一種快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法，鋁灰中的鋁與鹽酸反應生成氫氣，測量出產(chǎn)生氫氣的體積，根據(jù)產(chǎn)生氫氣的量推算出鋁灰中金屬鋁的含量，在鋁灰與鹽酸的反應容器中加入銅片，形成以鹽酸為電解質，銅-鋁為電極的原電池。本發(fā)明通過以鹽酸為電解質，金屬鋁和銅為電極形成的原電池產(chǎn)生氫氣的原理，快速準確的測量出鋁灰中金屬鋁的含量。反應快速、操作簡便，容易實施，對裝置要求低且準確性高，尤其適用于鑄造鋁合金行業(yè)鋁灰中金屬鋁含量的檢測。
【專利說明】一種快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法及裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁含量檢測領域，涉及鋁灰中鋁含量的檢測，尤其是一種快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法以及實現(xiàn)該方法的裝置。

【背景技術】
[0002]鋁灰，即鋁合金生產(chǎn)工藝中從熔煉爐和保溫爐中扒出的熔渣，經(jīng)過鋁灰分離機處理過的物質，在以往的處置方式上，多以工業(yè)廢渣棄去，這樣不僅污染了環(huán)境，還浪費了資源。隨著科學技術的發(fā)展，鋁灰中金屬鋁的工業(yè)應用越來越廣泛，鋁灰中金屬鋁的含量決定了其不同的工業(yè)用途，而快速準確地檢測出鋁灰中金屬鋁的含量至關重要。
[0003]目前檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法有目測法、研磨篩選法、堿溶氫發(fā)生法、EDTA滴定法等，這些方法操作步驟繁瑣，且穩(wěn)定性較差，檢測過程中使用的化學試劑和儀器種類繁多，因此，在鋁合金行業(yè)快速準確的檢測出鋁灰中金屬鋁含量的方法是一個至關重要的問題。
[0004]通過檢索，發(fā)現(xiàn)如下兩篇公開的專利文獻:
[0005]1、一種檢測焚燒灰中金屬鋁含量的方法及裝置(CN103091200A)公開了一種檢測焚燒灰中金屬鋁含量的方法及裝置:焚燒灰樣品放置于裝有磁性攪拌棒的小敞口玻璃器皿中，再放置入大敞口玻璃器皿中，將量筒倒置蓋住小敞口玻璃器皿，量筒底端開孔并用橡膠皮墊和膠水密封；將4?5%的氫氧化鈉溶液倒入大敞口玻璃器皿中，利用氣針針頭插入量筒底部粘有橡膠皮墊的小孔，抽空空氣；加熱攪拌反應，記錄量筒內溶液的液面高度值，直至液面高度不變，記錄最后液面高度對應的體積V1 ;則根據(jù)體積差可計算得到氫氣體積，由此計算出金屬鋁的質量和其在焚燒灰中的質量百分比。
[0006]2、測定垃圾焚燒爐渣中金屬鋁含量的方法(CN201310318203.0)公開的是一種測定垃圾焚燒爐渣中金屬鋁含量的方法，將垃圾焚燒爐渣充分分散在飽和的Ca(OH)2堿液中，采用排水法測定所放出的氫氣體積，進而計算垃圾焚燒爐渣中金屬鋁的含量。
[0007]上述兩篇專利文獻中的方法均為堿溶氫發(fā)生法，該方法存在很多缺點:①反應時間較長(試驗幾次，反應時間在25-30min內)；②沒有考慮到大氣壓、環(huán)境溫度對反應過程的影響需要水浴加熱，溫度在50°C，溫度不可控；④在量筒內空氣還未抽空之前，金屬鋁就和堿反應產(chǎn)生氫氣，如果抽空氣時間稍微慢一些，抽掉的空氣中會含有生成的氫氣，影響反應結果。


【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種快速、反應徹底、操作簡便、容易實施、對裝置要求低、準確性高且經(jīng)濟環(huán)保的檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法及其檢測裝置。
[0009]本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是:
[0010]一種快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法，鋁灰中的鋁與鹽酸反應生成氫氣，測量出產(chǎn)生氫氣的體積，根據(jù)產(chǎn)生氫氣的量推算出鋁灰中金屬鋁的含量，在鋁灰與鹽酸的反應容器中加入銅片，形成以鹽酸為電解質，銅-鋁為電極的原電池。
[0011]具體步驟如下:
[0012]⑴取樣:在鋁灰堆中由表及里取一探管鋁灰；
[0013]⑵制樣:稱重計量所取鋁灰的質量M，將稱重后的鋁灰粉碎，將粉碎后的鋁灰用水沖洗至水清澈為止，將沖洗后的鋁灰放在80-90°C的恒溫干燥箱中烘干，烘干時要不定時對其進行攪拌；從烘干后的鋁灰中挑出純鋁，稱重記錄質量m;將挑剩的鋁灰用20目篩子篩分成兩份，分別為20目以上的鋁灰，稱重計量質量為％以及20目以下的鋁灰，稱重計量質量為m2 ；
[0014]⑶安裝測定裝置、檢測裝置的氣密性；
[0015]⑷測定:①記下室溫T、大氣壓P以及此時的水蒸汽壓P (H2O);②分別稱取20目以上和20目以下兩種鋁灰各0.1000?0.3000g，記錄質量mQ 用干燥的漏斗將鋁灰和定量的金屬銅片導入到反應容器中，用注射器量取20?30ml體積比為1:1的鹽酸通過橡皮塞注射到反應容器中；④檢測裝置氣密性，確保反應裝置不漏氣；⑤搖晃反應瓶，使鹽酸與鋁灰和金屬銅片充分接觸，反應結束前適當搖晃反應瓶促進反應進行；⑥讀取反應裝置中U型管反應前后的刻度差；
[0016](5)計算:①20目以上或20目以下鋁灰中金屬鋁含量按公式
G1IGj-!?η?(Η^Χ?￡,χ100%計算，式中=G1為20目以上鋁灰中金屬鋁含量、G2為
100000 K Γ K mti x 4.622
20目以下鋁灰中金屬鋁含量、m0為稱取20目以上(以下)的鋁灰樣品質量(g)、V為產(chǎn)生氫氣的體積(ml)、T為室溫(K)、P為大氣壓(Pa)；
[0017]②鋁灰中金屬鋁含量按公式S=WAH2C}2+Wxl00%計算,式中為鋁灰中

M
金屬招含量、m為純招質量(g) ^m1為20目以上招灰質量(g)、m2為20目以下招灰質量(g)、M為鋁灰樣品總質量(g)。
[0018]一種快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的裝置，包括反應容器、U型管及導氣管，在反應容器內裝有鋁灰、鹽酸及銅片，在U型管內裝有水，在反應容器與U型管之間連接導氣管，所述反應容器及U型管與導氣管連接的一端均通過橡膠塞密封。
[0019]而且，所述的U型管為帶刻度的U型管。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0021]1、本發(fā)明通過以鹽酸為電解質，金屬鋁和銅為電極形成的原電池產(chǎn)生氫氣的原理，快速準確的測量出鋁灰中金屬鋁的含量。反應快速、操作簡便，容易實施，對裝置要求低且準確性高，尤其適用于鑄造鋁合金行業(yè)鋁灰中金屬鋁含量的檢測。
[0022]2、本發(fā)明在分析過程中考慮到大氣壓、環(huán)境溫度對反應的影響，使計算結果更加準確可靠。
[0023]3、本發(fā)明分析過程速度快，分析過程用時為13_14min，反應更徹底，成本低，給鋁灰中金屬鋁含量的檢測帶來很大便利。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的檢測裝置的示意圖(反應前)；
[0025]圖2為本發(fā)明的檢測裝置的示意圖(反應后)。

【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0027]本發(fā)明的檢測原理為:
[0028]本發(fā)明的原理是將鋁灰、金屬銅片和鹽酸混合后形成原電池加快反應速率。如果直接將鋁灰放在稀鹽酸中，氫離子要在金屬鋁表面得電子，變?yōu)闅錃庖莩?，同時鋁被氧化成鋁離子，氫離子和鋁離子都帶正電，相排斥，反應較慢。在混合物中加入金屬銅片，形成以鹽酸為電解質，銅-鋁為電極的原電池，加快反應進行。構成原電池后，金屬鋁失電子后電子轉移到銅片表面，氫離子得電子就不需要經(jīng)過鋁離子，失電子和得電子在兩個不同的地方進行，因而加快反應速率；同時電子在電勢差的作用下，移動速率比在未形成電勢差時要快，因而也加快了反應速率。原電池負極:2Α1-6θ_ = 2Α13+ ;原電池正極:6Η++6θ_ = 3H2，總反應方程式為:2A1+6HC1 = 2A1C13+3H2丨。待反應完畢后，測量出產(chǎn)生氫氣的體積，由理想

p(H WiH )
氣體狀態(tài)方程PV = nRT，有II(Zf2) = __________________________^_______^，根據(jù)產(chǎn)生氫氣的量推算出鋁灰中金屬鋁


Ki
的含量，rt(Al)=|n(//2)a
[0029]實施例1:
[0030]一種快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法，具體步驟如下:
[0031]⑴取樣:用取灰探管在鋁灰堆中由表及里取一探管鋁灰。
[0032](2)制樣:
[0033]①將所取鋁灰樣品用電子天平稱重為150.0g ；
[0034]②稱重后的鋁灰用化驗粉碎機粉碎；
[0035]③將粉碎后的鋁灰放在盆中用自來水沖洗，直至水清澈為止；
[0036]④將沖洗后剩余的鋁灰放在80-90°C恒溫干燥箱中烘干，烘干過程中不定時對其進行攪拌；
[0037]⑤從烘干后的鋁灰中沒有挑出純鋁；
[0038]⑥用20目標準樣篩篩選鋁灰，篩選后稱量20目以上和20目以下兩種鋁灰重量分別為 0.20g 和 67.20g。
[0039]⑶安裝測定裝置、檢測裝置的氣密性，把導氣管活塞關閉，在U型瓶另一端注入水，如果一段時間后有液面差，則裝置不漏氣，否則說明裝置漏氣。如裝置漏氣，檢查原因，重復檢驗,直至不漏氣為止。
[0040](4)測定:
[0041]①記錄下當前室溫T = 28°C (301.15K)，大氣壓P= 100600Pa，查附表2知此時水的飽和蒸汽壓P(H2O) = 3773.5Pa ；
[0042]②稱量20目以上鋁灰樣品0.0689g, 20目以下鋁灰樣品0.0635g ；
[0043]③用干燥的漏斗將20目以上鋁灰樣品(0.0689g)和定量的金屬銅片導入反應容器中，用注射器量取20ml體積比為1:1的鹽酸，通過橡皮塞注入到反應容器中；
[0044]④檢測裝置氣密性(方法同上)，不漏氣；
[0045]⑤搖晃反應瓶，使鹽酸、金屬銅片和鋁灰充分接觸，反應結束前適當搖晃反應瓶促進反應進行；
[0046]⑥讀取反應前后U型管的刻度差V(H2) = 70ml ；
[0047]⑦重復以上步驟做20目以下招灰樣品反應試驗,結果V (H2) = 62.5ml。
[0048](5)計算:
[0049]①20目以上鋁灰中金屬鋁含量計算:
[0050]
Γι — [P~P(H:Q)hnf-fz).(l00600-3773.5)x70—
J人 I, W /0 "~入 i W /0 — t V.vJO /0
1 I ()()()()0 X T X m? X 4.622I O(K)(K) x 301.15 x 0.0689 x 4.622
[0051]②20目以下鋁灰中金屬鋁含量計算:
[0052]
G1 二 -......— x 議％ ―― —?—......=.....3ZZM),,x.....g:5—遍％ =眺機
1 ΙΟΟΟΟΟχ Jxm0 X 4.622100000χ 301.15 χ0.0635χ 4.622
[0053]③鋁灰中金屬鋁含量計算
[0054]S =丨00%:,0()%.30.77%
M150
[0055]以上分析反應共用時為12min47s。
[0056]實施例2:
[0057]—種快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法，具體步驟如下:
[0058]⑴取樣:用取灰探管在鋁灰堆中由表及里取一探管鋁灰。
[0059](2)制樣:
[0060]①將所取鋁灰樣品用電子天平稱重為189.80g ；
[0061]②稱重后的鋁灰用化驗粉碎機粉碎；
[0062]③將粉碎后的鋁灰放在盆中用自來水沖洗，直至水清澈為止；
[0063]④將沖洗后剩余的鋁灰放在80-90°C恒溫干燥箱中烘干，烘干過程中不定時對其進行攪拌；
[0064]⑤從烘干后的鋁灰中沒有挑出純鋁21.3g ;
[0065]⑥挑出純鋁后的鋁灰用20目標準樣篩篩選，篩選后稱量20目以上和20目以下兩種鋁灰重量分別為46.5g和58.5g。
[0066]⑶安裝測定裝置、檢測裝置的氣密性，把導氣管活塞關閉，在U型瓶另一端注入水，如果一段時間后有液面差，則裝置不漏氣，否則說明裝置漏氣。如裝置漏氣，檢查原因，重復檢驗,直至不漏氣為止。
[0067](4)測定:
[0068]①記錄下當前室溫T = 28°C (301.15K)，大氣壓P= 100600Pa，查附表2知水的飽和蒸汽壓 P(H2O) = 3773.5Pa ；
[0069]②稱量20目以上鋁灰樣品0.1835g，20目以下鋁灰樣品0.0640g ；
[0070]③用干燥的漏斗將20目以上鋁灰樣品(0.1835g)和定量的金屬銅片導入反應容器中，用注射器量取20ml體積比為1:1的鹽酸通過橡皮塞注入到反應容器中；
[0071]④檢測裝置氣密性(方法同上)，不漏氣；
[0072]⑤搖晃反應瓶，使鹽酸與鋁灰充分接觸，反應結束前適當搖晃反應瓶促進反應進行；
[0073]⑥讀取反應前后U型管的刻度差V(H2) = 81.16ml ；
[0074]⑦重復以上步驟做20目以下招灰樣品反應試驗,結果V (H2) = 68.5ml。
[0075](5)計算:
[0076]①20目以上鋁灰中金屬鋁含量計算:

【權利要求】
1.一種快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法，其特征在于:鋁灰中的鋁與鹽酸反應生成氫氣，測量出產(chǎn)生氫氣的體積，根據(jù)產(chǎn)生氫氣的量推算出鋁灰中金屬鋁的含量，在鋁灰與鹽酸的反應容器中加入銅片，形成以鹽酸為電解質，銅-鋁為電極的原電池。
2.根據(jù)權利要求1所述的快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法，其特征在于:具體步驟如下: ⑴取樣:在鋁灰堆中由表及里取一探管鋁灰；⑵制樣:稱重計量所取鋁灰的質量M，將稱重后的鋁灰粉碎，將粉碎后的鋁灰用水沖洗至水清澈為止，將沖洗后的鋁灰放在80-90°C的恒溫干燥箱中烘干，烘干時要不定時對其進行攪拌；從烘干后的鋁灰中挑出純鋁，稱重記錄質量m ;將挑剩的鋁灰用20目篩子篩分成兩份，分別為20目以上的鋁灰，稱重計量質量為mi以及20目以下的鋁灰，稱重計量質量為m2 ；⑶安裝測定裝置、檢測裝置的氣密性； ⑷測定:①記下室溫T、大氣壓P以及此時的水蒸汽壓P (H2O);②分別稱取20目以上和20目以下兩種鋁灰各0.1000?0.3000g，記錄質量mQ ;③用干燥的漏斗將鋁灰和定量的金屬銅片導入到反應容器中，用注射器量取20?30ml體積比為1:1的鹽酸通過橡皮塞注射到反應容器中；④檢測裝置氣密性，確保反應裝置不漏氣；⑤搖晃反應瓶，使鹽酸與鋁灰和金屬銅片充分接觸，反應結束前適當搖晃反應瓶促進反應進行；⑥讀取反應裝置中U型管反應前后的刻度差； (5)計算:①20目以上或20目以下鋁灰中金屬鋁含量按公式Gi(Gz)^ ,[二m X100%計算，式中=G1為20目以上鋁灰中金屬鋁含量、G2為
100000 xT xm0 X 4.62220目以下鋁灰中金屬鋁含量;②鋁灰中金屬鋁含量按公式S = MPj________±____________^_____^X100?if

M笪
3.一種快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的裝置，其特征在于:包括反應容器、U型管及導氣管，在反應容器內裝有鋁灰、鹽酸及銅片，在U型管內裝有水，在反應容器與U型管之間連接導氣管，所述反應容器及U型管與導氣管連接的一端均通過橡膠塞密封。
4.根據(jù)權利要求3所述的快速準確檢測鋁灰中金屬鋁含量的裝置，其特征在于:所述的U型管為帶刻度的U型管。
【文檔編號】G01N7/18GK104198329SQ201410449934
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權日:2014年9月5日
【發(fā)明者】姜淑珍, 李志琴, 郭強, 王坤, 陳巖 申請人:天津立中合金集團有限公司