金属矿地下连续开采技术研究
摘 要：改革以来我国的金属矿开采技术得到了很大的发展，尤其在金属矿地下开采方面生产工艺已经接近世界先进水平。本文系统介绍了金属矿地下连续开采的基本知识及开采工艺。并且例举了新疆金属矿地下连续开采的工程实例，对地下金属矿连续开采的目前状况进行了分析，以供广大矿业工作人员参考。
关键词：地下金属矿；连续开采；技术
一、金属矿地下连续开采的基本情况
采矿是通过矿堆的采准、切割和回采三个工艺流程将矿石从地下矿床开采出的过程。采矿方式分地上开采和地下开采两种。近年来，我国地下开采的金属矿山逐渐增多，地下开采的各个工序基本实现了由机械化操作取代手工作业，开采自动化程度明显提高。地下连续开采技术是我国目前地下采矿的先进技术。地下连续开采有两种主要方式，一是当矿体硬度较小时，开采时各个工序连续平行进行施工。二是当矿体硬度大时，开采时分成若干个施工段，不同施工段的各个工序连续平行进行施工，这需要在开采时做好各个工序间的协调工作。
国外地下采矿装备系列齐全，配套完整，机械化程度也高，从凿岩、装药到转运，全部实现了机械化配套作业，各道工序无需手工体力操作，无繁重体力劳动，装备无轨化、液压化、自动化程度较高。地下无轨采矿工艺是目前国际先进采矿工艺技术的标志。国外目前先进的采矿装备已完全实现了无轨化、液压化。在自动化方面，已成功地应用了无人驾驶、机器人作业等新技术。
二、金属矿地下连续开采工艺
1.在对大块矿岩开采时，为提高开采的效率，连续进行落矿、出矿、运输等工艺的回采施工。回采时采用前进式推进顺序，施工过程中不留矿柱。采用这种连续开采的工艺可提高开采效率，经济适用，方便矿块的控制管理和采矿设备调配，将来发展潜力很大。
2.在对地下矿石进行后处理时，采用专门的运输机连续进行矿石的出矿、转运、提升等工艺的施工。使地下矿石开采、运送达到一体化。采用这种工艺可以加快开采速度，近几年来，该工艺应用较广。
3.如果开采的矿岩硬度较大，开采具有一定的难度，可采用连续采矿机实现掘进、挖掘、落矿、出矿、转运等工艺过程的连续化施工。目前，有关专家对这种采矿工艺的研究取得了很大的进展，使其应用前景更加广阔。
三、金属矿山地下连续开采的问题及处理措施
我国自90年代以后，随着科学技术的不断发展，在地下连续开采技术研究方面取得了重大的突破，多项地下连续开采技术已经应用在矿山中。同世界先进国家相比，仍有一定的差距。目前矿山开采中还存在某些问题急需解决。有的矿山在采矿时，将采矿分为矿石和矿柱两个步骤，将收矿柱放在开采矿石后面。这种采矿方法存在如下不足之处：矿柱质量难以保证，所留矿柱截面形态各异，抗压强度低，易产生破坏。矿柱回收结果不理想，能正常回收的矿柱较少，不但浪费了资源，而且降低了采矿效率，延长了采矿作业时间，对地下采矿的经济效益产生很大影响。并且由于采矿步骤多，在管理上也产生许多困难。为了解决上述问题，有关专家不懈的努力，研究出地下连续开采无矿柱法。这种地下连续采矿施工方法如下：将步骤划分成矿段，不留矿柱，回采单元用矿段表示，采用将切割槽割在矿段中部，并把振动机布置在结构底部出矿的方法。矿石由振动车搬运，连续进行出矿、运矿的作业。崩矿过程中及时进行回填，平行进行采切、回采、充填的作业，使采矿工作连续不间断的施工。地下连续无矿柱采矿的实施，表明我国地下金属矿开采技术进入一个新的层次。使矿柱回收困难的问题得到很好的解决，加快了采矿的时间，避免了国家资源的浪费，提高了地下采矿的经济效益。由于减少了采矿步骤且使采矿各工序衔接紧密，连续不间断的开采，为采矿集中管理带来便利，使劳动效率大幅增长。回采时工序安排合理，连续开采，还解决了深部矿体开采时因为地压较大引起的围岩失稳问题。极大的促进了我国矿山开采的现代化进程。另外，地下连续开采的规范还不够完善，各地区对采矿的标准和要求还不统一，虽然重视开采新技术的研究，但对设备的配套及工艺的优化重视程度还不够，对新型设备的推广还不够完善。必须在有关部门的领导下，完善采矿规范标准，加强连续工艺的优化与设备的合理配套。建立与连续开采相适应的理论体系。在不断开发研制新型设备的同时，注重对新型设备的推广应用。使我国的金属矿地下连续开采进一步向现代化迈进。
四、地下连续采矿技术的应用
新疆某铁矿年产矿石能力20万吨。矿区属丘陵地带，气候干燥，夏季雨水较多，年平均降雨量1732.6毫米，冬季气温较低区域内未有大的河流，矿区地震烈度为6度。经勘察矿区深层土质为岩石，浅层为砂砾层。矿床为缓倾斜矿床，矿体为脉状矿体。地下开采的日产量为3000吨。采用地下连续开采方案，用胶带运输机连续运输，地下开采按由上往下的顺序开采。 将整个矿块划分为一个回采单元，矿块厚度即采场宽，相互采场之间不留矿柱，依次连续的进行采切、回采、充填三大工序，回采不允许在同一分层上进行，要分层进行，不同时进行相邻采场的采切。为避免开采时破坏四周土的应力，出现应力集中现象，影响围岩稳定，产生地面塌陷，设计对采空区采用非胶结充填方式处理，可以消除塌陷的危险。这种充填方式工程量较大，生产效率低，回采操作不便。后经专家研究决定，采用连续帷幕随时充填技术。该充填工艺施工时不留矿柱，开采各工序连接紧密，连续性好，而且作为支护的可压缩金属支座支护能力好。确保了采矿的安全，为出矿、转运和充填提供了方便。能对采空区进行及时迅速的回填。此采矿技术开采时采用将整体矿脉一体推进方式。主要的采切工程有：底盘转运巷道、切割巷、出矿漏斗及切割天井。地下连续采矿技术将回填空区用矿岩分离出的废石回填，采用了先进的矿浆输送方式。将深孔连续采矿技术、矿岩分离技术、矿浆输送技术等工艺与技术综合起来应用，实现了回采的高效率，经验证经济效益和社会效益良好。
五、金属矿地下连续开采未来的发展
我国的金属矿地下开采技术和过去相比虽然有了很大的进步，但要赶上并超过世界先进水平尚需不断发展，地下金属矿开采的大型化、数字化、连续化将是未来发展的主要方向。在采矿技术发展的同时需考虑社会效益和经济效益，研制并应用适合地下金属矿连续开采的技术，使矿山的开采与四周生态环境相谐调。有关部门还需组织专家加大对矿岩应力的研究，增加围岩的稳定性，以提高地下开采的安全性。还要加大对充填采矿法的推广力度，并且坚持朝快速化、环保化的方向发展。
六、结语
随着社会的发展，我国的采矿技术也不断进步。其中金属矿地下连续开采的技术已经接近世界先进水平，基本实现了金属矿地下连续开采的连续化和机械化。如何使我国的金属矿地下连续开采技术取得更大的进步，研究出更先进的金属矿地下连续开采技术，仍是广大矿业技术人员今后的努力目标。
课题1:推力滚子轴承外罩冲压工艺与(某一冲压工序)模具设计
指导教师:刘良瑞
推力滚子轴承外罩的材料:08或10,年产量:6万件.
要求:设计推力滚子轴承外罩的冲压工艺;选某一冲压工序,完成该工序模具的设计计算工作;用AutoCAD绘制冲压工艺卡(绘图比例不作要求,打印在A4图纸上)两张,模具总装图(绘图比例1:1,打印在A3图纸上)一张,凸模,凹模,凸凹模或固定板零件图(绘图比例1:1,打印在A4图纸上)各一张;编写设计说明书(不少于4000字);上交电子文档和打印文档.
课题2:我国模具制造的发展趋势
指导教师:刘良瑞
要求:进行调查研究,查阅中外文献,论点要鲜明,论据要充分,图文并茂;论文不少于5000字;上交电子文档和打印文档.
课题3:冲裁模压力中心计算的快捷方法
指导教师:刘良瑞
要求:查阅中外文献,利用专业知识进行比较,分析,探求新的,快捷的计算方法,论据要充分,图文并茂;论文不少于5000字;上交电子文档和打印文档.
课题4:金属手柄冲裁工艺与模具设计
指导教师:陈坚
工件名称:手柄 生产批量:中批量 材料:Q235-A钢
材料厚度:1.2mm 工件如下图所示:
设计要求:
1,对此工件进行成形工艺设计,包括工艺分析及选择方案,工艺计算,制定冲压工艺方案,确定模具结构尺寸和选择压力机;
2,编写冲压工艺过程卡片;
3,要求绘制冲模总装配图一张和部分主要零件图(包括落料凸模 ,冲孔凸模,凹模,导料板和卸料部件等零件图)各一张;
4,完成设计计算说明书一份(字数不少于5000字);
5,上交电子文档和打印文档.
课题5:金属盖落料拉深工艺与模具设计
指导教师:陈坚
零件名称:盖 生产批量:大批量 材料:镀锌铁皮 厚度:1mm
设计任务:
1,对此工件进行成形工艺设计,包括工艺分析及选择方案,工艺计算,制定冲压工艺方案,确定模具结构尺寸和选择压力机;
2,编写冲压工艺过程卡片;
3,要求绘制冲模总装配图一张和部分主要零件图(包括落料凹模,凸凹模,卸料板和拉深凸模零件图)各一张;
4,完成设计计算说明书一份(字数不少于5000字);
5,上交电子文档和打印文档.
课题6:落料凹模的制造
指导教师:郭胜
落料凹模材料Cr12,硬度60—64HRC.
要求:根据落料凹模的图纸和质量技术要求,拟定合理的工艺方案,并对所拟定的工艺方案进行技术和经济效益的综合分析及评价,编制加工工艺卡(用AutoCAD绘制,打印在A4图纸上);根据拟定的工艺卡,能正确选用机床,刀具,夹具,量具等工艺装备和工艺参数,完成落料凹模的加工(在加工时,允许采用45钢代替,并可以不热处理.); 编写工艺设计说明书(不少于3000字);上交电子文档和打印文档并提供样品.
课题7:转子芯片冲头的制造
指导教师:郭胜
冲头材料DF—2, 60—62HRC(淬火温度800—850℃,油冷,回火温度180—225℃,60—62HRC,用作五金箔片冲压模,各种测规.)
要求:根据转子芯片冲头的图纸和质量技术要求,拟定合理的工艺方案,并对所拟定的工艺方案进行技术和经济效益的综合分析及评价,编制加工工艺卡(用AutoCAD绘制,打印在A4图纸上);根据拟定的工艺卡,能正确选用机床,刀具,夹具,量具等工艺装备和工艺参数,完成导正销的加工(在加工时,允许采用45钢代替,并可以不热处理.); 编写工艺设计说明书(不少于3000字);上交电子文档和打印文档并提供样品.
课题8:塑料盖子注塑模设计
指导教师:黄常翼
材 料:PP-R
收 缩 率:1.5%
技术要求:内表面拔模斜度1.5°,一模四件,零件顶部打标"HGZY+学号".
设计内容及要求:来源：
1)分析零件的成形工艺性,制品的基本参数的计算及注射机选用,模具类型及结构的确定;
2)模具和成型机械关系的校核;
3)模具零件的必要计算;
4)使用AutoCAD绘制模具装配图(绘图比例1:1,打印在A3图纸上)一张,绘制型腔,型芯及重要零部件零件图(绘图比例1:1,打印在A4图纸上)共五张;
5)编写设计说明书(不少于4000字);
6)要上交电子文档和打印文档.
课题9:浅谈激光加工技术在模具制造中的应用
指导教师:黄常翼
要求:进行调查研究,查阅中外文献,论点要鲜明,论据要充分,图文并茂;论文不少于5000字,摘要200-300字,参考资料不少于5篇;上交电子文档和打印文档.
课题10:垫圈冲孔—落料复合模设计
指导教师:舒剑峰
冲件名称:垫圈
冲件材料:10
冲压料厚:1mm
电火花曲面展成加工的研究
来源：福建泉州华侨大学机电及自动化学院 作者：刘石安
【摘 要】研究数控电火花铣削加工工艺，探索大面积曲面铣削加工方法，加工路径直接由通用模具设计软件生成，电极损耗补偿按加工路径均匀递增补偿法计算。
【关键词】电火花加工；电火花铣削加工；电极补偿
电火花成形是模具型腔加工的主要方式，其加工质量关键之一是电极的制造，由于粗、中、精加工时的放电间隙不同，电极尺寸也应不同，因此需制作多个电极才能最终满足加工精度的要求。特别是型腔加工面积较大时，有时还必须使用分割电极加工法，依次完成型腔各个部分的加工。由此使电极制作成本增高。分割电极加工时，型腔表面还会产生接缝以及电极二次装夹重复定位精度问题，这些都会影响电火花成形加工的质量。
随着数控技术的发展，模具型腔加工有了新的工艺方法——数控电火花铣削加工，即用简单电极展成复杂型面。数控电火花铣削加工工艺的关键是加工路径的生成和电极损耗的补偿。对此国内外许多电加工学者做了大量深入细致的研究，如研究等损耗分层加工模型以及基于该模型建立加工路径生成的专用CAM软件，研究电极损耗精密检测技术、在线电极补偿等[1~4]。
数控电火花铣削工艺可进行修尖角加工、窄缝加工及侧面伺服加工等，但本文更关心的是空间直线伺服进给问题，研究的主要内容集中于空间曲线轨迹加工方向、空间曲面展成加工方向，探索型腔型面的数控电火花铣削加工工艺。
本文引用金属切削加工中心的工艺路线，应用通用的模具加工软件UG造型，生成加工路径，并将加工代码编译成具体机床的数控指令。在电极损耗补偿方面，只考虑Z轴方向的补偿，并提出沿电极加工路径、按轨迹路程均匀递增补偿电极损耗的方法。
1 数控电火花铣削加工工艺
加工中心的铣削加工工艺已很成熟，故将其引入数控电火花铣削加工工艺中。经过研究和实验，已证实轮廓加工、挖槽加工、沿曲面加工、修边、去残留等加工问题都能用数控电火花铣削加工方法解决，也就是说数控电火花铣削加工中的加工路径生成问题可以用通用模具加工软件解决。
值得注意的是电火花铣削加工并不等同金属切削加工，由于放电间隙和电极损耗的存在，会对型腔尺寸精度产生影响，因此在给数控电火花铣削加工编程时必须注意如下问题：
(1) 加工余量。该参量的最小值要求大于放电间隙，超精加工时加工余量并不为零，且前一道工序要给后一道工序留下余量。
(2) 加工方式。在轮廓加工或挖槽加工时可以选择生成圆弧段程序。而在沿曲面加工时必须选择直线加工方式，包括切入切出程序，即程序段必须是空间微直线段，这也有利于电极损耗补偿计算。
(3) 加工精度。加工精度越高，弦线对空间曲线的逼近度越高，空间微直线段越多，程序越长。实际加工时，粗加工可以选择低一点的精度，以减少程序段数。
(4) 残余波峰高。该参量指刀具横向进给量，其值越小，加工曲面越光顺。该参量也可以用刀具直径的百分比表示。
(5) 电极尺寸。本文要求每次加工编程时输入电极直径的实测值，这样可让电极损耗补偿计算只须放在Z轴方向。
(6) 电参量和电极长度补偿。电参量的选择要参考加工余量，超精加工时要选择正极性加工方式，要用电子的能量去修平放电痕凸起。电极损耗补偿值依工艺经验而定，它与电参量、电极材料对及工作液等相关。电极损耗补偿值均匀插入每个微直线段端点上。
数控电火花铣削加工编程路线（图1）按上述6个方面要求设置参量，就可生成粗、中、精加工路径及机床数控指令。
加工余量、加工方式、精度、残余波峰高、实际电极尺寸
零件
毛坯
UG-NX
刀具路径补偿软件
电参数
刀具长度补偿值输入
电火花数控铣削加工程序
图1 数控电火花铣削加工编程路线
用模具软件UG设计了一空间曲面，上有“电火花”字样。为体现数控电火花铣削加工能力，将所有工序全部采用数控电火花铣削加工方案。粗加工用ф14mm电极，按挖槽采用分层加工，横向进刀为电极直径的80％；中精加工用ф8mm和ф4mm的端电极，按矢量、沿曲面方式加工，横向进刀分别为电极直径的8％和2.5％。图2为中精加工刀具路径。
电极ф8mm，E293 电极ф4mm，E250
（a）中加工 (b)中精加工
电极ф4mm，E250 电极ф4mm，E200
(c)中精加工 (d)精加工
图2 电火花中、精铣削加工刀具路径
在图2d中左下角有一块粉红色的残留区域（在曲面曲率较大凹处），该区域端刀无法深入，因此在精加工之后还需要再用ф4mm指状R刀电极进行最后的光整和去残留加工。
另外，在同一加工余量条件下，工艺上还要求生成反向刀具路径，进行反向铣削加工，消除前一道工序正向加工时因电极损耗而产生的阶梯波浪面，以提高表面形状精度。
2 电极损耗补偿对策
2.1 电极损耗的影响
在数控电火花铣削加工过程中，放电一般发生在电极端部前沿尖角处，电流密度较大，放电集中度高，存在着较严重的电极损耗现象。在加工的开始阶段，工件材料去除量较大；在加工的末尾阶段，工件材料去除量最小，因此实际加工面是一个“斜坡面”，如图3A表面所示。在A表面与B表面之间是本道工序的未加工区。显而易见，电极损耗影响加工精度。
电极补偿过量面C
无电极损耗理想加工面B
没有补偿的加工面A
h1当前层厚度
h2下一层厚度
图3 电极损耗补偿控制参考面
2.2 电极损耗补偿的目的
一方面可控制每一层铣削加工的尺寸及形状精度，另一方面还可给下一层铣削加工减少加工余量累计负担。电极损耗补偿值的给定应按不过度补偿为原则，即其值应小于本层加工量与下一层加工余量之和。
2.3 电极损耗补偿计算的方法
沿曲面铣削加工时按直线方式生成加工路径，所有程序段都是空间微直线段，假设在加工路径相对较长的条件下，电极损耗沿路程均匀分布，其补偿值沿轨迹，按路程均匀递增补偿到每段空间直线终点上，那么电极损耗补偿值在第i程序段的值为：
△i=(△/∑Lk)·(∑j=0→iLj)
式中：△i为第i程序段的电极损耗补偿值；△为当前层铣削加工电极损耗预估值；∑Lk为当前层总的加工路径长；∑j=0→iLj为电极在第i程序段已走过的加工路径长。
△值与电参数和加工路径长度有关，主要用于电火花中、精加工；超精加工时其值设为零。
△i值用于第i程序段的电极损耗Z轴方向的补偿值，是用离线补偿计算法得到的。
3 电火花曲面铣削加工工艺实验
工艺实验在RobForm30三轴数控电火花成形机上进行，用UG软件造型、生成加工路径文件，选用专家系统生成的加工余量和电参数，再经电极损耗补偿处理，生成数控电火花铣削加工程序代码。
表1 是实验选用的加工参数。在精加工中去除的工件材料厚0.016mm,而预估电极损耗△取值0.05～0.07mm（实验值），实际的加工路径总长约为45000.00mm，如按理论计算，每100mm长得到0.10～0.16μm的补偿，18000条程序平均每条得到0.0025～0.0038μm的补偿，因此，如果按规格化计算，那么只有刀具加工很长一段距离之后，刀具电极才会作出实际意义上的补偿，真正作出实际意义上补偿的程序段比例很低。
表1 电火花铣削加工参 mm
加工类型 加工余量 电参数 电极补偿
粗加工
粗加工
中加工
中精加工
精加工
超精加工
0.800 E383 0.500
0.400 E373 0.250
0.200 E293 0.100
0.150 E250 0.075
0.134 E220 0.050～0.070
0.122 E200 0
注：电参数采用RobForm30电火花成形机规准。
粗加工时电极补偿视具体情况而定，首先选择补偿方式加工，补偿取值一般小于加工余量，如果电极损耗较大，电极端面圆角过大，此时应更换电极，Z轴重新对零位后，再进行加工。超精加工时只需生成正、反向加工刀具路径，来回打光打抛曲面。实验中还加入了轮廓加工、残余加工、修边，并考虑了加工精度设置、最大微直线段长度设置等内容。
电极制作部分是一个比较重要的环节，故自制了机上修磨装置，依据铣床刀具工具磨原理，设计有“电碰”定位基准，可精确定位，可修整电极圆柱面，也可修整电极端部球面。但由于铜电极在机械力作用下容易变形让刀，因此只成功修整了φ5～8mm指状棒电极。
图4是数控电火花铣削加工的实物照片，是一个面积约为100mm×70mm的曲面。 答案补充 也可以去百度去看看！
磷化处理是将金属表面(主要是钢铁和锌)通过化学反应生成一层非金属的、不导电的多孔磷酸盐薄膜。下面是我为大家精心推荐的金属表面磷化技术论文，希望能够对您有所帮助。
金属表面磷化技术论文篇一
金属表面漆前磷化处理工艺问题
[摘 要]主要研究了金属表面漆前锌盐磷化处理工艺，通过实验确定了适宜配方和工艺条件.实验结果表明，该工艺与普通锌系磷化处理工艺相比，具有磷化膜的耐腐蚀性好，磷化温度低，磷化时间短，耐冲击性和均匀性好等特点。
[关键词]金属;磷化处理工艺;磷化膜
中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2016)17-0063-02
磷化处理是将金属表面(主要是钢铁和锌)通过化学反应生成一层非金属的、不导电的多孔磷酸盐薄膜。磷化处理工艺在工业上使用广泛，主要用作油漆涂层的基底。
目前国内外研究和利用较多的是中、高温磷化。但因其能耗大，处理工艺时间长，沉渣多而不利于现代化生产。为了提高磷化液的质量，降低能耗成本，磷化工艺已向低温、少渣、优质的方向发展，成为当前研究中的潮流 。本文主要研究了低温锌、锰系磷化，并确定了最佳配方和工艺条件。
1 实验部分
1.1 试验药品
氧化锌、碳酸锰、碳酸钠、硝酸(65%)、磷酸(85cA、)、亚硝酸钠、硝酸镍、硫酸铜(均为分析纯)。
1.2 磷化液的配制
将ZnO、MnCO3、NaCO3用水溶解调成糊状.将H3PO4和HNO3，混合在一起.将上述两部分液体慢慢混合，搅拌反应完全.反应完全后得无色透明溶液，因反应放热，操作时要特别注意安全.待反应完全后加人硝酸镍，搅拌至全部溶解.静置熟化1 h以上，备用.若配制工作液需将上述磷化液稀释20倍，加入适量促进剂，用NaCO3调整酸度至工艺范围，搅拌均匀，化验分析备用.
1.3 磷化膜性能测定
1.3.1 目测法外观检验
采用目测法外观检验是现场评价磷化膜质量的最简单而有效的手段，一般检验项目有：晶体粒度、均匀性、色调、光泽、斑点、粉化情况等，可进行大体上的判断.
1.3.2 微观结构显微镜法
用电子显微镜将磷化膜放大100～1 000倍，观察结晶形状、尺寸大小及排布情况.结晶尺寸小些为好，一般控制在几十微米以下，排布越均匀，孔隙率越小越好 .
1.3.3 腐蚀性能测定法
最常用的是硫酸铜点滴实验法.在室温(15～25 。C)下，在未浸油的磷化零件表面上滴一滴3%硫酸铜溶液，同时启动秒表，30s后不出现玫瑰红班为合格.
2 结果及讨论
2.1 主要成分的作用与影响
2.1.1 磷酸二氢锌
配制磷化液时碳酸锰用量为12 g/L，碳酸钠用量为18 g/L，硝酸(65%)用量为135 g/L，磷酸(85%)用量为210g/L，亚硝酸钠0.4 g/L，硝酸镍18 g/L，反应温度为40℃，磷化时间3 min，磷酸二氢锌是主要的成膜物质，可由氧化锌与磷酸反应制取.随着磷酸二氢锌用量的增加，磷化膜的耐腐蚀性提高;达到一定量时，磷化膜的耐腐蚀性随磷酸二氢钠用量的增加反而下降.这是因为磷酸二氢锌主要起调节总酸度的作用，含量过高时，成膜速度快，膜层粗糙、疏松、附着力差，表面有浮灰;含量过低时，溶液成分变化快，调整困难，且磷化能力较弱，甚至膜薄不成膜，进而导致磷化膜的耐腐蚀性下降.通过实验确定氧化锌最佳用量为80一90g/L。
2.1.2 氧化促进剂
其他反应条件同2.1.1，氧化锌为85 g/L，一般常温低温型磷化采用NO3-/NO2-、NO3-/ClO3-/NO2-;氧化促进剂体系较好，不仅成膜速度快，磷化膜形成结晶细密，促进剂主体NO2-;测定非常方便，所以槽液管理简单，不易出现问题.对NO3-/ClO3-;有机硝基物促进剂体系，它虽不需要经常补加，但由于主促进剂ClO2-;、有机硝基物的测定比较复杂，在实际应用中当出现促进剂过量或不足时槽液会变成深棕色，使总酸度、游离酸度的化验带来不便.本实验促进剂主要成分为NO3-/NO2-体系.这种促进剂体系效果较好，成膜速度快，且结晶细致.但促进剂用量一定要控制在规定的范围内，含量过低会使磷化膜表面不均，含量过高又会使Fe+2聚集过多，磷化膜易生黄色锈迹.通过实验确定硝酸最佳用量为130～140 g/L。
2.1.3 磷化液中镍离子和锰离子的影响
其他反应条件同2.1.1，氧化锌为85 L，调整硝酸镍和碳酸锰的用量，实验结果如图1～2。
镍是比锌电位高的二价金属，能参与成膜，部分地置换出磷化膜中的铁离子形成新的结晶活性中心，能促进成膜，细化晶粒，增强膜层结合力，降低了磷化温度，缩短了磷化时间.镍盐的加入量太少无作用，加入最大，没有不利影响，但会增加磷化液的成本;锰离子参与成膜，可提高磷化膜的硬度、耐腐蚀性和结合力，降低磷化处理温度、提高反应速度、降低膜厚使磷化膜颜色加深，并带有金属光泽，还可降低昂贵的金属镍的用量.通过实验确定硝酸镍的用量为1O一20 g/L，碳酸锰的用量为l0一l5 g/L。
2.2 磷化工艺的影响
2.2.1 温度的影响
其他反应条件同2.1.1，改变反应温度，实验结果见图4。
温度适当升高，虽然能激活能垒低的点也能成为结晶“活性中心”，使晶核数目增多，结晶速率加快.但温度过高，Fe+2大量产生，生成大量沉渣，造成成分不稳定，消耗磷化液，使工件表面有挂灰现或不能生成膜层，易返黄，耐蚀性差，所以磷化时间随温度而定.将磷化温度控制在35―45℃之间，既能保证适当的磷化速度和膜层质量，还能减少沉渣产生，稳定槽液稳定性也差表2氧化锌对磷化膜性能的影响，且磷化膜层粗大耐蚀性差，同时槽液的稳定性也差;温度低，磷化速度减慢，膜层不连续。
2.2.2 酸度的影响
磷化工艺中控制槽液的PH值比控制酸度比更合适。因为无论磷化液是由H3PO4或磷酸盐配制， 它们在水溶液中都同时存在着多步离解平衡：
因为磷化体系中/=K2(25℃，K2=0.013)， 将(2)、(3)式代入到平衡常数K2的表达式中整理得到：
C总=5.7×10-5( +7.6 ×10-2 +4.8×10-10 +2.1×10-22 (4)
在满足K2表达式的前提下，磷化液的PH值与配成磷化液的H3PO4或磷酸盐的总浓度之关系可由(4)式计算出来，计算结果见表4。
2.2.3 磷化时间的影响
其他反应条件同2.1.1，改变反应时间， 磷化时间是一个重要的影响因素，磷化时间短，能节约成本，但工艺不稳定，不易控制，磷化膜性能不稳定;磷化时间长，成本高，获得的磷化膜质量差，结晶面上再结晶，膜层粗糙较厚，附着力差.本工艺磷化时间应控制在3 min左右，能形成理想的磷化膜.
3 结论
通过对铁板板材进行大量的重复试验，得出了最优的工艺配方：氧化锌用量为80―9O g/L，碳酸锰l0～l5 g/L，碳酸钠15―20 g/L，硝酸(65%)130―140 g/L，磷酸(85%)200―220 L，亚硝酸钠0.2―0.5 g/L，硝酸镍l0～20 g/L.本工艺属于低温锌系磷化，使用了多种金属的酸式盐作为成膜物质，控制温度在35―45。c，总酸/游离酸在18―25之间，磷化时间3―5 min，比普通锌系磷化工艺得到的磷化膜耐腐蚀性好，磷化温度低，时间短，磷化膜耐蚀性好，与涂层附着力好，耐冲击性好，均匀性好，改善了普通锌系磷化工艺沉渣多，能耗大，磷化液不耐用等缺点。
金属表面磷化技术论文篇二
磷化工产业可持续发展初探
摘要：磷化工产业可持续发展包括资源的科学利用、产业的全面发展、环境的有效保护三个方面的基本要求。本文分析了当前主要存在资源利用水平较低、产业结构不尽合理、环境污染较为严重等主要问题，提出了积极推进自主创新、大力发展循环经济、加大产业整合力度的政策建议。
关键词：磷化工产业 可持续发展 基本要求 政策建议
磷化工产业是以磷矿资源为基础，磷肥、磷酸盐和磷化物等磷化工产品为主体的产业，是国民经济重要的战略性产业之一。本文分析了磷化工产业可持续发展的基本要求，研究了当前存在的主要问题，并提出了相关政策建议。
一、磷化工产业可持续发展的基本要求
尽管学界关于可持续发展的理解还存在很大差异，从经济学、社会学、生态学、系统学等角度都作出了不同界定，但一般认为可持续发展应当是“既满足当代人的需求，又不对子孙后代满足其需求的能力构成危害的发展”。在这个意义上讲，磷化工产业可持续发展至少包括以下三个方面的要求。
1、资源的科学利用
可持续发展强调对不同属性的资源采取不同的保护措施，对于矿物、石油、天然气等不可再生资源，要提高其利用率，并尽可能用可再生资源代替，以延长其使用的寿命。磷矿是一种典型的不可再生资源，我国磷矿资源虽然目前探明储量较大，居世界第二位，仅次于摩洛哥，但具有丰而不富的特点，已被国土资源部列为2010年后不能满足国民经济发展需求的20个矿种之一。近年来，我国磷化工产品年生产能力近850万吨，资源消耗量居世界第一位;我国的磷化工产品在满足国内生产、生活需求的同时，也有大宗的、传统的初级磷化工产品用于出口，总体仍然属于“资源输出型”发展模式。与此相反，很多发达国家均对本国磷矿资源进行严格保护和科学利用，主要用于生产高端产品，并明令限制出口。磷化工产业的可持续发展，首先必须科学利用好磷矿这一稀缺资源，这是发展的前提和基础。
2、产业的全面发展
可持续发展首先必须强调发展;离开了发展，可持续发展就成了无源之水、无本之木。磷化工产业作为一个完整的产业链，具有磷矿开采、加工、运输、保护、研发、出口等多个环节、多种形态。我国有27个省份有磷矿分布，但总体分布比较分散，主要集中在资源比较丰富的云南、贵州、四川、湖北、湖南等五个省，产业集中程度较低。同时，我国磷化工产品以生产磷肥等初级产品为主，精细、专用、材料产品很少;产业发展后劲不足，无论是在磷矿采选还是在磷化工产品中，中小企业多，大企业少，产能投入不足，技术创新能力不够。磷化工产业的可持续发展，必然要求我们始终把发展作为鲜明主题，用发展的眼光、发展的思路、发展的办法，着力解决当前在发展中出现的突出问题，促进磷化工产业发展能力、发展水平的不断提高，促进整个磷化工产业的全面发展。
3、环境的有效保护
可持续发展在鼓励经济增长的同时，强调要对人类需求的满足进行限制，不能超越资源与环境的承载能力，要注意改善质量、提高效益、节约能源、减少废物，改变传统的生产和消费模式，实现人与自然的和谐，有效保护人们赖以生存的环境。当前，我国磷化工产业处于比较落后的局面，一些磷化工产品的生产给环境带来了巨大污染。比如，黄磷是热法磷化工的母体产品，长期以来一直被认为是高耗能、高污染的“夕阳”产业，一些发达国家已经停产或宣布不再生产黄磷。与此趋势相反，我国近年来黄磷生产却大幅上升。黄磷生产中所生成的炉渣、磷铁及炉气都已对环境造成较为严重的污染。除黄磷生产之外，其他磷化工产品的生产，如果保护不够，也会对环境造成不同程度的破坏。因此，我国磷化工产业的可持续发展，必须在促进经济发展的同时，最大限度地考虑环境的承载力，有效满足当代与后代对环境发展的要求。
二、磷化工产业可持续发展的主要问题
在经济全球化背景下，磷化工产业在世界范围内都面临激烈竞争。从实现可持续发展的基本要求来看，我国磷化工产业还面临不少问题，主要体现在以下三个方面。
1、资源利用水平较低
磷矿资源十分稀缺，但我国综合利用总体而言不充分、不合理。我国磷矿80%为沉积岩，70%为中低品位的胶磷矿，地下开采约占总量的60%，即使在富矿比较集中的云南、贵州两省，也含有大量贫矿，矿产杂质多，开采难度大。但与此相反，我国绝大多数矿山属于中小型矿山，特别是集体、个人的小型矿山，生产设备相当简陋，技术力量十分薄弱，管理工作较为滞后，乱挖滥采、采易弃难、采富弃贫现象比较普遍，有限资源浪费较大。同时，即使在优质磷矿富产地区，由于发展理念、生产技术等方面的原因，存在磷富矿“优矿劣用”、“高质低用”的现象，相当一部分优质矿用于生产低浓度的钙镁磷肥和普通过磷酸钙等，资源利用水平比较低，一些有价值的元素被遗弃，加剧了优质资源消耗速度。
2、产业结构不尽合理
经过近年来的发展，我国已经形成了较为完整的磷化工产业结构。从产业生产结构看，但我国的磷化工企业仍主要是以生产黄磷、三聚磷酸钠、磷酸氢钙等初级磷化工企业为主，生产附加值高的精细、专用磷化工产品及有机磷产品的企业很少。从产业地区布局看，我国磷化工产业主要布局于磷矿资源集中的云南、贵州、湖北等五省，但地区之间信息交流不够通畅，各自“产业链”不够完整，注意减少不必要的重复投资、加强相互之间的协作配合还比较欠缺，这些地方的资源优势没有转化为产业优势，不仅与国外磷化工产业差距较大，也与我国经济社会发展要求不相适应。从产业增长方式看，整个磷化工产业的经济增长仍然属于高投入、高消耗、低产出、低效益的传统方式，依靠科技创新推动经济增长的方式还没有形成，产业结构亟待调整升级。
3、环境污染较为严重
在磷矿开采中，人们要对森林植被进行砍伐，剥离表土或注水洗选，必然会造成一定的生态破坏和环境恶化。同时，磷化工产业是典型的高能耗、高排放、高污染行业，其“三废”排放强度远远高于其他工业平均水平。磷化工产业发展带来了大量的环境污染，最为典型的是云南滇池附近因为磷化工废弃产品的无序排放，导致滇池磷含量超标，造成水体过度营养化，曾引起国内外媒体的广泛关注。这一事件使人们充分认识到磷化工产品的污染问题，江苏、厦门、深圳、昆明等省市已明令禁止使用含磷洗涤剂。总体而言，我国磷矿分布和磷化工发展区域，基本是人口较为密集、经济相对活跃的区域，由于开采、生产技术的限制，磷化工产业的高排放、高污染，与人类有限的生存空间、环境容量之间的矛盾十分突出。
三、磷化工产业可持续发展的政策建议
《中国磷化工十一五发展指南》提出，要合理开发利用资源，优化矿区布局，加强自主创新及技术进步，促进磷化工业可持续发展。为了实现这一目标，本文建议要突出抓好三个方面。
1、积极推进自主创新
推进自主创新，是转变经济增长方式的基本前提，是保持经济长期平稳较快发展的客观需要，是建设资源节约型、环境友好型社会的重要保证。从技术角度讲，全球磷化工新技术发展的总趋势是：湿法、热法并举，以湿法为主，在稳定发展大宗磷肥、磷复肥的同时，为满足人类社会多方面的需求，发展精细磷化工产品，提高不可再生资源附加值。我国磷化工产业之所以会出现资源利用水平低、产业结构不合理，环境污染较严重等问题，与选矿设备简陋，生产技术薄弱，高新技术运用较少有着密切关系。要促进磷化工产业的发展，首当其冲的是必须坚持走自主创新道路，加大技术创新力度，把增强自主创新能力作为调整产业结构和转变发展方式的中心环节，学习借鉴国际最新的中低品位磷矿综合利用技术、温法磷酸的精制净化技术、精细磷化学品的绿色合成技术等最近的技术成果，加强引进消化吸收再创新的步伐，大力推进原始创新、集成创新，着力突破影响和制约磷化工产业发展的关键技术，不断提高可持续发展的能力。
2、大力发展循环经济
循环经济是符合科学发展观要求的，一种社会生产、再生产范式，以资源的高效利用和循环利用为核心，以低消耗、低排放、高效率为基本特征的发展模式。要克服磷化工产业资源消耗量大、“三废”排放严重等问题，坚决摆脱“先污染一后治理”的传统发展道路，就应当实现从传统经济增长方式到可持续发展经济增长方式的转变，推进磷及磷化工废物资源化、磷-煤-盐化工共生耦合循环、磷化工、盐化工、煤化工废物综合利用，充分利用磷矿资源中的每种元素，降低磷矿的消耗，有效地减少甚至消除“废物”排放，最大限度地提高稀缺而又宝贵的自然资源利用率，发展循环经济，降低生产成本，实现可持续发展。近年来，我国一些大型的磷化工企业已经开始在发展循环经济方面进行有益探索。比如，云天化集团三环公司坚持以资源节约、综合利用和清洁生产为途径，以“减量化、再利用、再循环”的原则，依靠科技创新、技术进步，走新型工业化道路，大力发展循环经济，取得了明显成效。在企业自主发展循环经济的同时，我国政府应当出台相应的政策措施，鼓励和支持磷化工企业走循环经济发展道路，尽可能用最少的资源消耗实现最大的发展效益，实现真正的科学发展。
3、加大产业整合力度
近年来，一些磷矿资源丰富的省份先后就资源保护、产业发展等出台了一系列地方政策，如云南省颁布《磷矿资源开采市场准入条件》，湖北省出台《关于今年磷矿山开采总量控制计划的通知》，有力促进了产业的规范、快速发展，形成了一批具有竞争力的大集团，但这些整合工作仍然局限于一个省份之内，跨地区、跨行业的整合还没有出现。本文建议，我国应当坚持政府引导、市场导向、企业为主的原则，进一步在全国范围内加大磷化工行业整合工作：从政府引导上，中央有关部门应加大宏观调控力度，尽早出台黄磷行业准入条件，建立严格监管机制和政策协调机制，强化行业自律职能;从发展模式上，要适应化工园区这一国际化工发展的主流，以园区聚合理配置生产要素，实施清洁生产和“三废”的统一治理，实现产业的园区化、集约化和一体化;从产业结构上，适当控制黄磷的生产，积极发展磷化物等中间产品，大力发展亚磷酸盐等下游产品，坚持发展无机磷化工和有机磷化工相结合，改变单一生产模式，不断优化产业结构;从企业重组上，要通过兼并、控股、联合等方式，努力形成一批国际化、大型化、精细化和专业化的企业集团，提高整体的技术水平和市场占有率，以此带动和促进磷化工产业的可持续发展。
总之，我国应坚持在自主创新中求发展，在发展循环经济中求发展，在保护环境中求发展，实现磷化工产业可持续发展。
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