氯化锰去除铝合金中铁元素的工艺试验模板.doc

本科毕业设计（论文）题目 氯化锰去除铝合金中铁元素工艺试验 学 院 化学和材料工程学院 年 级 12 专 业 金属材料 班 级 金属材料122学 号 学生姓名 校内导师 职 称 论文提交日期 -05-01 常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重申明： 所呈交本科毕业设计(论文)，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得结果。除文中已经注明引用内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过作品结果。对本文研究做出关键贡献个人和集体，均已在文中以明确方法标明。本人完全意识到本申明法律结果由本人负担。本人署名： 日期：常熟理工学院本科毕业设计(论文)使用授权说明本人完全了解常熟理工学院相关搜集、保留和使用毕业设计(论文)要求，即：本科生在校期间进行毕业设计(论文)工作知识产权单位属常熟理工学院。学校有权保留并向国家相关部门或机构送交论文复印件和电子版，许可毕业设计(论文)被查阅和借阅；学校能够将毕业设计(论文)全部或部分内容编入相关数据库进行检索，能够采取影印、缩印或扫描等复制手段保留、汇编毕业设计（论文），而且本人电子文档和纸质论文内容相一致。保密毕业设计(论文)在解密后遵守此要求。本人署名： 日期：导师署名： 日期： 氯化锰去除铝合金中铁元素工艺试验摘要铁元素对合金影响很大，杂质铁在铝合金组织中，往往会形成部分硬度较高针状和片状组织，这会大大降低铝合金材料部分力学性能，比如韧性、硬度。本课题主意在于利用氯化锰去除铝合金中铁元素，提升铝合金性能。经过研究在不一样熔炼温度、不一样熔剂加入量、不一样反应时间下以氯化锰作为熔剂对铝合金影响，确定最为适宜除铁条件，并依据试验结果设计出最好氯化锰去除铝合金中铁元素工艺。关键字： 除铁 氯化锰 废铝再生 反应沉淀The Study of Using the Flux Composited by the MnCl2 to Reduce the Content of Iron in Aluminum AlloyAbstractIron alloy impact is very big, the impurities of iron in aluminum alloy in the organization, tend to form some needle and lamellar structure with higher hardness, this will greatly reduce some of the mechanics performance of the aluminum alloy material, such as toughness and hardness. Will, on the other hand, iron and other elements, especially silicon in the aluminum alloy reaction, the formation of compounds against aluminum melt flow, this is obviously not conducive to aluminum alloy casting. This topic mainly using manganese chloride removal of aluminum alloy iron, aluminum alloy performance. Through research on different melting temperature and under different flux addition amount, reaction time on manganese chloride as flux for aluminium alloy, the influence of determine the most suitable conditions of iron removal, and design according to the results of the experiment, the best manganese chloride removal of aluminum alloy.Key words: in addition to iron; Manganese chloride; Aluminium scrap regeneration;Reaction precipitation目 录1.绪论11.1 废铝再生意义11.2废铝再生技术现实状况11.2.1材料回收技术11.2.2 预处理技术21.2.3 熔炼技术31.2.4产品类型41.3 废铝再生技术瓶颈51.4除Fe方法和进展61.4.1 重力沉降法61.4.2 离心去除法71.4.3 电磁分离法71.4.4 过滤法71.4.5 熔剂法81.5 本课题内容及意义82 试验内容及方法92.1原理分析92.2 试验工艺步骤及各部分要求92.2.1 原料准备102.2.2 熔炼112.2.3 除铁112.2.4 浇铸112.2.5 检验112.3 试验用料、设备及使用要求122.3.1 试验用原料122.3.2 仪器设备122.3.3 使用要求132.4 欲达成目标133.结果和讨论143.1 加入量影响143.2 保温时间影响183.3 保温温度影响203.4 最好工艺及检测结果显示224.结论245.致谢256.参考文件261.绪论1.1 废铝再生意义在现代社会使用材料中，铝占据着金属材料第二，仅次于钢铁使用量。和铁相比较，铝密度要小，纯铝为2.7g/cm3，故在相同体积下，铝要比铁轻二倍。而铝导热性和导电性排在金、银、铜以后，居于第四，另外铝塑性和抗氧化性全部比很好1 。铝合金能够说广泛应用于交通、建筑、电子制造、机械制造等军用和民用行业中，在中国乃至全世界每十二个月全部有大量铝被冶炼开发，是经济发展支柱产业之一。铝和很多其它资源一样属于不可再生资源，即使说铝蕴藏量很大，不过按现在生产情况，极难连续发展，而且铝金属冶炼采取是电解法，这也意味着需要消耗大量电能2，同时因为技术限制，电解铝对环境影响很大，这也是现在来说限制着铝业发展原因之一。其次，每十二个月有大量铝资源被浪费，既浪费资源又污染环境，所以怎样有效处理废铝资源再生成为现代铝业发展关键之一，尤其是多年来资源再生利用这一课题在世界范围内越来越得到各界人士关注。铝暴露在空气中，其表面会形成一层致密氧化膜，这对铝性能起着关键保护作用，这使得铝再利用率较高，而且废铝起源很广泛，小至电子元件大至大型机械全部能够回收利用。和原铝电解相比，废铝再生愈加节省能源，更为经济、环境保护，也就愈加符合当下发展专题，所以这项技术在未来势必成为铝合金生产主流之一。1.2废铝再生技术现实状况1.2.1 材料回收技术就现在来说，全球废铝再生发展很不均衡，在部分西方发达国家中，不管是在废铝回收体系还是说在废铝合金回收技术上全部较为成熟，像日本再生铝能够占到铝业生产95%，德国能够达成54%，而美国也能够达成52%，不过中国在这方面才刚刚起步，并没有完善产业体系，企业也以中小型企业为主，在设备和工艺上较为落后，这也加大了铝资源浪费问题，整体上利用率偏低，而且企业对于原料管理方法也不妥，在一定程度上也造成了很多无须要浪费。1.2.2 预处理技术（1）分离轻质量杂质技术：包含应用较为广泛两种方法，风选法分离废纸、废塑料和尘土和浮选法分离轻质杂质。前者是利用材料密度不一样通入一定压力风将密度低于铝杂质吹走，关键目标是去除废纸、废塑料和尘土等杂质。特点是工艺简单，能够高效分离密度小轻质夹杂物，不过对于工作区域有着严格要求，以避免环境污染和对人体伤害。后者则是利用材料密度差来分离不一样材料，这种方法简单易行，在欧美国家应用很广泛，依据浮选介质分为干式和湿式，干式浮选法采取干砂为介质，并通人高压空气以产生气泡和对流作用，以后将其流化，废料经烘干、脱油后进入流化床分离。湿式浮选采取水或水溶体为介质，利用螺旋式推进器，将废塑料、橡胶、木头等密度低于水杂质分离，以后推出废铝料，将污水排人沉淀池，方便反复利用。（2）分离涂层及有机非金属杂质技术：对于废旧易拉罐、牙膏皮、铝导线等表面有保护层和装潢油漆或塑料表皮废铝原料，应该先将这些杂质分离。（3）流化床法：由加拿大铝业企业（Alcan）开发用于除漆方法。其作用原理为：将流化床中介质加热到一定温度(介于有机物完全分解温度450和废铝熔点之间)，细小流化粒子在上升气流作用下悬浮，类似于沸腾液体，当把废杂铝加入流化床中后，其表面上有机涂层和介质及流化气体接触，并在加热温度下开始分解。因为废料处于运动状态，热交换速度比常规除漆装置内快5lO倍，再加上温度均匀，即使是很薄铝箔全部不会熔化，铝氧化少，所以此法含有效率高、氧化少、回收率高等特点。（4）磁选法磁选法关键用于分离铁及磁性材料，其工艺简单，设备投资少，分离效果显著。可分为永磁和电磁两种。（5）涡流法：利用物质电导率和密度不一样，在同一磁场所受洛伦兹力不一样，在该力作用下做平抛运动抛出距离也不一样，最终实现物质分选3。（6）分选和拆解技术：顾名思义，分选就是分出部分如塑料、橡胶等非铝物质，而拆解就是去除和铝连接部分有色金属件比如钢铁。这是因为铝类制品在被消费和使用后进入废弃场所，本身就会染上部分污染物，另外废铝起源太过于广泛，种类繁多，在回收过程中自然而然会带上多种非铝夹杂物，这些夹杂物在对废铝进行熔炼过程中也会发生物理化学反应，这对环境也是有一定影响。就现在来说，国外部分发达国家已经建立了完整废铝回收系统，这使得废铝能够根据其品质不一样进行回收存放，同时还建立了专业废铝处理站，利用机械化来分选和拆解废铝，这大大降低了工作量提升了废铝回收效率。不过，中国在废铝回收市场这方面基础处于无序状态，并没有像国外那样完整废铝回收系统，和世界优异水平差距较大。（7）细分和提纯技术：提纯对于废铝再生来说是一个关键步骤，这项技术是指将废铝按铝含量高低分成多个等级，便于进行有差异分类回收，这能使废铝得到最大程度利用。细分方法关键是按其成份分为几大类，比如铝硅合金、铝镁合金等，这么能够减轻废铝熔炼过程中工作量，同时还能综合利用废铝中有效合金成份4。1.2.3 熔炼技术（1）低温熔炼工艺低温熔炼工艺就是在铝合金液相线温度以上30-100摄氏度范围内进行熔炼工艺方法。这种工艺在熔炼初中期能够达成效果有：1.降低如MN、Li、Mg、Zn、Na等比铝蒸汽压低元素损失，降低金属损耗，同时也能将部分带入炉内油漆、粘结剂、涂料等物质蒸发或造渣；2.能够将废铝零件中非铝镶嵌件扒出，以免造成铝合金中有害成份尤其是Fe、Cu等增加，有利于控制铝合金化学成份；3.避免铝合金致密氧化膜损耗，所以预防熔体“过熔”5。（2）铝熔体净化铝熔体净化能够分为吸附净化和非吸附净化。前者包含真空净化法、超声波净化法和电磁净化法，不过受到其设备和成本限制，使用较少。现代企业常见是后者，它包含熔剂法、旋转喷吹法和旋转喷射熔剂法等。熔剂法使用由氯化钠、氟化盐、氧化性盐、稀土化合物组成除渣熔剂。就现在来说，部分国产熔剂净化效果很好，不过渣铝分离较差，而且铝液氧化、二次污染严重，其在净化时产生烟气对人、设备、环境均不利。进口熔剂即使性能优异，不过其成本太高，不利于中国企业使用，而多年来发展起来稀土复合精炼剂不仅在除渣上高效，还能对细化熔体，使之变质，前景很好。在中国外再生铝企业中，在线除气关键采取是旋转喷吹技术(SNIF、Alpur、RDU、GBF等)。这是经过提升转子转速、气体流量和进气压力从而减小净化气泡尺寸，进而有利于熔体除渣除氢，不过这些工艺参数改变会产生一定负面影响，比如产生旋涡、合泡、卷进夹杂、降低熔体温度等。熔剂法和旋转喷吹法有机结合就是旋转喷吹熔剂法，该法关键点是以惰性气体为载体，将熔剂以细颗粒状经过旋转石墨转子喷入铝熔池中6。（3）连续熔炼和处理工艺这是多年来发达国家在生产中创新技术，它能够使得低品位废铝变成能够用于制造供铸造、压铸、轧制再生铝锭。（4）废铝液化分离技术这是以后再生铝发展方向之一，因为将预处理和熔炼结合，所以缩短了工艺步骤，降低了废铝再生过程中污染，也提升了废铝回收利用率71.2.4产品类型现在，中国废铝再生产品大多用来做铸造件或是原始坯料，这首先因为中国废铝回收分类和预处理技术不高，没有完善回收体系，使得回收废铝种类成份太过庞杂，加剧了再生工艺难度，其次因为企业技术特点，对于回收来废铝没有很好措施进行精炼，这么就造成了废铝再生产品只能用于制造铸件或原始坯料。而就中国现在废铝产业来说，产品关键能够分为以下多个类型。（1）冶炼生产型 在废铝交易基础上,从事合金铝冶炼及型材铝棒生产。材料起源从中国回收废杂铝和从国外进口废铝。（2）回搜集散型 这些市场并不对铝进行深加工,只是把所收购废铝进行简单拆卸、分捡等工作。这类市场在全国很普遍。（3）生产加工型 兼回收、生产、冶炼工作。另外还有深层次加工。比如, 加工成铝棒、铝材重新得到利用。（4）出口加工型 原料关键来自国外,同时产品也销往国外。这类产业通常全部是工业化水平较高,设备优异,能够带动整个中国铝工业发展8。1.3 废铝再生技术瓶颈中国再生铝行业存在着很大问题，关键表现在这几方面：第一，中国再生铝总体水平低，存在大量低品质铝制品，资源配置不合理；第二，再生铝品种结构单一，很多冶炼厂设备工艺全部较为简陋且对环境影响较大；第三，中国废铝回收处于无序状态，还没有完整回收体系；第四，技术水平低没有新熔炼剂，废铝回收研发投资太少处理技术较为落后8。中国废铝起源很广泛，而且因为回收体系缺乏回收废铝成份品质参差不齐，很多废铝在回收同时也携带了大量夹杂物，夹杂着很多有害元素，这也往往制约了废铝再生技术发展。在众多危害元素中，Fe是最显著影响元素之一，在废铝尤其是低品质铝中它含量很高，而且在合金炉料回用过程中铁质坩埚、铁质工具等使用也使得铁含量增加在所难免。在铝合金中，伴随铁含量增加，它在金相组织中会形成部分针、片状脆性铁相，这些组织本身硬度很高，往往会割裂铝合金基体，影响着铝合金力学性能，也给以后零件加工增加了难度9。另外，铁轻易和其它杂质以金属间化合物形态存在，较为常见是-铁相和-铁相两种，它们晶体结构为六角晶型和单斜晶型，-Al8SiFe2相通常是以汉字状和鱼骨状存在，而-Al5FeSi则是以针状形式存在10 。而对铝合金来说，铁相是关键不利铁相，在正常凝固条件下，铁愈加倾向于形成相结晶，这对铝合金熔铸不利。想要提升废铝合金再生品质，必需要处理杂质铁危害。1.4除Fe方法和进展为了处理铝合金中有害铁相问题，必需大力发展除铁技术。现在，常见除铁方法关键有重力沉降法、离心去除法、电磁分离法、过滤法、熔剂法等等。1.4.1 重力沉降法 图1 Al-Fe-Si 三元相图（a）液相面投影图（b）在0.7%Fe时截面图 图2 Al-Si 二元相图由图一和图二11可知：（Al9Fe2Si2）化合物熔点是576 ,它和Al-Si合金中共晶几乎能够同时析出。所以，利用简单自然沉淀不能实现铁相分离并由此来实现除铁这一目标。然而当Si含量超出7.5%时,Fe在其中将形成-（Al9Fe2Si2）化合物并将以初晶形态析出，进而降低了铝合金中含铁量。而由Al-Si-Fe三元相图得悉，当Fe近共晶铝合金而且含量超出1.5%,在576 以上某温度时，等温精炼而且使得（Al9Fe2Si2）相得到充足沉淀。在理想条件下，抵达 “-Al+Si+（Al9Fe2Si2）”三元共晶点，从而使含铁量降低到0.75%12。这种方法关键有两点，一是要提升铁相熔点，二是要提升铁相密度，使之和熔体密度不一样方便析出。1.4.2 离心去除法离心去除法是一个和重力去除法原理相同方法，它是利用铁相和铝液间密度差，在离心力作用下集中到分离器外壁，从而能够除去铁相。它比重力去除法更为有效，不过这种方法对于大批量炉料来说操作十分不方便而且存在着严重浪费现象13。1.4.3 电磁分离法和传统方法比，这种方法高效、稳定、无污染。外国学者El-Kaddah等 14发觉电磁作用能够用来实现铁金属间化合物和铝熔体分离。学者李天晓等 15 则采取稳恒磁场和正交直流电场对Al-12%Si-1.1%Fe-1.2%Mn合金进行连续净化处理,经过一次电磁分离全部去除铝熔体中大于10m初生富铁相,使得铝熔体中铁含量由1.13%降低至0.67%，在重熔后经过二次电磁分离处理可使得铁含量深入降低至0.41%。1.4.4 过滤法过滤法是利用过滤介质对铝熔体进行过滤处理，常见介质通常含有Mn、Cr、Ni等成份。过滤材质则通常关键有三种：玻璃丝布、管式陶瓷、泡沫陶瓷，它们各有优缺点，房文斌等则利用泡沫陶瓷复合净化铝熔体来有效使铝熔体中含铁量降低从而提升材料性能16，图3所表示装置和过滤机理。图3 泡沫陶瓷过滤片和过滤机理1.4.5 熔剂法在废铝再生熔炼过程中往往使用如覆盖剂、精炼剂、变质剂等多种熔剂，这么能够降低烧损，去除部分非金属夹杂物，细化晶粒。1.5 本课题内容及意义多年来，废铝再生得到了长足进步，相当一部分铝制品由再生铝制造，而且能够预见在绿色可连续发展大时代专题下，再生铝占铝产量百分比还将深入提升。不过有效除铁技术稀缺成为了废铝再生技术瓶颈之一，怎样有效除铁已经越来越受到相关人士注意。熔剂法是一个有效除杂方法，在市面上已经存在很多熔剂，多年来已经出现了除镁剂17，不过以除铁为目标熔剂能够说还是空白，研究发觉，Mn是一个有效除铁元素，所以本课题选择氯化锰作为熔剂进行去除铝合金中铁元素试验，经过试验对比在不一样加入量、保温时间、反应温度氯化锰除铁效果，以期发觉一套高效除铁工艺方案。2 试验内容及方法2.1原理分析研究表明Mn能够除铁18，使用氯化锰作为熔剂，其在废铝再生熔炼试验中作用在于，氯化锰拥有很好熔点和密度，也有着较高反应效率。在铝熔体中，氯化锰通常和铝发生以下反应19：3MnCl2+2Al=3Mn+2AlCl3这么反应生成AlCl3沸点是183摄氏度，这能够将铁相带出液体。同时，经过反应置换得到Mn还能够有效降低铁相有害作用，它和铁会生成较为复杂多元化合物，这么能够使得有害针状铁相发生转变，成为鱼骨状、花卉状或汉字状铁锰化合物，降低富铁相对再生铝毒害作用，这对于铝合金性能改善显然是有利20。在铝合金熔体中添加Mn元素，而且使熔体在超出液相线温度周围进行保温，能使合金析出初生富铁相，在这以后使用过滤方法将富铁相从铝液中分离，从而达成除铁目标。另外，锰还能够阻止铝合金在熔炼过程中再结晶过程，并能提升再结晶温度，使得再结晶晶粒显著细化，这关键是经过MnAl6化合物弥散质点来对再结晶晶粒长大起阻碍作用。氯化锰熔点为650，比重则是2.977（g/cm3）。2.2 试验工艺步骤及各部分要求本课题试验工艺步骤关键有这四步：原料准备、熔炼、除铁、检验。图2.2.1 再生铝熔炼工艺步骤图。氯化锰除铁工艺研究 原料计算 原料预处理加热熔炼浇铸原样测量温度成份分析（光谱仪）称取氯化锰熔剂金相分析（显微镜）式样分析按时间段分别取样硬度分析（维氏）渣相分析（XRD）取渣浇铸图2.2.1 再生铝熔炼工艺步骤图2.2.1 原料准备此次试验所使用废铝原料因为其品质较为繁多，参差不齐，所以在进行熔炼前需要分选。其次，原料尺寸必需符合加热炉容量，所以还需要事先对原料进行切割。然后再对切割好原料进行初步清理，尽可能降低非金属夹杂物。氯化锰轻易受潮，所以使用氯化锰熔剂需要事先检验，对其进行干燥研磨处理。2.2.2 熔炼将准备好适宜尺寸大小废铝大约2KG加入熔炼炉中，调好感应炉功率后开始加热至液相线温度以上，使之完全熔化。完全熔化后浇铸原样并做好标识，以后降低功率，维持温度。2.2.3 除铁在铝熔体温度达成要求温度时，加入事先计算称量并预处理过氯化锰熔剂，熔剂必需使用药品压入工具，压入铝溶液中并适度搅拌，使熔剂在铝液中充足反应。搅拌时候需要避免搅动铝液底部熔渣。2.2.4 浇铸在熔剂氯化锰加入到预定时间时分别取样浇铸，将熔体浇铸到模具中，在空气中自然冷却至完全凝固时将其取出模具，并换用水冷方法待完全冷却后擦干、标识。在使用水冷之前必需确保铝锭已经凝固完全。另外铝液严禁接触水，全部和铝液接触工具必需全部烘干。在试验样全部取完后，将剩下铝液取出并浇铸到模具中同时关炉冷却，一样将浇铸好铝锭先空冷后水冷，在完全冷却后标识。等感应炉冷却完成后对炉子进行清理，方便于下一次试验。2.2.5 检验将标识好式样优异行成份分析，测试其含铁量，并统计数据。全部完成后，对式样进行切割，得到适宜大小，将其抛磨，进行金相分析。截取金相图。将金相分析后式样进行硬度分析，统计数据、保留硬度分析汇报。2.3 试验用料、设备及使用要求2.3.1 试验用原料除铁熔剂：氯化锰耐高温隔离涂层：二氧化钛、氧化锌、硅酸钠、中性氧化铝试剂名称品质规格生产商氯化锰500gAR江苏永华精细化学品二氧化钛分析纯AR江苏永华精细化学品氧化锌分析纯江苏强盛化工硅酸钠分析纯AR江苏永华精细化学品中性氧化铝500gAR国药集团化学试剂2.3.2 仪器设备中频感应加热设备XBZ-25昆山雄霸精密机电设备熔炼废铝工业冷水机东莞市捷佳机械冷却熔炉智能数显控制仪XWP-C803-01包头市永华仪器仪表电子台称TCS大河电子称量废铝电子天平EL204梅特勒-托利多仪器称量药品金相试样切割机Q-2A莱州市蔚仪试验器械制造切割浇铸式样SPECTRO光谱仪LAB M10德国斯派克分析仪器企业分析式样化学成份X射线粉末衍射仪D/MAX-2200/PC日本Rigaku企业分析炉渣成份其它器材：显微维氏硬度计、天平、漏勺、取样勺、搅拌棒、热电偶、药品压入工具、取样模具、药匙。2.3.3 使用要求1. 中频感应加热设备使用要求：（1）打开总开关，先打开后面板空气开关，再打开前面板控制电源开关。（2）打开冷却水，一定要确定水流流动正常。（3）调整感应炉参数（4）加入铝块，并开始加热，开始时能够适度调高功率，使铝块快速熔化，以后降低功率，维持熔体恒定温度。（5）使用完成，先关加热开关，保持冷水循环开启，半小时后炉子冷却至适宜温度方可关闭冷缺开关。2. SPECTRO光谱仪使用要求（1） 选择分析程序，校准标样（2） 输入相关信息（炉号、规格等），将式样放在分析平台上，开始检测；（3） 分析RSD值是否超出要求3. 其它要求热电偶：和铝液接触部分必需涂覆耐高温隔离层，而且每次使用前检验、烘干工具，预防铝液爆溅。热电偶前端不能触碰炉底，不然会造成较大数据误差。药品压入工具、搅拌棒、漏勺、取样勺：这些铁质工具必需涂覆耐高温隔离层，预防和铝液直接接触，带入有害元素铁。在每次使用前必需先检验而且确保烘干水分，预防铝液爆溅。2.4 欲达成目标在试验中关键研究以下参数对除铁效率影响：（1） 除铁效果最好氯化锰加入量（相对百分比）（2） 除铁效果最好保温时间（3） 除铁效果最好加入温度由综合上述三条得出最好氯化锰除铁工艺。3.结果和讨论3.1 加入量影响试验采取是熔剂压入法，研究是氯化锰加入量对除铁效果影响，在试验温度分别为720-750、750-780、780-800时浇铸原样做好标识，在这以后分别加入0.8%、1.0%、1.2%、1.5%氯化锰并进行保温，观察试验现象发觉，在加入以后，反应十分猛烈，产生了大量明亮白色火花，并伴有白烟出现，在溅出火星冷却后能够看到银白色颗粒。这是Cl-和Al猛烈反应生成了AlCl3气体，同时在反应过后一段时间，铝液表面存在着大量废渣。在搅拌过程中，仍有大量废渣浮出。在恒温15min取出式样1，恒温25min取出式样2，恒温35min取出式样3，恒温45min取出式样4。选择同一温度，同一保温时间式样进行分析。试验式样经过光谱仪成份分析得到数据列表1以下：表1 加入量对MnCl2除铁效果影响（wt%）加入量（wt%）除铁前除铁后除铁率（%）0.80.79550.72359.05%1.00.8140.71811.79%1.20.7570.71855.09%1.50.830.701515.48%图，在温度为720-750时，氯化锰除铁效果大致是伴随加入量增加而增加。在加入量较少时，显然没有将废铝中铁除净，当加入量加大时，反应逐步增多，除铁效果也随之上升。以后进行在790摄氏度左右时情况，如表2表2 加入量对MnCl2除铁效果影响（wt%）加入量（wt%）除铁前除铁后除铁率（%）0.80.7530.72753.39%1.00.74850.7233.41%1.20.82050.7992.50%1.50.80050.7733.44%一样大致趋势全部是伴随氯化锰加入量增加而增加，图3.1.1所表示。图3.1.1 730时加入量对除铁率影响图中，横轴为加入量（相对百分比），纵轴为除铁率。图3.1.2 790时加入量对除铁率影响由图3.1.2能够更为直观看到，加入量对除铁率影响，在加入量为1.5%时，反应得到最大化，除铁效果最为显著。另外，还进行了金相分析。以保温温度730，加入量为1.5%为例。得到金相图以下：图3.1.3 730时浇铸原样铝合金相图（400x）图3.1.3为730时浇铸原样铝合金相图，这是未经处理废铝，在图上呈较为密集不规则状是硅相，呈较深颜色片状、针状是铁相，图上存在着大量片状、针状铁相，这些铁相割裂了铝合金基体，严重阻碍着铝合金性能。在730浇铸原样后，加入相对百分比为1.5%干燥氯化锰熔剂，恒温情况下保温35分钟。浇铸式样，对其进行金相分析，得到图3.1.4图3.1.4 730时加入相对百分比为1.5%氯化锰熔剂，保温35min铝合金相（400x）图中鱼骨状为铁相，浅色无规则状是硅相，片状、针状是铁相。和图3.1.1相比较，大量针状、片状有害铁相已经在锰作用下转化成了无害铁相，铝合金性能得到提升。另外，再将这两组式样进行硬度分析，发觉原样维氏硬度为84.94，经过处理后式样维氏硬度为78.96。因为铁相存在，铝合金硬度会得到提升，这也是造成铝合金加工难度大，力学性能尤其是脆性降低原因。而在经过处理以后硬度下降了不少，这也反应了铝合金含铁量下降了。3.2 保温时间影响将反应为同一温度、加入量为同一百分比式样进行分析。在保温温度730，加入量百分比为1.5%时，得到数据图图3.2.1图3.2.1 730，加入量百分比为1.5%除铁率折线图由图3.2.1可知，在加入氯化锰后除铁率伴随保温时间增加而增加，在0-15min间，氯化锰和铝熔体中铁猛烈反应，除铁率上升很快，伴随保温时间进行，在25-45min内，除铁率增加趋于缓解，反应也趋于缓解而且在45min时达成顶峰。图3.2.2保温温度760，加入量为1.5%数据图图3.2.3保温温度790，加入量为1.5%数据图图3.2.2和图3.2.3分别为保温温度760和790，加入量为1.5%数据图，一样能够看出，氯化锰除铁效果是伴随保温时间增加而增加，而且在保温45min时候达成最高值。在试验过程中，还发觉了部分情况，因为试验使用是中频感应加热设备，其容量较小，本该沉降在设备底部以待扒出铁渣没措施立即取出，造成其在铝熔体流动同时也随之流动，这也产生了部分问题数据，出现了伴随时间增加而除铁效率反而下降情况，这也给试验带来了一定误差。因为这种情况出现，为了确保试验正确性，所以使用了精炼剂来辅助铁渣析出、分离。并经过分析得到炉渣成份来确定除铁效果。在熔炼过程中加入精炼剂后，取出灰渣，将其制成适合分析粉末状进行XRD分析，得到XRD谱线图3.2.4。图3.2.4 经过熔剂处理过铝渣XRD谱线由图可知，灰渣中成份包含FeCl2、MnFe2O4、Fe2O3，这证实确实氯化锰除铁剂能够和铁结合形成复杂化合物析出，从而降低了铁含量。3.3 保温温度影响试验中试验了3个温度范围，分别是720-750、750-780、780-800，选择保温时间45分钟式样进行分析，图3.3.1。图3.3.1 不一样保温温度下各个百分比除铁率图中能够较为直观看出，在温度较低730和760左右，除铁效率相对于790来说是比较高，通常情况下氯化锰熔点为650，在氯化锰加入铝熔体后会由Al置换出Mn，Mn能够和铁形成复杂化合物从而除铁，另外Mn也能够使得铁由相向相转变，减低对铝合金毒害作用，不过当温度升高时，Mn在接触空气过程中易于氧化，这会造成部分氯化锰熔剂损耗，所以使得能够用于反应Mn降低，自然除铁效果就不如之前温度较低情况了。而在温度比较低时候氯化锰极难和铝熔体充足接触，除铁效果很差，所以氯化锰理想温度是720-750左右。试验在浇铸过程中也出现了部分问题，在温度较高时候进行浇铸作业时，因为内外温差过大，外表已经快速凝固，而内部气体来不及排出从而凝固在铸件中形成反应性气孔，另外铸件在凝固过程中，金属液体积快速收缩，而金属液却没有得到有效补充，这么也会造成缩孔。图3.3.2图3.3.2 高温铝合金浇筑过程中缩孔现象这种情况出现也对试验造成了一定麻烦，因为内部缩孔存在，浇铸出来铝锭在力学性能上存在着很大缺点，也不利于对铝锭进行加工。所以，在较高温度浇铸时需要适度摇摆模具，使得金属液充足流动，填充之前收缩留下缺孔。综上，氯化锰熔剂除铁最适保温温度为720-750摄氏度。3.4 最好工艺及检测结果显示综合三个影响原因加入量、保温时间、保温温度考虑，氯化锰除铁最好工艺是在720-750摄氏度反应温度下，加入占铝液总质量1.5%干燥氯化锰熔剂，恒温保温45min。表3.4.1是反应前后硬度改变。表3.4.1 处理前后硬度改变表温度/保温时间/min添加量/%含铁量HV730原样- 0.7235100.573045 1.5 0.7015 69.2图3.4.1 730未经过熔剂处理后铝合金相图（400x）图3.4.2 730经过熔剂处理后铝合金相图（400x）图3.4.1和图3.4.2分别是730情况下反应前和反应后金相图。由上述可知，在经过氯化锰作为熔剂处理以后，铝合金含铁量由0.7235下降到0.7015，HV硬度由100.5下降到69.2，这说明氯化锰作为熔剂去除铝合金中有害铁相是有效果，另外图3.4.1和图3.4.2上能够看出，在未经过熔剂处理前，铝合金相图里存在着大量有害片状、针状铁相，这对铝合金性能是不利，在经过处理以后铝合金相图上片状、针状铁相大大降低，有部分铁相转化为了无害鱼骨状铁相，这也证实了氯化锰作为熔剂去除铝合金中铁元素含量是有效果。4.结论本试验关键研究，利用氯化锰作为熔剂来除去废铝再生中铁，经过一系列控制工艺试验，并分析得到数据，得出结论以下：1. 氯化锰熔剂最好加入量是1.5%。氯化锰除铁效果伴随加入量增加而增加，在加入量较少时，效果较为显著，当增加到1.5%以上时趋于缓解，大于1.5%加入量效果并不比1.5%好，存在着浪费原料现象，综合考虑，故选1.5%加入量为佳。2. 氯化锰作为熔剂加入铝熔体后最好保温时间是45min。在45min前，氯化锰除铁效果伴随保温时间增加而增加，在45min以后因为保温炉内炉渣无法取出使得含铁量反而上升了，所以选择45min保温时间为佳。3. 利用氯化锰作为熔剂除铁最好反应温度是720-750范围内。当温度低于720时效果并不是很显著，当温度高于750时，氯化锰在加入过程中浪费现象严重，且过高温度对于除铁效果并没有多大提升，故选择720-750温度范围。4. 铝渣XRD分析表明含有FeCl2、MnFe2O4、Fe2O3，证实氯化锰和铁发生了反应，使得铝合金中铁含量有效降低。5. 氯化锰除铁后铝合金硬度下降。铝合金中有害铁相降低使得铝合金硬度显著下降，加工难度降低。5.致谢本文是在导师孙德勤副教授精心指导下完成，老师用她渊博专业知识和富有发明性思维，帮助我处理了试验研究中很多难题。从老师身上，我不仅能够学到很多专业知识，也能够学习到很多实用试验手法，让我动手能力有了很大提升，也一改以前狭窄思维路线。老师和蔼可亲，谈吐风趣幽默，工作时一丝不苟，在试验这段时间内和老师相处十分愉快，在此向孙老师表示最真挚敬意和最真挚感谢！试验中，我还得到了本小组其它组员大力帮助，我和她们度过了一段很美好试验时光，在此也向我组员：王坤、杨应凡、许晓伟、刘琳表示感谢。另外尤其感谢学弟杨康帮助，谢谢。6.参考文件1 施惠生主编.材料概论M. 同济大学出版社，：36-39.2 邱竹贤.铝电解原理和应用M.中国矿业大学出版社,1998.3 高安江,王刚,曲信磊,刘璐.废铝再生预处理过程中杂质分离和分类分选技术研究J 再生资源和循环经济 ,8(2):34-354 黄莫一杰;任贤魏.浅谈再生铝回收及利用技术J铝加工,(6):53-545 聂铁安.再生铝合金熔炼工艺技术J冶金丛刊，,(3):486 陈维平,万兵兵,彭继华,朱德