热型连铸偏析法提纯废旧金属的数值模拟

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电子产品的迅速更新换代使电子垃圾急剧增长,电子垃圾成分较复杂,如果直接通过填埋和焚烧的方法处理,垃圾中包含的重金属元素经由土壤进入河流或渗入地下水,这将导致土地和地下水的严重污染;此外,焚烧的有机物也会释放出大量对人体有害的气体。电子垃圾虽然包含多种有害物质,但其中包含的废旧金属纯度很高,如果能够通过合适的方式加以回收利用,可以变废为宝。传统废旧金属的回收主要包括化学处理,火法处理等,这些处理方式会对环境造成严重危害。因此,研究环境友好型的废旧金属回收与再利用的方式有着十分重要的意义。本文首先对国内外废旧金属回收的现状进行了回顾,然后引出以热型连铸偏析法进行回收金属的再提纯。此方法作为定向凝固法的延伸,具备对金属进行提纯的潜力。本文主要进行热型连铸偏析法提纯效率的研究,确定各种外界参数对该方法提纯效率的影响。由于采用实验的方法研究热型连铸偏析法提纯效果耗时甚巨且缺乏设备,因此采用数值模拟的方式进行初期的可行性研究成为首选方式。研究表明,连铸速度的快慢,铸型温度的高低以及行波磁场的施加会使液‐固界面形状发生改变,由此造成附近液相区域熔体流动发生改变,从而导致提纯效率有所不同。一定范围内,连铸速度的降低会使铸棒中心线上杂质浓度显著降低;铸型温度的升高会导致液‐固界面的形状发生明显的扁平化;另外,行波磁场的引入会加快界面处杂质向远处输运的速度,从而有效改善提纯效率。总的来说,当单纯的热型连铸法用来提纯时,其效果并不理想;然而利用圆柱式行波磁场发生器产生向上的电磁力会有效改善热型连铸法提纯的效果。
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