电解铝液（共5篇）
电解铝液 篇1
1 概述
电解铝企业中, 从电解槽真空抽取出来的电解铝液具有“三高”:温度高, 杂质含量高, 气体含量高, 有明显的过热导致铸造晶粒粗大倾向, 因此, 直接用电解铝液生产出合格的铝母线产品, 尤其是用水平连续铸造生产铝母线, 难度较大。要有设计合理的结晶器, 合适选择精炼与铸造工艺才能生产出满足技术要求的铝母线产品。
与用重熔铝锭熔炼铸造生产铝母线相比, 直接用电解铝液生产铝母线, 省去了铸造铝锭、重新熔化铝锭两道工序, 因此可大大降低能耗, 减少金属铝的烧损。
水平连续铸造生产, 具有产品规格灵活多变, 可生产出任意长度的产品, 成品率高。便利于导电母线的安装, 大大减少母线的焊接口数量, 降低安装成本, 减轻安装工人的劳动强度, 改善安装工作环境, 安装效率高。
2 水平连续铸造铝母线的主要生产设备
2.1 主要设备
5t电阻混合炉1台;水平连续铸造机1台;中间包1个;母线结晶器2个。
2.2 结晶器设计及制造
(1) 结晶器材质选用
制造结晶器内衬的材料应选择具有高的导热性、良好的耐磨性和足够强度的材料。本项目选用紫铜作为制造结晶器材料, 紫铜锭经锻造、车铇等加工而成。
(2) 母线结晶器的设计
根据材料及加工制作简便, 采用组合式结晶器, 40×350mm母线的宽厚比较大, 大面与小面的冷却强度差异大, 容易造成小面的冷隔和大面的纵向裂纹, 在设计结晶器时, 为平衡结晶器的大面和小面的冷却强度, 有意减少小面冷却水道数量, 结晶器的喇叭口采用蓖麻油泥糊制, 控制结晶带长度约为20mm。
二次冷却水孔大小为直径2.5mm, 出水角度为30度。
(3) 结晶器的安装
结晶器安装准确与否, 直接影响到母线产品的质量, 确保生产出“四正”的母线产品, 在安装结晶器时必须符合三个标准:一是结晶器应水平, 其立面应垂直, 并垂直于铸造机纵轴线;二是结晶腔内下表面与水平连续铸造机牵引机表面同在一个水平面上;三是结晶器纵向轴线应与牵引头的重合。
3 生产工艺流程
4 炉前除渣处理
4.1 处理工艺
炉前除渣处理就是在将电解铝液倒进混合炉前, 对其进行初次除渣。电解槽生产出来的铝液经真空包抽取后倒进敞口抬包, 再通过轨道车将敞口抬包运送到母线铸造车间。这时的电解铝液温度为850℃~900℃, 温度很高, 有利于炉前净化除渣。我们选用氮气喷吹法将粉状精炼剂吹进敞口包的铝液中, 喷吹时间为1~2分钟, 除去电解铝液中大部分的非金属夹杂物、部分金属夹杂物及气体, 提高铝液的洁净度, 减少倒入混合炉中铝液的渣含量, 可大大减轻炉壁和炉底结渣程度, 延长清炉周期, 提高混合炉的生产率。
4.2 氮气喷吹熔剂法除气除杂
氮气喷吹熔剂法除气除杂, 兼有惰性气体精炼和熔剂精炼的特点, 极好地发挥惰性气体和熔剂精炼的优点。当氮气喷入铝液中时, 产生大量氮气泡, 如图2示, 在气泡与铝液的接触
面上, 由于气泡内部与铝液中气体[H]之间存在着压力差, 则氢气按照分压定律, 向气泡内扩散, 当氮气泡升到熔体表面时, 氢气即被带入空气或炉气中, 达到除气的目的。
熔剂除渣主要是通过与铝熔体中的氧化膜及非金属夹杂物发生吸附、溶解和化合作用面实现的。熔融的熔剂在夹杂物及铝熔体界面, 表面张力小, 能润湿和吸附夹杂物, 提高夹杂物上升或沉降的速度, 并把它带到熔体表面除去。
附着于气泡表面的熔融溶剂降低气泡的表面张力, 铝熔体中的气体和夹杂物更容易进入气泡中。而且吹入铝液深部的熔剂迅速散开, 细小熔剂颗粒均匀分布, 与铝液接触面积大大增加, 实现最大限度的充分接触、充分反应, 提高了熔剂的有效利用率。可见除杂除气效果会得到显著提高。熔剂消耗不到块状熔剂的一半, 经济效益显著, 减少环境污染, 改善工人的操作环境。
5 配料和炉内精炼
5.1 配料
(1) 化学成份
电解导电母线的化学成份应符合GB1196中的1070的要求, 如下表示:
(2) 杂质含量的控制
杂质含量除了符合上表的要求外, 必须严格控制铁含量和硅含量的比例, Fe/Si≥1.5, 且铁含量比硅至少高出0.02%~0.05%, 杂质总量不大于0.3%。这样, 铁硅杂质在基体中就会形成α相 (Al12Fe3Si2) , 避免生成更加硬脆的β相 (Al9Fe2Si2) , 铁含量高于硅含量, 在一定程度上起到细化母线结晶组织的作用, 确保铸造铝母线具有足够的塑性和强度, 有利于避免产生纵向表面裂纹和中心裂纹。
(3) 避免铝熔体过热
电解铝液倒进混合炉内, 经过充分搅拌, 取样分析, 进行配料计算, 将铝液的化学成份调整至合格。在这个过程中, 不但要确保化学成份合格, 还要保证在加入冷料熔化后, 铝熔体的温度应低于过热温度。
生产实践表明, 在选择抽取铝液的电解槽前就要有计划分析电解铝液的化学成份, 做好配料计算, 选择化学成份合格电解槽, 倒入混合炉中的电解铝液的总量控制在4.5吨左右, 并保证用于调整化学成份的冷料 (中间合金或K铝锭) 重量为300~400公斤, 以使将混合炉中铝熔体的温度降至730~740℃, 防止铝熔体过热, 确保其中保存足够数量的结晶晶核, 防止铝母线结晶组织粗大, 也为随后的炉内精炼处理做好温度准备。
5.2 炉内精炼
炉内精炼处理方法仍采用氮气喷吹溶剂法, 精炼时间为15分钟, 在精炼过程要严格控制氮气喷吹压力, 严防喷吹引起的铝液柱高度高于100mm。化学成份合格后, 静置20~30min后, 扒渣, 随后即在铝液表面均匀撒上覆盖剂, 即可出炉铸造。
6 控制铸造工艺参数
6.1 铸造温度
铸造温度 (中间包中铝液的温度) 控制在695~710℃。为消除母线表面冷隔等缺陷, 一般控制在700℃为宜, 冬季适当高些, 以不超过715℃为好。
6.2 铸造速度
40×350母线的铸造速度为200~350mm/min。较高的铸造速度可以提高母线的表面质量, 增大收缩比例, 生产效率高。只有在铝液温度高, 冷却强度大时, 才采用较低的铸造速度。
6.3 冷却强度
改变冷却强度的大小可影响母线结晶组织的大小和母线表面质量。提高铸造的冷却强度, 可细化母线结晶组织的晶粒, 得到细小的等轴晶粒组织。冷却强度过大时, 母线坯料表面容易出现冷隔、冷裂等缺陷。一般以控制冷却水水压的大小控制冷却强度, 冷却水压力以控制在0.35~0.45MPa为宜。
7 泡沫陶瓷过滤
为了确保铝液具有足够的洁净度, 避免铝母线夹杂有过多的夹杂物, 在铝液进入中间包前流经的溜槽上设置泡沫陶瓷过滤器, 去除铝液中的金属和非金属夹杂物, 并吸附微米尺寸的细小夹杂物粒子, 提高母线表面质量和性能、改善显微组织。本项目采用305×305×50mm的泡沫陶瓷过滤板。
8 结论
只要铝母线结晶器设计合理, 安装正确, 通过炉前和炉内两次氮气喷吹溶剂法精炼除渣除气, 铸造前的泡沫陶瓷过滤, 防止铝熔体过热, 严格控制铁硅含量比例, 选择适当的铸造温度、铸造速度和冷却强度, 可直接用电解铝液水平连续铸造出质量合格的铝母线。
摘要：介绍了铝电解企业, 用电解铝液直接生产母线的工艺及设备。结合生产实践, 提出合理设计铝母线结晶器, 通过炉前和炉内两次除渣除气、以及在线泡沫陶瓷过滤, 保证铝熔体具有足够的洁净度。在熔炼过程中应避免铝熔体过热, 严格控制铁硅含量比例, 选择适当的铸造工艺参数, 可直接用电解铝液水平铸造出质量合格的铝母线。
关键词：电解铝液,母线,水平连续铸造
参考文献
[1]向培森.轻金属材料加工手册[J].北京:冶金工业出版社出版, 1980.
电解铝液 篇2
莱钢集团型钢炼铁厂在电机拖动系统中使用高压液阻软启动装置 (湖北襄樊追日公司生产) 。调试设备时需要多次启动电机, 由于液阻软启动装置重复性差, 启动一次电解液通常出现10～30℃温升, 启动二次则电解液温度远超过55℃ (软启动装置温度数显仪出厂设定为55℃) 。此时电解液要进行1～3h的自然冷却, 电机方可启动, 耗时长。
制作一个2～3倍液阻箱容积的备用箱, 安装在液阻柜附近合适位置, 按照液阻柜制造厂家提供的配方配制液体并注入备用箱 (至箱子容积的1/2为宜) 。当液阻温度超过55℃而又需要再次软启动时, 为满足启动要求, 使用水泵先将液阻箱超温液体抽出注入备用箱, 再将符合温度要求的备用箱内液体注入液阻箱。
E-mail:truly00341@sohu.com
电解铝液 篇3
目前国内外研究的去除激光加工再铸层的技术措施包括:水射流引导激光加工[5]、化学辅助激光加工[6]、超声辅助激光加工[7]等,这些技术对再铸层的去除都取得了一定效果,但在工程中均未得到广泛应用。因此,本工作针对激光打孔这一缺陷,创新提出了喷射液束电解-激光复合加工方法,将电解加工与激光加工进行复合,在激光打孔的同时,同轴施加喷射电液束,利用电液束的冲刷、冷却、电解的综合作用在线去除再铸层、微裂纹,从而达到优质高效的加工效果,对于航空发动机热端部件气膜冷却孔的加工具有非常重要的应用前景。
本工作在对喷射液束电解-激光复合加工试验原理分析的基础上,基于激光在电解液中衰减特性的研究,研制了喷射液束电解-激光复合加工的试验系统,并针对镍基高温合金GH3044材料合理选择工艺参数,利用该系统进行了打孔工艺试验研究,分别应用ns级短脉冲激光和ms级长脉冲激光进行空气中激光打孔和喷射液束电解-激光复合加工打孔试验,通过对两种工艺加工效果的对比,证实了喷射液束电解-激光复合加工方法的工艺可行性,为该加工方法走向工程应用奠定了基础。
1 加工试验原理
激光加工属于激光-热能转换加工形式,材料在激光作用下达到汽化温度后,熔化的液态材料在高压力的蒸汽作用下喷出,于是工件材料被去除,但在加工面上残留的一部分未喷出的熔融材料凝固后形成再铸层。与激光加工不同的是,喷射液束电解-激光复合加工复合了激光加工和电解加工两种加工作用,同时产生激光热作用和喷射液束电解作用,其加工原理如图1所示,其中,工件接电源正极带正电成为阳极,喷嘴接电源负极带负电从而对喷射电解液束“阴极化”;聚焦激光束与“阴极化”的喷射电解液束同轴作用于工件待加工表面相同区域;整个复合加工过程以激光加工为主,快速去除工件材料,“阴极化”的喷射电解液束对工件加工区的冷却、冲刷和电解的综合作用能够“在线”有效去除再铸层。
针对镍基高温合金材料抗氧化能力强的特点,电解液采用NaNO3溶液。NaNO3电解液为钝性电解液,对于镍基高温合金能生成可溶性保护膜,改善阳极溶解的均匀性,从而提高表面质量[8]。
2 激光在电解液中衰减特性研究
根据喷射液束电解-激发复合加工试验原理可知,在加工中,激光束需通过电解液束聚焦于工件待加工区。由于电解液对激光的吸收和散射作用使得激光在电解液中传输后能量衰减,因此必须首先对激光在电解液中的衰减特性进行研究,以便合理选择工艺参数,这是喷射液束电解-激光复合加工的基础研究。
2.1 激光在电解液中衰减理论分析
激光在电解液中传输时,由于溶解杂质、水分子的吸收和悬浮杂质的散射使激光能量衰减,衰减的程度与入射激光的波长密切相关,其衰减规律遵从Beer-Lambert定律[9]:
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式中:I0(λ)为传输前的激光初始辐照度;Ix(λ)为在液体中传输了x路程后的激光辐照度;μ(λ)为衰减系数,表示激光传输1m距离后能量衰减的对数值(自然对数),单位是m-1 。光束衰减系数μ(λ)、吸收系数α(λ)和散射系数β(λ)之间的关系为:
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溶液对激光的吸收与溶液的复数折射率有关,溶液的实际折射率的复数形式如下式:
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式中:虚部k(λ)称为消光系数,它与吸收系数的关系为[10]:
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溶液对激光的散射作用与溶液中悬浮颗粒的大小有关。引入颗粒粒径相对入射激光波长的无量纲参数(q=2πR/λ)来表示颗粒的大小。当该值小于0.1时激光散射属于瑞利(Rayleigh)散射,该值大于0.1时,属于米氏(Mie)散射。
由于试验所用的NaNO3电解液的溶质存在水不溶物,从而导致溶液中存在不溶悬浮颗粒,根据理论分析,NaNO3电解液对激光的衰减作用包括悬浮颗粒的散射作用,因此电解液浓度的变化对激光衰减有直接影响,浓度影响因子用ΨC表示,单位为m-1/PSU,PSU表示0.1%的含盐度;除浓度外电解液温度对激光能量衰减也有影响,温度影响因子用ΨT来表示,单位为m-1·℃-1 。将ΨC,ΨT引入公式(3)得:
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2.2 激光在电解液中衰减的测试及结果
根据激光在电解液中衰减理论分析,对喷射液束电解-激光复合加工所采用的NaNO3电解液进行激光衰减特性测试研究。测试设备包括:石英玻璃槽(228mm×121mm×160mm),用以放置样本NaNO3电解液;恒温加热器,用以加热NaNO3电解液并控制其温度;连续波半导体绿光激光器(λ=532nm)、脉冲Nd:YAG激光器(λ=1064nm);激光能量计。实验NaNO3电解液的溶剂采用工业纯水,溶质包括分析纯试剂(Analytic Regent, AR)和工业试剂(Industrial Regent,IR),分别为分析纯硝酸钠(GB636-92)和工业硝酸钠(GBT4553-2002),浓度C从低到高按2%,8%,14%,20%配制。
测试试验首先标定激光穿透空槽后的能量,并以此为基准值,然后将激光在不同样本溶液传输后的能量测试值与基准值的比值作为激光液体传输的衰减率,再利用式(1)计算出衰减系数;变化浓度或温度后得到的衰减系数再通过式(5)可计算出浓度影响因子和温度影响因子。
图2为绿光激光(532nm)在不同浓度的工业NaNO3电解液中传输的光路照片。由图2显示:随着溶液浓度的增加,光路亮度越来越强,即溶液对激光的散射作用越明显。
图3, 4分别是绿光激光和红外激光在室温(25℃)下NaNO3电解液中的衰减系数随浓度的变化曲线。由图3, 4可看出激光在NaNO3电解液中的衰减系数随电解液浓度线性增加。532,1064nm激光在纯水中的衰减系数分别为0.0355,34.2438[11],与纯水相比,由于存在不溶物的散射作用,激光在NaNO3电解液中的衰减系数高于纯水,其中红外激光在NaNO3电解液中的衰减系数在34.5m-1以上。
温度在30～40℃范围内两种激光在NaNO3电解液中衰减特性的温度影响因子如表1所示。通过表1和图2,3 的比较,可看出NaNO3电解液温度对激光的衰减影响与浓度相比极小,从工程应用角度,对温度的影响可忽略不计。
3 试验系统及试验条件
3.1 试验系统
喷射液束电解-激光复合加工是将激光加工与电解加工进行复合,由加工试验原理可知,需要设计专用的喷射液束装置,既能形成稳定的喷射电解液束,又能保证聚焦后的激光束与喷射电解液束同轴作用于工件加工区。而对激光在电解液中衰减特性的研究结果表明,红外激光在NaNO3电解液中的衰减系数在34.5 m-1以上,即激光在电解液中传输15mm,能量衰减接近40%,这就要求喷射液束装置中激光在电解液束中的行程控制在几毫米之内,以便尽量减少激光传输中的能量损耗。
基于上述要求设计制造了如图5所示的喷射液束装置,其中,喷射基座与压板形成环状的喷射液束腔体;压板的中空底部装有光学玻璃,通过紧定螺钉固定;喷嘴内流道采用喇叭口过渡,有利于电解液形成稳定的喷射液束,不易发散。环状喷射腔的结构设计,既保证喷射液束的流速稳定,又将激光通过电解液的行程大为缩短,保证激光通过电解液的距离仅为7mm,传输能量损耗大约为15% 。基座底部设有绝缘层,可避免喷射电液束在工件表面的杂散电解腐蚀。
喷射液束装置与激光器、直流电源、电解液循环过滤系统组成了喷射液束电解-激光复合加工系统,如图6所示,其中喷射液束装置与聚焦激光束同轴;工件与喷射液束装置基座分别接通直流电源的正、负极;电解液由柱塞泵从电解液槽中抽出,经喷射基座进液口进入环状喷射腔体,最后在基座底部汇聚从喷嘴喷出形成喷射电解液束;带负电的喷射基座和喷嘴对电解液束“阴极化”;激光束通过光学玻璃、基座底部和喷嘴中的电解液后,与“阴极化”的喷射电解液束同轴共同作用于工件加工区,从而实现喷射液束电解辅助、激光加工为主的复合加工。
3.2 试验条件
试验加工件为0.5mm厚的GH3044镍基合金薄片,GH3044是固溶强化镍基抗氧化合金,其化学成分如表2所示[12]。GH3044具有高塑性和中等热强性,适宜制造在900℃以下、长期工作的航空发动机主燃烧室和加力燃烧室零部件以及导向叶片等。
1-Jet equipment;2-Laser system;3-Focusing lens; 4-DC power;5-Pressure gauge;6-Pump;7-Filter; 8-Electrolyte reservoir;9-Back pipelines;10-CNC table; 11-Work cell;12-Holder;13-Workpiece
试验选用带有电光调Q的XGL-1 脉冲Nd:YAG固体激光器,可使用的激光有两种:一是脉宽0.2ms(不调Q)、单脉冲最大能量400mJ的长脉冲激光;二是脉宽20ns(调Q )、单脉冲最大能量150mJ的短脉冲激光;重复频率都为10Hz;聚焦透镜焦距为150mm。电解液采用工业NaNO3溶液,浓度18%,喷射液束压力1.5MPa,电解加工电压为30V。
4 结果与分析
利用上述研制的喷射液束电解-激光复合加工试验系统,对GH3044镍基合金薄片进行了工艺打孔试验,将喷射液束电解-激光复合加工与空气中激光打孔(Laser Beam Machining, LBM)这两种工艺的打孔形貌作对比分析。
图7, 8分别是短脉冲激光(20ns,100mJ)应用于空气中打孔和喷射液束电解-激光复合加工打孔的整体形貌和局部显微放大照片,加工时间为10s;图9, 10分别是长脉冲激光(0.2ms,300mJ)应用于空气中打孔和喷射液束电解-激光复合加工打孔的整体形貌和局部显微放大照片,加工时间为5s 。
对比图7与图8-10可以看出:不管是ns短脉冲激光还是ms长脉冲激光,在空气中激光打的孔外围存在明显的热影响区,孔边缘和底部堆积了大量的熔化再凝固金属层,即再铸层;而喷射液束电解-激光复合加工打的孔整体轮廓较好,无热影响区,加工表面的再铸层90%以上被去除。
试验结果表明,对于高温镍基合金材料,喷射液束电解-激光复合加工能够有效解决激光加工后出现热影响区、再铸层等缺陷的难题,该方法综合发挥了激光加工和电解加工的优点,以电解加工辅助激光加工,在线去除再铸层,获得了良好的加工效果。
5 结论
(1) 喷射液束电解-激光复合加工将激光加工与电解加工进行复合,利用喷射电解液束的冲刷、冷却和电解作用,在线去除再铸层。
(2)镍基高温合金喷射液束电解-激光复合加工打孔的表面质量高于空气中激光加工。
(3)在液压1.5MPa、浓度18%的NaNO3电解液条件下,镍基高温合金喷射液束电解-激光复合加工可去除加工表面的再铸层90%以上。
(4)喷射液束电解-激光复合加工适用于ms级、ns级等不同脉宽的激光。
(5)喷射液束电解-激光复合加工工艺切实可行,对于广泛采用高温镍基合金材料的航空发动机制造工业具有重要的应用前景。
摘要：针对镍基高温合金材料激光打孔存在再铸层的缺陷,创新提出了喷射液束电解-激光复合加工方法。基于该加工原理的分析以及激光在电解液中的衰减特性研究,研制了试验系统,并对镍基高温合金GH3044薄片进行了打孔工艺试验。结果表明:应用液压1.5MPa、浓度18%的NaNO3电解液的喷射液束电解-激光复合加工可去除再铸层90%以上。试验证实了喷射液束电解-激光复合加工工艺切实可行,有望在航空发动机叶片气膜孔加工中得到应用。
关键词：激光加工,喷射液束电解,镍基高温合金,复合加工,再铸层
参考文献
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电解铝液 篇4
1 微电解机理
1.1 电极反应
铁碳微电解技术又称为内电解、铁还原、零价铁法[7]、铁碳法等[8],所采用的材料是将铁屑和碳按照1∶1的比例混合,利用铁碳之间的电极电位差,形成微原电池。这些微原电池以电位低的铁作为阳极,电位高的碳做阴极,以具有一定导电性的废水充当电解质,形成无数的原电池,产生电极反应。
阳极(Fe):
阴极(C):
当有O2时:
反应过程中产生的Fe2+和原子H都具有很高化学活性,能改变废水中有机物的结构和特性,使之发生断链、开环等作用[9],将有机物进行降解。这个过程通常伴随着曝气的进行,其主要功能是对污水介质进行充氧,还能有效防止铁屑板结。
1.2 氧化还原及吸附絮凝
微电解反应生成的的新生态[H],可与废水中大分子有机物发生加成、断链及开环等发生化学反应,从而将大分子有机物转变为降解性较好的小分子有机物,从而降低废水生物毒性,提高可生化性[10—13]。同时反应产生的Fe2+经氧化还原、沉淀后形成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,从而增强对废水的净化效果。
反应式为
2 材料和方法
2.1 试验装置
2.1.1 电解槽
电解槽的主体所选用的板材为亚克力板,密封性良好,基本无渗漏隐患,有一定耐腐蚀性、耐酸、耐碱性质,制造成本较低,操作、安装、检修方便,能满足设计需求。电解槽的装置示意图如图1,由4个侧板和一个底板拼接密封而成,板材厚度为10 mm,有效容积为600×600×600 mm3(长×宽×高)。电解槽的内部构造是由进水口处的不锈钢电极板,出水口处的不锈钢电极板,用于平分电解槽空间的不锈钢电极板(中间隔板),2块U型池隔板,2组共4块石墨电极板,4组曝气管组成。
1为进水口电极板;2为曝气管进气口;3为曝气口;4为曝气管导管;5为石墨电极;6为U型池隔板;7为不锈钢电极板(中间隔板);8为石墨电极板;9为出水口不锈钢电极板
图1中的不锈钢电极板将电解槽分成两个均等的空间,每个空间为一个U形电解池。污水通过进水口进入电解槽,在第一个U型电解池内蓄积,当水位高度达到550 mm,进入第二个U型电解池,随着进水口废水的不断进入,待整个电解槽充满,经处理后,从出水口流出。
2.1.2 曝气装置
电解槽内设计了4组曝气设备,对处理污水进行充氧,溶解氧(DO)的分布是不均匀的,位于ABS曝气口附近的DO含量比较高,距离曝气口越远,DO含量较小,可以理解为缺氧的状态,此时进行硝化、脱硝过程,既可以达到脱氮的目的也可提高污染物的沉降性能。
实验设计逆流曝气方式,可选择V-0.08/7,排气量为0.08 m3/min=4.8 m3/h,气压为0.7 MPa空压机对曝气装置进行排气,满足设计要求。
2.1.3 电极装置
电极装置主要由3块不锈钢电极板、2组共4块石墨电极板组成。不锈钢电极耐腐蚀性强,导电性能好,符合设计要求。安装不锈钢电极的同时嵌入导线,用玻璃胶密封固定,进水口电极板、出水口电极板和中间隔板的单面的面积分别为0.275 m2、0.175 m2和0.332 2 m2。采用强耐高温,导电性好,化学稳定好的石墨电极,用同样的方法粘贴石墨电极板,单面面积为0.04 m2。
2.1.4 电源设备
选用由成都理工大学信工学院开发自制的电源,输出直流电,设置正负极交换周期,性能参数如下。
(1)输出直流电压为:5 V、10 V、20 V、25 V、30 V;
(2)输出正负极交换周期为:5 s、10 s、30 s、50s、100 s;
(3)可自行设定电解时间。
2.1.5 其他设备
整体设备除了以上装置还包括贮水箱、水泵、高水位水箱、水流量计、微型电力监测仪、各种导管等组成。高位水箱置于电解槽上部,污水自然流下,通过进水口进入电解槽,待电解槽充满,再从出水口流出。高位水箱与电解槽之间安装有水流量计,用于对水流量的控制,使实验参数数量化;曝气装置与空压机相连,总导气管上安装有曝气量流量计,用于对曝气量的记录,电源连接处接有微型电力监测仪,用于功耗的记录。
2.2 实验方法
实验所用的垃圾渗滤液取自成都市唯一的一座大型生活垃圾填埋场———长安垃圾填埋场,采用自制的三维微电解设备来预处理垃圾渗滤液。
铁碳填料的体积比为1∶1,经过预处理后,直接将垃圾渗滤液注入三维微电解设备中,废水液面控制在填料床上2~4 cm。曝气采用逆流曝气方式,每组试验进行的过程中待集成设备稳定运行50 min之后于出水口取样500 m L。水质指标分析按照国家标准,采用重铬酸钾法测定COD(GB 11914—89)、采用纳什指示剂分光光度法测定氨氮(HJ535—2009)、采用稀释倍数法进行测定色度(GB11903—89)。
实验为静态实验,采用单因素控制方法,用以观察各个单因素参数对垃圾渗滤液的去除效果,即:
(1)电解电压、曝气量、水力停留时间、正负极交换周期4个影响因素保持稳定,电解时间在30min、60 min、90 min、120 min、150 min时进行实验。
(2)电解时间、曝气量、水力停留时间、正负极交换周期4个影响因素保持稳定,电解电压在5 V、10 V、20 V、25 V、30 V时进行实验。
(3)电解时间、电解电压,、水力停留时间、正负极交换周期4个影响因素保持稳定,曝气量在500L/h、1 000 L/h、1 500 L/h、2 000 L/h、2 500 L/h时进行实验。
(4)电解时间、电解电压,、曝气量、正负极交换周期4个影响因素保持,水力停留时间即通过控制流量来计算时间,在20 L/h、40 L/h、60 L/h、80 L/h、100 L/h时进行实验。
(5)电解时间、电解电压,、曝气量、水力停留时间4个影响因素保持稳定,控制电源正负极交换周期在5 s、10 s、30 s、50 s、100 s时进行实验。
3 结果与讨论
3.1 电解时间的影响
由图2可知,随着反应时间的延长,废水中的COD、NH3-N和色度的去除率也随之增加。反应时间为30~100 min之间时,COD和NH3-N去除率增加到36.7%、22.5%和56.7%;当反应时间超过100min后,COD和NH3-N的去除率增加非常缓慢,色度去除率趋于稳定。
反应时间加长,COD和NH3-N去除率迅速增加的主要机理可能是由于原电池的电极反应,反应过程中生成的二价铁离子,具有混凝沉淀作用,促进了COD和NH3-N的去除;当反应时间为100~150 min时,COD和NH3-N去除率增加减缓,可能是p H值升高以及铁屑有了一定程度的钝化,抑制了原电池的电极反应,而此时Fe3+还没有起到混凝作用。从整个过程来看,反应时间越长,废水絮凝沉淀后产生的沉渣也越多,可能会增加后续废渣处理的工作量。因此,可基本确定铁碳微电解的反应时间为100 min时,这个阶段的去除效果比较好。
3.2 电解电压的影响
由图3可知,随电解电压的增大,NH3-N和COD的去除率随之增加,色度去除率整体呈上升的趋势。当电压为30 V时,COD、NH3-N和色度的去除率达到最高值,分别为32.5%、21.6%、56.2%;当电解电压超过30 V后,COD和NH3-N的去除率趋于稳定,色度的去除效果较为明显。
电压增加,铁碳填料间孔隙提供的电解空间变大,填料和污染物质快速发生反应,溶液中NH3-N和COD的去除率呈上升趋势;当电压超过30 V时,填料床中被电解吸附的污染物质减少,电压的增加不再对电解吸附有促进作用,故去除率曲线趋于平缓,由此可以得出电解的最佳电压为30 V。
3.3 曝气量的影响
图4中,曝气量达到2 000 L/h时,COD、NH3-N和色度的去除率上升到34.8%、23.5%和57.3%;当曝气量超过2 000 L/h时,COD的去除率趋于稳定,NH3-N的去除率缓慢增长,而色度的去除率明显下降。
适当的曝气有利于COD、NH3-N和色度的脱除,这是由于获得了更多的溶解氧,使体系处于充氧的水环境。电化学反应充分。如果曝气量过大,会使得废水和填料的反应时间减少,降低了降解的效率;还有可能导致部分有机物还未被充分降解就被带走;同时产生了较多的黑色颗粒或者悬浮物,使得溶液的浊度加大,故综合考虑曝气量大小控制在2 000 L/h为宜。
3.4 水力停留时间(流量)的影响
可以通过控制流量得出水力停留时间,观察各个指标的去除效果。
当流量达到30 L/h,即停留时间为2.33 h时,COD、NH3-N和色度的去除率达到顶峰,分别为27.5%、13.1%和46.6%,其主要机理是铁离子的混凝沉淀作用,加速了三者的去除效率;当流量超过30 L/h后,COD、NH3-N和色度的去除率大幅度下降,可能是有机污染物已被彻底降解,Fe电极长时间置于有氧环境发生钝化,抑制微电解反应,使微电解产生的电附集作用逐渐减弱。从反应的整个过程来看,反应时间越长,絮凝沉淀后产生的沉渣也越多,会增加后续废渣处理的工作量。由此得出水力停留时间为2.33 h时,处理效果最佳。
3.5 极板正负交换周期的影响
通过改变极板间电压正负交换周期,探讨NH3-N、COD和色度的去除率与极板电极倒置关系,确定最佳的交换周期。
图6表示了极板间正负交换周期的变化对垃圾渗滤液指标去除率的变化规律。当周期从0 s逐渐变化至50 s时,COD、NH3-N的去除率达到最大值,分别为35.9%、22.5%,色度的除率为44.9%;当交换周期超过50s后,COD及NH3-N去除率几乎趋于平稳。色度去除率明显上升。
改变电极板正负极交换周期对渗滤液处理效果影响并没有太大的变化,对COD、NH3-N和色度的去除率影响亦不明显,可判断最佳的正负极交换周期为50 s。极板的正负极交换作用对填料的板结延缓是否具有作用还需进一步研究。
4 结论
针对垃圾渗滤液预处理系统的三维电极微电解设备,研究静态试验不同因素对污水不同指标的去除效果。试验结果表明:电解时间在100 min,电压为30 V,曝气量为2 000 L/h,极板正负交换周期控制在50 s,水力停留时间为2.33 h时,污水的COD、NH3-N、色度的去除率约在30%、20%和50%左右。
电解铝液 篇5
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取从2012 年8 月—2015 年8 月收治的72 例糖尿病合并乳腺癌患者, 均择期采取乳腺癌根治术, 随机分为对照组 (36) 与研究组 (36) 。 对照组中, 年龄为56~82岁, 平均为 (58.34±5.43) 岁;癌症类型:15 例单纯癌, 10例硬癌, 3 例髓样癌, 4 例腺癌, 2 例导管内癌, 2 例其他型癌;ASA分级:23 例I级, 13 例II级。 研究组中, 年龄为57~83 岁, 平均为 (58.68±5.13) 岁;癌症类型:14 例单纯癌, 11 例硬癌, 4 例髓样癌, 3 例腺癌, 3 例导管内癌, 1 例其他型癌;ASA分级:22 例I级, 14 例II级。 对比两组患者年龄、癌症情况以及ASA分级等一般资料, 差异无统计学意义 (P>0.05) , 但有可比性。
1.2 方法
术前, 对照组患者给予8 ml/kg乳酸钠林格注射液 (国药准字H41020707, 河南双鹤华利药业有限公司) , 均在30 min之内输注完成; 研究组患者给予8 m L/kg复方醋酸林格液 (国药准H20000475, 上海百特医疗用品有限公司) , 均在30 min之内输注完成。 术前0.5 h, 给予鲁米那钠0.1 g、阿托品0.5 mg肌肉注射, 入室以后, 监测心电图、脉搏氧饱和度、无创血压;局麻, 对右颈内静脉、桡动脉采取穿刺置管;麻醉诱导:静脉注射0.1 mg/kg维库溴铵、0.1 mg/kg咪唑安定、4 mg/kg芬太尼、1.5 mg/kg异丙酚, 注射3 min后, 采取气管插管, 与间歇性三压通气连接, 行机械通气;吸入1.0%异氟醚麻醉维持, 并按照术中实际情况, 给予维库溴铵、舒芬太尼间断性静推, 维持肌送、镇静。 术中, 对照组输注乳酸钠林格注射液, 研究组输注复方醋酸林格液, 输注速度均为10 m L/ (kg·h) 。
1.3 观察指标
手术前后, 两组患者均抽取桡动脉血液, 并测定分析Ca2+、K+、Na+、血糖等指标, 观察两组患者输液量、手术时间以及出血量等手术情况。
1.4 统计方法
数据统计分析应用SPSS 13.0 软件, 计数资料采取χ2检验, 采用百分数 (%) 表示, 计量资料采取t检验, 采用 (±s) 表示, P<0.05 为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组患者手术前后Ca2+、K+、Na+、血糖水平比较
术前两组Ca2+、K+、Na+、血糖水平, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。 术后两组K+、Na+水平, 差异无统计学意义 (P>0.05) ;对照组Ca2+、血糖水平高于研究组, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。 两组手术前后Ca2+、K+、Na+、血糖水平比较见表1。
2.2 两组患者输液量、手术时间以及出血量情况比较
两组患者输液量、手术时间以及出血量, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。 两组输液量、手术时间以及出血量比较见表2。
3 讨论
临床上, 术中主要输注液体为晶体液, 晶体液功能是对电解质、细胞外液的功能性补充, 同时也能补充机体循环血容量。 乳腺癌是指发生于乳腺恶性肿瘤, 女性较为高发, 治疗一般采取根治性手术, 通过外科手术切除整个患乳与周围组织。 乳腺癌根治术, 术前需要禁食, 受到麻醉影响, 诱导期患者短时间内需要由生理状态转换为麻醉状态, 这会使患者血液内环境产生较大变化。 所以, 患者需要补充一定液体, 对机体进行调控。相关研究发现, 所选取的晶体液类型不同, 对于患者电解质水平、血糖水平影响存在较大差异[3,4,5,6]。 临床一般选取乳酸钠林格注射液, 但对于合并糖尿病乳腺癌患者, 术中使用乳酸钠林格注射液会增加手术麻醉风险性, 术后易出现不良反应, 因此选取合适晶体液对于糖尿病患者乳腺癌根治术有着重要作用。 该文研究结果显示, 两组患者输液量、手术时间以及出血量差异无统计学意义 (P>0.05) 。 这可能是由于两组患者症状类似, 在手术方案设计上太大差别, 只是在使用晶体液方面有所不同, 对于术中情况无明显影响, 与佘军[7]研究结果一致。
对于糖尿病合并乳腺癌患者, 受到手术、麻醉刺激, 使得患者机体出现应激反应, 导致内分泌代谢、神经功能产生异常, 提高糖异生功能;同时会抑制糖酵解酶活性, 降低胰岛素敏感性, 产生应激型糖代谢功能障碍, 升高血糖水平。 糖尿病患者原本胰岛素水平低, 术中高血糖发生率明显升高, 在加上乳酸钠林格注射液中乳酸含量较大, 会阻碍糖尿病患者葡萄糖氧化功能, 增强葡萄糖酵解, 产生乳酸, 同时乳酸经肝脏作用, 会转化为葡萄糖, 加重高血糖症状, 增加手术麻醉风险性, 且术后并发症多。 复方醋酸林格液主要为错酸根, 与乳酸相比, 醋酸代谢速度比较快, 能在肌肉及其周围组织中能代谢成为碳酸氢根, 可起到缓冲作用, 进而转化成为水、二氧化碳。 此外, 输注以后不会在患者体内产生蓄积, 代谢过程中耗氧量少, 适用于术中氧耗增加患者;代谢不依靠肾脏、肝脏, 能在多器官中代谢, 有效减轻患者肝肾负担, 适用于肝肾功能差患者。 糖尿病患者肝肾功能差, 复方醋酸林格液中无乳酸根, 能避免乳酸转化成为葡萄糖, 减少术中血糖升高情况, 适用于糖尿病患者。 研究显示, 对照组血糖水平高于研究组, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。 提示术中输注复方醋酸林格液不易引起血糖升高, 符合马明华[8]报道结果。 术后两组K+、Na+水平差异无统计学意义 (P>0.05) ;对照组Ca2+高于研究组, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。 说明对比乳酸钠林格注射液, 复方醋酸林格液能用镁代替钙, 避免同其他药物发生沉淀, 同时镁与血制品兼容性较好, 能溶于血, 输血前后应用不易产生凝血情况。 乳酸钠林格注射液中含有钙, 容易与其他药物出现反应, 形成沉淀, 对药物疗效产生影响, 引起副作用。 总而言之, 在糖尿病患者乳腺癌根治术中, 输注复方醋酸林格液, 安全性高, 能减轻输液对于患者机体各项生理功能影响, 维持内环境稳定, 减少术中高血糖发生, 效果明显, 具有临床应用价值。
摘要：目的 探讨糖尿病患者乳腺癌根治术术中输注复方醋酸林格液对血糖和电解质的影响。方法 选取从2012年8月—2015年8月收治的72例糖尿病合并乳腺癌患者, 均择期采取乳腺癌根治术, 随机分为对照组 (36) 与研究组 (36) , 对照组采用乳酸钠林格注射液, 研究组采用复方醋酸林格液, 对比两组手术情况与Ca2 (+) 、K+、Na+、血糖等指标水平。结果 术后, 两组K+、Na+水平无明显差异 (P>0.05) ;对照组Ca2 (+) 、血糖水平高于研究组 (P<0.05) 。两组输液量、手术时间以及出血量无明显差异 (P>0.05) 。结论 糖尿病患者乳腺癌根治术术中输注复方醋酸林格液, 能提高手术安全性与治疗效果, 减轻输液对于患者机体各项生理功能影响, 维持内环境稳定。
关键词：糖尿病,乳腺癌根治术,复方醋酸林格液,电解质,血糖
参考文献
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[7]佘军.研究复方醋酸林格氏液对糖尿病以及行乳腺癌根治术患者血糖和电解质的影响[J].糖尿病新世界, 2015, 8 (9) :58-60.