湿法冶金课程论文

湿法冶金课程论文（精选5篇）

1.湿法冶金课程论文 篇一

大气污染控制工程课程设计任务与指导书

湿法钙基烟气脱硫吸收塔设计

指导教师：胡辉教授

班级：

设计小组：

一、设计任务与目的

任务：完成某电厂湿法钙基烟气脱硫工艺流程中吸收塔设计。

目的：通过该设计，使学生能够综合运用课堂上学过的理论知识和专业知识。以巩固和深化课程内容；熟悉使用规范、设计手册和查阅参考资料，培养学生分析问题、解决问题和独立工作的能力；进一步提高学生计算、绘图和编写说明书的基本技能。

二、设计内容和步骤：

某电厂地处东南季风区，四季分明，温暖湿润，春季温暖雨连绵，夏季炎热雨量大，秋季凉爽干燥，冬季低温，少雨雪。

根据当地气象台多年气象资料统计，其特征值如下： 累年平均气压：

累年最高气压：

累年最低气压： 累年平均气温： 极端最高气温： 极端最低气温：

1011.0hPa 1038.9hPa

986.6hPa

17.6℃

40.9℃

-9.9℃

厂址处全年北(N)风出现频率为20.0%，西北(NW)风 出现频率为14.7%，西(W)风出现频率13.1%，南(S)风出现频率6.0%，东北(WE)风出现频率9.6%，东(E)风出现频率8.3%，东南(SE)风出现频率8.0%，西南(SW)风出现频率7.2%，静风出现频率为13.1%。

电厂有4台60MW的发电机组，占地面积25000m2。电厂所用煤的组成成分：C 65.7%；灰分 18.1%；S 1.7%；H 3.2%；水分 9.0%； O 2.3%，每小时煤的用量90t，采用石灰石——石膏脱硫工艺流程，脱硫率要求为90%。

1.根据上述资料，确定烟气量(锅炉燃烧的过剩空气系数取a=1.2,锅炉每小时用煤90t)、SO2含量和每天石灰石的消耗量(设系统钙硫比为1.2时，脱硫率达到90%)；

2.计算和设计各处理构筑物。（1）吸收喷淋塔

① 确定吸收塔的大小，塔内气流速度以及停留时间；

② 根据烟气量确定循环浆液喷淋层数，除雾器层数（不超过3层）；

③ 绘制1：50－1：200的吸收塔草图，标上各部分尺寸；（2）总平面图设计

根据前述条件，绘制湿法烟气脱硫电厂的平面布置图(1：200—1：2000)：包括处理构筑物的平面布置及输配水管线的布置。生产性辅助建筑物（鼓风机房、浆液泵房、配电间、锅炉房、机修间、化验室、仓库等）及生活福利建筑（办公室、车库、宿舍、食堂、传达室等）的布置。具体要求：

①平面布置应尽量紧凑，在规定的范围内结合远期发展布置，并应考虑施工上的方便。

②平面布置中应考虑事故排除和超越管。

③厂内应有道路通向各构筑物，以便运输；合理布置上、下水管、空气管、蒸气管、电缆等管线。

④厂内应充分绿化，以改善卫生条件和美化环境。

三、设计成果： 1.设计说明书

①整理后的说明书应编有章节目录，设计任务来源，原始资料和设计要求放在最前，分组表随其后，各人在分组表中划定自己的设计条件。

②处理构筑物的设计与计算应按流程的先后次序分章节编写。

③对所采用的设计数据（反映了设计者的设计思想及设计原则）应做必要的说明。

1说明书要求A4开纸，用钢笔书写或打印（正文宋体、小四号字，1.5×行距），草图要求按比例.2.设计计算书——各构筑物的计算过程、主要设备（如吸收塔、等）的选取等； 3.图纸要求

①总平面图比例1：200—1：2000，并附有图例，建筑物名称及必要的说明。

②其他图按已有说明给出。

四.设计基础资料：

各小组及个人任务见分组表。

五.主要参考资料

[1] 郝吉明, 马广大.大气污染控制工程(第二版).北京: 高等教育出版社, 2002.[2] 吴忠标.大气污染控制工程.杭州: 浙江大学出版社, 2001.[3] 魏先勋等.环境工程设计手册(修订版).长沙: 湖南科学技术出版社, 2002.[4] 刘天齐.三废处理工程技术手册(废气卷).北京: 化学工业出版社，1999.六、湿法钙基烟气脱硫课程设计报告要求

（一）课程设计文本结构

1、课程设计任务书

2、课程设计目录

3、课程设计正文

4、致谢

5、附录

6、参考文献

(二)对以上内容的要求

1．第1条的要求由指导教师把关

2．文本每页右下角必须有页码，目录中必须标明页码。

3．课程设计正文内容序号为：一、二、三、…；⒈、⒉、⒊、…；(1)、(2)、(3)、...。

湿法钙基烟气脱硫课程设计要求表述详细和计算精确。要求论理正确、论据确凿、逻辑性强、层次分明、表达确切。

对设计过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。

4．致谢：简述自己通过湿法烟气脱硫课程设计报告的体会，并对指导教师以及协助完成报告的有关人员表示谢意。

5．参考文献：为了反映文稿的科学依据和作者尊重他人研究成果的严肃态度以及向读者提出有关信息的出处，正文中应按顺序在引用参考文献处的文字右上角用［］标明，［］中序号应与“参考文献”中序号一致，正文之后则应刊出参考文献，并列出只限于作者亲自阅读过的最主要的发表在公开出版物上的文献。

参考文献的著录，按著录/题名/出版事项顺序排列：

期刊——著者，题名，期刊名称，出版年，卷号(期号)，起始页码。书籍——著者，书名、版次(第一版不标注)，出版地，出版者，出版年，起始页码。

7．文字要求：文字通顺，语言流畅，无错别字，一般情况下应采用计算机打印成文。

8、图纸要求：图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，使用计算机绘图。

胡辉电子邮箱（问题和电子文件请寄此邮箱）：hqh08@sina.com

2.湿法冶金课程论文 篇二

《湿法冶金》可供从事金属矿选矿、湿法冶金、化学化工、金属综合回收、三废治理、分析测试和环境保护等方面的科研、设计、生产人员及大专院校有关专业师生参阅。

《湿法冶金》国内统一刊号CN11—3012 /TF, 国际标准刊号ISSN 1009—2617, 广告许可证号为京通工商广字第0005号 ( 1 - 1) , 由《湿法冶金》编辑部编辑出版, 邮局发行及编辑部发行。2015年定价10. 00元/期, 全年60. 00元, 全国各地邮局均可订阅, 邮发代号80—181。编辑部常年办理订刊业务。

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3.湿法冶金课程论文 篇三

基于工作过程的课程最早是由德国人提出的，指的是工作过程系统化的课程，它必须通过具体的“学习情境”来实施，具有整体性、合作性和个性化的特点。工作过程导向是“学习领域”课程方案的基础。

基于工作过程的课程设计方法一般有以下步骤：所从事的职业能力分析(含专业能力、方法能力和社会能力)→罗列并确定职业行动领域→确定学习领域→学习情境设计和教学项目的制定(含教学方法的设计)。这一课程开发的基本路径可以简述为“行动领域→学习领域→学习情境”，具体来说，就是从职业工作过程确定职业行动领域，再从职业行动领域确定基于工作过程的教育职业学习领域，包括能力目标描述、学习内容和参考学时，以此为基础制定基于工作过程、旨在培养学生职业能力的人才培养方案和教学计划的思路、步骤和方法，并依据行动导向的.原则实施教学活动，即针对与专业紧密相关的职业“行动领域”的工作过程，按照“资讯――决策――计划――实施――检查――评价”完整的工作模式来进行教学，从专业理论知识转向工作过程知识。

2基于工作过程的冶金专业英语课程设计

2.1社会需求调查与分析

人才培养的目标是为了满足社会对人才的需求，因此，社会需求调查与分析是课程方案开发的出发点。根据高职教育应首先服务地方和区域经济的要求，应在高职院校所在区域选取有代表性的企业进行充分调研。分析这些企业中重点的工作任务为确定培养目标提供依据。以本院冶金专业英语课程为例，我们对太钢、长钢、中阳钢厂进行了英语人才知识结构需求的调查，拜访了行业资深专家和企业的工程技术人员，就人才规格的需求、毕业生的工作岗位、工作任务、职业能力等方面进行了调研。

2.2分解岗位工作过程

工作过程是指完整的一个工作进程，即工作任务是怎样被完成的。职业的工作过程是完成企业一个具体工作任务的完整的劳动进程，因此，工作成果始终是其所要达到的目标。我们针对冶金技术专业人员主要完成工作任务的工作过程中具体岗位和岗位群进行分析，将其所要求的英语专业知识、基本的操作技能和工作规范――进行排列，编成一套描述从业人员履行其工作任务的工作职责目录，完成每一个工作任务所需要的岗位能力。以冶炼炼钢生铁这一工作任务为例，其核心工作任务包括：原燃料检查、设备检查、制定操作制度、外围协调(各岗位操作)协调管理、生产故障处理、炉况调节、失常炉况判断及处理、高炉生产工艺事故处理、排、休、复风操作、停、开炉操作。完成这一工作任务需要的岗位能力包括：会识别与分析原、燃料；会操作高炉生产设备；会判断和处理炉况；会排除一般生产故障；会编制工艺方案；懂得高炉炼铁的基本理论；具有未来创新的潜在能力；具有一定组织协调能力等社会能力；具有一定的自主学习、开拓创新等方法能力。

2.3转化开发课程

对工作任务进行分析和工作过程分解之后的工作是如何将岗位能力要求转换为课程方案，这项工作是基于工作过程的课程方案开发的关键，这里面包括两个方面的转换：①将工作过程的岗位能力要求归类提取转换为课程方案的学习领域。按照能力不冲突的原则，将完成工作过程所需的能力分类转化为教学目标的能力要求，并按照能力不重复的原则，将这些要求确定为若干个学习领域。②将学习领域转换为学习情境。针对学习领域具体的能力要求将完成这些能力的学习内容重构组合，将理论知识和技能要求穿插在一起，选择合适的载体将学习领域分为若干个学习情境。根据确定的学习领域和学习情境，按照认知规律和能力递增的原则合理安排学习领域和学习情境的顺序。各项工作任务，按“资讯(信息采集)、决策、计划、实施、检查、评估”的行动过程设计每一个环节的教学内容。

鉴于冶金专业英语课程是一门专业基础课程，我们本着“实用为主，够用为度”的高职英语教学原则，设置了5个学习情境：炼铁、炼钢、有色金属冶炼、金属成型和热处理，每个学习情境又包括若干个子学习情境。以炼铁情境为例，子学习情境包括：炼铁原料、高炉、热风炉、炼铁技术的新发展。对不同的情境任务安排基本专业知识和技能训练、综合专业知识和技能训练以及社会决策知识和职业能力训练。在炼铁情景中，知识与技能训练体现为：能够用英语表述炼铁原料的特点及识别方法、高炉、热风炉的构造及基本操作，了解高炉生产的主要技术经济指标，以及炼铁技术的新发展，能够利用所学知识和经验创造性地解决新问题(模拟炼铁原料采购的实践活动)。 在教学实施阶段，我们按工作过程的实际工作顺序组织教学，运用6步教学法使学生获得完整性行动及所需知识，融社会能力和方法能力的培养于学习过程之中，这种行动导向的教学活动设计有利于促进整体性学习过程的形成，体现创造能力(设计能力)的培养。这里以冶炼炼钢生铁情境下炼铁原料情境为例，说明教学过程的设计。

(1)资讯(0.5学时)：布置任务，明确信息。主要活动：师生互动(教师带领学生回顾原料相关知识)和教师讲授(高炉生产技术经济指标)。

(2)决策(0.5学时)：判断思考，表达决策。学生分组通过教学资源、网络等多种渠道进行下列内容分析，作出冶炼炼钢生铁使用哪些原料的决定。①分析原料的作用；②分析原料的外观特点；③分析他们对高炉冶炼的影响等。

(3)计划(0.5学时)：制定方案，规划行为。列出收集原料实物的人员安排与时间计划。

(4)实施(1学时)：落实计划，执行方案进行图片的收集、实物的收集(配合第二课堂进行)，对原燃料进行归类。制作成样本。

(5)检查(0.5学时)：比较判断，修订错误。学生互查、教师抽查学生对原料的认识程度。

(6)评价(0.5学时)：分析成果，不断进步。随机抽查学生向全班同学进行汇报演讲，根据评价标准，打出分数。

2.4建立监控和评价体系

实施基于工作过程的教学方案，可以尝试知识考核、过程考核和结果考核相结合的方式。由于课程是以工作任务为中心展开教学，因此可以以工作任务为单元，逐项考核。即全程考核、全程评价的评价方式，在学生完成每项工作任务的理论知识学习和训练之后，教师要对学生在完成该项工作任务过程中知识掌握和能力的高低，给予评价和认定，本课程全部工作任务的学习完成后，将各项考核成绩累加。这种考核方式帮助学生及时监控管理学习过程，而且得到优秀的成绩会使他们产生成就感，激励其不断探索进步。这样就避免了学生平时不用功，“临时报佛脚”的弊端。此外，在对学生课程学习的考核内容方面，不能局限于对知识点和技能点的评价，还必须考核学生完成工作任务的质量、合作能力及个人素质等。

3结语

4.湿法冶金课程论文 篇四

太阳能是地球上资源最为丰富、最为廉价的清洁可再生能源,取之不尽、用之不竭。利用太阳能的光生伏特效应,可将辐射到地面的太阳能直接转化为电能。光伏发电这种新能源利用方式由于具有资源来源广泛、设备简单、使用寿命长、对环境无污染等优点,受到世界各国的高度重视。在众多用于制备太阳电池的半导体材料中,晶体硅太阳电池始终占据主导地位。多晶硅作为光伏转换器件材料,其生产成本占到太阳能电池组件成本的20%[1],高额的生产成本制约了光伏产业的普遍发展。开发低成本、高纯度的多晶材料生产工艺成为研究的热点。从冶金级硅提纯制备出低成本太阳能级多晶硅已经引起光伏产业业内人士的极大兴趣,有关人员也进行了大量的工作,采用简单廉价的冶金级硅提纯过程以便取代复杂昂贵的传统西门子法。冶金法的工艺路径有很多,但均有其共性,一般要经过炉外精炼、湿法处理、真空提纯、定向凝固等几个步骤[2,3,4,5,6]。

随着下游化工工业和电子工业对冶金级硅产品质量要求的逐渐提高,冶金级硅生产企业普遍采用炉外精炼技术提高冶金级硅产品的质量。国内外的研究资料表明[7,8,9,10,11],造渣精炼技术已经广泛地应用在工业硅的生产中,并且取得了较好的精炼效果。造渣氧化精炼的工艺是在冶金级硅中加入熔点高于冶金级硅的精炼渣,并在硅和渣的熔点温度之间进行氧化精炼[12]。一般精炼渣至少含有两种化合物,一种是能富集杂质的碱性氧化物,如CaO、BaO、MgO等;另一种是能够提供游离[O]的氧化剂(如SiO2)。高温下,硅熔体中的杂质扩散到渣硅界面被氧化剂所氧化,形成不溶于硅熔体的氧化物扩散进 入渣相,从而达到 分离杂质 提纯的效 果。 以CaO-SiO2二元渣系 为例,图1为造渣氧 化精炼除 杂示意图[13]。虽然造渣氧化精炼能降低硅中的大部分杂质,但是造渣精炼过程不能改变杂质在硅中的分凝系数,这意味着杂质的去除效率有限,不能达到太阳能级硅的质量要求。

其他冶金法制备多晶硅工艺中,真空精炼能够有效去除饱和蒸汽压高的杂质元素,如P和Ca,但是真空挥发耗时长,需要的真空度非常低,这使得该方法在工业上不能用于快速大量的生产;等离子体精炼和电子束熔炼虽然能有效去除硅中的杂质B,但是其高额的生产成本限制了工业生产的应用;定向凝固能够有效去除分凝系数低的杂质元素,但是对于分凝系数较大的B、P杂质(分凝系数分别为0.8、0.35), 该方法效果不是很理想。而硅中的B、P杂质对太阳电池的光电转化效率的影响是最大的,因此探索一种低成本去除B、 P杂质的工艺很有必要。熔剂精炼是一种类似于造渣精炼的炉外精炼方式,由于加入熔剂金属与冶金级硅合金化后, 改变了杂质在合金相中的分配系数,能大大降低杂质的分凝系数,使得除杂效果得到很大的改善。Yoshikawa[14]对熔剂精炼进行了综述,认为熔剂精炼在杂质B和P的去除方面具有一定的优势。

1熔剂精炼的原理

熔剂精炼就是利用硅在合金熔体中的重结晶行为,依据杂质在硅固相和金属熔体之间的分凝效应提纯初晶硅[15],原理如图2所示。换言之,在冶金级硅中加入适量的添加剂合金化,在熔体凝固过程中熔剂金属作为吸杂剂与硅中的杂质形成沉淀相或是杂质二次相。由于这些杂质相稳定且溶解度小,它们会不断在液相中富集并且在晶界处析出,从而起到提纯的效果。而初晶硅与合金相的分离可以采用超重力、 电磁感应、酸洗等多种方法实现。

2熔剂选择的依据

选择的熔剂金属应该与硅中杂质元素有很高的亲合力, 且在合金相中的溶解度很小。熔剂精炼本身会带入影响硅材料纯度的新杂质,需要增加工序去除它们。因此,要选择合适的熔剂金属,使其与硅熔体中的杂质有效结合形成沉淀相析出在晶界处,并且湿法处理中能将其除去。

熔剂精炼的第一步是冶金级硅的与溶液剂金属的熔融。 当合金液相冷却凝固时,硅发生再结晶,而杂质相则保留在金属液相中。熔剂精炼提纯方法也就是硅从金属液相中再结晶的提纯过程。金属熔剂作为熔剂精炼的媒介,应遵循以下原则[16,17]:熔剂介质对硅中杂质具有较强亲和力,要能降低杂质的分凝系数;熔剂在硅中具有较低的固溶度;熔剂精炼后产物比较简单,易于分离;熔剂介质价格低廉。

依据上述原则,能够用于熔剂精炼的合适的金属主要有Fe、Al、Cu、Sb、Sn、Mg、Zn、Ni和Ca等。

3熔剂精炼

3.1Ca作为熔剂介质

Min和Sano[18]报道了钙 和磷会形 成稳定的 化合物Ca3P2,从而能降低 硅中的杂 质P。Morita等[19]研究了在1723K下硅熔体中磷与钙的相互作用系数以及磷的自身作用系数,结果表明Ca的添加能有效降低杂质P的含量,并且P的分配系数LP随着Ca添加量的升高而降低,如图3所示。 He等[20]采取往冶金级硅中添加CaO代替直接 加Ca的方法,研究了提纯的效果。他们发现CaO添加量在1%~4% 时精炼后硅 中Fe、Al、Ti、Ni的含量低 至5×10-6以下。 Johnston和Barati[21]研究了加钙提纯硅,发现当Ca的添加量从2%提高到3%时,杂质P的减少率最大,当添加的Ca为4%时,掺进硅中的P含量降低了2个数量级,如图4所示。Hu等[22]研究了添加Ca对Sn-Si体系精炼效果的影响, 结果表明加Ca后杂质P的含量能进一步降低。MetelevaFischer[23]采取往工业硅中添加Ca进行合金化精炼,结果发现Ca的添加可以促进杂质在冶金级硅中的分离,不同的金属间化合物和硅化物可以在晶界上富集,包含在某些杂质相中的杂质磷在后续的湿法处理中能够被有效去除。

3.2Al作为熔剂介质

选择Al作为熔剂金属的一个优势是在与硅熔体形成共晶化合物时没有生成任何金属间化合物。Morita等[24]通过往硅中添加Al进行Si-Al合金熔剂精炼,可以有效降低杂质的分凝系数,提高杂质的分凝效果。Li等[25]在超重力下开展了Si-Al合金熔剂精炼,并用王水溶解Al,可以将硅的纯度从99.59% 提高到99.92%,杂质B和P可以分别 从8.33×10-6和33.65×10-6降低到5.25和13.5×10-6。 Yashikawa等[26]发现钛的添加会与B形成TiB2,从而促进Si-Al熔析过程B的去除。Gumaste等[27]报道了Si-Al熔剂精炼后硅中的Fe、Zr、V、Ca、Ba、P、Cu、Ti、Cr和Mn的含量都有所降低。他们将样品降低到共晶点温度以上时急速冷却,避免共晶相的形成,通过降低冷却凝固速率(20 ℃/h)提高提纯效果。提纯后硅中的Fe、Ti、V、Ba、Mn和Ca的含量都显著降低,但是Al的含量从285×10-6升高到了2740× 10-6,B的含量保持不变,P的含量从45×10-6降低到15× 10-6。Morita等[24,28,29,30,31]研究了Si-Al熔剂精炼热力学性质, 发现Si-Al合金中的硅熔体再结晶对于金属杂质(如Fe、Ti、 Cu、Mn、Ni)的去除是很有效的。同时,他们预测了Si-Al合金在1073K和1273K时一些杂质元素的分凝系数,如表1所示。结果表明杂质的分凝系数在Si-Al合金液体中降低了好几个数量级,这有利于熔剂精炼提纯冶金级硅。

尽管Al作为一种有效的吸杂剂,但是硅与Si-Al合金的分离仍是一个难题,因为它们的密度差很小。另一方面,虽然酸浸能有效地处理合金相,但是会消耗大量的酸液,增加提纯成本。

3.3Sn作为熔剂介质

Hu等[22]在超重力下开展了Sn-Si合金熔剂精炼,并结合酸浸处理,金属杂质的去除率可以达到99.4%,杂质B和P的含量可 以分别从10.3×10-6和108.5×10-6降低到3.12×10-6和28.9×10-6。Ma等[32]研究了Sn-Si合金熔剂精炼,金属杂质的去除率可以达到98%,B和P的去除率分别可以达到70%和60%。Zhao等[33]研究了低温条件下SnSi体系净化冶金硅工艺,通过对Sn-Si体系中B的分凝系数计算,在1500K时B的分凝系数降低至0.038。经过2次Sn-Si熔剂精炼后B的含量可以从15×10-6降低到0.1× 10-6,生成的初晶硅经王水酸浸前后的微观结构如图5所示。郭占成等[34]研究了Sn-Si体系的提纯效果,精炼后主要杂质的含量 均小于1×10-6,B和P的去除率 分别达到97.7%和99.8%。巫剑等[35]开展了Sn-Si合金精炼,并结合定向凝固,实现晶体硅与金属熔剂的有效分离。精炼后总金属杂质的去除率达到87%,P的含量从50.12×10-6降低到8.48×10-6。但是Sn在硅中的固溶度高,必然会造成精炼后硅中的Sn含量偏高,需要结合其他工艺将它去除。

3.4Cu作为熔剂介质

相比Al、Sn、Sb来说,Cu在硅中的固熔度低,对于熔剂精炼是非常有利的。但是在价格方面,Cu比Al要贵很多。 Cu-Si熔剂精炼后结合湿法处理能够有效降低硅中的杂质元素。Juneja等[36]经过实验发现硅中的Mn、Mg、Cr、Ni、Al和Ca在Cu-Si熔剂精炼 过程中部 分被除去。 Mitrainovic' 等[37,38]添加Cu对工业硅进行合金化后慢慢冷却,结果表明杂质在Cu-Si化合物中的含量至少高于Si硅中的10倍,从而实现硅中杂质的去除,但对B和P的去除效果较差,晶界处的微观图像如图6所示。精炼后硅熔体凝固过程的控制也受到了Visnovec等[39]的关注,他们将50%Cu-50%Si(质量分数)合金分别以0.5 ℃/min和1.0 ℃/min的速度凝固, 并将以0.5 ℃/min凝固获得的样品用10%的HNO3浸出, 杂质的去除 效率最高,可以将冶 金级硅中 的杂质含 量从5377×10-6降低到225×10-6。他们的研究结果表明,将Cu与硅合金化后并慢慢冷却,再结合湿法浸出可以有效地去除硅中的杂质。

3.5其他金属熔剂

近几年来,冶金级硅的熔剂精炼技术得到了较快的发展。Yin等[40]用Ni作为合金元素,可以去除包括Al、Ba、Ca、 Co、Cr、Fe、K、Mg、Mn、Mo、P、V和Zn在内的很多元素,然而对B、Cd和Se去除效果并不明显。Esfahani等[41,42]将Fe与硅合金化,再用湿法浸出。他们分别将样品在共晶温度以下200 ℃和共晶温度以上15 ℃时急速冷却,结果表明后者在提纯效果方面要比前者好。除了Cr(去除率80%)和P(去除率57%)之外,其他杂质元素的去除率均超过了90%。尽管Fe作为合金试剂,但是精炼后硅中Fe含量大约只有1× 10-6。这主要是因为Fe的分凝系数很小,通过熔剂精炼能将大部分铁除去。

基于上述文献可知:(1)熔剂精炼能够有效地去除硅中大部分的金属杂质,并且在去除杂质B和P方面具有一定的优势;(2)熔剂精炼对硅熔体成分和硅中杂质存在形态和分布规律的影响需要进一步的深入研究;(3)精炼之后硅熔体的凝固过程控制及其对硅中杂质微观结构的影响需要进一步的深入探讨。

4硅的湿法浸出

关于冶金级硅湿法浸出提纯的研究,相关领域人员进行了大量的实验,主要涉及到浸出剂的选择、反应动力学条件优化、浸出过程的强化等诸多方面。冶金级硅湿法提纯部分研究成果如表2所示。

此外,Sahu和Asselin[54]比较了两种氧化剂氯化铁和过硫酸铵对HCl溶液浸出提出冶金级硅过程的影响,结果表明添加氧化剂能提高冶金级硅提纯效率,并且杂质的去除率随着硅料粒度的减小而提高,随着温度和HCl溶液浓度的升高而提高。Zeng等[55]采用HCl+HF浸出冶金级硅,硅中杂质Mg、Al、Ca、Fe、Ti的去除率 分别达到96.8%、96.8%、 98.2%、99.7%和99.1%。Ma等[56]研究了硅中Fe、Al、Ca对各种酸的敏感度,发现常见酸对冶金级硅中除杂能力强弱的次序是HF>HCl>HNO3>H2SO4。Sun等[57]采用2mol HNO3+2mol HF浸出80min,杂质B从128×10-6减低到10.9×10-6,总杂质的去除率达到94.8%。Xie等[58]在除硅中Ti的研究中也取得了不错的效果,在浸出30min后Ti的去除率达到97%。刘瑞聪等[59]采用盐酸和氢氟酸两步法提纯制备太阳能级硅,工艺条件为w(HCl)=8%,w(HF)= 6%,可使硅中铁的含量降到26×10-6,去除率达到99.1%; 铝的含量降低到60×10-6,去除率为82.3%。

上述研究工作主要针对硅中金属杂质的去除,这是由于金属杂质的分凝系数较小,在硅熔体凝固过程中一般以化合物的形式聚集偏析于硅晶界处,湿法浸出去除的效果显著。 但是,由于冶金级硅的湿法酸浸提纯效果受酸的类型、硅料粒度、酸浸时间、温度、压强以及冶金级硅的来源等多方面因素的影响,得到的结果也不尽相同。而对于分凝系数较大的非金属杂质,B、P在硅中以取代硅原子或处于晶格间隙位置的形式存在,湿法浸出对其去除的效果并不明显,只能借助于其他的工艺手段进行针对性去除。

基于上述文献可知:(1)湿法浸出去除冶金级硅中的金属杂质元素具有很好的效果;(2)关于湿法浸出的研究主要侧重于金属杂质的去除,而对非金属杂质去除的研究较少; (3)浸出过程动力学条件、浸出溶剂、浸出工艺条件等对于杂质的去除率有很大的影响;(4)硅中非金属杂质的湿法浸出去除有待开展深入系统的研究。

5熔剂精炼与湿法浸出的结合

前面提到,熔剂精炼的提纯效果有很大的优势,而湿法处理在去除金属杂质方面也有很大成效。为了更进一步提高冶金级硅的提纯效果,将冶金级硅熔剂精炼和酸浸处理结合起来可取得较好的效果。Morita等[19]研究了加Ca与硅合金化对浸出效果的影响,发现添加5.17%Ca与硅合金化的样品用王水浸出,杂质P的去除率达到80.4%。He等[20]先往冶金级硅中添加CaO再进行HCl浸出,添加CaO后, Ca成为主要的杂质,硅中的中间化合物主要是以Si-Ca为基础的合金相,如Si-Ca相、Si-Ca-(Fe、Ti、Ni、Al)相、Si-Ca-FeAl相,这几种物相都能被HCl有效地溶解。因此用HCl浸出能有效提高金属杂质的去除率。Johnston等[21]研究了往冶金级硅中添加Ti合金化,再用盐酸、硝酸和硫酸的混合酸浸出,均不能有效地去除B或P,Ti的添加反而对硅造成了一定的污染。而添加Ca合金化后,采用两段酸浸可以有效地去除P,且当Ca的添加量为4%(质量分数)时,P的去除率为98.8%,几乎去除完全,添加5%的Ti,B的去除率仅为55%。Sakata等[60]曾研究了Ca的添加对冶金硅酸洗提纯的作用,他们将这些金属添加剂与冶金级硅重熔后,通过这种人为添加的方式改变冶金硅中的杂质含量,进而改变硅中的杂质相的形成和分布,提高金属杂质 在酸浸过 程的去除 效果。Meteleva-Fischer[23]往工业硅中添加Ca进行合金化精炼,加入的Ca主要与杂质形 成CaSi2、AlCaSi、AlCaFeSi相等,如图7所示,结合酸浸处理可以将晶界上富集的杂质相有效地去除。

Hu等[22]添加Sn与冶金级硅合金化,通过控制杂质或化合物中在晶界处分凝析出,再结合酸 浸处理将 其有效去 除,如表3所示。Li等[25]在超重力下开展了Si-Al合金熔剂精炼,并用王水溶解Al,可以将硅的纯度从99.59%提高到99.92%,杂质B和P的含量可 以分别从8.33和33.65× 10-6降低到5.25和13.5×10-6。Juneja等[36]经实验发现硅中的Mn、Mg、Cr、Ni、Al和Ca在Si-Cu熔剂精炼过程中部分被除去,之后用王水处理能进一步除去Cr和Ca。Esfahani等[42]在研究Si-Fe熔剂精炼过程中发现,较快的凝固速度限制了杂质向液相的扩散,而较慢的凝固速度可以使大量的杂质分凝扩散到液相,有利于杂质的有效去除。用氧化剂HF将Fe-Si相溶解,最后的结果是硅中Fe含量仅为1×10-6,这表明FeSi2在浸出过程中被完全溶解。

此外,Sahu等[54]研究认为冶金级硅中的Fe易与Si形成不易溶于HCl的Si-Fe和Si-Fe-Ti相,所以Fe的湿法提纯效果并不明显。因此,在熔剂精炼过程中尽量控制减少Si-Fe和Si-Fe-Ti相的生成。而Kim等[61]的研究结果则表明往酸性溶液中添加一定量的Cl-,则可以提高低Si含量Fe的硅化物(如FeSi和Fe3Si)的溶解,从而实现杂质Fe的湿法酸浸去除。李成义等[62]曾研究了冶金硅中Cu主要以Al-Si-Cu的形式存在,并发现王水对Cu的去除效果远好于其他酸种。 选择合适的熔剂金属,通过调控析出成分,使得金属杂质或非金属杂质间形成易于在晶界处沉淀析出并溶于酸的化合物,或者是生成在晶界上沉淀析出的杂质二次相能够富集非金属杂质且易溶于酸,这类化合物或者杂质二次相在经过破碎、球磨之后将会暴露在硅颗粒的表面,通过湿法处理技术可以很容易地将其除去,从而实现熔剂精炼与湿法处理对杂质的强化析出及协同去除。

从熔剂精炼结合湿法浸出提纯冶金级硅的研究进展可知:(1)熔剂精炼和湿法浸出的结合能够有效地提高杂质去除率;(2)控制较慢的硅熔体凝固速度使得杂质元素有足够时间扩散到熔体晶界处,可以有效提高杂质的去除率;(3)杂质或杂质二次相与湿法酸浸溶剂之间相互关系及其影响需要深入的研究。

6结语

综上所述,熔剂精炼提纯冶金级硅的熔剂金属选择主要取决于硅中杂质的性质,应根据硅熔体中不同杂质的具体性质来选择合适的金属熔剂,实现杂质元素的选择性去除,尤其是非金属杂质B、P的强化析出,从而提高提纯冶金级硅的效率,实现低成本生产太阳能级硅。

5.湿法冶金课程论文 篇五

一、冶金化工设备课程建设现状

随着高等教育和科学技术的发展, 以往冶金化工过程及设备或化工原理与有色冶金炉或冶金炉课课程的设置逐渐暴露出以下缺陷:

1.两门课具有共同的理论基础, 即动量、热量和质量传递过程原理, 这部分内容在两门课程中均有讲授, 由于两门课独立自成体系属不同专业的领域, 且分别由隶属不同教研室不同专业毕业的教师或同教研室不同专业毕业的教师授课, 内容很难做到统一精选, 造成同一内容在两门课中交叉重复, 占用学时数较多, 因而学生不能学深和学透。

2.部分内容与课程设计和专业课相重复。

3.冶金反应设备的设计过分强调经验与反应器的理论相脱离。与高等教育的改革和发展不相适应。因此, 国内各高校本着理顺课程体系, 优化课程设置[1、2], 减少不必要的重复以便增加新内容, 加强学生素质和能力方面的教育的宗旨, 先后将两门课整合成了冶金设备或冶金化工设备一门课。

二、冶金化工设备课程教材建设的必要性

课程整合后, 新的课程体系和课程内容若采用原两本旧教材进行教学, 则存在以下几个重大缺陷[3]: (1) 新的课程体系和课程内容若采用原两本旧教材进行教学, 存在相同内容上篇幅的浪费, 即原两本教材有相当一部分内容属相同或属同基础不同对象或属同对象不同内容深度的内容, 因此存在篇幅上的较大浪费; (2) 对同类问题的叙述方法, 着重的对象和同一物理量所用符号不一样, 给教学带来了一定的混乱; (3) 由于原两门课的教材各自成独立体系属不同专业的领域, 由两位不同专业毕业的教师采用两套教材授课很难做到内容统一精选, 完全避免内容的交叉重复; (4) 部分内容陈旧已不能适应教育发展的要求, 需更新、补充和加强; (5) 缺少工程技术人员必须具备的工业设备防腐知识和防腐材料及选择的内容。为了满足课程整合后教学上的需要, 填补整合后课程在教材上的空白, 冶金化工设备课程教材的建设势在必行。

三、冶金化工设备课程教材建设的具体措施

教材是教学活动的依据, 是教育思想和课程内容设置和体系的具体体现[4、5]。由于新的课程体系中课程的内容和体系有了较大的变化, 传统课程体系下课程的教材已不再适应, 因此, 必须有一本与新课程体系内容相适应新的好的教材与课程相配套[6]。一个好的课程的改革与整合, 如果缺少一本好的相应配套教材就不能说是一项好的成功的课程的改革与整合。因此, 课程成功整合的关键在于与之配套的新教材的建设[7]。

针对原两门课教材存在的缺陷和新的课程体系教学大纲对整合后的课程内容提出的要求, 本着宽专业厚基础, 突出工程计算、工程应用和设备选型, 剔除陈旧内容, 反映新成就, 提高学生分析解决实际问题能力和精减学时数与避免重复的宗旨[8], 我们进行了冶金化工设备课程教材的建设。建设的目标是将原《冶金化工过程及设备》或《化工原理》与《有色冶金炉》或《冶金炉》两本教材融合与整合成一本既能满足有色冶金专业冶金化工设备课程教学需要和要求, 又能适合其他专业化工原理课程教学要求的优秀教材。为此, 我们在教材的建设过程中采取了以下方法[9]: (1) 对内容进行优化组合。首先我们将原两门课程教材的内容按教学大纲重新进行了优化组合, 将与其他课程结合更紧密的内容从原教材中分离出来放至更适合的课程去讲授, 例如将换热器设计、炉子的结构和设计等内容放到了课程设计中, 这样不但理顺了内容体系, 优化了课程内容组合, 还使教材内容重点更加突出, 更有利于学生能力的培养。 (2) 对内容增、减并举。由于科学技术的不断发展和教育对人才培养提出新的要求, 传统课程体系下课程设置的部分内容已陈旧过时, 我们对此进行了删除和更新, 对涉及较少和超出教学大纲的内容也进行了删除。另外我们增加了一些能够反映新的科学技术发展成果和能适应人才培养新要求的内容;增加了一些与生产实际紧密相连的生产实际经验知识。增加的内容突出了一个新字和工程应用以及能力的培养。 (3) 对优化、增减后的内容进行合同存异。我们对经过优化组合和增减后的内容最后进行了合同存异。所谓合同存异就是把原来两门课程教材中重复的内容或理论基础相同而研究对象不同或理论深度不同的内容整合在一起;保留原两门课程教材中不同的内容和相同内容中的不同部分, 并把它们有机的结合在一起。在教材内容设置上做到了最大限度的避免重复。 (4) 保留和增加与其他专业化工原理课程要求相同的内容。

由于在新教材的建设上我们采取了以上方法, 因而使建设成的教材, 其包含的内容虽多但不庞大, 虽杂但不乱, 这就为课程的成功整合提供了有力的保障。

四、冶金化工设备课程教材建设的成效

经过长期努力, 教材初步建设成后经试用和重新修改并命名为化工过程及设备, 后于2003年初由冶金工业出版社正式出版发行。其具有以下特色:

1.打破了原两教材各自的体系, 构筑了一个新的教材体系。原两教材独立自成体系, 新建设的教材打破了原教材的体系, 对教材内容重新进行了优化组合、更新和补充, 理顺了原各教材内容之间的关系, 组成了新教材自身的新体系。

2.统一了原属不同专业领域的两教材的相关内容。在新建设的教材中对原两教材中相同的内容进行了统一整合, 并对同一概念的表述和同一物理量所用符号进行了统一, 使新建设的教材的内容更加紧凑, 结构更加合理, 条理性和系统性更强。

3.突出了工程计算、设备选型和知识的工程应用的主线。教材中所有内容都是围绕这一主线展开的。为此, 我们在教材中增加了知识在工程上实际应用的内容, 补充了一些对工程设计计算有用的经验数据, 使理论和实际, 一般与个别更好地结合在一起, 拉近了学生和实际工作的距离。

4.剔除了陈旧和实际中涉及较少和超出教学大纲的内容, 补充了新内容, 恰当地反映了本学科的一些新成果。如将原教材中介绍旧型号泵的内容更新成了介绍新型号泵的内容, 删除了射流的内容;又如编入了湍流下不用试差法求λ的最新简单计算式和用气体辐射网络单元法推导火焰炉内辐射传热的公式的内容等。

5.教材内容的安排更加注重实际效果和更加注重学生能力的培养。新教材将原有的换热器的工艺设计内容和冶金炉的设计计算内容放在了课程设计的教材中进行讲授, 把塔设备结构内容放在了形象直观的电化教学的教材中讲授。这就增强了课程的条理性和系统性, 有助于提高教学质量。

6.教材中涉及的物理量名称、单位、设备型号等采用了新的国家标准。为了走向世界, 我国在加入世贸组织后对原有的一些不适应新形势的国家标准进行了更新。由于原两教材是在我国加入世界贸易组织之前编写的, 其中所涉及到的一些国家标准已过时, 已有新的替代标准, 新教材采用了新的国家标准。

7.在保证不降低原有的质量和要求下, 新教材篇幅和教学时数有较大的减少。原两教材字数合计有一百来万, 新教材内容叙述简洁明了、准确, 字数只有六十来万, 篇幅减少了三分之一多, 教学时数由原来两门课的110学时减少到整合后的78学时。

8.拓宽了教材的使用面。教材在编写内容时考虑了相近专业的要求, 使相近专业能各取所需。因此, 新教材不仅适用于冶金工程的教学需要, 也可作为其他相近专业 (如化工、环境、无机材料等专业) 相关课程的参考教材。

9.填补了课程整合后在教材上的空白。教材先后获得了校优秀教材一等奖、省第一届普通高等学校优秀教材二等奖和中国冶金教育学会冶金优秀教材一等奖, 并被列为国家“十一五”规划国家级再版教材。再版后的教材更名为有色冶金化工过程原理及设备, 并获得江西省第四届普通高等学校优秀教材一等奖。

五、结语

经多年教学实践证明冶金化工设备课程教材的建设是成功而有效的。

实践表明, 通过教材的建设, 理顺了课程体系和课程的内容;优化了课程和课程内容的设置;避免了教材中和教学上内容的重复;减少了教学时数;构筑了内容更加紧凑, 结构更加合理, 条理性、系统性和通用性更加强的新的课程教材体系;提高了教学质量。同时通过教材的建设, 还达到了我校多专业相近课程教材统一的目的 (新教材不仅可作为冶金工程专业原两门专业技术基础课冶金化工程及设备与有色冶金炉整合成冶金化工设备课程后的课程教材, 也可作为我校其他相近专业化工原理课程的教材) 。由于具备了这些特性, 该教材自建设成以来先后被我校冶金、稀土、化工、无机材料、环境和生物工程专业的本科生的教学所采用, 同时也被国内其他一些学校作为学生或教师教学用书使用, 被中国科学院盐湖研究所和贵阳镁铝设计院等科研、设计院所的科研设计人员等所采用或引用。

摘要：本文面向应用型本科院校冶金和化工类专业课程建设的实际情况, 分析总结了冶金化工设备课程教材的现状及必要性。根据冶金化工设备课程教材建设的目标, 提出了教材建设的具体措施。编写的教材经教学实践检验证明, 取得了较好的教学效果。

关键词：教材建设,冶金化工设备,特色

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