熔剂法降低铝熔体铜含量的实验研究[20200413193940]
摘 要
废铝的回收和再利用不仅具有显著的节能效果，还能够减少铝生产中有害气体如二氧化碳和一氧化碳的排放量。然而废铝来源复杂，污染较重，杂质元素较多，这对材料的性能会产生一定的影响。铜元素过多会使铸铝塑性和伸长率下降，易出现各种铸造缺陷。本课题主要是研究废铝中降低杂质铜的含量，通过探讨不同的工艺参数，如熔剂配比、熔炼时间、熔剂加入量等，对再生铝锭组织性能的影响，确定出一种合适的除铜剂和除铜工艺，从而获得一种高效经济的熔炼工艺，达到提纯废铝的目的。
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关键字:再生铝熔剂除铜提纯
目 录
1.绪论 1
1.1 引言 1
1.2 铝资源现状及铝的可再生性 2
1.3 再生铝生产与应用 2
1.4 再生铝的生产工艺现状 3
1.5 杂质对再生铝材料的影响 4
1.5.1 非金属夹杂对其性能的影响 4
1.5.2 金属夹杂对其性能的影响 5
1.6 再生铝杂质的去除方法 5
1.7 本课题的选题意义及研究内容 6
1.7.1 课题研究的意义 6
1.7.2 课题研究的内容 7
2.实验部分 8
2.1 实验内容与要求 8
2.1.1 实验内容 8
2.1.2 除铜熔剂要求 8
2.1.3 除铜剂选择 8
2.1.4 除铜熔剂性质 8
2.2 工艺原理与可行性分析 9
2.3 实验方案与步骤 9
2.3.1 预处理 9
2.3.2 熔炼 10
2.3.3 结果分析 11
2.3.4 工艺流程图 12
2.4 实验用品与检测 13
2.4.1 实验药品与仪器 13
2.4.2 中频感应加热设备使用要求 14
2.4.3 SPECTRO光谱仪使用要求 14
3 结果与讨论 15
3.1硫磺降低Cu含量的工艺分析 15
3.1.1加入量对除Cu效果的影响 15
3.1.2反应时间对除Cu效果的影响 16
3.1.3加入方式对除Cu效果的影响 16
3.2 硫化物降低Cu含量的工艺分析 17
3.2.1加入量对除Cu效果的影响 17
3.2.2反应时间对除Cu效果的影响 18
3.2.3加入方式对除Cu效果的影响 19
3.3 复合熔剂降低Cu含量的工艺分析 20
3.4 渣相分析 21
4.结论 23
参考文献 24
致谢 25
1.绪论
1.1 引言
铝及铝合金因具有优异的性能和广泛的适用性，是国民经济中基础原材料的一个重要组成部分。随着现代铝工业的迅猛发展，铝及铝合金产量迅速增长至第二名，仅次于钢铁材料，其适用范围也愈加扩大，已广泛应用于建筑，交通，国防，包装等行业和日常生活领域。严格来说，人类对于任何矿产资源的消耗都是不可逆的。虽然铝土矿非常丰富，我们拥有大量资源，但是，无节制的开采长期使用，最终会导致缺乏资源。另外，更值得一提的是，很多的铝土矿开采和铝冶炼工艺，对能源消耗和环境破坏造成了极大的影响。因此，着手发展再生铝产业已成为铝制造工业的必然趋势。
铝的可再生性很早就为人们了解并加以利用，回收的废旧铝可以反复多次重熔，再生后利用，其成本大大低于原生铝。在一些工业发达国家，甚至可将再生铝重复用于同一产品。由于废铝的来源复杂，故与原铝相比，再生铝的特点是其杂质元素含量高，工艺性能不稳定，从而在一定程度上限制了再生铝的重复使用。在对废铝的熔炼过程中，常有出现合金成分或杂质元素超标的情况，在再生铝的生产过程中，如果能将回收的废铝熔体中的杂质元素除去或减少到一定程度，则可以使废铝重新循环使用，这样既减少污染，保护环境，又节省资源，提高企业的经济效益，符合社会的可持续发展要求。
在废旧物资的回收和利用方面，我国政府从城市到农村建立了一套庞大的回收系统与网络。对一切可利用的东西都会有人收集、整理、出售。我国废铝回收率平均为75%以上，是世界上回收率最高的国家，例如易拉罐废铝回收率达 99%。尽管如此，但我国自有的废铝料仍不能满足再生铝产业发展的需要，每年仍需从国外进口较多的废铝料，并且逐年呈增长趋势[1]。
为了提高废铝的利用率，我国必须开发与研究先进的再生铝生产技术，从而提高再生铝企业的经济效益。以利用废铝制备合格的新罐料为基础，研究与开发废旧铝的表面处理技术、杂质元素分离技术以及改善结晶特性技术等，从而达到预期的化学成分和组织特征等要求，获得高质量的废铝再生产品是非常必要的[2]。
1.2 铝资源现状及铝的可再生性
铝作为地壳中含量最多的金属元素，其化学性质极其活泼，在自然界中通常以化合物形态存在。自然界中的含铝矿物约有250多种，常见的矿物约43种，其中最重要的是铝硅酸盐及其风化产物铝矾土，即所谓的铝土矿[3]。现代铝工业用铝土矿做原料，其中含有25%~30%的铝。我国的铝土矿资源也十分丰富，估计储量达23亿吨[4]。
在工业常用的金属材料中，由于铝具有良好的抗腐蚀性能，其可再生性是最好的。除了某些铝制化工容器与装置外，铝制产品在其使用期间几乎不被腐蚀。如铝合金制作的门窗、铝制高压电线、汽车上的铝合金配件、铝制易拉罐等在其使用期间仅发生少量的腐蚀损失，有着极高的可再生性。在重复熔炼铸造过程中，其产生的损耗大约在4%~8%之间（含烧损和机械损耗）。与其他常用金属材料比较，铝可回收再利用的另一个原因是，再生后的材料质量比原铝差不了多少。因此，铝又被称作可持续利用的“绿色金属材料”。
1.3 再生铝生产与应用
在一些发达国家，再生金属工业已经有了一个成熟的工作体系，这些企业向社会提供的各种基础材料占整个产业使用铝材的比例相当高。由于铝属于高性能、长寿命、使用量大、使用面广的材料，又易于再生利用，所以再生铝产业产生的效益最大。目前，在工业技术和设备比较先进的国家，再生铝已经越来越多地用于重要的高端产品，美国已有再生铝加工企业，为航空航天制造领域提供高性能的再生材料。在我国，再生铝产业在很多方面，如在铝材消费总量中所占的比重、再生铝的使用范围以及相关的技术水平，与发达国家相比还处于落后位置。
随着我国经济发展日益迅速以及可持续发展战略的提出，我国再生铝产业近年来发展迅速，再生铝产量已由2002年的130万吨增加到2010年的380万吨，平均年增长率为21.37%。国内回收废铝由2002年的64万吨增长到2010年的106万吨（金属量），年平均增长7.29%。我国已经成为世界上第一原铝生产国，再生铝生产量仅次于美国，位于第二。但是，再生铝产量仅为铝总产量的27.87%，这一比例不仅远远低于发达国家水平，而且低于世界平均水平[5]。从人均消费水平看，我国人均年消费再生铝仅为世界平均水平的1/2。因此，我国再生铝生产具有广阔的发展空间。
交通运输、建筑和食品饮料包装是铝材应用的三大领域。随着轻量化的发展趋势，交通运输工具越来越多的采用高性能铝合金取代钢铁材料作为结构材料。在发达国家，70%~80%的再生铝被汽车工业所采用，中国将再生铝合金用于汽车铝压铸件也多年持续增长，在1995~2004年，铝合金压铸件产量的年平均增长率达到了14%[6]。铝的另一重要应用领域是在产品包装上，最典型、最常见的例子便是一次性的饮料罐。虽然饮料罐消耗铝的比重不是很大，约占10%，但是饮料罐的生命周期短、循环快、再生利用的效益非常可观。发达国家能够做到将回收的废铝罐单类处理，重熔获得的再生铝品质基本不降低，又重新用来制造饮料罐。而我国由于再生铝行业的管理和技术水平有差距，绝大多数原本高品质的铝材再生后被降级使用。建筑行业是重要的铝型材消费市场。随着我国建设速度加快，在建筑领域集聚的铝量越来越多，随着使用周期到达，陆续将进入更换期，同时也是再生铝的巨大用户。

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