无隔板镁电解槽三维电热场耦合分析
2019-01-07 17:38:37
电解槽是电解法炼镁酌主要设备，电解槽内合理的电热场分布可以提高电流效率，降低吨镁直流电耗及延长槽寿命。近年来随着计算机软硬件的飞速发展，热工设备的仿真模拟也得到了日新月异的变化，通过对热工设备的仿真模拟大大加快了设备的开发和研制，为设备的生产提供了理论指导。
在铝电解槽的研究中，对电热场仿真研究已经比较详尽，且在铝电解槽的开发和优化的过程中，数值计算发挥了极大的作用。铝电解槽电热场的仿真研究普遍采用ANSYS商业软件。国内对镁电解的研究较少，本文运用ANSYS对镁电解场进行研究分析。
一、镁电解槽三维电热耦合模型
（一） 镁电解槽的三维物理模型
由于无隔板镁电解槽长轴方向左右对称，所以选择全槽的1／2作为分析对象（图1），并进行如下假设：①整个镁电解槽及其解析域的电、热场为稳态场；②镁电解槽所分两个部分电、热分布以及熔体流动情况沿中轴面对称；③各阳极电流负相同；各阴极电流负荷相同。图1 120 kA无隔板镁电解槽1／2实体模型
Fig.1 1／2 Solid model of 120 kA diaphragmless magnesium electrolyzer
（二）镁电解槽的控制方程
镁电解槽内的电传递遵循拉普拉斯方程，热传递服从有内热源的泊松方程：
式（1）
式（1）中σ－导电率；V为电位；λ-导热系数；T-温度； Qvol－控制单元的焦耳热，在不导电部分其值为0。
（三）边界条件
1、导电方程边界条件
阴极头表面取为基准电位，OV；阳极、阴极、熔体导电，其余不导电；阳极头电流流入、阴极头电流流出，其电流值为7500A。
2、导热方程边界条件
电解质为等温区，其温度按设计温度值给定；与电解质接触的电极表面和槽内衬表面视为对流换热面，采用第三类边界条件；槽周围环境温度为定值，按车间环境温度给定；槽体表面与环境进行对流换热和辐射换热，根据传热学原理可计算总对流传热系数。
二、计算结果及分析
以120kA无隔板镁电解槽为例，应用上述模型进行电热耦合计算。图2为电解槽温度场分布云图，图3、图4、图5分别是阳极、阴极和电解质等电位图，图6为电解质电流密度矢量图。
由图2可以看出，求解域内最离温度为702.431℃，最低温度为30.993℃。阳极头表面平均温度为276.92℃，阴极头平均温度151.14℃，槽盖表面平均温度123.89℃。阳极头插入部分附近槽盖温度高于槽盖其他部分，因为阳极石墨导热系数大，阳极头温度高于其他部分，致使其附近槽盖温度升高。
槽内衬最高温度位于与熔体接触部分，温度逐层向外递减，槽底、集镁室侧纵墙以及端墙等温线分布长、平、直。电解室侧纵墙内衬耐火层与保温层间温度高于集镁室侧纵墙内衬相同位置，且各个阴极之间槽壁区域温度高于其他部分温度，因为阴极从电解室侧纵墙插入，引起温度分布不均匀。由于拐角处的结构不同于侧部结构，各个拐角处温度梯度变化较大。图2 电解槽温度场分布云图
Fig.2 Temperature contour of electrolyzer图3 阳极等电位图
Fig.3 Equipotentials of anodes图4 阴极等电位
图Fig.4 Equipotentials of cathodes
镁电解槽各部分电压降是电解槽设计的核心问题，电位分布的好坏，直接影响电解槽热场分布，进而影响电解槽能量平衡。由图3～4可看出，阳极头顶端电位最高，因电流载荷直接加载在阳极顶部越靠下部阳极电压越低，整体压降为0.656V极工作面表面电压最高，阴极头顶部电压最低，0V。因为在加载电压时，考虑到工业电解槽阴极接线方式为阴极头表面与母线焊接或压接。中间7个阴极压降较大，边部两个阴极压降较小，中间阴极压降约为边部阴极压降的2倍，因为中间阴极为双面工作，而边部阴极仅有一个面工作。对9组阴极压降取平均值计算得阴极压降为0.148V。图5 电解质等电位图
Fig.5 Equipotentials of electrolyte图6电解质电流密度矢量图
Fig.6 Vector of current density
由图5～6可看出，电流主要集中在阴阳极之间，且电流密度基本一致。在阴极上、下部也有电流通过，但量很小。除了电解室外，其他区域也存在着电势分布，说明电势分布的不均匀性。分别取电解质与阴、阳极接触表面电压平均值之差计算极间压降，压降为0.979V。根据前面所述的镁电解槽温度、电压分布，以电解温度和1h为计算基础，从能量收支角度计算无隔板镁电解槽静态1／2槽模型的能量平衡结果如下。能量收入(kW·h)：阳极电阻生热33.66、阴极电阻生热7.93、电解质电阻生热50.50、能量总收入92.09；能量支出(kW·h)：槽盖散热12.16、纵墙散热7.69、端墙散热2.57、槽底散热1.55、阳极头散热56.60、阴极头散热9.34、能量总支出89.91。可以看出，计算的能量收入和能量支出的相对误差小于5%，模型能量收支基本平衡，因此也验证了本文所建模型的准确性。
三、计算维度对计算的影响
在一维能量平衡计算中，较多的应用平均值代替具体值计算，而在设计斯电解槽时，阳极头、阴极头及槽盖表面温度未知，均取已有电解槽测量温度或经验数据计算，这些取值都会对电解槽能量温度计算的精确度产生一定影响，而通过数值模拟计算可以减少这种误差。
（一）阳极头温度
通过对无隔板镁电解槽能量平衡计算可知，阳极头散热量占全部散热量的比例最大，所以阳极头温度的准确性对能量平衡计算影响较大。一维设计计算中，一般选取已有电解槽的测量温度或经验数值为假定值，且假设处处相等。带人式(2)、式（3）分别计算对流散热量及辐射散热量
Q阳对=α阳头×10-3×S阳头×（t阳头－t室） （2）
Q阳辐=ξ×C0×S阳头×10－3×{[(t阳头+273)/100]4－[(t室+273)／100]4 }×k （3）
用上式，对120kA电解槽阳极头散热进行计算，得到阳极头总散热量为66.88 (kW·h)/h。图7 阳极和阳极头温度场分布云图
Fig.7 Temperature contour of anode and anode head
从图7阳极和阳极头温度分布云图可以看出，阳极头部分温度分布非均匀，从239.78～377.484℃不等，温度从下向上逐渐降低，拐角处温度最低。对阳极头表面节点温度取平均值得阳极头平均温度t阳头=277.56℃，小于一维设计计算所取的假设值。采用ANSYS的APDL语言编制程序计算阳极头折的散热量为56.76 kW·h/h，也小于一维计算值。
(二)阳极断面电流密度
一维计算阳极电压降如下式：
U阳=ρ×i断×L阳 (4)
其中i断为阳极断面的电流密度，由单个阳极上通过的电流比阳极截面积得到。
在120kA电解槽中，i断=5A／cm2，且上下假设一样。通过三维计算，阳极断面电流密度分布如图8所示。图8 阳极断面电流密度分布图
Fig.8 Section current density distribution of anodes
图8表明，其电流密度分布并不是上下一致，阳极上部电流密度最大，一直到阳极与电解质接触位置基本不变，进入电解质后，向下逐渐递减。因为，在阳极未插入电解质部分，电流方向始终平行于阳极插入方向。而当电流流至浸入电解质阳极部分时，由于阳极均为双面工作，电流分别由阳极的两个侧面流入电解质，再通过电解质流向阴极。所以随着深度的增加，阳极中电流减小，阳极断面电流密度随之减小。
（三）电解辰电压降
一维计算电解质电压降通过阴、阳极表面电流密度的几何平均数与极距、电解质电阻率相乘而得，且假定电流均匀从极间部分电解质通过。但实际情况可从图9看出，大部分电流集中在阴阳极之间的电解质区域，但在阴阳极周边也存在着电流的绕流，甚至在集镁室区域也有微量电流通过，说明电流在电解质当中分布相对集中，但不均匀。图9 电解质横截面电流密度矢量图
Fig.9 Vector of current density on the cutting surface
四、结论 本文所建立的1/2槽有限元解析模型的计算结果与实际相符，较真实的反应了阳极、阴极及电解质的电、热分布状况。三维计算能够准确的计算出阳极头、阴极头和槽盖表面的温度，可以提高能量平衡计算的精确度，并且可以正确的反映实际电解槽中导电部分电流分布的不均匀性，为电解槽优化和新电解槽的设计提供正确理论支持。
三维石墨烯铂催化剂用于燃料电池研究获进展
2019-01-03 09:36:46
近期，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所应用等离子体研究室王奇课题组在甲醇氧化反应方面取得进展，相关内容发表在《应用表面科学》(AppliedSurface Science)上。
直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)的工作原理是在氧化还原反应过程中，阳极的甲醇在催化剂的作用下失去电子，通过外电路到阴极，同时氢离子(酸性电解液)通过电解质膜从阳极转移到阴极，然后阴极的氧气被催化还原得到电子从而形成电流回路，提供电能。其中催化剂对阳极的甲醇氧化反应至关重要，近年来相关研究越来越深入，主要从提高贵金属催化剂的利用率、修饰载体和制备合金催化剂以提高抗中毒能力等方面入手。铂(Pt)作为性能优异的贵金属催化剂一直受到研究者们的关注，其中负载铂纳米颗粒的载体往往对最终的催化性能有较大的影响。氧化石墨烯常常被用于贵金属的载体，然而直接用氧化石墨烯做载体，电化学性能测试并不能达到理想效果。
研究人员将氧化石墨烯(GO)与碳纳米管(CNTs)自组装后形成一种三维结构，然后负载铂，并通过氢等离子放电可以得到具有较大比表面积的铂基三维石墨烯-碳纳米管催化剂(Pt/GNTs)，具有优异的甲醇氧化催化性能。该技术路线综合GO与CNTs各自的优点通过自组装的方式形成三维复合结构，增大了比表面积，更有利于铂纳米颗粒的分布(图1)。随后，科研人员在实验中制备了一系列不同GO与CNTs质量比(GO:CNTs=0:1, 1:6, 1:4, 1:2, 1:1, 2:1, 4:1, 6:1和1:0)的催化剂，结果发现GO:CNTs=1:2时对甲醇的催化性能最好，电流密度高达691.1mA/mg，这个数值较商用铂碳催化剂性能提升了87.7%，并优于大部分已报道的其他催化剂，经过3600s的CA测试之后仍然保持较高的电流密度(图2)。该结果与载体的结构性能有很大关系，详细分析见原文。该研究对制备高效的甲醇氧化反应催化剂有重要意义，对三维石墨烯载体的制备也提供了一种崭新的思路。
该研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省杰出青年科学基金、中科院青促会人才专项、合肥研究院院长基金的支持。
赛维多晶硅
2017-06-06 17:50:04
赛维多晶硅项目实现“零”排放——江西赛维ＬＤＫ太阳能高科技有限公司建设１．５万吨高纯硅料项目，经过７个多月连续运行，完全达到设计工艺要求，所有废弃物全部回收，实现"零"排放。这标志着我国破解多晶硅生产的高能耗、高污染难题已取得积极进展。 长期以来，多晶硅生产过程中的高能耗、高污染一直是世界性难题，其核心技术均由欧美等发达国家企业掌握。而该项目是我国首套万吨级高纯多晶硅项目。作为全球最大的多晶硅片生产商，江西赛维在生产过程中，不断对最新一代的改良西门子工艺进行优化和创新，形成了世界最大、最全的全闭路循环、全回收的生产系统。该系统不仅对生产线的控制全部采用先进的分散控制系统实时监测、控制，所有的废弃物也同时全部回收，而且在能耗标准、物耗水平、生产效率、环保控制等指标上均取得了重大突破。 江西赛维ＬＤＫ１．５万吨高纯硅料项目从精馏、氢化、还原、尾气回收，形成了一个全闭环的、全回收的系统，达到国际先进技术水平。该项目投产７个月来的能耗参数表明，每生产一千克多晶硅的电耗不超过６０千瓦时，物耗水平也控制在
行业
标准的５０％以下，产品纯度远高于目前国内相关
行业
标准。同时，这一项目在运行时，对所有废弃物进行回收，赛维多晶硅真正做到了对环境无污染无危害。
津巴布韦马克维罗（Markwiro）铂矿山
2019-01-29 10:09:24
2006年5月下旬通过兹姆普拉斯财产公司（Zimplats Holdings）1期长期扩建厂矿的计划，开发总投资2.58亿美元，其中6950万美元用于更换露天～坑道生产系统。开拓两条新的采矿坑道，在恩戈兹（Ngezi）建设产能1500万吨/年的选矿厂，预计3年完成。预期铂产量从9万盎司/年增加到16万盎司/年，铂、钯、铑加上金的产量从18.5万盎司/年提高到32.2万盎司/年，镍产量从1540吨/年提高到2900吨/年。该矿山采用露天～坑道联合采矿方式，采用浮法选矿。矿石储量/资源量2505亿吨，平均品位：铂族金属3.52克/吨。兹姆普拉斯财产公司拥有70%股权，依姆帕拉铂公司（Impala Platinum）拥有30股权。(来源：资源网)
门窗行业需“维稳” 铝木复合产品优劣分析
2019-01-11 10:51:58
中国的门窗市场经历了十几年的飞速发展，门窗种类也越发齐全，就复合门窗来说如今形成了以“铝包木门窗”、“木贴铝门窗”以及“铝木复合门窗”为主导地位的市场格局。“铝包木”、“木贴铝”与“铝木复合”门窗都是对铝和木这两种材料结合形式的称谓。虽然在外观形式上很相近，但在内部结构和性能指标上却相差甚远。 铝木复合门窗 铝木复合门窗的概念和技术较早从欧洲引进，此后国内市场上出现的“铝包木”、“木包铝”都是由此概念衍生而出。铝木复合门窗由于在欧洲比较成熟，标准体系比较完善，因此被广泛借鉴。德国汉斯诺克门窗系统较早将“铝木复合”的概念和标准从德国引进中国市场，并引领了该行业的发展。 从血统上来说，铝木复合门窗是由木窗发展而来的。它仍然以实木为主体，室外一侧增加铝合金型材复合。铝合金型材的作用除了保护木材，更重要的是通过两种材料的特殊结合，使成窗的结构强度增加到实木结构强度无法达到的数理量化指标。在德国，铝木复合门窗的较低标准为IV68+。基于德国新的节能标准的出台，现阶段德国铝木复合门窗的标准已经提高至IV78+和IV88+。 铝包木门窗 铝包木的概念是由铝木复合衍生而出，是国内门窗厂家对这种组合方式的一种称谓。它在外观形式上与铝木复合极为相似，同样以实木为主体，外侧以铝合金为辅材。但不同的是标准体系和产品结构，甚至是木材深加工处理的整个链条。关于铝包木门窗，国内目前还没有统一的标准，因此市场上有很多不同版本、不同标准的铝包木窗，如56系列，58系列等。但都是以IV68+为技术参考降低木材截面厚度,以节省材料,应该说都是以成本控制为出发点,因此在性能指标、结构强度上有所牺牲。 木贴铝门窗 “木贴铝”是铝合金窗的一种变异。它是以铝合金为主体，室内一侧以木板贴附，在外观上，与“铝包木”极为相似。但从系统上来说，木贴铝是由铝合金窗演变而来，而非木窗。因此，“木贴铝”与“铝包木”二者之间没有任何血统关联与传承。与铝包木相比，木贴铝中的“木”是装饰部件，基本没有强度，反而增加了作为框扇材料的铝合金型材的负载。此外，如果木板不经过各种深加工处理，其常见缺陷会依然存在。 由于木贴铝门窗的技术门槛较低，技术难度不大，许多铝合金厂商纷纷投入木贴铝门窗生产，借用其外观上与“铝包木”极为接近的特点，甚至个别厂家有意加以误导，使普通消费者产生误解，难以做出正确认识和取舍，作为其新的利润增长点。 专家认为，门窗市场混乱不堪，一方面容易给消费者带来困惑，另一方面让门窗企业对“同质化”问题比较头疼。因此，加快行业标准的制定已经刻不容缓，澄清行业乱象、规范行业标准，即是对行业的保护，也是对市场的负责。
熊维平：中国将是世界铝工业发展动力
2019-01-16 11:51:40
2006年4月11日，国家发改委等9部委发布《关于加快铝工业结构调整指导意见的通知》，力争10年内使我国企业开发的国外氧化铝资源量达到国内需求量的50%。中国铝企业走出去的步伐正在加快，中铝公司已经在巴西、几内亚、越南等国家投资建设铝土矿和氧化铝厂，较近又在澳大利亚澳鲁昆项目竞标中胜出，获得在昆士兰州铝土矿资源的开发权。 中国铝工业的发展，为世界铝工业发展带来的是强劲动力；较有潜力和活力的中国铝市，为世界铝业投资者、生产者和商家带来了重要机遇。充满活力的中国因素，正在世界铝业界发挥着越来越重要的影响.
从贵液中回收金银的方法－钛网阳极电解法
2019-03-06 09:01:40
此法是前苏联广泛用于工业出产的办法，它运用钛网作阳极，片状或多孔石墨为阴极。其工艺流程示于图1。图1 电解法提取金、银流程
一、贵液电解时各组分的行为
来自再生工段的贵液是一种含硫酸的酸性溶液，其间的金、银以的络阳离子〔AuSC（NH2）2〕22＋和〔AgSC（NH2）2〕22＋方式存在。在电积进程中，金的络离子被复原而在阴极表面分出金。图2示出了从酸性液中电积金时，阴极电位与通过电解质溶液的电流强度的联系曲线。图中的极化曲线在研讨过的情况下，电坐落－0.1～0.25V区域内，因极化电流下降而呈现波形。当电位更负（至－0.3V）时，电流又添加。故溶液中金的电积须在阴极电位－0.3～－0.4V的条件下进行，才干到达极限分散电流。当阴极电位负至－0.5V时，氢和某些杂质金属会与金一道分出于阴极，而对电积金晦气。图2 阴极电位φk与电流强度Ik的联系
硫酸在溶液中以阴离子SO42－状况存在。在电积进程中，它在阳极发作氧化并分化：
SO42－＋2e＝SO4
SO4→SO3＋ O2
生成的氧或与其他原子化合，或从溶液中以气态逸出。而SO3又与水效果生成H2SO4。
电解进程中游离的会在阳极上激烈氧化并分化出元素硫，使电解突变混浊，并污染阴极堆积物和耗费很多。为消除这一有害反响，贵液的电积是在装有离子交换膜的隔阂电解槽阴极区进行。隔阂电解槽阳极区的阳极液运用2%硫酸液。离子交换膜具有杰出的导电性与低的流体渗透性和满足的机械强度。它可让SO42－通过进入阴极区。但分子不能穿透隔阂，而到不了阳极表面。
因为从贵液中提金一般运用不溶钛网或石墨阳极，故电解进程的条件、设备和操作办法等与可溶阳极电解法显着不同。
二、电解办法和条件
贵液的电解办法有间歇循环作业法和接连流水作业法。
间歇循环法，是将一批贵液泵入高位槽，使它能自流一起进入电解槽的各阴极室中，各阴极室排出的溶液再经离心泵或空气进步器抽送高位槽。溶液在闭路循环中电积至规则的金、银浓度后，废液回来制造解吸液用，然后再进行第二批贵液的电积。故此进程属分批间歇性作业。
接连流水法是将贵液抽送高位槽，并自流从一个电解槽的阴极室进入另一槽的阴极室，经串联的各阴极室电积提取金、银后的溶液直接回来用于制造解吸液用。运用这种办法，贵液在电积进程中顺流通过，可完成接连作业。
间歇循环法和接连流水法所根据的原理根本相同。但因接连流水法能与树脂解吸进程贵液的接连排出相适应，故而得到广泛应用。
贵液电积提金的首要工艺参数有电流密度、溶液温度、流速和槽电压等。在正常条件下，电流密度决议阴极金属堆积速度和堆积量。一般运用的电流密度为20～50A∕m2。实践证明，电流密度由20A∕m2添加至60A／m2时，贵金属在阴极的堆积速度与电流密度的添加成正比联系。但当电流密度超越60A∕m2后，电流功率则呈现下降，并会大大添加电能和阴、阳极材料的耗费。
电积进程中，跟着电解液温度的进步，金在阴极的堆积速度加速。当液温由25℃上升至50℃时，金的堆积速度约添加1.9倍。
因为加大溶液流速，能进步电积进程的速度。在这方面，间歇循环法不受树脂解吸进程中贵液接连排出量的约束，它比接连流水法易于进步溶液的线速度。
出产实践证明，恰当进步电流密度、溶液温度和流速，可使金、银的堆积速度进步3～5倍。正常条件下，金在阴极分出的电位为＋0.2V。
三、电解设备的结构及操作
前苏联吸附提金厂都选用装有多孔右果阴极的ЭУ－1和ЭУ－1M型电解槽。
片状阳板〔图3a〕和多孔石墨阴极〔图3b〕是前苏联科学院西伯利亚分院冶金物理化学研讨所（I1ФХI1MC CO AHCCCP）研发的两种大表面积阴极，并据此电极研发成上述两种电解槽。图3 片状阴极（a）和多孔石墨阴极（b）的结构
1－电极本体；2－石墨材料；3－管接头；4－导电闸刀卡头；5－压紧格板
片状阴极是由很多笔直摆放的极板用垫片阻隔拼装于框架上而成，具有很大的总表面积。电积进程中，贵液从极板组下部供入，然后从各片极板间的空地流过而发作电积金的反响。实验证明，片状极板的高度最大可达极板距离的100倍。如再增大极板高度，则会下降极板的运用功率。当片状阴极的容积为3.4L时，阴极组的总表面积达5m2。如运用装有10个片状阴极组的电解槽，在金的回收率为95%时，则每昼夜可处理约5m3的贵液，它的功率比相同巨细的平板阴极电解槽进步9倍。
前苏联如今部选用多孔石墨阴极，因为它有比片状阳极更高的出产功率。多孔阴极有中心室结构，作为阴极导体的石墨材料由格板盖压紧在中心室旁边面的壁上。贵液经由管接头供入阴板内部，并在通过石墨纤维的孔隙时发作电积进程。多孔石墨阴极的外部尺度虽与片状阴极相同，但它的出产功率却比片状阴极高3～4倍，这是因为石墨材料有很大的表面积（1gВВП－66－95型石墨材料有0.3m2表面积），而能堆积更多的金属。在最佳电积条件下，1kg石墨能堆积50kg金属。堆积物中所含的石墨基体材料不到堆积物总重量的2%。
在前苏联，从贵液中提金选用如图4所示的ЭУ－1M型电解槽。槽体用钛材制成，并于两边壁上固定阴极和阳极的供电母板。壳体内有作业空间和外溢流室。外溢流室用于接纳脱除部分金的贵液。作业空间可装入10个阴极组和11个阳极室。阳极室由不导电的聚乙烯或有机玻璃制的“П”形框组成，框上设有阳极液的进出口，并将离子交换膜压紧在钛制框板阳极室的侧壁上。出产进程中往阳极室内注入1%～2%的硫酸液并放入钛网阳极。图4 ЭУ－1M型电解槽
1－导电闸刀；2－供电母极；3－槽体；4－导向设备；5－平板；6－阴极；
7－接收；8－阴、阳极液排出管；9－隔阂；10－阳极；11－聚乙烯框板
因为阳极室中阳极液的体积不大，作业的容积电流密度高达25A∕L，因此电解进程中阳极液的酸度添加很快，而影响阳极的寿数。为消除酸的影响，在电积进程中由高位槽向阳极室中不断供应低酸阳极液，并将高酸液送回高位槽，使其不断循环。
向电解槽供电运用ВАКГ－630A／6V的硅整流器。往阳极和阴极室中供电运用的导电闸刀，一端与电极上的绞链衔接，另一端嵌入焊在导电母板上的绷簧夹中。为了避免异性电荷间的电触摸，阴极组和阳极室用绝缘的固定梢子固定在电解槽壳的相应方位上。
贵液（阴极液）进入电解槽，是由高位槽经集流管进入阴极组的管接头，然后透过石墨电极充溢作业空间，最终溢流排出电解槽外。跟着电积的进行，贵液中的金、银不断堆积于石墨电极的空地中。当电极空地逐步为金所充溢时，通过阴极组的溶液流速也逐步下降。当阴极液的流速急剧下降时，阐明金在石墨上的堆积已达最大值。此刻应中止电积，从槽中取出阴极组卸下阴极堆积，然后给阴极拼装上新的石墨材料再电积。
从贵液中电积提金的典型设备衔接和工艺流程如图5。它包含贵液过滤、电解、阴极堆积物的卸出、洗刷、枯燥和灼烧等作业。图5 电解工段的设备衔接及准则流程
1－贵液贮槽；2－耐蚀泵；3－压滤机；4－高位槽；5－电解槽；
6－阳极液高位槽；7－空气分离器；8－空气进步器；9－阴极安装作业台；
10－卸阴极堆积物渠道；11－电阻炉；12－称量制品的工业天平
贮槽1中的贵液经泵2抽送压滤机3，以除掉悬浮的矿泥颗粒、木屑和碎树脂等，避免石墨阴极被矿泥等阻塞，而下降电解功率和阴极堆积物质量。过滤后的贵液溢流进入高位槽4，并从这儿自流入电解槽阴极室。电积提取部分金后的贫液由空气进步器进入高位槽再流入阴极室，经循环电积至溶液中残留的金含量达规则值停止。
高位槽6中的阳极液供入电解槽阳极室。阳极室排出的高酸液用空气进步器送回高位槽，经循环运用一段时间至含酸达必定浓度后，送去作树脂的酸处理用，并往高位槽中补加水。
堆积金量达最大值的阴极，于通入压缩空气和水的槽5中洗刷和枯燥。即先向已堆积金的阴极组中通5～10min的清水，停水后开压缩空气吹去堆积中的水分。经洗刷和枯燥的堆积物从阴极组中卸至渠道10上。再将堆积物置于钛盘内于电阻炉11中，在500～600℃进行灼烧，烧掉石墨材料后，金属块称重送熔炼或交库。
镁精炼（三）
2019-03-04 16:12:50
电解法炼镁进程中从电解槽取出的镁和热复原法炼镁进程中从复原炉取出的镁，均称为粗镁，都达不到质量标准，有必要去除镁中杂质，才干到达质量标准。 电解法粗镁含有金属杂质和非金属杂质。金属杂质有Fe、Si、Al、Ni、Mn、Cu、K、Na和Ca。这些金属杂质，有的是电解进程中在阴极上分出的，有的是其氯化物或氧化物被镁复原出的。非金属杂质物质有MgCl2、NaCl、KCI、CaCl2、Mg3N2、MgO、SiO2、Fe2O3,CaO。非金属杂质中氯化物是出镁时从电解槽带出的电解质；Mg3N2是镁在空气中焚烧生成的；MgO是质料和电解质含有的，也有镁焚烧生成的；其他氧化物是从槽衬耐火材料磨损下来的。热复原法粗镁也含有金属杂质和非金属杂质。金属杂质有Si、Al、Fe、Mn、Ni、Zn、K和Na。金属杂质中Si、Fe、A1、Mn首要来源于复原剂硅铁粉尘；其他金属杂质是被复原出来的。非金属杂质有MgO、CaO、Fe2O3、 SiO2、CaF2，来源于球团料粉尘。不管电解法粗镁仍是热复原法粗镁，金属杂质含量较少，小于或等于重熔镁锭标准中较低等第的规定值；非金属杂质含量较多。 镁精粹办法有熔剂精粹、沉降精粹、添加剂精粹、真空蒸馏、区域熔炼和电解精粹。熔剂精粹和沉降精粹是精粹粗镁的办法。各镁厂或选用熔剂精粹办法或选用沉降精粹办法精粹粗镁。通过其间一种办法精粹过的镁称为精镁，镁质量到达了一般用处的重熔镁锭质量标准，铸成镁锭供应。添加剂精粹是去除一种或几种杂质的办法，是前两种精粹办法的弥补。真空蒸馏、区域熔炼和电解精粹是将精镁再精粹，进一步去除杂质，制取特殊用处的简直不含杂质的高纯镁，这儿不介绍了。 熔剂精粹是在熔融状态下用熔剂去除镁中杂质。熔剂精粹首要作用是去除非金属杂质，又能通过化学作用除掉碱金属K和Na。熔剂应具有以下性质：熔剂与镁和坩埚不起化学反响；熔剂熔点低于镁的熔点；熔剂与杂质间界面张力小，与液体镁界面张力大，因此熔剂既可以吸附杂质，又能与液体镁别离；熔剂与液体镁密度不同。按用处区分，有精粹熔剂和掩盖熔剂。精粹熔剂密度大于液体镁密度，用作去除杂质。掩盖熔剂密度小于液体镁密度，用作掩盖于液体镁表面，阻隔空气，避免镁氧化。 熔剂由碱金属和碱土金属氯化物与氟化物组成。各镁厂的熔剂配方不同。我国镁厂精粹粗镁用的熔剂成分见表2。表2 我国镁厂精粹熔剂成分/%熔剂称号MgCl2KClNaClCaCl2BaCl2MgO根底熔剂38±337±38±38±39±3精粹熔剂根底熔剂90~95+CaF26~10掩盖熔剂根底熔剂75~80+硫黄粉20~25[next]
熔剂精粹选用坩埚精粹炉。精粹炉由普通耐火砖砌筑，由电、天然气或煤气加热。坩埚有铸钢的，也有耐热钢板焊接的。首先把熔剂参加精粹炉坩埚，并开端加热，熔剂熔化后参加粗镁。待粗镁熔化、温度到达700℃时，用拌和器拌和液体镁，使液体镁与熔剂充沛触摸、吸附杂质，拌和时刻约20min，再升温至730-750℃，静置5-15min，使杂质和熔剂沉降，与液体镁别离。在以上进程中，经常向坩埚内撒些掩盖熔剂，避免液体镁焚烧。精粹进程中，非金属杂质被熔剂吸附、沉降，与镁别离。一起，碱金属K和Na与熔剂中MgCl2反响生成KCl和NaCl，进入熔剂而被除掉。静置期间，精粹炉中止加热。当液体镁温度降到680-710℃时，用气动泵抽取液体镁注入铸锭机铸成镁锭。精粹1t电解粗镁（液体镁）耗电300kW·h，熔剂30kg。精粹1t皮江法粗镁（结晶镁）耗电600kW·h,熔剂120kg。 热复原法镁厂均选用熔剂精粹法精粹粗镁。小型电解法镁厂也选用此法。 （二）沉降精粹 沉降精粹是大型电解镁厂精粹粗镁的办法。该法是在电加热熔盐炉（为接连精粹炉）中通过沉降去除镁中杂质。精粹炉见图，精粹炉为圆形，钢壳内衬耐火砖；炉顶直径约5.5m，炉底直径约3m，高约4.5m；炉中心部位是集渣井，炉体下部均匀分布6根石墨电极，加热功率300kW;加热介质氯盐温度720-730℃，氯盐成分为MgCl2 8%-12%、KCl 55％-65％、NaCl 18％-22％、CaCl2 0.5％-2％、BaCl2 5％-8％、CaF2 0.3％-1％。其密度大于液体镁的密度，因此坐落液体镁层下面。
[next]
电解槽中抽取出的液体镁，用台包运到精粹车间，从粗镁参加口注入接连精粹炉。因为加料管伸入氯盐熔体基层，液体镁从加料管出来后通过氯盐熔体层上浮到镁液层。这一进程与熔剂精粹进程相同。镁液层储存镁8-10t，温度710-720℃。镁在炉内逗留2h以上，镁中非金属杂质充沛沉降别离。精粹渣聚集于炉底中部集渣井内，定时翻开井盖用抓斗抓取渣。铸锭用的虹吸管从炉盖上刺进镁液层，开端铸锭时用真空泵将虹吸管抽成负压、使液体镁流出。为了避免液体镁焚烧，向炉内充氩气。接连精粹炉每天产精镁50-100t。精粹1t镁耗电50-100 kW·h，氯盐60kg。 （三）添加剂精粹 该办法是通过向液体镁中参加某种单质或化合物除掉镁中某些杂质的办法。添加剂精粹是对熔剂精粹或沉降精粹过的镁进一步精粹。 电解法粗镁和热复原法粗镁，通过熔剂精粹或沉降精粹，除掉了非金属杂质和碱金属K和Na，不能除掉其他金属杂质Fe、Si、Al、Mn、Cu和Ni。因为粗镁中金属杂质含量较少，通过熔剂精粹或沉降精粹，镁的质量一般能到达重熔用镁锭质量标准中我国标准Mg 99.90等第，可以满意普通用处要求。若要求镁含Fe 0.04％-0.003％、Si 0.01％-0.005％，应对熔剂精粹或沉降精粹的镁进行添加剂精粹。添加剂精粹除掉杂质最多的是Fe和Si，其次是Al和Mn,也能除掉一部分Cu和Ni。 用作精粹添加剂的有锰、钛和锆。锰以镁锰合金方式参加，钛和锆可以金属或氯化物方式参加。这几种添加剂可以与Fe、Si等金属杂质构成难溶于镁的金属间化合物，然后沉降别离出来。其间，钛和锆的精粹作用好，锆报价贵，因此常用的是钛。用钛添加剂精粹过的镁的杂质含量为Fe 0.004%、Si 0.005、Al 0.005%、Mn 0.01%、Cu 0.003%、Ni 0.0007%。镁的质量到达了我国标准Mg 99.95等第，行将熔剂精粹或沉降精粹过的镁进步一个等第或更高等第。 用钛添加剂精粹镁，运用的设备是坩埚精粹炉。先制备含钛熔剂，在坩埚精粹中熔化氯盐，氯盐成分为KCl 40％-70％、NaCl 20％-50％、MgCl2 10％，待氯盐熔化后参加粒度为18-60目海绵钛粉，拌和混合均匀。将熔剂精粹或沉降精粹过的镁参加坩埚精粹炉，然后参加含钛熔剂，当温度到达700-720℃时，用拌和器拌和5-15min，使钛与Fe等金属杂质充沛触摸、吸附、构成金属间化合物，静置沉降15-30min，最终进行铸锭。氯盐参加量为镁的20%，钛参加量为镁的0.05％-0.3％。 也可以用作添加剂。与镁反响生成钛，然后由所生成的钛吸附镁中金属杂质。但选用作添加剂精粹设备比较复杂。
三氯化锑
2017-06-06 17:50:12
三氯化锑 1英文名称 Antimony trichloride 别 名 氯化亚锑 分子式 SbCl3 外观与性状 白色易潮解的透明斜方结晶体，在空气中发烟 分子量 228.11 蒸汽压 0.13kPa(49.2℃) 熔 点 73.4℃ 沸点：223.5℃ 溶解性 溶于醇、苯、丙酮等 密 度 相对密度(水=1)3.14 稳定性 稳定 危险标记 20(酸性腐蚀品) 主要用途 用作分析试剂、催化剂及用于有机合成三氯化锑 对环境的影响:一、健康危害 侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。 健康危害：吸入、摄入或经皮肤吸收对身体有害。高浓度的三氯化锑对眼睛、皮肤、粘膜和呼吸道有强烈的刺激作用。可引起支气管炎、肺水肿。 慢性影响：实验表明有诱变作用。二、毒理学资料及环境行为 急性毒性：LD50525mg/kg(大鼠经口) 危险特性：受热或遇水分解放热，放出有毒的腐蚀性烟气。具有较强的腐蚀性。 燃烧(分解)产物：氯化物。三氯化锑 应急处理处置方法:一、泄漏应急处理 隔离泄漏污染区，周围设警告标志，建议应急处理人员戴自给式呼吸器，穿化学防护服。不要直接接触泄漏物，用沙土、干燥石灰或苏打灰混合，转移到安全场所。如大量泄漏，收集回收或无害处理后废弃。二、防护措施 呼吸系统防护：可能接触其粉尘时，应该佩带防尘口罩。必要时佩带防毒面具。 眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。 防护服：穿工作服(防腐材料制作)。 手防护：戴橡皮手套。 其它：工作后，淋浴更衣。单独存放被毒物污染的衣服，洗后再用。保持良好的卫生习惯。三、急救措施 皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水彻底冲洗。若有灼伤，就医治疗。 眼睛接触：立即提起眼睑，用流动清水冲洗10分钟或用2%碳酸氢钠溶液冲洗。 吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。注意保暖，保持呼吸道通畅。必要时进行人工呼吸。就医。 食入：患者清醒时立即漱口，给饮牛奶或蛋清。立即就医。 灭火方法：干粉、砂土。
熊维平：中国铝工业发展趋势探讨
2019-01-16 11:51:40
共同探讨中国铝工业发展的趋势，和对全球铝市场的影响 首先来讨论一下中国铝工业的发展现状。近五年来，中国的铝工业伴随着中国经济高速、健康蓬勃的发展取得了长足的进展。这些进展主要表现在靠前铝的消费迅猛增长，中国已经成为全球较大的原铝消费国。过去五年，中国的原铝消费的增长一直成为全球铝市场的一个亮点。从2001年到2004年中国原铝消费的增量几乎占到了同期全球铝消费增量的一半以上。2005年中国原铝消费已经达到698万吨，也就是在这一年，中国原铝的消费了美国，跃居成为世界靠前大原铝的大国。而且中国人均消费原铝的量从人均2.7公斤上升到人均5.5公斤。几乎翻了两倍。这样一个铝消费的增长率远远超过世界平均世界。 第二，中国的原铝产量快速提升，中国已经连续五年成为世界上较大的原铝生产国。2001年中国原铝的产量首次达到世界靠前。此后这几年中国原铝的产量几乎是按照每年增加100万吨的速度递增。年平均增长率达到了23%，中国去年原铝的产量已经达到781万吨占全球原铝总量的24.4%。 第三，中国铝加工业迅速发展，中国已经成为世界上较大的铝加工制品生产国。近年来中国的铝加工工业进入一个新的发展阶段，正在以罕见的规模和速度往前发展。已经形成了较为完整的铝加工业的体系。可以生产高质量的铝板带铂，以及高架公的铝合金的生产材料。特别是中国近几年来，中国相继建立了一些铝箔、铝板、铝带的生产企业，2005年底中国加工企业从数量上来说已经达到1400家，这些企业总的铝加工能力达到850万吨。去年实际铝加工材料产量是600万吨。所以中国在铝加工的产能和产量方面也成为世界靠前。 第四是中国氧化铝的缺口持续增大，中国不仅已经成为全球第二大氧化铝的生产商，同时也成为世界上较大的氧化铝的进口国。中国是铝土矿资源相对丰富的国家。特别是中国电解铝工业的快速发展，带动了对氧化铝需求的持续、快速增加。中国氧化铝的产量从2001年开始以年均14.18%的速度往上递增。即使这样中国氧化铝的需求缺口仍然很大，从这个可以看出中国2000年我们进口氧化铝是188万吨，但到2005年中国进口氧化铝的量已经达到700万吨，特别是在世界氧化铝的市场上中国的现货进口量已经占到国际贸易量的70%。上面谈到的特点，大家都会感到都是量方面的增长。也就是说，近五年来中国不管是氧化铝、电解铝、还是铝加工的快速发展，在世界的排位非常之前。但是实事求是的说，中国目前还仅仅是铝工业的大国不是强国。从量方面的变化，我们看到近五年来中国的铝工业在质子方面也有进步也有好的改善。中国铝工业开始走上资源节约、环境清洁、循环利用的可持续发展道路。主要表现在技术升级、节能降耗、以及和繁荣的和谐发展。 下面我想讨论第二部分是中国铝工业的发展趋势。 中国政府十分重视铝工业的发展，2005年9月7日国务院常务委员会，讨论并原则通过了铝工业发展专项归报和铝工业产业政策，提出了铝工业发展指导思想，并且强调加快产业结构调整，大力发展循环经济，充分利用国内国外两种资源，建立稳定的铝工业资源供给保障体系。我相信中国政府对铝工业的发展政策能够得到很好的贯彻，今后铝工业乃至于铝市场的发展会更加良性、更加健康。主要表现在铝的应用领域不断扩展，大家知道铝是一种减重、节能、环保可循环的绿色材料。铝的轻量性和优良的再生性对于可持续发展的社会意义重大。 第二是中国铝消费还将持续增长，今年表明当一个国家正处在工业化中期的时候，包括铝在内的基础材料和能源的消耗都进入一个加速期。增长率高于这个国家GDP的增长，中国的数据已经显示近四年来中国铝消费增长率是GDP增长率的1.63倍。从前五年国民经济增长来看，预计今后五年消费增长率能够保持在14%左右，按次推算到2010年中国铝消费量将达到1350万吨。到那个时候中国原铝生产和原铝的消费能够基本达到平衡。再一个趋势就是铝的循环经济亮点显要。 第三部分想和大家一起讨论一下中国铝工业的发展对全球铝市场的影响。首先是中国铝工业是世界铝工业不可缺少的组成部分。中国铝工业不仅很早就与世界铝工业实现了联通互动，而且从2001年中国原铝产量连续五年保持世界靠前，2005年中国原铝产量已经占到世界原铝产量的24.47%，而且原铝的消费量也首次排名世界靠前。2004年中国氧化铝产量也突破了700万吨，位居世界第二。到2005年氧化铝产量大幅增长达到850万吨，占世界氧化铝总产能的14%，而且统计资料表明当中，2005年原铝增量当中有2/3来自中国。世界铝工业如果缺少了中国那是不完整的。第二，中国铝市场是世界较有潜力和活力的市场。中国经济持续高速增长，带动了包括铝在内的金属材料消费量的快速增长，这样为铝工业的快速发展注入了强劲的活力和动力。在全球铝市场的链条当中，中国市场是潜力较大的市场。特别是是中国城市化、工业化进展的加快，在电力、交通、建筑等基础行业投资的增加以及汽车制造业等行业的快速发展，都使得中国这个市场产生了巨大的潜力和活力。第三是中国铝工业国际和作空间不断的扩大，由于中国经济高速增长，所带动的对铝需求的持续增长，中国的铝工业不管是生产还是消费，都还具有很大的发展空间。我们人均消耗铝的水平还仅仅达到世界平均水平。像发达国家（美国、日本）他们人均铝消费总量都达到30公斤左右。这样使中国市场引起了国际上、特别是国际铝业、矿业公司的高度重视。这样使得中国铝工业在国际上合作领域不断的扩大。这几年美铝、加铝等一些国家已经在中国建立了铝合资企业。我们预计中国数量增长、和质量升级还会吸引更多的海外投资者、贸易商进入中国铝市场。第四，中国铝企业走出去的步伐加快，氧化铝供应成为电力企业的关键因素。2006年1月7日国家发改委联合发布了知道通知，对于国外大型氧化铝资源的开发利用要求进行统筹规划，提出了通过跨国并购、参股、上市、重组铝合等方式培育发展我们国家的铝跨国企业。实际上近几年来中国已经也不少企业走出过门，像中国铝业公司已经在巴西、越南、澳大利亚等国投资建立铝土矿矿山或者氧化铝厂。我们在巴西投资10亿美金，筹建一个年产180万吨的氧化铝厂，资源利用的就是巴西的铝土矿，像今年3月我们获得了澳洲较后一块铝土矿的开发权。我们准备未来几年在澳洲的项目上投资30亿澳元兴建一个大型的铝土矿矿山满足中国电解铝企业对氧化铝的需求。所以说中国铝工业发展为世界铝工业发展带来强劲的动力，中国为世界铝工业投资者、和商家带来了更多的重要机遇。
三维石墨烯
