熔剂法降低铝熔体铁含量的实验研究[20200413193949]
摘 要
铁在铸铝中形成脆性相，割裂基体，使材料的韧性，强度以及延伸率下降。同时铁与硅结合，降低了铝熔体的流动性，不利于铸造。本课题主要是研究利用熔剂法降低铝熔体铁含量，并确定一种合适的除铁剂和除铁工艺。通过研究熔剂配比、加入量、加入方法和熔炼温度等对铝合金含杂量的影响，来寻求经济，高效的熔剂以及合适的净化处理熔炼技术，获得含铁量较低的铝熔体。
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关键字:废铝再生熔剂除铁熔体净化
目录
1.绪论 1
1.1 引言 1
1.2 废铝再生技术现状 2
1.3 废铝再生工艺的特点及工艺技术现状 2
1.4除铁技术现状 4
1.4.1重力沉淀法 4
1.4.2离心法 6
1.4.3过滤法 6
1.4.4电磁分离法 7
1.4.5熔剂法 7
1.5杂质铁在铝中的存在形态及其危害 7
1.5.1 铁在铝中的存在形态 7
1.5.2 杂质铁元素的危害 8
1.6 本课题的选题意义及研究内容 8
1.7除铁总体方案设计 9
2.实验部分 10
2.1实验内容与实施方案 10
2.1.1温度 10
2.1.2加入量 10
2.2除铁剂除铁原理 10
2.2.1 原理分析 10
2.2.2除铁熔剂要求 11
2.2.3除铁熔剂选择 11
2.2.4除铁熔剂性质 12
2.3实验步骤 13
2.3.1 实验流程图 13
2.3.2 预处理 13
2.3.3熔炼 14
2.4测试项目 15
2.4.1铝熔体成分 15
2.4.2铝渣成分 15
2.5 实验药品及仪器 15
2.6实验仪器使用 16
2.6.1 中频感应加热设备使用要求 16
2.6.2 SPECTRO光谱仪使用要求 16
2.7最终目标 17
3.结果与讨论 18
3.1 反应温度对除铁效果的影响 18
3.1.1反应温度对MnCl2除铁效果的影响 18
3.1.2反应温度对硼砂除铁效果的影响 19
3.2 不同熔剂对除铁效果的影响 20
3.2.1单一熔剂对除铁效果的影响 20
3.2.2熔剂混合加入对除铁效果的影响 22
3.3保温时间对除铁效果的影响 24
3.3.1单一熔剂保温时间对除铁效果的影响 24
3.3.2复合熔剂保温时间对除铁效果的影响 24
3.4 预处理对除铁效果的影响 25
3.4.1预处理对MnCl2除铁效果的影响 25
3.4.2预处理对硼砂复合熔剂除铁效果的影响 26
3.5渣相分析 27
4.结论 28
参考文献 29
致谢 30
1.绪论
1.1 引言
在所有的材料中，铝的使用量占据金属材料的第二，排在钢铁的后面。铝的密度小，纯铝为2.7g/cm3，同等体积下，铝比铁轻二倍。铝的导电性能和导热性能在金、银、铜之后居于第四位，铝的塑性和抗大气氧化性都较好[1]，铝合金被广泛地应用于建筑、交通和航天等领域，是发展国民经济和国家安全的支柱性材料之一。但铝矿是不可再生资源，不可能无止境的使用，且生产原生铝需消耗大量的能源（使用最多的是电能），同时也会严重污染当地的环境，这是限制当前铝行业发展主要因素之一。因此，世界各国把发展再生铝行业放在至关重要的位置，我国也在其中。就全世界范围来看，再生铝已满足1/3的用铝需求，且比例日渐加重。再生铝的用途也愈加广泛，早已运用到汽车用铸件中。
铝的化学性质比较活泼，在空气中能形成致密的氧化膜，保护基体。阻止基体近一步氧化。因此，铝在使用过程中，其性质很稳定、氧化很少，可回收利用率高。与生产原生铝相比较，生产再生铝所消耗的能源少。同样的条件下，生产一吨原生铝所消耗的能源，可生产二十吨再生铝。并且，在生产再生铝过程中，有害气体的排放量和水资源的消耗以及形成的废渣也比生产原生铝少得多。因而，再生铝的经济性更高和环境友好性更强。
再生铝生产的原料来源于废铝，如易拉罐、建筑废铝等，十分广泛。废铝的种类也繁多，不同的废铝其成分往往不尽相同。同时，在铝在熔炼过程中，通常需要添加配料，所用的耐火材料制成的熔炉。这样也不可避免的会使铝液中会熔入一些元素，引起某些元素的超标，使之成为形成铝合金中的杂质元素。为了保证铝材的使用质量，需要去除杂质元素或降低其成分[2]。
比较健全的废铝回收系统在我国还没有建立，废铝回收处理很简陋，管理水平也不高。在回收废旧金属时，往往会将品质、类型不同，甚至是不同种的废旧金属材料相互混杂在一起，这使再生铝成分变的极为复杂。据相关资料统计，再生铝中可能存在的元素有20余种(Cu、Mg、Mn、Si、Ag、Ti、Zn、Sn、Ni、Cr、Pb、Bi、Fe、Co等)[3]。
有上述可知：与原生铝比,成分复杂且杂质元素含量高是再生铝最显著，也是对性能影响最大的特点。再生铝合金的应用在不同程度上受到这些杂质元素。特别是在再生铝熔炼过程中,合金成分或杂质元素得不到控制，常常出现超标的情况[4]，尤其是出现铁超标的情况。砂型铸造要求合金中铁含量不超过0.35%，压铸要求合金中铁含量不超过1.2%[5]。为了解决这种状况，有些再生铝生产企业将较多的原生铝加入到废铝中，以得到成分符合标准的再生铝产品。这使得废铝的利用率很低，一般仅为1/5-1/2。也就是说，在生产再生铝过程中除了废铝外，还需要大量的原生铝。以至于某些对要求含铁量更加严格的铸造铝合金中，如A356.2合金（该合金用于制造汽车轮毂,铁含量不超过0.12%。）基本上不用再生铝生产[6]。因此,再生铝利用过程中，净化除杂是关键且必不可少的一步。
1.2 废铝再生技术现状
在欧美等铝业发达的国家，与原生铝性能相当的再生铝已经可以生产出，甚至有些企业生产的再生铝被用于军事和航天等高端领域。自上世纪九十年代起，我国除了引进国外一些先进的铝熔体在线净化技术，如SNIF、RDU、MINT、ALPUR等（但大部分还未掌握核心技术）[7]，还自主创新研制DDF等技术。这使得我国铝熔体的精炼水平在一定程度上提高，再生铝行业有了较大的进步。
随着，节源减排以及低碳生活成为经济和社会发展的主旋律，再生铝项目因是属于提高资源综合利用率的循环经济项目，成为国家支持的重点领域。近年来，我国再生铝生产技术虽取得了进步，但与发达国家相比仍存在差距。据了解：2011年，我国能够生产440万吨再生铝的产量，同2010年比，增长了10%。但因国内金属回收利用率还相对较低，满足不了需求，以至于我国每年要从其他国家进口大量的废旧金属。2012年，铝废料进口259万吨。因此，为了提高废铝的利用率，在加强原料回收的同时，还要加快新技术的开发。
1.3 废铝再生工艺的特点及工艺技术现状
废铝再生利用是通过铝合金熔炼来完成的。将以配好料的的铝料加入到合适的的熔炼炉中，通过加热使其熔化成高温液体，然后为了使熔体的成分达到要求，需要调整其成分是合金熔炼的主要任务。在熔炼的同时，要严格地控制熔体中H2等气体的含量和夹杂物的形态及其含量。使合金熔体在一定的范围内以达到符合规定的成分（包括主要组元和杂质元素含量），保证铸造后得到适当组织（晶粒度适中）的铸件。为了获得高质量的铝合金液，要对其熔炼的工艺进行有效的控制，通常是对一下方面采取一定措施以控制[8]。铝合金熔炼过程如图1.1：

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