氯化錳去除鋁合金中鐵元素的工藝試驗

本科畢業(yè)設計（論文）題目氯化錳去除鋁合金中鐵元素的工藝試驗學院化學與材料工程學院年級12專業(yè)金屬材料班級金屬材料122學號學生姓名校內導師職稱論文提交日期2021-05-01常熟理工學院本科畢業(yè)設計(論文)誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計(論文)，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。本人簽名：日期：常熟理工學院本科畢業(yè)設計(論文)使用授權說明本人完全了解常熟理工學院有關收集、保留和使用畢業(yè)設計(論文)的規(guī)定，即：本科生在校期間進行畢業(yè)設計(論文)工作的知識產權單位屬常熟理工學院。學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許畢業(yè)設計(論文)被查閱和借閱；學?？梢詫厴I(yè)設計(論文)的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編畢業(yè)設計（論文），并且本人電子文檔和紙質論文的內容相一致。保密的畢業(yè)設計(論文)在解密后遵守此規(guī)定。本人簽名：日期：導師簽名：日期：常熟理工學院畢業(yè)設計（論文）.緒論1.1廢鋁再生的意義在現(xiàn)代社會使用的材料中，鋁占據(jù)著金屬材料的第二，僅次于鋼鐵的使用量。與鐵相比較，鋁的密度要小，純鋁為2.7g/cm3，故在同等體積下，鋁要比鐵輕二倍。而鋁的導熱性和導電性排在金、銀、銅之后，居于第四，另外鋁的塑性和抗氧化性都比較好[1]。鋁合金可以說廣泛的應用于交通、建筑、電子制造、機械制造等軍用和民用行業(yè)中，在我國乃至全世界每年都有大量的鋁被冶煉開發(fā)，是經濟發(fā)展的支柱產業(yè)之一。鋁和許多其他的資源一樣屬于不可再生資源，雖然說鋁的蘊藏量非常大，但是按目前的生產狀況，很難持續(xù)的發(fā)展，并且鋁金屬冶煉采用的是電解法，這也意味著需要消耗大量的電能[2]，同時由于技術限制，電解鋁對環(huán)境的影響非常大，這也是目前來說限制著鋁業(yè)發(fā)展的原因之一。另一方面，每年有大量的鋁資源被浪費，既浪費資源又污染環(huán)境，因此如何有效的解決廢鋁資源再生成為現(xiàn)代鋁業(yè)發(fā)展的關鍵之一，尤其是近年來資源再生利用這一課題在世界范圍內越來越得到各界人士的關注。鋁暴露在空氣中，其表面會形成一層致密的氧化膜，這對鋁的性能起著重要的保護作用，這使得鋁的再利用率較高，而且廢鋁的來源非常廣泛，小至電子元件大至大型機械都可以回收利用。與原鋁電解相比，廢鋁再生更加節(jié)約能源，更為經濟、環(huán)保，也就更加符合當下發(fā)展的主題，因此這項技術在未來勢必成為鋁合金生產的主流之一。1.2廢鋁再生的技術現(xiàn)狀材料回收技術就目前來說，全球廢鋁再生發(fā)展很不均衡，在一些西方的發(fā)達國家中，無論是在廢鋁的回收體系還是說在廢鋁合金的回收技術上都較為成熟，像日本的再生鋁可以占到鋁業(yè)生產的95%，德國可以達到54%，而美國也可以達到52%，但是我國在這方面才剛剛起步，并沒有完善的產業(yè)體系，企業(yè)也以中小型企業(yè)為主，在設備和工藝上較為落后，這也加大了鋁資源浪費問題，整體上利用率偏低，并且企業(yè)對于原料的管理方式也不妥，在一定程度上也造成了許多不必要的浪費。1.2.2預處理技術（1）分離輕質量雜質技術：包含應用較為廣泛的兩種方法，風選法分離廢紙、廢塑料和塵土和浮選法分離輕質雜質。前者是利用材料密度不同通入一定壓力的風將密度低于鋁的雜質吹走，主要目的是去除廢紙、廢塑料和塵土等雜質。特點是工藝簡單，能夠高效分離密度小的輕質夾雜物，但是對于工作區(qū)域有著嚴格的要求，以避免環(huán)境污染和對人體的傷害。后者則是利用材料的密度差來分離不同材料，這種方法簡單易行，在歐美國家應用非常廣泛，根據(jù)浮選介質分為干式和濕式，干式浮選法采用干砂為介質，并通人高壓空氣以產生氣泡和對流作用，而后將其流化，廢料經烘干、脫油后進入流化床分離。濕式浮選采用水或水溶體為介質，利用螺旋式推進器，將廢塑料、橡膠、木頭等密度低于水的雜質分離，之后推出廢鋁料，將污水排人沉淀池，以便重復利用。（2）分離涂層及有機非金屬雜質技術：對于廢舊易拉罐、牙膏皮、鋁導線等表面有保護層和裝潢油漆或者塑料表皮的廢鋁原料，應該先將這些雜質分離。（3）流化床法：由加拿大鋁業(yè)公司（Alcan）開發(fā)的用于除漆的方法。其作用原理為：將流化床中的介質加熱到一定溫度(介于有機物完全分解溫度450℃與廢鋁熔點之間)，細小的流化粒子在上升氣流作用下懸浮，類似于沸騰液體，當把廢雜鋁加入流化床中后，其表面上的有機涂層與介質及流化氣體接觸，并在加熱溫度下開始分解。由于廢料處于運動狀態(tài)，熱交換速度比常規(guī)除漆裝置內的快5～lO倍，再加上溫度均勻，即使是很薄的鋁箔都不會熔化，鋁的氧化少，因而此法具有效率高、氧化少、回收率高等特點。（4）磁選法磁選法主要用于分離鐵及磁性材料，其工藝簡單，設備投資少，分離效果顯著?？煞譃橛来藕碗姶艃煞N。（5）渦流法：利用物質的電導率和密度不同，在同一磁場所受洛倫茲力不同，在該力作用下做平拋運動拋出的距離也不同，最終實現(xiàn)物質分選[3]。（6）分選與拆解技術：顧名思義，分選就是分出一些如塑料、橡膠等非鋁物質，而拆解就是去除與鋁連接的一些有色金屬件比如鋼鐵。這是因為鋁類制品在被消費和使用后進入廢棄場所，本身就會染上一些污染物，另外廢鋁的來源太過于廣泛，種類繁多，在回收的過程中自然而然的會帶上各種非鋁夾雜物，這些夾雜物在對廢鋁進行熔煉過程中也會發(fā)生物理化學反應，這對環(huán)境也是有一定影響的。就目前來說，國外一些發(fā)達的國家已經建立了完整的廢鋁回收系統(tǒng)，這使得廢鋁能夠按照其品質的不同進行回收存儲，同時還建立了專業(yè)的廢鋁處理站，利用機械化來分選和拆解廢鋁，這大大減少了工作量提高了廢鋁回收效率。但是，我國在廢鋁回收市場這方面基本處于無序狀態(tài)，并沒有像國外那樣的完整的廢鋁回收系統(tǒng)，與世界先進水平的差距較大。（7）細分與提純技術：提純對于廢鋁再生來說是一個重要的環(huán)節(jié)，這項技術是指將廢鋁按鋁含量的高低分成幾個等級，便于進行有差別的分類回收，這能使廢鋁得到最大程度的利用。細分方法主要是按其成分分為幾大類，比如鋁硅合金、鋁鎂合金等，這樣可以減輕廢鋁熔煉過程中的工作量，同時還能綜合利用廢鋁中的有效合金成分[4]。1.2.3熔煉技術（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攝氏度的范圍內進行熔煉的工藝方法。這種工藝在熔煉初中期可以達到的效果有：1.減少如MN、Li、Mg、Zn、Na等比鋁蒸汽壓低的元素的損失，降低金屬的損耗，同時也能將一些帶入爐內的油漆、粘結劑、涂料等物質蒸發(fā)或者造渣；2.可以將廢鋁零件中的非鋁鑲嵌件扒出，以免導致鋁合金中的有害成分特別是Fe、Cu等增加，有利于控制鋁合金的化學成分；3.避免鋁合金的致密氧化膜的損耗，因而防止熔體的“過熔”[5]。（2）鋁熔體的凈化鋁熔體的凈化可以分為吸附凈化和非吸附凈化。前者包括真空凈化法、超聲波凈化法和電磁凈化法，但是受到其設備和成本的限制，使用較少?，F(xiàn)代企業(yè)常用的是后者，它包含熔劑法、旋轉噴吹法和旋轉噴射熔劑法等。熔劑法使用由氯化鈉、氟化鹽、氧化性鹽、稀土化合物組成的除渣熔劑。就目前來說，部分國產的熔劑的凈化效果較好，但是渣鋁分離較差，而且鋁液氧化、二次污染嚴重，其在凈化時產生的煙氣對人、設備、環(huán)境均不利。進口熔劑雖然性能優(yōu)秀，但是其成本太高，不利于國內企業(yè)使用，而近年來發(fā)展起來的稀土復合精煉劑不僅在除渣上高效，還能對細化熔體，使之變質，前景較好。在國內外再生鋁企業(yè)中，在線除氣主要采用的是旋轉噴吹技術(SNIF、Alpur、RDU、GBF等)。這是通過提高轉子轉速、氣體流量和進氣壓力從而減小凈化氣泡的尺寸，進而有利于熔體除渣除氫，但是這些工藝參數(shù)的改變會產生一定負面影響，比如產生旋渦、合泡、卷進夾雜、降低熔體溫度等。熔劑法和旋轉噴吹法有機結合就是旋轉噴吹熔劑法，該法要點是以惰性氣體為載體，將熔劑以細顆粒狀通過旋轉石墨轉子噴入鋁熔池中[6]。（3）連續(xù)熔煉和處理工藝這是近年來發(fā)達國家在生產中的創(chuàng)新技術，它可以使得低品位的廢鋁變成可以用于制造供鑄造、壓鑄、軋制的再生鋁錠。（4）廢鋁的液化分離技術這是今后再生鋁的發(fā)展方向之一，由于將預處理和熔煉結合，因而縮短了工藝流程，減少了廢鋁再生過程中的污染，也提高了廢鋁回收利用率[7]1.2.4產品類型目前，我國廢鋁再生產品大多用來做鑄造件或者是原始坯料，這一方面由于我國的廢鋁回收分類和預處理技術不高，沒有完善的回收體系，使得回收的廢鋁種類成分太過龐雜，加劇了再生工藝的難度，另一方面由于企業(yè)的技術特點，對于回收來的廢鋁沒有很好的辦法進行精煉，這樣就導致了廢鋁再生的產品只能用于制造鑄件或者原始坯料。而就我國目前的廢鋁產業(yè)來說，產品主要可以分為以下幾種類型。（1）冶煉生產型在廢鋁交易的基礎上,從事合金鋁冶煉及型材鋁棒的生產。材料來源從國內回收的廢雜鋁以及從國外進口的廢鋁。（2）回收集散型這些市場并不對鋁進行深加工,只是把所收購的廢鋁進行簡單的拆卸、分撿等工作。此類市場在全國非常普遍。（3）生產加工型兼回收、生產、冶煉的工作。此外還有深層次的加工。例如,加工成鋁棒、鋁材重新得到利用。（4）出口加工型原料主要來自國外,同時產品也銷往國外。這類產業(yè)一般都是工業(yè)化水平較高,設備先進,可以帶動整個國內鋁工業(yè)的發(fā)展[8]。1.3廢鋁再生的技術瓶頸我國的再生鋁行業(yè)存在著很大問題，主要表現(xiàn)在這幾方面：第一，中國的再生鋁總體水平低，存在大量的低品質的鋁制品，資源配置不合理；第二，再生鋁品種結構單一，許多冶煉廠設備工藝都較為簡陋且對環(huán)境影響較大；第三，我國廢鋁回收處在無序狀態(tài)，還沒有完整的回收體系；第四，技術水平低沒有新熔煉劑，廢鋁回收研發(fā)投資太少處理技術較為落后[8]。我國的廢鋁來源非常廣泛，并且由于回收體系的缺乏回收的廢鋁成分品質參差不齊，很多廢鋁在回收的同時也攜帶了大量的夾雜物，夾雜著許多有害的元素，這也往往制約了廢鋁再生技術的發(fā)展。在眾多的危害元素中，F(xiàn)e是最明顯的影響元素之一，在廢鋁尤其是低品質的鋁中它的含量非常高，并且在合金爐料的回用過程中鐵質坩堝、鐵質工具等的使用也使得鐵含量的增加在所難免。在鋁合金中，隨著鐵含量的增加，它在金相組織中會形成一些針、片狀的脆性鐵相，這些組織本身硬度非常高，往往會割裂鋁合金基體，影響著鋁合金的力學性能，也給之后的零件加工增加了難度[9]。另外，鐵容易和其他雜質以金屬間化合物的形態(tài)存在，較為常見的是α-鐵相和β-鐵相兩種，它們的晶體結構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的，而β-Al5FeSi則是以針狀形式存在[10]。而對鋁合金來說，β鐵相是主要的不利鐵相，在正常的凝固條件下，鐵更加傾向于形成β相的結晶，這對鋁合金的熔鑄不利。想要提高廢鋁合金再生品質，必須要解決雜質鐵的危害。1.4除Fe的方法和進展為了解決鋁合金中有害鐵相問題，必須大力發(fā)展除鐵技術。目前，常用的除鐵方法主要有重力沉降法、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時的截面圖圖2Al-Si二元相圖由圖一和圖二[11]可知：β（Al9Fe2Si2）化合物的熔點是576℃,它與Al-Si合金中共晶幾乎可以同時析出。因此，利用簡單的自然沉淀不能實現(xiàn)鐵相的分離并由此來實現(xiàn)除鐵這一目的。然而當Si的含量超過7.5%時,Fe在其中將形成β-（Al9Fe2Si2）化合物并將以初晶形態(tài)析出，進而減少了鋁合金中的含鐵量。而由Al-Si-Fe三元相圖得知，當Fe近共晶鋁合金并且含量超過1.5%,在576℃以上某溫度時，等溫精煉并且使得β（Al9Fe2Si2）相得到充分的沉淀。在理想的條件下，到達“α-Al+Si+β（Al9Fe2Si2）”三元共晶點，從而使含鐵量降低到0.75%[12]。這種方法的關鍵有兩點，一是要提高鐵相的熔點，二是要提高鐵相密度，使之與熔體密度不同方便析出。1.4.2離心去除法離心去除法是一種與重力去除法原理相似的方法，它是利用鐵相與鋁液間的密度差，在離心力的作用下集中到分離器外壁，從而可以除去鐵相。它比重力去除法更為有效，但是這種方法對于大批量的爐料來說操作十分不方便并且存在著嚴重的浪費現(xiàn)象[13]。1.4.3電磁分離法與傳統(tǒng)方法比，這種方法高效、穩(wěn)定、無污染。外國學者El-Kaddah等[14]發(fā)現(xiàn)電磁作用可以用來實現(xiàn)鐵金屬間化合物與鋁熔體的分離。學者李天曉等[15]則采用穩(wěn)恒磁場和正交的直流電場對Al-12%Si-1.1%Fe-1.2%Mn合金進行連續(xù)凈化處理,經過一次電磁分離全部去除鋁熔體中大于10μm的初生富鐵相,使得鋁熔體中的鐵含量由1.13%降低至0.67%，在重熔后經過二次電磁分離處理可使得鐵含量進一步降低至0.41%。1.4.4過濾法過濾法是利用過濾介質對鋁熔體進行過濾處理，常用的介質通常含有Mn、Cr、Ni等成分。過濾的材質則通常主要有三種：玻璃絲布、管式陶瓷、泡沫陶瓷，它們各有優(yōu)缺點，房文斌等則利用泡沫陶瓷復合凈化鋁熔體來有效的使鋁熔體中的含鐵量降低從而提高材料的性能[16]，如圖3所示裝置和過濾機理。圖3泡沫陶瓷的過濾片和過濾機理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、變質劑等各種熔劑，這樣可以減少燒損，去除一些非金屬夾雜物，細化晶粒。1.5本課題的內容及意義近年來，廢鋁再生得到了長足的進步，相當一部分的鋁制品由再生鋁制造，并且可以預見在綠色可持續(xù)發(fā)展的大時代主題下，再生鋁占鋁產量的比例還將進一步提高。但是有效除鐵技術的稀缺成為了廢鋁再生的技術瓶頸之一，如何有效的除鐵已經越來越受到相關人士的注意。熔劑法是一種有效的除雜方法，在市面上已經存在許多熔劑，近年來已經出現(xiàn)了除鎂劑[17]，但是以除鐵為目的的熔劑可以說還是空白的，研究發(fā)現(xiàn)，Mn是一種有效的除鐵元素，因此本課題選用氯化錳作為熔劑進行去除鋁合金中的鐵元素的實驗，通過實驗對比在不同加入量、保溫時間、反應溫度氯化錳的除鐵效果，以期發(fā)現(xiàn)一套高效的除鐵工藝方案。2實驗內容及方法2.1原理分析研究表明Mn可以除鐵[18]，使用氯化錳作為熔劑，其在廢鋁再生熔煉實驗中的作用在于，氯化錳擁有較好的熔點和密度，也有著較高的反應效率。在鋁熔體中，氯化錳通常和鋁發(fā)生如下反應[19]：3MnCl2+2Al=3Mn+2AlCl3↑這樣反應生成的AlCl3的沸點是183攝氏度，這能夠將鐵相帶出液體。同時，通過反應置換得到的Mn還可以有效的降低鐵相的有害作用，它與鐵會生成較為復雜的多元化合物，這樣可以使得有害的針狀鐵相發(fā)生轉變，成為魚骨狀、花卉狀或者漢字狀的鐵錳化合物，減少富鐵相對再生鋁的毒害作用，這對于鋁合金性能的改善顯然是有利的[20]。在鋁合金熔體中添加Mn元素，并且使熔體在超過液相線溫度的附近進行保溫，能使合金析出初生富鐵相，在這之后使用過濾的方法將富鐵相從鋁液中分離，從而達到除鐵的目的。另外，錳還可以阻止鋁合金在熔煉過程中的再結晶過程，并能提高再結晶的溫度，使得再結晶晶粒顯著細化，這主要是通過MnAl6化合物彌散質點來對再結晶晶粒的長大起阻礙作用。氯化錳的熔點為650℃，比重則是2.977（g/cm3）。2.2實驗工藝流程及各部分要求本課題實驗工藝流程主要有這四步：原料準備、熔煉、除鐵、檢驗。如圖2.2.1再生鋁熔煉工藝流程圖。氯化錳除鐵工藝研究氯化錳除鐵工藝研究原料計算原料計算原料預處理原料預處理加熱熔煉加熱熔煉澆鑄原樣 測量溫度澆鑄原樣成分分析（光譜儀）稱取氯化錳熔劑成分分析（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再生鋁熔煉工藝流程圖2.2.1原料準備本次實驗所使用的廢鋁原料由于其品質較為繁多，參差不齊，所以在進行熔煉前需要分選。其次，原料的尺寸必須符合加熱爐的容量，所以還需要事先對原料進行切割。然后再對切割好的原料進行初步清理，盡量減少非金屬夾雜物。氯化錳容易受潮，所以使用的氯化錳熔劑需要事先檢查，對其進行干燥研磨處理。2.2.2熔煉將準備好的合適尺寸大小的廢鋁大約2KG加入熔煉爐中，調好感應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記，之后降低功率，維持溫度。2.2.3除鐵在鋁熔體溫度達到要求溫度時，加入事先計算稱量并預處理過的氯化錳熔劑，熔劑必須使用藥品壓入工具，壓入鋁溶液中并適度攪拌，使熔劑在鋁液中充分反應。攪拌的時候需要避免攪動鋁液底部的熔渣。2.2.4澆鑄在熔劑氯化錳加入到預定時間時分別取樣澆鑄，將熔體澆鑄到模具中，在空氣中自然冷卻至完全凝固時將其取出模具，并換用水冷方式待完全冷卻后擦干、標記。在使用水冷之前必須確保鋁錠已經凝固完全。另外鋁液嚴禁接觸水，所有與鋁液接觸的工具必須全部烘干。在試驗樣全部取完后，將剩余鋁液取出并澆鑄到模具中同時關爐冷卻，同樣將澆鑄好的鋁錠先空冷后水冷，在完全冷卻后標記。等感應爐冷卻完畢后對爐子進行清理，以便于下一次實驗。2.2.5檢驗將標記好的式樣先進行成分分析，測試其含鐵量，并記錄數(shù)據(jù)。全部完成后，對式樣進行切割，得到合適的大小，將其拋磨，進行金相分析。截取金相圖。將金相分析后的式樣進行硬度分析，記錄數(shù)據(jù)、保存硬度分析報告。2.3實驗用料、設備及使用要求2.3.1實驗用原料除鐵熔劑：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規(guī)格生產商氯化錳500gAR江蘇永華精細化學品二氧化鈦分析純AR江蘇永華精細化學品氧化鋅分析純江蘇強盛化工硅酸鈉分析純AR江蘇永華精細化學品中性氧化鋁500gAR國藥集團化學試劑2.3.2儀器設備中頻感應加熱設備XBZ-25昆山雄霸精密機電設備熔煉廢鋁工業(yè)冷水機—東莞市捷佳機械冷卻熔爐智能數(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Q-2A萊州市蔚儀試驗器械制造切割澆鑄式樣SPECTRO光譜儀LABM10德國斯派克分析儀器公司分析式樣化學成分X射線粉末衍射儀D/MAX-2200/PC日本Rigaku公司分析爐渣成分其他器材：顯微維氏硬度計、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.中頻感應加熱設備使用要求：（1）打開總開關，先打開后面板空氣開關，再打開前面板控制電源開關。（2）打開冷卻水，一定要確認水流流動正常。（3）調節(jié)感應爐參數(shù)（4）加入鋁塊，并開始加熱，開始時可以適度調高功率，使鋁塊快速熔化，之后降低功率，維持熔體的恒定溫度。（5）使用完畢，先關加熱開關，保持冷水循環(huán)開啟，半小時后爐子冷卻至合適溫度方可關閉冷缺開關。2.SPECTRO光譜儀使用要求選擇分析程序，校準標樣輸入相關信息（爐號、規(guī)格等），將式樣放在分析平臺上，開始檢測；分析RSD值是否超出規(guī)定3.其他要求熱電偶：與鋁液接觸部分必須涂覆耐高溫隔離層，并且每次使用前檢查、烘干工具，防止鋁液爆濺。熱電偶前端不能觸碰爐底，否則會造成較大數(shù)據(jù)誤差。藥品壓入工具、攪拌棒、漏勺、取樣勺：這些鐵質工具必須涂覆耐高溫隔離層，防止與鋁液直接接觸，帶入有害元素——鐵。在每次使用前必須先檢查并且確保烘干水分，防止鋁液爆濺。2.4欲達到目標在實驗中主要研究以下參數(shù)對除鐵效率的影響：除鐵效果最佳的氯化錳加入量（相對比例）除鐵效果最佳的保溫時間除鐵效果最佳的加入溫度由綜合上述三條得出最佳的氯化錳除鐵工藝。3.結果與討論3.1加入量的影響實驗采用的是熔劑壓入法，研究的是氯化錳加入量對除鐵效果的影響，在實驗溫度分別為720℃-750℃、750℃-780℃、780℃-800℃時澆鑄原樣做好標記，在這之后分別加入0.8%、1.0%、1.2%、1.5%的氯化錳并進行保溫，觀察實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，在加入之后，反應十分劇烈，產生了大量明亮的白色火花，并伴有白煙出現(xiàn)，在濺出的火星冷卻后可以看到銀白色的顆粒。這是Cl-和Al劇烈反應生成了AlCl3氣體，同時在反應過后一段時間，鋁液表面存在著大量的廢渣。在攪拌過程中，仍有大量的廢渣浮出。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。選取同一溫度，同一保溫時間的式樣進行分析。實驗式樣經過光譜儀成分分析得到的數(shù)據(jù)列表1如下：表1加入量對MnCl2除鐵效果的影響（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%如圖，在溫度為720℃-750℃時，氯化錳的除鐵效果大致是隨著加入量的增加而增加的。在加入量較少時，顯然沒有將廢鋁中的鐵除凈，當加入量加大時，反應逐漸增多，除鐵效果也隨之上升。之后進行在790攝氏度左右時的情況，如表2表2加入量對MnCl2除鐵效果的影響（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%同樣大致趨勢都是隨著氯化錳的加入量增加而增加，如圖3.1.1所示。圖3.1.1730℃時加入量對除鐵率的影響圖中，橫軸為加入量（相對比例），縱軸為除鐵率。圖3.1.2790℃時加入量對除鐵率的影響由圖3.1.2可以更為直觀的看到，加入量對除鐵率的影響，在加入量為1.5%時，反應得到最大化，除鐵效果最為明顯。此外，還進行了金相分析。以保溫溫度730℃，加入量為1.5%為例。得到的金相圖如下：圖3.1.3730℃時澆鑄的原樣鋁合金的相圖（400x）圖3.1.3為730℃時澆鑄的原樣鋁合金的相圖，這是未經處理的廢鋁，在圖上呈較為密集的不規(guī)則狀的是硅相，呈較深顏色的片狀、針狀的是β鐵相，圖上存在著大量的片狀、針狀β鐵相，這些鐵相割裂了鋁合金基體，嚴重阻礙著鋁合金的性能。在730℃澆鑄原樣后，加入相對比例為1.5%的干燥的氯化錳熔劑，恒溫情況下保溫35分鐘。澆鑄式樣，對其進行金相分析，得到圖3.1.4圖3.1.4730℃時加入相對比例為1.5%氯化錳熔劑，保溫35min的鋁合金相（400x）圖中魚骨狀的為α鐵相，淺色無規(guī)則狀的是硅相，片狀、針狀的是β鐵相。與圖3.1.1相比較，大量針狀、片狀的有害β鐵相已經在錳的作用下轉化成了無害的α鐵相，鋁合金的性能得到提升。另外，再將這兩組式樣進行硬度分析，發(fā)現(xiàn)原樣的維氏硬度為84.94，經過處理后的式樣維氏硬度為78.96。由于β鐵相的存在，鋁合金的硬度會得到提高，這也是造成鋁合金加工難度大，力學性能尤其是脆性降低的原因。而在經過處理之后硬度下降了不少，這也反映了鋁合金含鐵量下降了。3.2保溫時間的影響將反應為同一溫度、加入量為同一比例的式樣進行分析。在保溫溫度730℃，加入量比例為1.5%時，得到數(shù)據(jù)圖如圖3.2.1圖3.2.1730℃，加入量比例為1.5%的除鐵率折線圖由圖3.2.1可知，在加入氯化錳后的除鐵率隨著保溫時間增加而增加，在0-15min間，氯化錳和鋁熔體中鐵劇烈反應，除鐵率上升非常快，隨著保溫時間的進行，在25-45min內，除鐵率的增長趨于緩和，反應也趨于緩和并且在45min時達到頂峰。圖3.2.2保溫溫度760℃，加入量為1.5%的數(shù)據(jù)圖圖3.2.3保溫溫度790℃，加入量為1.5%的數(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%的數(shù)據(jù)圖，同樣可以看出，氯化錳的除鐵效果是隨著保溫時間的增加而增加的，并且在保溫45min時候達到最高值。在實驗過程中，還發(fā)現(xiàn)了一些情況，由于實驗使用的是中頻感應加熱設備，其容量較小，本該沉降在設備底部以待扒出的鐵渣沒辦法及時取出，導致其在鋁熔體的流動同時也隨之流動，這也產生了部分問題數(shù)據(jù)，出現(xiàn)了隨著時間增長而除鐵效率反而下降的情況，這也給實驗帶來了一定的誤差。因為這種情況的出現(xiàn)，為了確保實驗的精確性，所以使用了精煉劑來輔助鐵渣的析出、分離。并通過分析得到的爐渣成分來確定除鐵的效果。在熔煉過程中加入精煉劑后，取出灰渣，將其制成適合分析的粉末狀進行XRD分析，得到的XRD譜線如圖3.2.4。圖3.2.4經過熔劑處理過的鋁渣XRD譜線由圖可知，灰渣中的成分包含F(xiàn)eCl2、MnFe2O4、Fe2O3，這證明確實氯化錳除鐵劑能夠與鐵結合形成復雜的化合物析出，從而減少了鐵含量。3.3保溫溫度的影響實驗中試驗了3個溫度范圍，分別是720-750℃、750-780℃、780-800℃，選取保溫時間45分鐘的式樣進行分析，圖3.3.1。圖3.3.1不同保溫溫度下各個比例除鐵率圖中可以較為直觀的看出，在溫度較低的730℃和760℃左右，除鐵效率相對于790℃來說是比較高的，通常情況下氯化錳的熔點為650℃，在氯化錳加入鋁熔體后會由Al置換出Mn，Mn可以和鐵形成復雜的化合物從而除鐵，另外Mn也可以使得鐵由β相向α相轉變，減低對鋁合金的毒害作用，但是當溫度升高時，Mn在接觸空氣的過程中易于氧化，這會導致部分氯化錳熔劑的損耗，因而使得可以用于反應的Mn減少，自然的除鐵效果就不如之前溫度較低的情況了。而在溫度比較低的時候氯化錳很難與鋁熔體充分接觸，除鐵效果非常差，所以氯化錳的理想溫度是720-750℃左右。實驗在澆鑄過程中也出現(xiàn)了一些問題，在溫度較高的時候進行澆鑄作業(yè)時，由于內外溫差過大，外表已經迅速凝固，而內部的氣體來不及排出從而凝固在鑄件中形成反應性氣孔，此外鑄件在凝固過程中，金屬液體積迅速收縮，而金屬液卻沒有得到有效的補充，這樣也會造成縮孔。如圖3.3.2圖3.3.2高溫鋁合金澆筑過程中的縮孔現(xiàn)象這種情況的出現(xiàn)也對實驗造成了一定的麻煩，由于內部縮孔的存在，澆鑄出來的鋁錠在力學性能上存在著很大的缺陷，也不利于對鋁錠進行加工。因此，在較高溫度澆鑄時需要適度的搖晃模具，使得金屬液充分流動，填充之前收縮留下的缺孔。綜上，氯化錳熔劑除鐵的最適保溫溫度為720-750攝氏度。3.4最佳工藝及檢測結果顯示綜合三個影響因素——加入量、保溫時間、保溫溫度的考慮，氯化錳除鐵的最佳工藝是在720-750攝氏度反應溫度下，加入占鋁液總質量的1.5%的干燥氯化錳熔劑，恒溫保溫45min。表3.4.1是反應前后的硬度變化。表3.4.1處理前后硬度變化表溫度/℃保溫時間/min添加量/%含鐵量HV730原樣-0.7235100.5730451.50.701569.2圖3.4.1730℃未經過熔劑處理后的鋁合金相圖（400x）圖3.4.2730℃經過熔劑處理后的鋁合金相圖（400x）圖3.4.1和圖3.4.2分別是730℃情況下反應前和反應后的金相圖。由上述可知，在經過氯化錳作為熔劑處理之后，鋁合金的含鐵量由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的有害鐵相是有效果的，另外圖3.4.1和圖3.4.2上可以看出，在未經過熔劑處理前，鋁合金相圖里存在著大量的有害片狀、針狀β鐵相，這對鋁合金的性能是不利的，在經過處理之后的鋁合金相圖上片狀、針狀β鐵相大大減少，有部分鐵相轉化為了無害的魚骨狀鐵相，這也證明了氯化錳作為熔劑去除鋁合金中的鐵元素含量是有效果的。4.結論本實驗主要研究，利用氯化錳作為熔劑來除去廢鋁再生中的鐵，通過一系列控制工藝的實驗，并分析得到的數(shù)據(jù)，得出結論如下：氯化錳熔劑的最佳加入量是1.5%。氯化錳除鐵效果隨著加入量的增加而增加，在加入量較少時，效果較為明顯，當增加到1.5%以上時趨于緩和，大于1.5%的加入量效果并不比1.5%好，存在著浪費原料的現(xiàn)象，綜合考慮，故選1.5%的加入量為佳。氯化錳作為熔劑加入鋁熔體后最佳保溫時間是45min。在45min前，氯化錳的除鐵效果隨著保溫時間的增加而增加，在45min之后由于保溫爐內爐渣無法取出使得含鐵量反而上升了，因此選取45min的保溫時間為佳。利用氯化錳作為熔劑除鐵的最佳反應溫度是720-750℃范圍內。當溫度低于720℃時效果并不是很明顯，當溫度高于750℃時，氯化錳在加入過程中的浪費現(xiàn)象嚴重，且過高溫度對于除鐵效果并沒有多大的提升，故選取720-750℃的溫度范圍。鋁渣XRD分析表明含有FeCl2、MnFe2O4、Fe2O3，證明氯化錳與鐵發(fā)生了反應，使得鋁合金中的鐵含量有效降低。氯化錳除鐵后鋁合金的硬度下降。鋁合金中的有害鐵相減少使得鋁合金的硬度明顯下降，加工難度減少。5.致謝本文是在導師孫德勤副教授精心指導下完成，老師用他淵博的專業(yè)知識和富有創(chuàng)造性的思維，幫助我解決了實驗研究中的許多難題。從老師身上，我不但可以學到許多專業(yè)知識，也可以學習到許多實用的實驗手法，讓我的動手能力有了很大的提高，也一改以前狹窄的思維路線。老師和藹可親，談吐風趣幽默，工作時一絲不茍，在實驗這段時間內和老師相處的十分愉快，在此向孫老師表示最誠摯的敬意和最真摯的感謝！實驗中，我還得到了本小組其他成員的大力幫助，我和他們度過了一段很美好的實驗時光，在此也向我的組員：王坤、楊應凡、許曉偉、劉琳表示感謝。另外特別感謝學弟楊康的幫助，謝謝。6.參考文獻[1]施惠生主編.材料概論[M].同濟大學出版社，2021：36-39.[2]邱竹賢.鋁電解原理與應用[M].中國礦業(yè)大學出版社,2021.[3]高安江,王剛,曲信磊,劉璐.廢鋁再生預處理過程中的雜質分離和分類分選技術研究[J]再生資源與循環(huán)經濟2021,8(2):34-35[4]黃莫一杰;任賢魏.淺談再生鋁回收及利用技術[J]鋁加工,2021,(6):53-54[5]聶鐵安.再生鋁合金熔煉工藝技術[J]冶金叢刊，2021,(3):48[6]陳維平,萬兵兵,彭繼華,朱德智.鋁再生技術及裝備概況[J]資源再生,2021,(12):68-69[7]張俊,宋平西.回收利用鋁工藝綜述[J]金屬世界,2021,(5):64[8]郭瑞,王兆文,邱竹賢.簡析廢鋁再生的現(xiàn)狀[J]有色礦冶,2021,21(3)24[9]何燕霖，李麟，葉平，吳曉春.Thermo-Calc和DICTRA軟件系統(tǒng)在高性能鋼研制中的應用[J]材料熱處理學報，2021，(04)：73-77[10]章光全．再生鋁合金中富鐵相形貌及其控制機理研究[D]．上海：上海大學，2021．[11]趙志遠主編.鋁和鋁合金牌號與金相圖譜速用速查及金相檢驗技術創(chuàng)新應用指導手冊[M].中國知識出版社，2021:525-526.[12]劉榮遷,賈小偉,劉錦明等.鑄造鋁合金的除鐵[J].特種鑄造及有色合金,2021,(2):107-108.[13]葛維燕,再生鋁合金除鐵述評-續(xù)[J]資源再生，2021（3）40-41[14]葛維燕,疏達等.再生鋁合金除鐵述評[J].鑄造,2021(3):207-210.[15]李天曉,許振明,張雪萍等.電磁分離降低鋁硅合金中鐵含量[J].上海交通大學學報,2021,35(5):664-667.[16]房文斌,葛耀宏,葉榮茂.鑄造鋁合金復合凈化法的研究[J].鑄造技術,1996(2):8-28.[17]劉柏雄，楊斌，王志祥．除鎂工藝對除鎂效果的影響[J]．鑄造，2021，54(1)：88-89．[18]譚喜平等.再生鋁合金除鐵技術的研究現(xiàn)狀與展望[J].鑄造技術術,2021,34(13):1446-1448.[19]王耀武，馮乃祥，尤晶，等．氯化錳去除鋁硅合金中鐵雜質的研究[J]．稀有金屬與硬質合金，2021，36(4)：10-13．[20]李炯輝.金屬材料金相圖譜（下冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021：1631-1645.

咖啡店創(chuàng)業(yè)計劃書第一部分：背景在中國，人們越來越愛喝咖啡。隨之而來的咖啡文化充滿生活的每個時刻。無論在家里、還是在辦公室或各種社交場合，人們都在品著咖啡?？Х戎饾u與時尚、現(xiàn)代生活聯(lián)系在一齊。遍布各地的咖啡屋成為人們交談、聽音樂、休息的好地方，咖啡豐富著我們的生活，也縮短了你我之間的距離，咖啡逐漸發(fā)展為一種文化。隨著咖啡這一有著悠久歷史飲品的廣為人知，咖啡正在被越來越多的中國人所理解。第二部分：項目介紹第三部分：創(chuàng)業(yè)優(yōu)勢目前大學校園的這片市場還是空白，競爭壓力小。而且前期投資也不是很高，此刻國家鼓勵大學生畢業(yè)后自主創(chuàng)業(yè)，有一系列的優(yōu)惠政策以及貸款支持。再者大學生往往對未來充滿期望，他們有著年輕的血液、蓬勃的朝氣，以及初生牛犢不怕虎的精神，而這些都是一個創(chuàng)業(yè)者就應具備的素質。大學生在學校里學到了很多理論性的東西，有著較高層次的技術優(yōu)勢，現(xiàn)代大學生有創(chuàng)新精神，有對傳統(tǒng)觀念和傳統(tǒng)行業(yè)挑戰(zhàn)的信心和欲望，而這種創(chuàng)新精神也往往造就了大學生創(chuàng)業(yè)的動力源泉，成為成功創(chuàng)業(yè)的精神基礎。大學生創(chuàng)業(yè)的最大好處在于能提高自己的潛力、增長經驗，以及學以致用;最大的誘人之處是透過成功創(chuàng)業(yè)，能夠實現(xiàn)自己的理想，證明自己的價值。第四部分：預算1、咖啡店店面費用咖啡店店面是租賃建筑物。與建筑物業(yè)主經過協(xié)商，以合同形式達成房屋租賃協(xié)議。協(xié)議資料包括房屋地址、面積、結構、使用年限、租賃費用、支付費用方法等。租賃的優(yōu)點是投資少、回收期限短。預算10-15平米店面，啟動費用大約在9-12萬元。2、裝修設計費用咖啡店的滿座率、桌面的周轉率以及氣候、節(jié)日等因素對收益影響較大。咖啡館的消費卻相對較高，主要針對的也是學生人群，咖啡店布局、格調及采用何種材料和咖啡店效果圖、平面圖、施工圖的設計費用，大約6000元左右3、裝修、裝飾費用具體費用包括以下幾種。(1)外墻裝飾費用。包括招牌、墻面、裝飾費用。(2)店內裝修費用。包括天花板、油漆、裝飾費用，木工、等費用。(3)其他裝修材料的費用。玻璃、地板、燈具、人工費用也應計算在內。整體預算按標準裝修費用為360元/平米，裝修費用共360*15=5400元。4、設備設施購買費用具體設備主要有以下種類。(1)沙發(fā)、桌、椅、貨架。共計2250元(2)音響系統(tǒng)。共計450(3)吧臺所用的烹飪設備、儲存設備、洗滌設備、加工保溫設備。共計600(4)產品制造使用所需的吧臺、咖啡杯、沖茶器、各種小碟等。共計300凈水機，采用美的品牌，這種凈水器每一天能生產12l純凈水，每一天銷售咖啡及其他飲料100至200杯，價格大約在人民幣1200元上下。咖啡機，咖啡機選取的是電控半自動咖啡機，咖啡機的報價此刻就應在人民幣350元左右，加上另外的附件也不會超過1200元。磨豆機，價格在330―480元之間。冰砂機，價格大約是400元一臺，有點要說明的是，最好是買兩臺，不然夏天也許會不夠用。制冰機，從制冰量上來說，一般是要留有富余?？钪票鶛C每一天的制冰量是12kg。價格稍高550元，質量較好，所以能夠用很多年，這么算來也是比較合算的。5、首次備貨費用包括購買常用物品及低值易耗品，吧臺用各種咖啡豆、奶、茶、水果、冰淇淋等的費用。大約1000元6、開業(yè)費用開業(yè)費用主要包括以下幾種。(1)營業(yè)執(zhí)照辦理費、登記費、保險費;預計3000元(2)營銷廣告費用;預計450元7、周轉金開業(yè)初期，咖啡店要準備必須量的流動資金，主要用于咖啡店開業(yè)初期的正常運營。預計2000元共計： 120000+6000+5400+2250+450+600+300+1200+1200+480+400+550+1000+3000+450+2000=145280元第五部分：發(fā)展計劃1、營業(yè)額計劃那里的營業(yè)額是指咖啡店日常營業(yè)收入的多少。在擬定營業(yè)額目標時，必須要依據(jù)目前市場的狀況，再思考到咖啡店的經營方向以及當前的物價情形，予以綜合衡量。按照目前流動人口以及人們對咖啡的喜好預計每一天的營業(yè)額為400-800，根據(jù)淡旺季的不同可能上下浮動2、采購計劃依據(jù)擬訂的商品計劃，實際展開采購作業(yè)時，為使采購資金得到有效運用以及商品構成達成平衡，務必針對設定的商品資料排定采購計劃。透過營業(yè)額計劃、商品計劃與采購計劃的確立，我們不難了解，一家咖啡店為了營業(yè)目標的達成，同時有效地完成商品構成與靈活地運用采購資金，各項基本的計劃是不可或缺的。當一家咖啡店設定了營業(yè)計劃、商品計劃及采購計劃之后，即可依照設定的采購金額進行商品的采購。經