冷等離子體強(qiáng)化合金熔體精煉的基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著低溫等離子體化學(xué)的發(fā)展，等離子體精煉方面的研究正越來(lái)越引起人們的重視。本文研究了冷等離子體強(qiáng)化金屬熔體精煉的效果和機(jī)理，從熱力學(xué)上比較了各種活性粒子參與化學(xué)反應(yīng)的能力，并分析了冷等離子體精煉動(dòng)力學(xué)，為將來(lái)的應(yīng)用提供了理論和實(shí)踐指導(dǎo)依據(jù)。 本文在綜述了國(guó)內(nèi)外在等離子體精煉方面的研究進(jìn)展情況和分析了直流輝光放電各種特性的基礎(chǔ)上，采用低熔點(diǎn)的Sn-S合金作為研究對(duì)象，利用直流脈沖電場(chǎng)激發(fā)石英玻璃管中的反應(yīng)氣體(H2或Ar)輝光放電

2、產(chǎn)生冷等離子體對(duì)合金熔體進(jìn)行脫硫，通常是將置于坩鍋中的熔體作為陰極，不銹鋼平板作為陽(yáng)極。輝光等離子體對(duì)Sn-S合金熔體精煉脫硫的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，Ar等離子體在錫液中初始硫含量較高時(shí)顯示出一定的脫硫效果，在60min內(nèi)脫除率為19.8％([S]初始=439ppm)。H2等離子體可以使錫液中的硫降至1ppm以下，表現(xiàn)出了優(yōu)異的精煉效應(yīng)?；旌蠚怏wAr-H2(10％)等離子體脫硫效果介于兩種純氣體等離子體之間，經(jīng)過90min的處理，硫含量可以從原

3、始的610ppm降至135ppm。改變等離子體脫硫時(shí)的氣體壓力、脈沖占空比、熔體溫度、熔體極性等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)脫硫效果受到影響，這可以用體系中活性氫粒子和高能Ar+的濃度以及熔體中硫原子擴(kuò)散速度的改變來(lái)解釋。在錫液不同深度取樣發(fā)現(xiàn)了硫濃度梯度的存在，這主要是由硫原子從錫液內(nèi)部向表面的濃度擴(kuò)散和溫度差引起的硫原子對(duì)流擴(kuò)散所引起的。在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象以及利用質(zhì)譜儀對(duì)反應(yīng)后氣體進(jìn)行成分分析的基礎(chǔ)上，探討了Ar等離子體和H2等離子體各自的脫硫

4、機(jī)理。Ar等離子體是依靠高能量的Ar+碰撞把能量傳遞給熔體中硫原子使之蒸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)脫硫效果的，是一種物理過程。H2等離子體則是通過其中大量的活性氫粒子(H和H+)和熔體中的硫原子發(fā)應(yīng)生成揮發(fā)性氣體而使之脫除，是一種化學(xué)過程。 本文從熱力學(xué)角度分析了各種氫粒子(H、H+和H2)和硫發(fā)應(yīng)生成H2S的能力，按大小順序依次為：H+＞H＞H2。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合等離子體化學(xué)的知識(shí)，對(duì)H2等離子體強(qiáng)化金屬熔體脫硫過程的組成步驟和限制性環(huán)