生工业的发展不够迅速，但是印度再生铝工业中铝重熔产量约占到印度铝消费40%左右，并且其数值还在迅速增长中[2]。印度对废铝再生行业的重视程度可见一斑。以上种种均表明废铝再生是大势所趋，金属材料作为不可再生的资源，其回收再利用的举措符合循环经济的理念。然而中国废铝再生产业却没那么乐观。据悉，全球范围内已探明的铝土矿约为250亿吨,其中我国约有23亿吨, 占世界铝土矿总储量约10% ,但这些铝土矿可利用率相对较低, 以致我国铝资源的缺口较大,每年约 1/ 3 ~1/ 2 依赖进口[3]。
这种现状的造成是因为我国铝再生产业面临以下问题：
(1)废铝回收工厂数目少、规模小、产业不集中。
(2)废铝回收整体流程不规范，废铝分类不明确，科学的回收体系需确立完善。
(3)废铝回收的设备落后、工艺方法（尤其在除杂方面）有待改善。
(4) 废铝回收处理过程中，环保工作不到位。
(5)废铝资源有限，且铝资源供应紧张。
据相关资料分析预计，我国未来20年，铝土矿资源将会出现供不应求得情况，其中精炼铝的缺口大约为1亿吨。因此即使是铝产量大国的中国，和其他的发达国家相比，整个行业结构仍不合理，再生铝产业规模发展落后。而发展再生铝产业可以解决我国铝行业的危机，符合当代铝行业发展的趋势，符合我国可持续发展和科学发展观。
1.2.2 铝再生产业的发展
铝再生作为我国金属类产业不可摒弃的部分，面对现存问题，可实行以下措施：
(1)集中废铝回收产业，制定与废铝回收行业相符合的标准，取缔小型铝开发、再生的工厂，鼓励大中型铝厂。
(2)确立并完善废铝回收体系，学习国外废铝回收体系成熟的国家的经验。在废铝的收购过程的初始就对废铝进行简单分类，如变形铝合金、铸造铝合金、废铝混合料、铝灰等。根据不同类型的废铝，初步判断其成分，对其处理方法有大致分类。
(3)对废铝回收加大科研投入，根据我国国情，开发适合的废铝回收技术、工艺、设备。制定相应的工艺技术和装备路线，在实践过程中不断进行技术完善[5]。
(4)提高环保意识，完善废弃物处理技术，防止二次污染。控制废铝回收过程中带来的环境污染，目前主要方式有两种，一是控制污染源，即加强废料的预处理和分类，提高各种废料利用率；选用小污染或无污染的添加剂；提高熔炼技术，减少废料的产出。二是加强对废弃物的净化，对废水、废气、废料进行集中处理。
(5)进口废铝或高价回收废铝。由于废铝再生的成本及污染相对原铝的生产小，基于环境和发展前景的考虑，铝及铝合金的应用广泛，废铝回收可以缓解目前铝资源紧张的局面。
自工业革命以来，各种金属材料资源大幅被利用，无论是发达国家还是发展中国家金属材料都被过度消费。如今，由于铝和铝合金性能优越被广泛被运用在各个行业，其需求量也在不断增加，但原铝资源却在日益减少。原铝的生产不仅成本高，而且增加了环境问题的压力。因此，再生铝的出现和发展是对各个行业的发展而言是转机。
摘 要
铝凭借质量轻，比强度大，导电性能优，耐腐蚀性好得特性在各行业占据重要地位。铝的利用量也在大幅增加，因此废铝再生成了金属材料研究中的重点课题，而杂质元素Si的去除成为困扰其课题发展的难题。Si元素的去除对再生铝的发展前景而言意义非凡。本实验主要通过研究硅元素的化学特性及其在铝合金中的存在方式，设计铝合金中除硅元素的工艺方法，包括熔剂成分组成、加入方法、工艺控制方法等，并开展相应实验内容，实现了硅含量降低13.1%的目标。实验过程中主要探究了CaSO4、MgSO4、AlF3、TiO2、 CaO、MnCl2、CaCl2、活性炭等熔剂法除Si，其次研究了喷粉加入、水玻璃压块加入方式对除Si效果的影响。
通过大量实验证明单一成分熔剂CaCl2对除Si效果较为明显。当单一熔剂CaCl2和按照1：1：1配比的CaSO4，MnCl2，AlF3·3H2O混合熔剂分别加入时在800℃可达到本次实验的最佳除硅效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:废铝再生杂质元素除硅CaCl2熔剂法
目 录
1．绪论 1
1.1 引言 1
1.2 废铝再生及其发展 1
1.2.1 废铝回收行业的现状 1
1.2.2 铝再生产业的发展 2
1.3 硅元素的来源与控制 3
1.3.1 各种杂质元素的来源及其危害性 3
1.3.2硅的元素存在形态与危害 4
1.3.3 目前生产中硅的元素的主要控制方法 5
1.4 再生铝合金中除硅技术探索研究 5
1.4.1 偏析法 5
1.4.2 三层液电解法 6
1.4.3 溶剂法 6
1.5溶剂法除杂质的基本原理 7
1.5.1 熔剂的作用 7
1.5.2 熔剂的选取要求 7
1.5.3 熔剂的使用方法 8
1.6 本课题的选题意义及实验思路 8
1.6.1 选题的科学意义和应用前景 8
1.6.2 实验思路 8
2.实验部分 10
2.1 实验药品及仪器 10
2.2硅在再生铝合金中的分析 10
2.2.1 硅物理性质 10
2.2.2 硅化学性质 11
2.3 实验方案 12
2.3.1 熔炼工艺分析 12
2.3.2 实验步骤 14
2.3.3 实验方案的修正 15
3. 结果与讨论 16
3.1 不同单一成分溶剂加入及加入量对降低硅含量的工艺研究 16
3.1.1 CaCl2加入量对除硅效果的影响 17
3.1.2 CaSO4加入量对除硅效果的影响 17
3.1.3 MnCl2加入量对除硅效果的影响 18
3.1.4 MnSO4加入量对除硅效果的影响 18
3.1.5 AlF3加入量对除硅效果的影响 19
3.1.6 活性炭加入量对除硅效果的影响 19
3.2单一成分溶剂加入除Si熔剂数据分析 20
3. 3 不同熔剂混合降低硅含量的工艺研究 21
3.4反应时间及温度对降低Si含量影响的工艺研究 23
3.5工艺方法对降低Si含量的工艺研究 23
3.5.1喷粉加入法 23
3.5.2水玻璃块状加入法 24
3.6熔渣分析 24
4.结论 26
参考文献 27
致 谢 28
1．绪论
1.1 引言
金属材料广泛的存在于生活的细微末节中，日常生活、运输、建筑、包装等处到处都是各种金属的身影。其中铝及铝合金凭借其密度小、导热导电性能优、比强度高、耐腐蚀性好、易于加工和再生利用，且价位相对合理的优势在金属行业中占一席之地。资料显示，在各类铝产品的使用期限及产品回收率的调查中，建筑和结构铝构件回收率是最高的，铝的包装品的使用期限是最短，只有6个月的使用期限。中国的现实情况是，除强制性规定期限的报废的产品外，许多产品如家用铝门窗、电器、日用品等的使用年限比发达国家的都长得多，这种情况存在很多生活隐患，此类问题亟需解决。但我同时国的铝土矿资源很匮乏，据统计，目前我国铝土矿资源可开采年限已不足30年[1]。因此废铝回收的意义和前景也不言而喻。也正是这种供需关系的不平衡促进了中国再生铝工业的迅速崛起。
再生铝在我国工业等领域有重大意义，铝再生与原铝生产相比，工艺简单，能耗小，废气、废水、废渣排放少, 对环境的污染小，不但提高了废材的利用率，同时还节能环保。因此再生铝产业，前景广阔。而我国废铝再生铝产业起步晚，其工艺和设备都有待提高，且由于杂质元素的存在，严重影响材料的性能，即使初步处理，再生铝也只能用在铸造方面。导致再生铝产业面临产品单一，质量差的问题。再生铝产业作为绿色产业，其健康发展不仅关系到行业本身，而且可以成为发展中国循环经济的突破口，应成为我国铝行业下一步发展的重点[7]。
1.2 废铝再生及其发展
1.2.1 废铝回收行业的现状
废铝再生行业在发达国家起步较早。在美国，铝回收工业早已是一大热点，废铝回收和环境保护已被纳入到国家议事日程表；在英国，全国的回收企业共有300多家，可回收金属量达150万吨之多，其中出口的废铝价值约占英国有色金属出口总量的三分之一。当然，废铝回收的趋势是全球性的，作为发展中国家的印度虽然废铝再生工业的发展不够迅速，但是印度再生铝工业中铝重熔产量约占到印度铝消费40%左右，并且其数值还在迅速增长中[2]。印度对废铝再生行业的重视程度可见一斑。以上种种均表明废铝再生是大势所趋，金属材料作为不可再生的资源，其回收再利用的举措符合循环经济的理念。然而中国废铝再生产业却没那么乐观。据悉，全球范围内已探明的铝土矿约为250亿吨,其中我国约有23亿吨, 占世界铝土矿总储量约10% ,但这些铝土矿可利用率相对较低, 以致我国铝资源的缺口较大,每年约 1/ 3 ~1/ 2 依赖进口[3]。
这种现状的造成是因为我国铝再生产业面临以下问题：
(1)废铝回收工厂数目少、规模小、产业不集中。
(2)废铝回收整体流程不规范，废铝分类不明确，科学的回收体系需确立完善。
(3)废铝回收的设备落后、工艺方法（尤其在除杂方面）有待改善。
(4) 废铝回收处理过程中，环保工作不到位。
(5)废铝资源有限，且铝资源供应紧张。
据相关资料分析预计，我国未来20年，铝土矿资源将会出现供不应求得情况，其中精炼铝的缺口大约为1亿吨。因此即使是铝产量大国的中国，和其他的发达国家相比，整个行业结构仍不合理，再生铝产业规模发展落后。而发展再生铝产业可以解决我国铝行业的危机，符合当代铝行业发展的趋势，符合我国可持续发展和科学发展观。
1.2.2 铝再生产业的发展
铝再生作为我国金属类产业不可摒弃的部分，面对现存问题，可实行以下措施：
(1)集中废铝回收产业，制定与废铝回收行业相符合的标准，取缔小型铝开发、再生的工厂，鼓励大中型铝厂。
(2)确立并完善废铝回收体系，学习国外废铝回收体系成熟的国家的经验。在废铝的收购过程的初始就对废铝进行简单分类，如变形铝合金、铸造铝合金、废铝混合料、铝灰等。根据不同类型的废铝，初步判断其成分，对其处理方法有大致分类。
(3)对废铝回收加大科研投入，根据我国国情，开发适合的废铝回收技术、工艺、设备。制定相应的工艺技术和装备路线，在实践过程中不断进行技术完善[5]。
(4)提高环保意识，完善废弃物处理技术，防止二次污染。控制废铝回收过程中带来的环境污染，目前主要方式有两种，一是控制污染源，即加强废料的预处理和分类，提高各种废料利用率；选用小污染或无污染的添加剂；提高熔炼技术，减少废料的产出。二是加强对废弃物的净化，对废水、废气、废料进行集中处理。
(5)进口废铝或高价回收废铝。由于废铝再生的成本及污染相对原铝的生产小，基于环境和发展前景的考虑，铝及铝合金的应用广泛，废铝回收可以缓解目前铝资源紧张的局面。
自工业革命以来，各种金属材料资源大幅被利用，无论是发达国家还是发展中国家金属材料都被过度消费。如今，由于铝和铝合金性能优越被广泛被运用在各个行业，其需求量也在不断增加，但原铝资源却在日益减少。原铝的生产不仅成本高，而且增加了环境问题的压力。因此，再生铝的出现和发展是对各个行业的发展而言是转机。
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