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關鍵詞:萃取新技術 有色冶金 運用
中圖分類號:TG146 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(c)-0006-01
目前來看,常規萃取技術在提純上已經不能更好滿足有色冶金的需求,雙水萃取技術、物理萃取技術等新技術的出現,在一定程度上促進了有色冶金業的發展。然而,這些萃取新技術在實際應用中仍有需要改進的地方。在這種情況下,有必要對有色冶金萃取新技術進行相應研究。如何更好的將萃取新技術更好的應用到有色冶金中,已經成為相關部門值得思索的事情。
1 對萃取新技術現狀進行分析
萃取技術在19世紀前期就已經在化工、輕工、食品、藥品等領域應用,而在冶金工業中應用,則是在20個世紀前期,當時只是在核燃料富集及提純上有所應用。隨著冶金業不斷的發展,除核燃料的富集、提純外,冶金領域其他方面對萃取技術的需求也越來越大。隨著萃取技術不斷的發展,常規的溶劑萃取方法已經不能更好的滿足現實需求。新型的萃取技術出現并在有色冶金中的應用,不僅其分離比原來萃取技術先進,提純也比以前更先進,但是并不是多有的萃取技術都在有色冶金中應用,目前仍有一些新技術尚未在夜色冶金行業中應用。即便一些先進技術在有色冶金業中應用,也仍有一些需要改進的地方。這些技術很多并沒有工業化,要想解決這些技術在工業化的障礙,仍需要對現在的萃取分離技術進行研究。此外,超聲和微波的一同萃取,超聲強化臨界狀態下物質的萃取等技術聯用的問題也沒有得到解決,萃取方法的機理探索也未得到有效的解決。在這種情況下,仍然需要對相應新技術進行研究。
2 對萃取新技術在有色冶金中的應用進行分析
2.1 雙水萃取在有色冶金中的應用
一些高性能分子聚合物水溶液達到一定濃度后,就會形成兩相,當兩相較高的時候,就可以形成雙水相性質。在雙水相形成過程中,是兩種聚合物之間吸引力較強,就會存在一個相中,聚合物之間有斥力,某種分子周圍就會有同種分子。其平衡后就會形成兩相,兩種聚合物分處一相。當聚合物之間存在相互排斥的時候,其分子質量就會變大,并形成相互排斥的異種分子,使聚合物具有不相容性。
要想這種萃取技術在有色冶金中更好的發揮提純作用,就應該在有色冶金體積比提高的基礎上,對其進行萃取并提高其效率。這種技術在生物生活和活性物質提存中應用的比較廣泛。近些年來,將其引用到有色冶金提存中來,其作為一種有色冶金中一種新技術,利用水溶性高聚物在無機鹽存在的前提下實現兩相的,其不僅能對主族元素和過度元素進行進行萃取,使相應金屬被分離和提純,同時也能對二、三過度系元素及稀土元素體系中的萃取分離進行相應研究得出相應結論。在實際研究中,銥與氯化亞錫反應的時候會生成三氯亞錫酸絡陰離子,其在動力學效率作用下,使得鉑、金的差異較大。在此基礎上用丙醇-氯化鈉雙水體系進行萃取,就能使鉑、金和銥分離,得到純度較高的鉑、金。
2.2 物理萃取技術在有色冶金中的應用
物理萃取是由微波、電場和電磁、超聲萃取等組成的,這些萃取方法的最大優勢是最大限度的縮短時間,提高生產效率,且生產過程無污染。物理萃取技術作為有色冶金新技術,其以其獨特的優勢受到了廣大冶金業的青睞,并在有色冶金中逐步應用。
微波技術作為一種電磁波,其不僅具有波動性、熱特性,同時也具有高頻性和非熱性。其常因介質中的介電常數不同,使得吸收微波能的程度和熱能不同。在使用微波技術進行萃取過程中需要有選擇性的加熱,之后才能將有色冶金從其基體和體系中分離出來。通過對銅礦浸出液進行研究,可知微波技術比傳統加熱方法反應效率要快且節能,在一定程度上也能減少勞動強度,使工作環境得以改善,從銅礦中更好的提出硫酸質量;電場在強化作用下,其能有效的提高萃取設備效率,也能將萃取能耗降至最低,同時也能使系數和兩相的分散和澄清得以強化,進而提高分離效率。在實在對銅進行萃取實驗時,其電極間距為5cm,直接電流為4kW,其萃取效率就會增至212倍,其液滴直徑也將會下降至2mm左右。相關專家憑借電場的優勢在實際應用過程中,以靜電式準液膜作為新型分析技術對鈧進行提取,最終結果是其濃度縮至10倍以下,其純度提高5倍左右;電磁事實上就是一種有著特殊能量的場,這種能量能在物質上發揮作用并改變其微觀結構,進而改變物理化學性質。抗磁性物質經過磁場處理后,分子勢壘會降低,也會減少內聚,使宏觀物性發生變化。這樣會將其表面張力減小洗漱擴散,也會使系數增加、溶解度增大加快其萃取過程。電磁技術在有色冶金中應用,主要是用來對銅進行萃取。在萃取的時候,可以先對稀土料液進行相應處理,之后再進行萃取。結果證明,使用這種方法能稀土兩相分配比的以改變,同時也能以磁化的方式稀土元素之間的分離系數得以提高;超聲萃取技術主要來自于超聲,而其機械效應和熱效應對萃取源有一定作用。目前來看,超聲萃取技術作為一種新型技術已被應用在有色冶金中,其在實際中應用不僅能提高其有色冶金產率,同時液能節約其成本。在對鎳進行萃取的時候,選用相應萃取劑、波率和功率。使用這種方法后,其萃取率為原來的4倍,同時也增加了兩相接觸面積。然而,物理萃取技術在實際應用過程中,尚有不成熟的地方,要想使其更好的應用在有色冶金中,仍需要對物理萃取技術進行進一步研究。
3 結語
萃取技術因其選擇性高和分離效果好等特點在有色冶金中廣泛應用。然而,隨著科技的發展和經濟的進步,原有的萃取技術已經不能更好滿足有色冶金需求。在這種情況下,就應該對心萃取技術進行相應研究。目前來看,雙水萃取技術、物理萃取技術和離心萃取等技術作為新技術已經開始在冶金中運用,并取得了一定效果。而有色冶金企業在未來的發展中,對萃取技術的要求將會更高。為了更好滿足有色冶金企業需求,還要對相應萃取新技術進行進一步研究。
參考文獻
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[3] 陳進利,吳勇生.有色冶金廢渣綜合利用現狀及發展趨勢[J].中國資源綜合利用,2008(10).
關鍵詞:印刷電路板;金屬;回收
引言
隨著電子產品更新速度的加快,電子垃圾主要組成部分的印刷電路板(PCB)的廢棄數量也越來越龐大。廢舊PCB對環境造成的污染也引起了各國的關注。在廢舊PCB中[1],含有鉛、汞、六價鉻等重金屬,以及作為阻燃劑成分的多溴聯苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)等有毒化學物質,這些物質在自然環境中,將對地下水、土壤造成巨大污染,給人們的生活和身心健康帶來極大的危害。在廢舊PCB上,包含有色金屬和稀有金屬近20種,具有很高的回收價值和經濟價值,是一座真正的等待開采的礦藏。
1 物理法
物理方法是利用機械的手段和PCB物理性能的不同而實現回收的方法。
1.1 破碎
破碎的目的是使廢電路板中的金屬盡可能的和有機質解離,以提高分選效率。研究發現[2]當破碎在0.6 mm 時,金屬基本上可以達到 100%的解離,但破碎方式和級數的選擇還要看后續工藝而定。
1.2 分選
分選是利用材料的密度、粒度、導電性、導磁性及表面特性等物理性質的差異實現分離。目前應用較廣的有風力搖床技術、浮選分離技術、旋風分離技術、浮沉法分離及渦流分選技術等。
2.超臨界技術處理法
超臨界流體萃取技術是指在不改變化學組成的條件下,利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行萃取分離的提純方法。與傳統萃取方法相比較,超臨界CO2萃取過程具有與環境友好、分離方便、低毒、少甚至無殘留、可在常溫下操作等優點。
關于利用超臨界流體處理廢舊PCB主要研究方向集中在兩個方面:一、由于超臨界CO2流體具有對印刷線路板中樹脂及溴化阻燃劑成分的萃取能力[3]。當印刷線路板中的樹脂粘結材料被超臨界CO2流體去除之后,印刷線路板中的銅箔層和玻璃纖維層即可很容易地分離開,從而為印刷線路板中材料的高效回收提供可能。二、直接利用超臨界流體萃取廢舊PCB中的金屬。Wai 等[4]報道了以氟化二乙基二硫代氨基甲酸鋰(LiFDDC)為絡合劑,從模擬樣品纖維素濾紙或沙子中萃取 Cd2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Pd2+、As3+、Au3+、Ga3+和 Sb3+的研究結果,萃取效率均在 90%以上。
超臨界處理技術也有很大的缺陷如:萃取的選擇性高需加入夾帶劑,對環境產生危害;萃取壓力比較高對設備要求高;萃取過程中要用到高溫因此能耗大等。
3 化學法
化學處理技術是利用PCB中各種成分的化學穩定性的不同進行提取的工藝。
3.1 熱處理法
熱處理法主要是通過高溫的手段使有機物和金屬分離的方法。它主要包括焚化法、真空裂解法、微波法等。
3.1.1 焚化法
焚化法是將電子廢棄物破碎至一定粒徑,送入一次焚化爐中焚燒,將其中的有機成分分解,使氣體與固體分離。焚燒后的殘渣即為的金屬或其氧化物及玻璃纖維,經粉碎后可由物理和化學方法分別回收。含有機成分的氣體則進入二次焚化爐燃燒處理后排放。該法的缺點是產生大量的廢氣和有毒物質。
3.1.2 裂解法
裂解在工業上也叫干餾,是將電子廢棄物置于容器中在隔絕空氣的條件下加熱,控制溫度和壓力,使其中的有機物質被分解轉化成油氣,經冷凝收集后可回收。與電子廢料的焚燒處理不同,真空熱解過程是在無氧的條件下進行的,因此可以抑止二英、呋喃的產生,廢氣產生量少,對環境污染小[5]。
3.1.3 微波處理技術
微波回收法是先將電子廢棄物破碎,然后用微波加熱,使有機物受熱分解。加熱到1400 ℃左右使玻璃纖維和金屬熔化形成玻璃化物質,這種物質冷卻后金、銀和其他金屬就以小珠的形式分離出來,回收利用剩余的玻璃物質可回收用作建筑材料[6]。該方法與傳統加熱方法有顯著差異,具有高效、快速、資源回收利用率高、能耗低等顯著優點。
3.2 濕法冶金
濕法冶金技術主要是利用金屬能夠溶解在硝酸、硫酸和王水等酸液中的特點,將金屬從電子廢物中脫除并從液相中予以回收。它是目前應用較廣泛的處理電子廢棄物的方法。濕法冶金與火法冶金相比具有廢氣排放少,提取金屬后殘留物易于處理,經濟效益顯著,工藝流程簡單等優點。
4 生物技術
生物技術是利用微生物在礦物表面的吸附作用及微生物的氧化作用來解決金屬的回收問題。微生物吸附可以分為利用微生物的代謝產物來固定金屬離子和利用微生物直接固定金屬離子兩種類型[7]。前者是利用細菌產生的硫化氫固定,當菌體表面吸附了離子達到飽和狀態時,能形成絮凝體沉降下來;后者是利用三價鐵離子的氧化性使金等貴金屬合金中的其他金屬氧化成可溶物而進入溶液,使貴金屬出來便于回收。生物技術提取金等貴金屬具有工藝簡單、費用低、操作方便的優點,但是浸取時間較長,浸取率較低,目前未真正投入使用。
結語
電子廢棄物是寶貴的資源,加強電子廢棄物的金屬回收技術的研究和應用,無論從經濟還是環境的角度出發,均具有重大意義。由于電子廢棄物具有復雜、多樣的特點,單憑任一技術很難回收其中的金屬,未來處理電子廢棄物技術的發展趨勢應該是:處理形式產業化,資源回收最大化,處理技術科學化。綜上所述,研究廢棄PCB的資源化,既可以保護環境、防止污染,又有利于資源的循環利用,節約了大量的能源,促進了經濟社會的可持續發展。
參考文獻:
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[關鍵詞]物位測量;雷達;調頻連續波;超聲波;微波
1.引言
物位計是指在企業的生產過程中,專門用來測量液位或固體料位以及界面變化情況的一種儀表。物位測量技術有著強烈的自身優勢,例如它具備較高的分辨率以及非接觸式的優點,因此在工業生產過程中(尤其是化工企業),得到了十分廣泛的應用。由于物位計直接參與企業的生產過程,所以一旦出現偏差或者錯誤就有可能給企業帶來不可估量的損失,所以我們有必要深入對于物位測量技術的研究,從而更好的為企業的生產以及經濟發展服務。
2.物位測量技術的基本工作原理
目前,應用比較廣泛的一種非接觸式物位測量技術原理稱之為回波測距原理,這種技術是通過波(超聲波、微波等)的傳播來實現的,其工作原理具體可用下圖來表示:
其中:
H代表容器的整體高度
h代表由探頭到物料上表面的距離
h’代表由容器底部到物料上表面的距離H
當探頭發出的能量波探測到物料的上表面的時候,會形成一條反射波傳達回探頭。根據波的傳播時間以及傳播速度我們就可以計算出從容器頂部到物料上表面的距離。具體計算公式如下:
h=0.5Ct
(其中,C代表波在空氣中的傳播速度,t代表波由探頭出發到反射波被探頭接收所經歷的時間)
根據h我們進而可以推算出物料的高度為:h’=H-h=H-0.5Ct
由于在實際的工作過程中,液態的物料會出現上下波動情況,固態物料的上表面也不可能完全水平,加之水蒸氣、會產等其他因素的干擾,會使測量結果出現不同程度的誤差。若想使得測量結果更加趨近于真實值我們就需要對波進行進一步的數字化處理來消除誤差,使測量結果更加真實準確。
3.兩種常用雷達物位測量技術綜述
雖然同是應用回波測距原理,但是不同類型的能量波在反射原理和數據處理方式上還是各不相同的。下面主要分析了超聲波物位和微波物位測量技術原理以及特點等等。
3.1超聲波物位測量技術
目前,超聲波物位測量技術已經發展到了相對比較成熟的階段,冶金、開礦、化工等行業都有著廣泛應用。同傳統的超聲波物位測量技術相比增加了總線接口,測量的分辨率也有了一定程度的提高,探頭和控制單元之間即使使用普通的雙絞線也能夠實現400米以內的信號傳輸,具備了更好地防護等級增強了環境適應能力,并且成本日趨低廉。其不同于微波物位測量技術的優點具體包括(1)通過一體型液位計在對化工企業中的酸堿溶液等液體的測量中,其分辨率和準確度都能符合測量標準,并且體型精巧,成本低廉,所以在該領域受到了廣泛的青睞。(2)在對廢水等進行測量的過程中,一些專門設計的液位計可以滿足不同客戶的具體需求。舉例來講,在液位差、流量等指標進行針對性的測量的時候,均可以利用超聲波液位計來實現。(3)在對一些煤礦、金屬等其他固體物料進行測量時,對于量程不超過15米的測量應用中,使用超生波物位計不僅性能較高而且可以降低成本。
3.2微波物位測量技術
近年來,微波在物位測量技術中的發展尤為迅速。超聲波在空氣中的傳播速度約為340米/秒,而微波則達到了300000000米/秒,其傳播速度遠遠高于超聲波,所以測量值要求至少能夠精確到微微秒以上,故量程大部分在幾米以上。由于利用微波進行物位測量不需要通過傳播介質所以它在對于高溫、高壓、擴散、揮發等物料的測量中優勢十分明顯。為波物位計測量過程中耗損低,傳播基本不受介質的影響速度穩定,具有高超的分辨率和精確度,可以完成很多超聲波不能夠完成的任務,因此這幾年得到了飛速的發展和應用。微波物位測量技術的優點:(1)利用微波能量集中和不會因受到環境因素的干擾發生耗損的特點,通過高分子材料制成的天線對信號進行發射與接收避免了由于強酸、強堿性物質帶來的腐蝕性損害。(2)對于存在熱輻射的金屬溶液進行測量時,通過不銹鋼材料制成的天線可以在較遠的距離之外進行物位測量。(3)使用專門制成的微波物位計對一些顆粒較小甚至粉塵狀態的物料進行測量時,不用擔心會有能量衰減狀況的發生。
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[關鍵詞]冶金儀器,分析技術,技術應用
[中圖分類號]F407.3 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158(2013)06-0143-01
一、前言
冶金儀器分析技術目前已經應用于多個領域。國家也對冶金分析技術的機構進行扶持,近幾年來冶金分析技術和應用已經得到顯著成果。冶金儀器分析技術有很多種,如顯微組織分析、表面分析等。并且在冶金儀器分析中要按照國家標準進行。
二、冶金儀器分析技術的標準探討
我國一直對冶金材料的相關分析方法的標準非常重視。截止到八十年代,我國就已經基本完成對鋼鐵、有色金屬、鐵礦石、鐵合金等冶金材料的分析標準的具體規定,而且在九十年代對此進行修訂。我國的化學分析方法具有國家特色,并且實用性和可靠性很高,與其他國家相比我國的化學分析方法和技術并不落后,而且在國際上也得到了很高的認可。針對鋼鐵、鐵合金和鐵礦石等金屬采取靈敏度高的分光光度的方法,在精確度和精密度方面的指標已經高于國際標準,這也證明了在幾十年里我國在有機試劑合成方面的成果非常顯著。
1 ISO分析方法標準
國家標準化相關部門經常召開會議對分析方法標準和技術進行探討。針對冶金儀器的分析標準ISO接連70多項方法標準。并且ISO組織針對電感耦合離子體制進行研究,于2009年針對鋼鐵中鉛、銻、錫等元素的分析方法標準,此方法靈敏度很高。在有色金屬的分析方法標準,ISO并沒有充分重視,也沒有積極召開會議,因此其技術標準停留在上個世紀七八十年代左右。不過最近ISO對此領域逐漸重視起來,2005年到2008年間并修訂了很多化學分析方法和標準。在鐵合金方面也是在上世紀七八十年代制定初步標準,之后就沒有進行修訂。
而近幾年來逐漸注重冶金儀器分析方法,ISO組織于1992年的第十四次會議上制定常規方法。常規方法就是指日常中儀器分析方法根據對應的溯源性進行確定,使原有的方法更加精確實用。使用紅外線吸收的方法對硫和碳等進行測定,ISO還針對一些常規方法進行標準物質的校準,這些常規方法也被國家標準和JIS、ASTM使用。
2 JIS分析方法標準
JIS分析方法標準比較側重于冶金材料分析,在鐵合金、鐵礦石等分析方法標準比ISO標準要多出很多,并且很多分析方法是九十年代就已經指定并且改善的,2007年到2012年間又多次進行修訂。JIS分析方法標準除了化學方法,還有很多AAS、ICP等紅外吸收的方法標準。如1975年就指定了鋼鐵材料的AAS分析方法標準,然后在2000年進行修訂;1989年指定了鋼鐵磷、錳等十幾種元素的ICP AES分析方法標準,并且在1997年進行修訂,在2007年二次修訂。目前流行的JIS B1258標準是對十三中元素的分析標準,此標準具有很高的精確度。
3 ASTM分析方法標準
ASTM分析方法對儀器分析方法比較重視。最近幾年已經針對很多方法標準進行修訂,也制定了很多新的方法標準,但是其中化學分析方法的標準還是停留在原來的標準。ASTM分析方法標準中包括對重量法、分光光度法和滴定法等化學方法的分析,也有直流離子體方法,而目前使用較為廣泛的是ICP方法。ASTM針對原子發射光、XRF分析方法都制定了多種標準,包括不銹鋼、鑄鐵、碳鋼的分析標準,利用XRF對鍍層的表面積質量和厚度進行分析。而對于鋁合金、鋅合金等方面,ASTM不僅有經典的化學方法標準,也制定了很多光學、電熱原子光譜分析方法的標準。ASTM分析標準中,XRF和原子發射光譜的方式應用比較廣泛,而ICP AES的分析方法標準則比較少。并且ASTM的多數儀器分析方法標準都是最近幾年制定和完善的,而化學分析方法標準則是很多年以前制定的,其中化學儀器和方法已經比較落后。
三、冶金儀器分析技術方法
1 成分定量分析技術方法
國家研究冶金儀器分析技術方法的研究人員高達300多人,項目也逐漸增多。分析檢測中心對成分定量分析也有了一定的研究,對檢測結果有了進一步提高,并且能夠針對不同產品的需求進行成分定量分析,更有力的支持項目和產品的開發。在成分定量分析方面,研究人員研發固體樣品分析方法,利用對光源功率的激發、加強信號強度等方面的強化,在火花原子發射的開發上使用了實際中金屬材料進行分析,對多種元素進行檢測,并且誒檢測時間能夠保證在五分鐘內。這種方法能夠避免原來重復性的化學實驗之前的處理,不僅能夠提高效率,還能減少化學試劑浪費。實驗室中使用微波消解技術對鋼結構中鋁和硼的檢測,能夠將分析時間縮短一倍。在對錳鐵、鉻鐵、鈮鐵合金分析時,采用離心澆鑄技術,該技術采用惰性氣體進行保護,用鐵作為溶劑,采用原子發射光譜進行分析,能夠大大降低分析的時間。
2 顯微組織分析技術方法
技術的發展已經將原有的技術方法淘汰掉,各種新型的分析方法也應運而生。目前分析方法多采取電子能量分析方法、電子花樣分析法或者納米技術方法等。電子花樣分析方法已經在國際上建立標準,并且成為行業內的領先技術。
各種先進的分析技術方法能夠更好的將儀器的組成、成分、狀態、缺陷等方面顯現出來,研究人員就可以針對這些信息不斷進行改善。目前最常用的是原子、電子和納米方向的技術。如原子像結構技術能夠高分辨率對材料進行觀測,其能夠研究的可以達到非晶或者準晶的狀態,甚至達到原子、單個空位的水平。還有一種技術方法是電子能量損失譜,雖然很多方法能夠達到高分辨率的水平,但是卻缺乏結構和化學成分信息,所以電子能力損失譜就應運而生了,TEM探針能夠提供非常高的分辨率和結構信息。而納米分析方法能夠對類別和質量分數提供精確參數,掃描電鏡、高分辨透射電鏡等方法都能夠做到小尺寸析出,并且能夠得到精確信息,還能對過程進行觀察和分析。
3 表面分析技術方法
由于環境保護和資源節約等方面的需求,要對冶金儀器的表面進行處理,如涂層、鍍層要保證很薄,對環境沒有破壞等。目前流行很多種新型表面分析技術,如閃鍍、真空鍍膜、氧化處理等技術,這些都能夠在冶金儀器的表面鍍上幾納米到幾百納米厚度的鍍層,能夠一定程度上保護儀器不被腐蝕。這些新型表面處理技術都能夠降低成本,節約資源,并且對環境的污染很小。冶金儀器表面的防腐能力主要是由表面狀態來決定的,為了更好的提高表面處理技術的水平,提高冶金儀器表面的質量,就需要對表面和鍍層的情況進行分析,對表面的耐腐蝕性和缺陷進行研究和改善。
四、冶金儀器分析應用方面的研討
對冶金儀器分析的應用方面主要是針對力學性能和技術開發方面的考慮。力學性能是對沖擊、拉伸和硬度方面進行測試,可以在不同領域、級別和尺寸的冶金儀器進行對比,這樣利于對冶金儀器力學性能的認識,并且對缺陷進行完善。而力學技術開發是對冶金儀器的研發、生產、推廣的提高。相關研究人員要對技術難題進行攻關,多個部門協作對新方式進行探索,逐漸探索新的分析技術和科學發展方式。
五、結束語
綜上所述,冶金儀器的分析技術和應用方面都存在著一定問題和不足,而國家相關研究部門的技術人員也在進一步的研發和改善過程中,相信在不久的以后,我國的冶金儀器分析技術會在國際上處于領先水平。
參考文獻