氯化錳去除鋁合金中鐵元素的工藝試驗(yàn)完整版模板

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目氯化錳去除鋁合金中鐵元素工藝試驗(yàn)學(xué)院化學(xué)和材料工程學(xué)院年級(jí)12專業(yè)金屬材料班級(jí)金屬材料122學(xué)號(hào)學(xué)生姓名校內(nèi)導(dǎo)師職稱論文提交日期-05-01常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)誠(chéng)信承諾書本人鄭重申明：所呈交本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得結(jié)果。除文中已經(jīng)注明引用內(nèi)容外，本論文不含任何其它個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過作品結(jié)果。對(duì)本文研究做出關(guān)鍵貢獻(xiàn)個(gè)人和集體，均已在文中以明確方法標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本申明法律結(jié)果由本人負(fù)擔(dān)。本人署名：日期：常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用授權(quán)說明本人完全了解常熟理工學(xué)院相關(guān)搜集、保留和使用畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)要求，即：本科生在校期間進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬常熟理工學(xué)院。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家相關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文復(fù)印件和電子版，許可畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)被查閱和借閱；學(xué)校能夠?qū)厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文)全部或部分內(nèi)容編入相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，能夠采取影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保留、匯編畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），而且本人電子文檔和紙質(zhì)論文內(nèi)容相一致。保密畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)在解密后遵守此要求。本人署名：日期：導(dǎo)師署名：日期：氯化錳去除鋁合金中鐵元素工藝試驗(yàn)摘要鐵元素對(duì)合金影響很大，雜質(zhì)鐵在鋁合金組織中，往往會(huì)形成部分硬度較高針狀和片狀組織，這會(huì)大大降低鋁合金材料部分力學(xué)性能，比如韌性、硬度。本課題主意在于利用氯化錳去除鋁合金中鐵元素，提升鋁合金性能。經(jīng)過研究在不一樣熔煉溫度、不一樣熔劑加入量、不一樣反應(yīng)時(shí)間下以氯化錳作為熔劑對(duì)鋁合金影響，確定最為適宜除鐵條件，并依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)出最好氯化錳去除鋁合金中鐵元素工藝。關(guān)鍵字：除鐵氯化錳廢鋁再生反應(yīng)沉淀TheStudyofUsingtheFluxCompositedbytheMnCl2toReducetheContentofIroninAluminumAlloyAbstractIronalloyimpactisverybig,theimpuritiesofironinaluminumalloyintheorganization,tendtoformsomeneedleandlamellarstructurewithhigherhardness,thiswillgreatlyreducesomeofthemechanicsperformanceofthealuminumalloymaterial,suchastoughnessandhardness.Will,ontheotherhand,ironandotherelements,especiallysiliconinthealuminumalloyreaction,theformationofcompoundsagainstaluminummeltflow,thisisobviouslynotconducivetoaluminumalloycasting.Thistopicmainlyusingmanganesechlorideremovalofaluminumalloyiron,aluminumalloyperformance.Throughresearchondifferentmeltingtemperatureandunderdifferentfluxadditionamount,reactiontimeonmanganesechlorideasfluxforaluminiumalloy,theinfluenceofdeterminethemostsuitableconditionsofironremoval,anddesignaccordingtotheresultsoftheexperiment,thebestmanganesechlorideremovalofaluminumalloy.Keywords:inadditiontoiron;Manganesechloride;Aluminiumscrapregeneration;Reactionprecipitation目錄1.緒論 11.1廢鋁再生意義 11.2廢鋁再生技術(shù)現(xiàn)實(shí)狀況 11.2.1材料回收技術(shù) 11.2.2預(yù)處理技術(shù) 21.2.3熔煉技術(shù) 31.2.4產(chǎn)品類型 41.3廢鋁再生技術(shù)瓶頸 51.4除Fe方法和進(jìn)展 61.4.1重力沉降法 61.4.2離心去除法 71.4.3電磁分離法 71.4.4過濾法 71.4.5熔劑法 81.5本課題內(nèi)容及意義 82試驗(yàn)內(nèi)容及方法 92.1原理分析 92.2試驗(yàn)工藝步驟及各部分要求 92.2.1原料準(zhǔn)備 102.2.2熔煉 112.2.3除鐵 112.2.4澆鑄 112.2.5檢驗(yàn) 112.3試驗(yàn)用料、設(shè)備及使用要求 122.3.1試驗(yàn)用原料 122.3.2儀器設(shè)備 122.3.3使用要求 132.4欲達(dá)成目標(biāo) 133.結(jié)果和討論 143.1加入量影響 143.2保溫時(shí)間影響 183.3保溫溫度影響 203.4最好工藝及檢測(cè)結(jié)果顯示 224.結(jié)論 245.致謝 256.參考文件 261.緒論1.1廢鋁再生意義在現(xiàn)代社會(huì)使用材料中，鋁占據(jù)著金屬材料第二，僅次于鋼鐵使用量。和鐵相比較，鋁密度要小，純鋁為2.7g/cm3，故在相同體積下，鋁要比鐵輕二倍。而鋁導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性排在金、銀、銅以后，居于第四，另外鋁塑性和抗氧化性全部比很好[1]。鋁合金能夠說廣泛應(yīng)用于交通、建筑、電子制造、機(jī)械制造等軍用和民用行業(yè)中，在中國(guó)乃至全世界每十二個(gè)月全部有大量鋁被冶煉開發(fā)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展支柱產(chǎn)業(yè)之一。鋁和很多其它資源一樣屬于不可再生資源，即使說鋁蘊(yùn)藏量很大，不過按現(xiàn)在生產(chǎn)情況，極難連續(xù)發(fā)展，而且鋁金屬冶煉采取是電解法，這也意味著需要消耗大量電能[2]，同時(shí)因?yàn)榧夹g(shù)限制，電解鋁對(duì)環(huán)境影響很大，這也是現(xiàn)在來說限制著鋁業(yè)發(fā)展原因之一。其次，每十二個(gè)月有大量鋁資源被浪費(fèi)，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境，所以怎樣有效處理廢鋁資源再生成為現(xiàn)代鋁業(yè)發(fā)展關(guān)鍵之一，尤其是多年來資源再生利用這一課題在世界范圍內(nèi)越來越得到各界人士關(guān)注。鋁暴露在空氣中，其表面會(huì)形成一層致密氧化膜，這對(duì)鋁性能起著關(guān)鍵保護(hù)作用，這使得鋁再利用率較高，而且廢鋁起源很廣泛，小至電子元件大至大型機(jī)械全部能夠回收利用。和原鋁電解相比，廢鋁再生愈加節(jié)省能源，更為經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)，也就愈加符合當(dāng)下發(fā)展專題，所以這項(xiàng)技術(shù)在未來勢(shì)必成為鋁合金生產(chǎn)主流之一。1.2廢鋁再生技術(shù)現(xiàn)實(shí)狀況材料回收技術(shù)就現(xiàn)在來說，全球廢鋁再生發(fā)展很不均衡，在部分西方發(fā)達(dá)國(guó)家中，不管是在廢鋁回收體系還是說在廢鋁合金回收技術(shù)上全部較為成熟，像日本再生鋁能夠占到鋁業(yè)生產(chǎn)95%，德國(guó)能夠達(dá)成54%，而美國(guó)也能夠達(dá)成52%，不過中國(guó)在這方面才剛剛起步，并沒有完善產(chǎn)業(yè)體系，企業(yè)也以中小型企業(yè)為主，在設(shè)備和工藝上較為落后，這也加大了鋁資源浪費(fèi)問題，整體上利用率偏低，而且企業(yè)對(duì)于原料管理方法也不妥，在一定程度上也造成了很多無須要浪費(fèi)。1.2.2預(yù)處理技術(shù)（1）分離輕質(zhì)量雜質(zhì)技術(shù)：包含應(yīng)用較為廣泛兩種方法，風(fēng)選法分離廢紙、廢塑料和塵土和浮選法分離輕質(zhì)雜質(zhì)。前者是利用材料密度不一樣通入一定壓力風(fēng)將密度低于鋁雜質(zhì)吹走，關(guān)鍵目標(biāo)是去除廢紙、廢塑料和塵土等雜質(zhì)。特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，能夠高效分離密度小輕質(zhì)夾雜物，不過對(duì)于工作區(qū)域有著嚴(yán)格要求，以避免環(huán)境污染和對(duì)人體傷害。后者則是利用材料密度差來分離不一樣材料，這種方法簡(jiǎn)單易行，在歐美國(guó)家應(yīng)用很廣泛，依據(jù)浮選介質(zhì)分為干式和濕式，干式浮選法采取干砂為介質(zhì)，并通人高壓空氣以產(chǎn)生氣泡和對(duì)流作用，以后將其流化，廢料經(jīng)烘干、脫油后進(jìn)入流化床分離。濕式浮選采取水或水溶體為介質(zhì)，利用螺旋式推進(jìn)器，將廢塑料、橡膠、木頭等密度低于水雜質(zhì)分離，以后推出廢鋁料，將污水排人沉淀池，方便反復(fù)利用。（2）分離涂層及有機(jī)非金屬雜質(zhì)技術(shù)：對(duì)于廢舊易拉罐、牙膏皮、鋁導(dǎo)線等表面有保護(hù)層和裝潢油漆或塑料表皮廢鋁原料，應(yīng)該先將這些雜質(zhì)分離。（3）流化床法：由加拿大鋁業(yè)企業(yè)（Alcan）開發(fā)用于除漆方法。其作用原理為：將流化床中介質(zhì)加熱到一定溫度(介于有機(jī)物完全分解溫度450℃和廢鋁熔點(diǎn)之間)，細(xì)小流化粒子在上升氣流作用下懸浮，類似于沸騰液體，當(dāng)把廢雜鋁加入流化床中后，其表面上有機(jī)涂層和介質(zhì)及流化氣體接觸，并在加熱溫度下開始分解。因?yàn)閺U料處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，熱交換速度比常規(guī)除漆裝置內(nèi)快5～lO倍，再加上溫度均勻，即使是很薄鋁箔全部不會(huì)熔化，鋁氧化少，所以此法含有效率高、氧化少、回收率高等特點(diǎn)。（4）磁選法磁選法關(guān)鍵用于分離鐵及磁性材料，其工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，分離效果顯著?？煞譃橛来藕碗姶艃煞N。（5）渦流法：利用物質(zhì)電導(dǎo)率和密度不一樣，在同一磁場(chǎng)所受洛倫茲力不一樣，在該力作用下做平拋運(yùn)動(dòng)拋出距離也不一樣，最終實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分選[3]。（6）分選和拆解技術(shù)：顧名思義，分選就是分出部分如塑料、橡膠等非鋁物質(zhì)，而拆解就是去除和鋁連接部分有色金屬件比如鋼鐵。這是因?yàn)殇X類制品在被消費(fèi)和使用后進(jìn)入廢棄場(chǎng)所，本身就會(huì)染上部分污染物，另外廢鋁起源太過于廣泛，種類繁多，在回收過程中自然而然會(huì)帶上多種非鋁夾雜物，這些夾雜物在對(duì)廢鋁進(jìn)行熔煉過程中也會(huì)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，這對(duì)環(huán)境也是有一定影響。就現(xiàn)在來說，國(guó)外部分發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立了完整廢鋁回收系統(tǒng)，這使得廢鋁能夠根據(jù)其品質(zhì)不一樣進(jìn)行回收存放，同時(shí)還建立了專業(yè)廢鋁處理站，利用機(jī)械化來分選和拆解廢鋁，這大大降低了工作量提升了廢鋁回收效率。不過，中國(guó)在廢鋁回收市場(chǎng)這方面基礎(chǔ)處于無序狀態(tài)，并沒有像國(guó)外那樣完整廢鋁回收系統(tǒng)，和世界優(yōu)異水平差距較大。（7）細(xì)分和提純技術(shù)：提純對(duì)于廢鋁再生來說是一個(gè)關(guān)鍵步驟，這項(xiàng)技術(shù)是指將廢鋁按鋁含量高低分成多個(gè)等級(jí)，便于進(jìn)行有差異分類回收，這能使廢鋁得到最大程度利用。細(xì)分方法關(guān)鍵是按其成份分為幾大類，比如鋁硅合金、鋁鎂合金等，這么能夠減輕廢鋁熔煉過程中工作量，同時(shí)還能綜合利用廢鋁中有效合金成份[4]。1.2.3熔煉技術(shù)（1）低溫熔煉工藝低溫熔煉工藝就是在鋁合金液相線溫度以上30-100攝氏度范圍內(nèi)進(jìn)行熔煉工藝方法。這種工藝在熔煉初中期能夠達(dá)成效果有：1.降低如MN、Li、Mg、Zn、Na等比鋁蒸汽壓低元素?fù)p失，降低金屬損耗，同時(shí)也能將部分帶入爐內(nèi)油漆、粘結(jié)劑、涂料等物質(zhì)蒸發(fā)或造渣；2.能夠?qū)U鋁零件中非鋁鑲嵌件扒出，以免造成鋁合金中有害成份尤其是Fe、Cu等增加，有利于控制鋁合金化學(xué)成份；3.避免鋁合金致密氧化膜損耗，所以預(yù)防熔體“過熔”[5]。（2）鋁熔體凈化鋁熔體凈化能夠分為吸附凈化和非吸附凈化。前者包含真空凈化法、超聲波凈化法和電磁凈化法，不過受到其設(shè)備和成本限制，使用較少?，F(xiàn)代企業(yè)常見是后者，它包含熔劑法、旋轉(zhuǎn)噴吹法和旋轉(zhuǎn)噴射熔劑法等。熔劑法使用由氯化鈉、氟化鹽、氧化性鹽、稀土化合物組成除渣熔劑。就現(xiàn)在來說，部分國(guó)產(chǎn)熔劑凈化效果很好，不過渣鋁分離較差，而且鋁液氧化、二次污染嚴(yán)重，其在凈化時(shí)產(chǎn)生煙氣對(duì)人、設(shè)備、環(huán)境均不利。進(jìn)口熔劑即使性能優(yōu)異，不過其成本太高，不利于中國(guó)企業(yè)使用，而多年來發(fā)展起來稀土復(fù)合精煉劑不僅在除渣上高效，還能對(duì)細(xì)化熔體，使之變質(zhì)，前景很好。在中國(guó)外再生鋁企業(yè)中，在線除氣關(guān)鍵采取是旋轉(zhuǎn)噴吹技術(shù)(SNIF、Alpur、RDU、GBF等)。這是經(jīng)過提升轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、氣體流量和進(jìn)氣壓力從而減小凈化氣泡尺寸，進(jìn)而有利于熔體除渣除氫，不過這些工藝參數(shù)改變會(huì)產(chǎn)生一定負(fù)面影響，比如產(chǎn)生旋渦、合泡、卷進(jìn)夾雜、降低熔體溫度等。熔劑法和旋轉(zhuǎn)噴吹法有機(jī)結(jié)合就是旋轉(zhuǎn)噴吹熔劑法，該法關(guān)鍵點(diǎn)是以惰性氣體為載體，將熔劑以細(xì)顆粒狀經(jīng)過旋轉(zhuǎn)石墨轉(zhuǎn)子噴入鋁熔池中[6]。（3）連續(xù)熔煉和處理工藝這是多年來發(fā)達(dá)國(guó)家在生產(chǎn)中創(chuàng)新技術(shù)，它能夠使得低品位廢鋁變成能夠用于制造供鑄造、壓鑄、軋制再生鋁錠。（4）廢鋁液化分離技術(shù)這是以后再生鋁發(fā)展方向之一，因?yàn)閷㈩A(yù)處理和熔煉結(jié)合，所以縮短了工藝步驟，降低了廢鋁再生過程中污染，也提升了廢鋁回收利用率[7]1.2.4產(chǎn)品類型現(xiàn)在，中國(guó)廢鋁再生產(chǎn)品大多用來做鑄造件或是原始坯料，這首先因?yàn)橹袊?guó)廢鋁回收分類和預(yù)處理技術(shù)不高，沒有完善回收體系，使得回收廢鋁種類成份太過龐雜，加劇了再生工藝難度，其次因?yàn)槠髽I(yè)技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)于回收來廢鋁沒有很好措施進(jìn)行精煉，這么就造成了廢鋁再生產(chǎn)品只能用于制造鑄件或原始坯料。而就中國(guó)現(xiàn)在廢鋁產(chǎn)業(yè)來說，產(chǎn)品關(guān)鍵能夠分為以下多個(gè)類型。（1）冶煉生產(chǎn)型在廢鋁交易基礎(chǔ)上,從事合金鋁冶煉及型材鋁棒生產(chǎn)。材料起源從中國(guó)回收廢雜鋁和從國(guó)外進(jìn)口廢鋁。（2）回搜集散型這些市場(chǎng)并不對(duì)鋁進(jìn)行深加工,只是把所收購(gòu)廢鋁進(jìn)行簡(jiǎn)單拆卸、分撿等工作。這類市場(chǎng)在全國(guó)很普遍。（3）生產(chǎn)加工型兼回收、生產(chǎn)、冶煉工作。另外還有深層次加工。比如,加工成鋁棒、鋁材重新得到利用。（4）出口加工型原料關(guān)鍵來自國(guó)外,同時(shí)產(chǎn)品也銷往國(guó)外。這類產(chǎn)業(yè)通常全部是工業(yè)化水平較高,設(shè)備優(yōu)異,能夠帶動(dòng)整個(gè)中國(guó)鋁工業(yè)發(fā)展[8]。1.3廢鋁再生技術(shù)瓶頸中國(guó)再生鋁行業(yè)存在著很大問題，關(guān)鍵表現(xiàn)在這幾方面：第一，中國(guó)再生鋁總體水平低，存在大量低品質(zhì)鋁制品，資源配置不合理；第二，再生鋁品種結(jié)構(gòu)單一，很多冶煉廠設(shè)備工藝全部較為簡(jiǎn)陋且對(duì)環(huán)境影響較大；第三，中國(guó)廢鋁回收處于無序狀態(tài)，還沒有完整回收體系；第四，技術(shù)水平低沒有新熔煉劑，廢鋁回收研發(fā)投資太少處理技術(shù)較為落后[8]。中國(guó)廢鋁起源很廣泛，而且因?yàn)榛厥阵w系缺乏回收廢鋁成份品質(zhì)參差不齊，很多廢鋁在回收同時(shí)也攜帶了大量夾雜物，夾雜著很多有害元素，這也往往制約了廢鋁再生技術(shù)發(fā)展。在眾多危害元素中，F(xiàn)e是最顯著影響元素之一，在廢鋁尤其是低品質(zhì)鋁中它含量很高，而且在合金爐料回用過程中鐵質(zhì)坩堝、鐵質(zhì)工具等使用也使得鐵含量增加在所難免。在鋁合金中，伴隨鐵含量增加，它在金相組織中會(huì)形成部分針、片狀脆性鐵相，這些組織本身硬度很高，往往會(huì)割裂鋁合金基體，影響著鋁合金力學(xué)性能，也給以后零件加工增加了難度[9]。另外，鐵輕易和其它雜質(zhì)以金屬間化合物形態(tài)存在，較為常見是α-鐵相和β-鐵相兩種，它們晶體結(jié)構(gòu)為六角晶型和單斜晶型，α-Al8SiFe2相通常是以漢字狀和魚骨狀存在，而β-Al5FeSi則是以針狀形式存在[10]。而對(duì)鋁合金來說，β鐵相是關(guān)鍵不利鐵相，在正常凝固條件下，鐵愈加傾向于形成β相結(jié)晶，這對(duì)鋁合金熔鑄不利。想要提升廢鋁合金再生品質(zhì)，必需要處理雜質(zhì)鐵危害。1.4除Fe方法和進(jìn)展為了處理鋁合金中有害鐵相問題，必需大力發(fā)展除鐵技術(shù)?，F(xiàn)在，常見除鐵方法關(guān)鍵有重力沉降法、離心去除法、電磁分離法、過濾法、熔劑法等等。1.4.1重力沉降法圖1Al-Fe-Si三元相圖（a）液相面投影圖（b）在0.7%Fe時(shí)截面圖圖2Al-Si二元相圖由圖一和圖二[11]可知：β（Al9Fe2Si2）化合物熔點(diǎn)是576℃,它和Al-Si合金中共晶幾乎能夠同時(shí)析出。所以，利用簡(jiǎn)單自然沉淀不能實(shí)現(xiàn)鐵相分離并由此來實(shí)現(xiàn)除鐵這一目標(biāo)。然而當(dāng)Si含量超出7.5%時(shí),Fe在其中將形成β-（Al9Fe2Si2）化合物并將以初晶形態(tài)析出，進(jìn)而降低了鋁合金中含鐵量。而由Al-Si-Fe三元相圖得悉，當(dāng)Fe近共晶鋁合金而且含量超出1.5%,在576℃以上某溫度時(shí)，等溫精煉而且使得β（Al9Fe2Si2）相得到充足沉淀。在理想條件下，抵達(dá)“α-Al+Si+β（Al9Fe2Si2）”三元共晶點(diǎn)，從而使含鐵量降低到0.75%[12]。這種方法關(guān)鍵有兩點(diǎn)，一是要提升鐵相熔點(diǎn)，二是要提升鐵相密度，使之和熔體密度不一樣方便析出。1.4.2離心去除法離心去除法是一個(gè)和重力去除法原理相同方法，它是利用鐵相和鋁液間密度差，在離心力作用下集中到分離器外壁，從而能夠除去鐵相。它比重力去除法更為有效，不過這種方法對(duì)于大批量爐料來說操作十分不方便而且存在著嚴(yán)重浪費(fèi)現(xiàn)象[13]。1.4.3電磁分離法和傳統(tǒng)方法比，這種方法高效、穩(wěn)定、無污染。外國(guó)學(xué)者El-Kaddah等[14]發(fā)覺電磁作用能夠用來實(shí)現(xiàn)鐵金屬間化合物和鋁熔體分離。學(xué)者李天曉等[15]則采取穩(wěn)恒磁場(chǎng)和正交直流電場(chǎng)對(duì)Al-12%Si-1.1%Fe-1.2%Mn合金進(jìn)行連續(xù)凈化處理,經(jīng)過一次電磁分離全部去除鋁熔體中大于10μm初生富鐵相,使得鋁熔體中鐵含量由1.13%降低至0.67%，在重熔后經(jīng)過二次電磁分離處理可使得鐵含量深入降低至0.41%。1.4.4過濾法過濾法是利用過濾介質(zhì)對(duì)鋁熔體進(jìn)行過濾處理，常見介質(zhì)通常含有Mn、Cr、Ni等成份。過濾材質(zhì)則通常關(guān)鍵有三種：玻璃絲布、管式陶瓷、泡沫陶瓷，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，房文斌等則利用泡沫陶瓷復(fù)合凈化鋁熔體來有效使鋁熔體中含鐵量降低從而提升材料性能[16]，圖3所表示裝置和過濾機(jī)理。圖3泡沫陶瓷過濾片和過濾機(jī)理1.4.5熔劑法在廢鋁再生熔煉過程中往往使用如覆蓋劑、精煉劑、變質(zhì)劑等多種熔劑，這么能夠降低燒損，去除部分非金屬夾雜物，細(xì)化晶粒。1.5本課題內(nèi)容及意義多年來，廢鋁再生得到了長(zhǎng)足進(jìn)步，相當(dāng)一部分鋁制品由再生鋁制造，而且能夠預(yù)見在綠色可連續(xù)發(fā)展大時(shí)代專題下，再生鋁占鋁產(chǎn)量百分比還將深入提升。不過有效除鐵技術(shù)稀缺成為了廢鋁再生技術(shù)瓶頸之一，怎樣有效除鐵已經(jīng)越來越受到相關(guān)人士注意。熔劑法是一個(gè)有效除雜方法，在市面上已經(jīng)存在很多熔劑，多年來已經(jīng)出現(xiàn)了除鎂劑[17]，不過以除鐵為目標(biāo)熔劑能夠說還是空白，研究發(fā)覺，Mn是一個(gè)有效除鐵元素，所以本課題選擇氯化錳作為熔劑進(jìn)行去除鋁合金中鐵元素試驗(yàn)，經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比在不一樣加入量、保溫時(shí)間、反應(yīng)溫度氯化錳除鐵效果，以期發(fā)覺一套高效除鐵工藝方案。2試驗(yàn)內(nèi)容及方法2.1原理分析研究表明Mn能夠除鐵[18]，使用氯化錳作為熔劑，其在廢鋁再生熔煉試驗(yàn)中作用在于，氯化錳擁有很好熔點(diǎn)和密度，也有著較高反應(yīng)效率。在鋁熔體中，氯化錳通常和鋁發(fā)生以下反應(yīng)[19]：3MnCl2+2Al=3Mn+2AlCl3↑這么反應(yīng)生成AlCl3沸點(diǎn)是183攝氏度，這能夠?qū)㈣F相帶出液體。同時(shí)，經(jīng)過反應(yīng)置換得到Mn還能夠有效降低鐵相有害作用，它和鐵會(huì)生成較為復(fù)雜多元化合物，這么能夠使得有害針狀鐵相發(fā)生轉(zhuǎn)變，成為魚骨狀、花卉狀或漢字狀鐵錳化合物，降低富鐵相對(duì)再生鋁毒害作用，這對(duì)于鋁合金性能改善顯然是有利[20]。在鋁合金熔體中添加Mn元素，而且使熔體在超出液相線溫度周圍進(jìn)行保溫，能使合金析出初生富鐵相，在這以后使用過濾方法將富鐵相從鋁液中分離，從而達(dá)成除鐵目標(biāo)。另外，錳還能夠阻止鋁合金在熔煉過程中再結(jié)晶過程，并能提升再結(jié)晶溫度，使得再結(jié)晶晶粒顯著細(xì)化，這關(guān)鍵是經(jīng)過MnAl6化合物彌散質(zhì)點(diǎn)來對(duì)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用。氯化錳熔點(diǎn)為650℃，比重則是2.977（g/cm3）。2.2試驗(yàn)工藝步驟及各部分要求本課題試驗(yàn)工藝步驟關(guān)鍵有這四步：原料準(zhǔn)備、熔煉、除鐵、檢驗(yàn)。圖2.2.1再生鋁熔煉工藝步驟圖。氯化錳除鐵工藝研究氯化錳除鐵工藝研究原料計(jì)算原料計(jì)算原料預(yù)處理原料預(yù)處理加熱熔煉加熱熔煉澆鑄原樣 測(cè)量溫度澆鑄原樣成份分析（光譜儀）稱取氯化錳熔劑成份分析（光譜儀）稱取氯化錳熔劑金相分析（顯微鏡）式樣分析 按時(shí)間段分別取樣金相分析（顯微鏡）式樣分析硬度分析（維氏）硬度分析（維氏）渣相分析（XRD）取渣渣相分析（XRD）澆鑄澆鑄圖2.2.1再生鋁熔煉工藝步驟圖2.2.1原料準(zhǔn)備此次試驗(yàn)所使用廢鋁原料因?yàn)槠淦焚|(zhì)較為繁多，參差不齊，所以在進(jìn)行熔煉前需要分選。其次，原料尺寸必需符合加熱爐容量，所以還需要事先對(duì)原料進(jìn)行切割。然后再對(duì)切割好原料進(jìn)行初步清理，盡可能降低非金屬夾雜物。氯化錳輕易受潮，所以使用氯化錳熔劑需要事先檢驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行干燥研磨處理。2.2.2熔煉將準(zhǔn)備好適宜尺寸大小廢鋁大約2KG加入熔煉爐中，調(diào)好感應(yīng)爐功率后開始加熱至液相線溫度以上，使之完全熔化。完全熔化后澆鑄原樣并做好標(biāo)識(shí)，以后降低功率，維持溫度。2.2.3除鐵在鋁熔體溫度達(dá)成要求溫度時(shí)，加入事先計(jì)算稱量并預(yù)處理過氯化錳熔劑，熔劑必需使用藥品壓入工具，壓入鋁溶液中并適度攪拌，使熔劑在鋁液中充足反應(yīng)。攪拌時(shí)候需要避免攪動(dòng)鋁液底部熔渣。2.2.4澆鑄在熔劑氯化錳加入到預(yù)定時(shí)間時(shí)分別取樣澆鑄，將熔體澆鑄到模具中，在空氣中自然冷卻至完全凝固時(shí)將其取出模具，并換用水冷方法待完全冷卻后擦干、標(biāo)識(shí)。在使用水冷之前必需確保鋁錠已經(jīng)凝固完全。另外鋁液嚴(yán)禁接觸水，全部和鋁液接觸工具必需全部烘干。在試驗(yàn)樣全部取完后，將剩下鋁液取出并澆鑄到模具中同時(shí)關(guān)爐冷卻，一樣將澆鑄好鋁錠先空冷后水冷，在完全冷卻后標(biāo)識(shí)。等感應(yīng)爐冷卻完成后對(duì)爐子進(jìn)行清理，方便于下一次試驗(yàn)。2.2.5檢驗(yàn)將標(biāo)識(shí)好式樣優(yōu)異行成份分析，測(cè)試其含鐵量，并統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。全部完成后，對(duì)式樣進(jìn)行切割，得到適宜大小，將其拋磨，進(jìn)行金相分析。截取金相圖。將金相分析后式樣進(jìn)行硬度分析，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、保留硬度分析匯報(bào)。2.3試驗(yàn)用料、設(shè)備及使用要求2.3.1試驗(yàn)用原料除鐵熔劑：氯化錳耐高溫隔離涂層：二氧化鈦、氧化鋅、硅酸鈉、中性氧化鋁試劑名稱品質(zhì)規(guī)格生產(chǎn)商氯化錳500gAR江蘇永華精細(xì)化學(xué)品二氧化鈦分析純AR江蘇永華精細(xì)化學(xué)品氧化鋅分析純江蘇強(qiáng)盛化工硅酸鈉分析純AR江蘇永華精細(xì)化學(xué)品中性氧化鋁500gAR國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑2.3.2儀器設(shè)備中頻感應(yīng)加熱設(shè)備XBZ-25昆山雄霸精密機(jī)電設(shè)備熔煉廢鋁工業(yè)冷水機(jī)—東莞市捷佳機(jī)械冷卻熔爐智能數(shù)顯控制儀XWP-C803-01包頭市永華儀器儀表電子臺(tái)稱TCS大河電子稱量廢鋁電子天平EL204梅特勒-托利多儀器稱量藥品金相試樣切割機(jī)Q-2A萊州市蔚儀試驗(yàn)器械制造切割澆鑄式樣SPECTRO光譜儀LABM10德國(guó)斯派克分析儀器企業(yè)分析式樣化學(xué)成份X射線粉末衍射儀D/MAX-2200/PC日本Rigaku企業(yè)分析爐渣成份其它器材：顯微維氏硬度計(jì)、天平、漏勺、取樣勺、攪拌棒、熱電偶、藥品壓入工具、取樣模具、藥匙。2.3.3使用要求1.中頻感應(yīng)加熱設(shè)備使用要求：（1）打開總開關(guān)，先打開后面板空氣開關(guān)，再打開前面板控制電源開關(guān)。（2）打開冷卻水，一定要確定水流流動(dòng)正常。（3）調(diào)整感應(yīng)爐參數(shù)（4）加入鋁塊，并開始加熱，開始時(shí)能夠適度調(diào)高功率，使鋁塊快速熔化，以后降低功率，維持熔體恒定溫度。（5）使用完成，先關(guān)加熱開關(guān)，保持冷水循環(huán)開啟，半小時(shí)后爐子冷卻至適宜溫度方可關(guān)閉冷缺開關(guān)。2.SPECTRO光譜儀使用要求選擇分析程序，校準(zhǔn)標(biāo)樣輸入相關(guān)信息（爐號(hào)、規(guī)格等），將式樣放在分析平臺(tái)上，開始檢測(cè)；分析RSD值是否超出要求3.其它要求熱電偶：和鋁液接觸部分必需涂覆耐高溫隔離層，而且每次使用前檢驗(yàn)、烘干工具，預(yù)防鋁液爆濺。熱電偶前端不能觸碰爐底，不然會(huì)造成較大數(shù)據(jù)誤差。藥品壓入工具、攪拌棒、漏勺、取樣勺：這些鐵質(zhì)工具必需涂覆耐高溫隔離層，預(yù)防和鋁液直接接觸，帶入有害元素——鐵。在每次使用前必需先檢驗(yàn)而且確保烘干水分，預(yù)防鋁液爆濺。2.4欲達(dá)成目標(biāo)在試驗(yàn)中關(guān)鍵研究以下參數(shù)對(duì)除鐵效率影響：除鐵效果最好氯化錳加入量（相對(duì)百分比）除鐵效果最好保溫時(shí)間除鐵效果最好加入溫度由綜合上述三條得出最好氯化錳除鐵工藝。3.結(jié)果和討論3.1加入量影響試驗(yàn)采取是熔劑壓入法，研究是氯化錳加入量對(duì)除鐵效果影響，在試驗(yàn)溫度分別為720℃-750℃、750℃-780℃、780℃-800℃時(shí)澆鑄原樣做好標(biāo)識(shí)，在這以后分別加入0.8%、1.0%、1.2%、1.5%氯化錳并進(jìn)行保溫，觀察試驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)覺，在加入以后，反應(yīng)十分猛烈，產(chǎn)生了大量明亮白色火花，并伴有白煙出現(xiàn)，在濺出火星冷卻后能夠看到銀白色顆粒。這是Cl-和Al猛烈反應(yīng)生成了AlCl3氣體，同時(shí)在反應(yīng)過后一段時(shí)間，鋁液表面存在著大量廢渣。在攪拌過程中，仍有大量廢渣浮出。在恒溫15min取出式樣1，恒溫25min取出式樣2，恒溫35min取出式樣3，恒溫45min取出式樣4。選擇同一溫度，同一保溫時(shí)間式樣進(jìn)行分析。試驗(yàn)式樣經(jīng)過光譜儀成份分析得到數(shù)據(jù)列表1以下：表1加入量對(duì)MnCl2除鐵效果影響（wt%）加入量（wt%）除鐵前除鐵后除鐵率（%）0.80.79550.72359.05%1.00.8140.71811.79%1.20.7570.71855.09%1.50.830.701515.48%圖，在溫度為720℃-750℃時(shí)，氯化錳除鐵效果大致是伴隨加入量增加而增加。在加入量較少時(shí)，顯然沒有將廢鋁中鐵除凈，當(dāng)加入量加大時(shí)，反應(yīng)逐步增多，除鐵效果也隨之上升。以后進(jìn)行在790攝氏度左右時(shí)情況，如表2表2加入量對(duì)MnCl2除鐵效果影響（wt%）加入量（wt%）除鐵前除鐵后除鐵率（%）0.80.7530.72753.39%1.00.74850.7233.41%1.20.82050.7992.50%1.50.80050.7733.44%一樣大致趨勢(shì)全部是伴隨氯化錳加入量增加而增加，圖3.1.1所表示。圖3.1.1730℃時(shí)加入量對(duì)除鐵率影響圖中，橫軸為加入量（相對(duì)百分比），縱軸為除鐵率。圖3.1.2790℃時(shí)加入量對(duì)除鐵率影響由圖3.1.2能夠更為直觀看到，加入量對(duì)除鐵率影響，在加入量為1.5%時(shí)，反應(yīng)得到最大化，除鐵效果最為顯著。另外，還進(jìn)行了金相分析。以保溫溫度730℃，加入量為1.5%為例。得到金相圖以下：圖3.1.3730℃時(shí)澆鑄原樣鋁合金相圖（400x）圖3.1.3為730℃時(shí)澆鑄原樣鋁合金相圖，這是未經(jīng)處理廢鋁，在圖上呈較為密集不規(guī)則狀是硅相，呈較深顏色片狀、針狀是β鐵相，圖上存在著大量片狀、針狀β鐵相，這些鐵相割裂了鋁合金基體，嚴(yán)重阻礙著鋁合金性能。在730℃澆鑄原樣后，加入相對(duì)百分比為1.5%干燥氯化錳熔劑，恒溫情況下保溫35分鐘。澆鑄式樣，對(duì)其進(jìn)行金相分析，得到圖3.1.4圖3.1.4730℃時(shí)加入相對(duì)百分比為1.5%氯化錳熔劑，保溫35min鋁合金相（400x）圖中魚骨狀為α鐵相，淺色無規(guī)則狀是硅相，片狀、針狀是β鐵相。和圖3.1.1相比較，大量針狀、片狀有害β鐵相已經(jīng)在錳作用下轉(zhuǎn)化成了無害α鐵相，鋁合金性能得到提升。另外，再將這兩組式樣進(jìn)行硬度分析，發(fā)覺原樣維氏硬度為84.94，經(jīng)過處理后式樣維氏硬度為78.96。因?yàn)棣妈F相存在，鋁合金硬度會(huì)得到提升，這也是造成鋁合金加工難度大，力學(xué)性能尤其是脆性降低原因。而在經(jīng)過處理以后硬度下降了不少，這也反應(yīng)了鋁合金含鐵量下降了。3.2保溫時(shí)間影響將反應(yīng)為同一溫度、加入量為同一百分比式樣進(jìn)行分析。在保溫溫度730℃，加入量百分比為1.5%時(shí)，得到數(shù)據(jù)圖圖3.2.1圖3.2.1730℃，加入量百分比為1.5%除鐵率折線圖由圖3.2.1可知，在加入氯化錳后除鐵率伴隨保溫時(shí)間增加而增加，在0-15min間，氯化錳和鋁熔體中鐵猛烈反應(yīng)，除鐵率上升很快，伴隨保溫時(shí)間進(jìn)行，在25-45min內(nèi)，除鐵率增加趨于緩解，反應(yīng)也趨于緩解而且在45min時(shí)達(dá)成頂峰。圖3.2.2保溫溫度760℃，加入量為1.5%數(shù)據(jù)圖圖3.2.3保溫溫度790℃，加入量為1.5%數(shù)據(jù)圖圖3.2.2和圖3.2.3分別為保溫溫度760℃和790℃，加入量為1.5%數(shù)據(jù)圖，一樣能夠看出，氯化錳除鐵效果是伴隨保溫時(shí)間增加而增加，而且在保溫45min時(shí)候達(dá)成最高值。在試驗(yàn)過程中，還發(fā)覺了部分情況，因?yàn)樵囼?yàn)使用是中頻感應(yīng)加熱設(shè)備，其容量較小，本該沉降在設(shè)備底部以待扒出鐵渣沒措施立即取出，造成其在鋁熔體流動(dòng)同時(shí)也隨之流動(dòng)，這也產(chǎn)生了部分問題數(shù)據(jù)，出現(xiàn)了伴隨時(shí)間增加而除鐵效率反而下降情況，這也給試驗(yàn)帶來了一定誤差。因?yàn)檫@種情況出現(xiàn)，為了確保試驗(yàn)正確性，所以使用了精煉劑來輔助鐵渣析出、分離。并經(jīng)過分析得到爐渣成份來確定除鐵效果。在熔煉過程中加入精煉劑后，取出灰渣，將其制成適合分析粉末狀進(jìn)行XRD分析，得到XRD譜線圖3.2.4。圖3.2.4經(jīng)過熔劑處理過鋁渣XRD譜線由圖可知，灰渣中成份包含F(xiàn)eCl2、MnFe2O4、Fe2O3，這證實(shí)確實(shí)氯化錳除鐵劑能夠和鐵結(jié)合形成復(fù)雜化合物析出，從而降低了鐵含量。3.3保溫溫度影響試驗(yàn)中試驗(yàn)了3個(gè)溫度范圍，分別是720-750℃、750-780℃、780-800℃，選擇保溫時(shí)間45分鐘式樣進(jìn)行分析，圖3.3.1。圖3.3.1不一樣保溫溫度下各個(gè)百分比除鐵率圖中能夠較為直觀看出，在溫度較低730℃和760℃左右，除鐵效率相對(duì)于790℃來說是比較高，通常情況下氯化錳熔點(diǎn)為650℃，在氯化錳加入鋁熔體后會(huì)由Al置換出Mn，Mn能夠和鐵形成復(fù)雜化合物從而除鐵，另外Mn也能夠使得鐵由β相向α相轉(zhuǎn)變，減低對(duì)鋁合金毒害作用，不過當(dāng)溫度升高時(shí)，Mn在接觸空氣過程中易于氧化，這會(huì)造成部分氯化錳熔劑損耗，所以使得能夠用于反應(yīng)Mn降低，自然除鐵效果就不如之前溫度較低情況了。而在溫度比較低時(shí)候氯化錳極難和鋁熔體充足接觸，除鐵效果很差，所以氯化錳理想溫度是720-750℃左右。試驗(yàn)在澆鑄過程中也出現(xiàn)了部分問題，在溫度較高時(shí)候進(jìn)行澆鑄作業(yè)時(shí)，因?yàn)閮?nèi)外溫差過大，外表已經(jīng)快速凝固，而內(nèi)部氣體來不及排出從而凝固在鑄件中形成反應(yīng)性氣孔，另外鑄件在凝固過程中，金屬液體積快速收縮，而金屬液卻沒有得到有效補(bǔ)充，這么也會(huì)造成縮孔。圖3.3.2圖3.3.2高溫鋁合金澆筑過程中縮孔現(xiàn)象這種情況出現(xiàn)也對(duì)試驗(yàn)造成了一定麻煩，因?yàn)閮?nèi)部縮孔存在，澆鑄出來鋁錠在力學(xué)性能上存在著很大缺點(diǎn)，也不利于對(duì)鋁錠進(jìn)行加工。所以，在較高溫度澆鑄時(shí)需要適度搖擺模具，使得金屬液充足流動(dòng)，填充之前收縮留下缺孔。綜上，氯化錳熔劑除鐵最適保溫溫度為720-750攝氏度。3.4最好工藝及檢測(cè)結(jié)果顯示綜合三個(gè)影響原因——加入量、保溫時(shí)間、保溫溫度考慮，氯化錳除鐵最好工藝是在720-750攝氏度反應(yīng)溫度下，加入占鋁液總質(zhì)量1.5%干燥氯化錳熔劑，恒溫保溫45min。表3.4.1是反應(yīng)前后硬度改變。表3.4.1處理前后硬度改變表溫度/℃保溫時(shí)間/min添加量/%含鐵量HV730原樣-0.7235100.5730451.50.701569.2圖3.4.1730℃未經(jīng)過熔劑處理后鋁合金相圖（400x）圖3.4.2730℃經(jīng)過熔劑處理后鋁合金相圖（400x）圖3.4.1和圖3.4.2分別是730℃情況下反應(yīng)前和反應(yīng)后金相圖。由上述可知，在經(jīng)過氯化錳作為熔劑處理以后，鋁合金含鐵量由0.7235下降到0.7015，HV硬度由100.5下降到69.2，這說明氯化錳作為熔劑去除鋁合金中有害鐵相是有效果，另外圖3.4.1和圖3.4.2上能夠看出，在未經(jīng)過熔劑處理前，鋁合金相圖里存在著大量有害片狀、針狀β鐵相，這對(duì)鋁合金性能是不利，在經(jīng)過處理以后鋁合金相圖上片狀、針狀β鐵相大大降低，有部分鐵相轉(zhuǎn)化為了無害魚骨狀鐵相，這也證實(shí)了氯化錳作為熔劑去除鋁合金中鐵元素含量是有效果。4.結(jié)論本試驗(yàn)關(guān)鍵研究，利用氯化錳作為熔劑來除去廢鋁再生中鐵，經(jīng)過一系列控制工藝試驗(yàn)，并分析得到數(shù)據(jù)，得出結(jié)論以下：氯化錳熔劑最好加入量是1.5%。氯化錳除鐵效果伴隨加入量增加而增加，在加入量較少時(shí)，效果較為顯著，當(dāng)增加到1.5%以上時(shí)趨于緩解，大于1.5%加入量效果并不比1.5%好，存在著浪費(fèi)原料現(xiàn)象，綜合考慮，故選1.5%加入量為佳。氯化錳作為熔劑加入鋁熔體后最好保溫時(shí)間是45min。在45min前，氯化錳除鐵效果伴隨保溫時(shí)間增加而增加，在45min以后因?yàn)楸貭t內(nèi)爐渣無法取出使得含鐵量反而上升了，所以選擇45mi