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，測量出產生氫氣的體積，根據產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該方法的裝置。
【背景技術】
[0002]鋁灰，即鋁合金生產工藝中從熔煉爐和保溫爐中扒出的熔渣，經過鋁灰分離機處理過的物質，在以往的處置方式上，多以工業廢渣棄去，這樣不僅污染了環境，還浪費了資源。隨著科學技術的發展，鋁灰中金屬鋁的工業應用越來越廣泛，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、堿溶氫發生法、EDTA滴定法等，這些方法操作步驟繁瑣，且穩定性較差，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，發現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。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種快速、反應徹底、操作簡便、容易實施、對裝置要求低、準確性高且經濟環保的檢測鋁灰中金屬鋁含量的方法及其檢測裝置。
[0009]本發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，測量出產生氫氣的體積，根據產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]本發明的優點和積極效果是:
[0021]1、本發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鋁灰中金屬鋁含量的檢測。
[0022]2、本發明在分析過程中考慮到大氣壓、環境溫度對反應的影響，使計算結果更加準確可靠。
[0023]3、本發明分析過程速度快，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為本發明的檢測裝置的示意圖(反應前)；
[0025]圖2為本發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，不能以此限定本發明的保護范圍。
[0027]本發明的檢測原理為:
[0028]本發明的原理是將鋁灰、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，變為氫氣逸出，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，測量出產生氫氣的體積，由理想
p(H WiH )
氣體狀態方程PV = nRT，有II(Zf2) = __________________________^_______^，根據產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，測量出產生氫氣的體積，根據產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 優先權日:2014年9月5日
【發明者】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
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
