化学工艺流程（精选十篇）
化学工艺流程 篇1
一、工艺流程设计题的特征
通过近两年全国高考试题和2013年高考理科综合中涉及工艺流程试题的分析 (见图表一) :
可以总结出工业流程试题具备以下特征:一是试题情境具有真实性, 它源于生产实际, 以解决化学实际问题为线索进行设问。二是试题考查内容丰富, 试题常涉及氧化还原反应的判断、化学方程式、离子方程式、电极反应式的书写、化学反应速率和化学平衡理论的应用、化学反应中的能量变化、与化学实验相结合的实验操作 (如:常见仪器的名称和使用、分离提纯的基本操作、实验数据的处理和误差分析等) , 环境保护与绿色化学等方方面面的化学基础知识;能较好考查考生对化学知识的掌握和应用情况, 同时考查考生解决化工生产中的相关问题的迁移推理能力。三是突出能力考查:试题类型新颖, 阅读量、思维含量较大, 考查考生的资料收集、处理能力;通过化工生产条件的选择考查学生运用化学反应速率、化学平衡、水解平衡、沉淀平衡、电化学等理论解决实际问题的能力;通过确定产品的成分、产率等考查学生的计算能力;复杂的工业流程图和陌生的操作名词, 有效的考查了学生的心理承受能力。
二、学生在工业流程试题省题中常见的错误
(一) 思维存在局限性:如:片面追求原料的转化率而忽视催化剂的催化活性等因素, 片面追求反应速率而忽视反应的限度;片面追求生产的反应速率和原料的转化率而忽视生产的实际可行性;忽视流程图中的循环使用和循环操作;不能全面的分析、评价化工生产流程。
(二) 基本概念的理解存在偏差:如:认为绿色化学就是治理污染。其实绿色化学是防治污染而不是治理污染。对一些的陌生的操作名词不能理解。如:水相、有机相、酸浸等。
(三) 面对复杂流程和一些陌生的名词和表达方法产生畏难情绪, 干扰解题思维。
(四) 不能规范简洁的语言回答问题, 不能根据题中的信息准确的书写化学反应、离子反应、电化学方程式等化学用语。
三、解答工艺流程设计题型的基本解题思路
(一) 首先要明确试题的考查范围和命题的意图:工业流程设计试题由题头、流程图和问题三部分组成。在解答工艺流程试题时, 学生首先应通过泛读试题的题头和问题两部分, 了解工艺生产的原材料和生产目的, 问题部分涉及哪些化学知识的考查, 带着问题重点研读流程图形, 弄清工艺流程中涉及的原料和目标产物的成分, 流程中涉及的分离提纯的操作有哪些等, 根据已有的化学知识及试题中提供的信息分析有关操作的原理、物质的转换关系等。
(二) 克服陌生名词带来畏难情绪, 抓住有效的信息树立答题信心:在工艺流程的图型中, 熟悉和陌生的操作并存, 已知物质和未知物质的考查并存;面对陌生的物质不要有畏难情绪, 不要未战先降。试题的考查对象不是陌生概念的本身, 只要抓住流程图中主干转换关系, 结合题目中的信息, 将流程分解为若干部分;就能解决绝大部分问题。同时有的陌生名词可以从字面理解 (如:水相就是指水层、有机相就是指有机层) 。对于无法理解的名词, 可以不理睬, 将注意力放在这种操作之后的物质上。
(三) 落实细节, 规范答题。在明确题目的考查范围和意图后, 结合有关化学原理和化学实验操作, 规范书写化学反应方程式、离子方程式、电极反应式;对于有些问题, 还可以从问题本身发现一些隐含的信息 (如:综合考虑经济效益和绿色环保等) 。
四、工艺流程设计典型例题分析
产品提纯类工艺流程题: (2013新课标Ⅰ卷27) (15分) 锂离子电池的应用很广, 其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂 (LiCoO2) 、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时, 该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-= LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源 (部分条件未给出) 。
回答下列问题:
(1) LiCoO2中, Co元素的化合价为 _____。
(2) 写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式 _____。
(3) “酸浸”一般在80℃下进行, 写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 ____;可用盐酸代替H2SO4 和H2O2的混合液, 但缺点是 ____。
(4) 写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式 ____。
【解析:】本题以回收锂电池正极材料中的某些金属资源为背景, 通过工艺流程框图, 考查考生结合流程分析元素化合物的化合价、离子方程式、化学方程式、电池反应方程式的书写, 工业流程中操作的原因分析等。 (1) 由化合价代数和为零求得Co元素的化合价为+2价;
总结高考化学工艺流程答题规律 篇2
一、【考点分析】
无机化工题实际上是考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决工业生产中实际问题的能力。解此类型题目的基本步骤是：
①从题干中获取有用信息，了解生产的产品
②分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：
A.反应物是什么;
B.发生了什么反应;
C.该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。
③从问题中获取信息，帮助解题。
了解流程后着手答题。对反应条件的分析可从以下几个方面着手：
对反应速率有何影响?对平衡转化率有何影响?对综合生产效益有何影响?如原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护(从绿色化学方面作答)。
二、【工业流程题中常用的关键词】
原材料：矿样(明矾石、孔雀石、蛇纹石、大理石、锂辉石、黄铜矿、锰矿、高岭土，烧渣)，合金(含铁废铜)，药片(补血剂)，海水(污水)
灼烧(煅烧)：原料的预处理，不易转化的物质转化为容易提取的物质：如海带中提取碘
酸：溶解、去氧化物(膜)、调节pH促进水解(沉淀)
碱：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解(沉淀)
氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去(沉淀)的离子 氧化物：调节pH促进水解(沉淀)
控制pH值：促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离
煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离;除去溶解在溶液中的气体，如氧气 趁热过滤：减少结晶损失;提高纯度
三、【工业流程常见的操作】
(一)原料的预处理
①粉碎、研磨：减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。(研磨适用于有机物的提取，如苹果中维生素C的测定等)
②水浸：与水接触反应或溶解。
③酸浸：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸、浓硫酸等，与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。近年来，在高考题出现了“浸出”操作。在化工生产题中，矿物原料“浸出”的任务是选择适当的溶剂，使矿物原料中的有用组分或有害杂质选择性地溶解，使其转入溶液中，达到有用组分与有害杂质或与脉石组分相分离的目的。
④灼烧：除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质，将有机碘转化为碘盐。
⑤灼烧、焙烧、煅烧：改变结构和组成，使一些物质能溶解;并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土和石灰石。
(二)控制反应条件的方法
①控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀——pH值的控制。
例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示
|
物质 |
开始沉淀 |
沉淀完全 |
|
Fe(OH)3 |
2.7 |
3.7 |
|
Fe(OH)2 |
7.6 |
9.6 |
|
Mn(OH)2 |
8.3 |
9.8 |
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+，应该怎样做?
提示：先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，再调溶液的pH到3.7。
调节pH所需的物质一般应满足：
A、能与H+反应，使溶液pH值增大;
B、不引入新杂质。例如：若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值(原理：CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3与H+反应，使溶液中H+浓度减小，PH上升)。
②蒸发、反应时的气体氛围：抑制物质的水解，提高产率
③加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动(正向移动或逆向移动，由题意而定)
④降温反应的目的：防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动
⑤趁热过滤：防止某物质降温时会析出
⑥冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗
(三)物质的分离和提纯的方法
①结晶——固体物质从溶液中析出的过程(蒸发溶剂、冷却热饱和溶液、浓缩蒸发)
重结晶是利用固体物质均能溶于水，且在水中溶解度差异较大的一种除杂质方法。
②过滤——固、液分离
③蒸馏——液、液分离
④分液——互不相溶的液体间的分离
⑤萃取——用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。
⑥升华——将可直接气化的固体分离出来。
⑦盐析——加无机盐使溶质的溶解度降低而析出
四、【常见文字叙述方法】 详细见第2部分
1.洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2-3次。
2.从溶液中得到晶体：蒸发浓缩-降温结晶-过滤-(洗涤-干燥)。
注意：①在写某一步骤是为了除杂是，应该注明“是为了除去XX杂质”(只写“除杂”等一类没有完整概括的回答是不给分的。)
②审题要抓住关键，如看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式，并注意配平。
五、【难点解析】
流程题只有两个目的：一是从混合物中分离、提纯某一物质;
另一目的就是利用某些物质制备另一物质。
一、对于实验目的为一的题目，其实就是对混合物的除杂、分离、提纯。
有的物质它的溶解度随温度的升高变化比较大，如NH4NO3、KNO3等物质，在蒸发过程中比较难析出来，所以要用冷却法使它结晶。
而有的物质它的溶解度随温度的升高变化比较小，如NaCl、KCl等，有少数物质的溶解度随温度的升高而减小，如Ca(OH)2要使它们析出较多固体溶质时，则要用蒸发浓缩的方法。
二、对于目的为制备某一物质的流程题，要求学生注意以下几个方面：
1、明确题目目的是制什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质。
(1)如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯德榜制碱中的NaHCO3;还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。
(2)如果产物是一种会水解的盐，且水解产物中有挥发性的酸产生时，则要加相对应的酸来防止水解。如：制备FeCl3、AlCl3、MgCl2、Cu(NO3)2等物质时，要蒸干其溶液得到固体溶质时，都要加相应的酸或在酸性气流中干燥来防止它水解，否则得到的产物分别是Fe2O3、Al2O3、MgO、CuO;
而像Al2 (SO4 )3、NaAlO2、Na2CO3等盐溶液，虽然也发生水解，但产物中Al(OH)3、H2SO4、NaHCO3、NaOH都不是挥发性物质，在蒸发时，抑制了盐的水解，最后得到的还是溶质本身。
(3)如果产物是一种强的氧化剂或强的还原剂，则要防止它们发生氧化还原的物质，如：含Fe2+、SO32-等离子的物质，则要防止与氧化性强的物质接触。
(4)如果产物是一种易吸收空气中的CO2或水(潮解或发生反应)而变质的物质(如NaOH固体等物质)，则要注意防止在制备过程中对CO2或水的除去，也要防止空气中的CO2或水进入装置中。
(5)如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要注意对比它们的溶解度随温度升高而改变的情况，根据它们的不同变化，找出合适的分离方法。
2、注意外界条件对工艺流程的影响 在很多流程图的题目中，我们经常会看到压强、温度等外界条件的出现，不同的工艺对物质反应的温度或压强有不同的要求，它所起的作用也不一样，但却都是能否达到实验目的的关键所在，也是命题专家们经常要考察学生的地方。对外界条件的分析主要可从以下两个方面着手：
(1)对反应速率有何影响?
(2)对平衡转化率有何影响?
这里主要说一说温度的影响，归纳总结之后，主要有以下几个方面的形式来考察学生：
①趁热过滤(或冰水洗涤)的目的：防止某物质降温时会析出(或升温时会溶解)而带入新的杂质;
②冰水中反应或降温反应的目的：防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动;
③反应中采取加热措施的作用：一般是为了加快反应速率或加速某固体的溶解;
④如果题目中要求温度控制在具体的一个温度范围内(可用水浴或油浴来控制)：
一般有以下几个目的：
a、防止某种物质温度过高时会分解或挥发，也可能是为了使某物质达到沸点挥发出来，具体问题要具体分析。如侯德榜制碱中，将CO2通入NaCl的氨溶液中，保持溶液的温度为(30+2)℃，可得NaHCO3晶体，温度控制在这个范围，目的就是防止NaHCO3分解。而在Br2的制取过程中，出溴口的温度控制在80-90℃，目的就是要使Br2挥发出来而又减少水蒸气混入Br2中。
b、使催化剂的活性达到最好：如工业合成氨或工业SO2氧化为SO3时，选择的温度是500℃左右，原因之一就是使催化剂的活性达到最高。
c、防止副反应的发生：如乙醇的消去反应温度要控制在170℃，原因是就是在140℃时会有乙醚产生。
d、对于一些工艺来说，降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求。
以上有关温度的总结只能说是有这种可能来考，具体问题要具体分析。
高考化学复习重点
1.明确学习化学的目的
化学是一门自然科学，是中学阶段的一门必修课，它是古往今来无数中外化学家的化学科学研究和实践的成就，它编入了一些化学基本概念、基础理论、元素化合物知识、化学反应的基本类型、无机物的分类及相互间的关系等知识;它充满了唯物辩证法原理和内容，它介绍了许多科学家的优秀品质和他们对事业实事求是的科学态度、严谨的学风。化学对工农业生产、国防和科学技术现代化具有重要的作用，人们的衣、食、注行样样离不开化学。
化学是一门实验科学，通过化学课的学习，要掌握一些化学实验的基本技能，学会动手做实验的能力，为今后搞科学实验打下基础。
因此，通过初中化学课的学习，初三学生不仅能学到初中阶段的系统的化学基础知识，受到辩证唯物主义思想、中外化学家的爱国主义思想、行为和对科学的不断进娶不断探索、不断创新的科学态度及严谨学风的教育，而且还能提高自己的观察能力、思维能力、实验能力和自学能力，为今后学习高中化学化学及其他科学技术打下良好的基础。
2.课前要预习
上课前一天，一定要抽出时间自觉地预习老师第二天要讲的内容。学会先预习，后听课这种良好的学习方法。预习的好处很多：(1)它能强化听课的针对性，有利于发现问题，抓住重点和难点，提高听课效率;(2)它可以提高记听课笔记的水平，知道该记什么，不该记什么，哪些详记，哪些略记;(3)它可以节省课后复习和做作业的时间。通过预习时的独立思考和听课时留下的深刻印象，从而缩短课后复习和做作业的时间;(4)它可以培养自学能力。预习的过程就是自觉或独立思考的过程，长期坚持下去，一定会使自学能力得到提高。
预习的方法是：(1)通读课文。通过阅读课文，了解新课的基本内容与重点，要把自己看不懂的问题记下来或用铅笔在书上作一些记号，用以提醒自己上课时要集中精力和注意力，有意识、有目的地听老师讲自己不懂的问题，详细对比跟自己的想法有什么不同，这样就能取得良好的学习效果;(2)扫清障碍。在读课文后了解了主要内容的基础上，联系已学过的与之有关的基础知识，如果有遗忘的就要及时复习加以弥补，这样才能使新旧知识衔接，以旧带新，温故知新;(3)确定重点、难点和疑点。在通读课文和扫清有关障碍后，在对新知识有所了解的基础上，思考课文后的习题，试着解答，在此过程中找出新课的重点、难点和疑点。如果有潜力，还可以做点预习笔记。
3.听好每堂课
建构化学基本观念 分析工艺流程 篇3
仔细分析近三年的高考试题和各市模拟试题中的工艺流程题，一般流程大多为物质的制备，即为从原料经过预处理，再进行一系列化学反应和操作得到产品，其工艺生产的主要理念体现在原料如何转变为产品以及产品的纯度和产率上，同时兼顾环保，减少环境污染，降低生产成本等。
一、基本观念的制定
要建构化学基本观念进行工艺流程题的教学，这就要求教师要理清具体知识与基本观念之间的内在联系，识别出需要学生深刻理解的可迁移的关键性内容，为教学设计提供主要线索和支撑点。工艺流程中的基本观念主要有元素观、变化观和化学价值观等，因此制定的教学目标要能体现教学内容的基本观念。概括起来，可以通过“原料和产品中的元素对比确定杂质”帮助学生建构元素观；通过“除杂过程”和“将原料中的有用成分转化为产品”帮助学生建构变化观；并使得学生从中感受化学在生产中的价值，从而建构化学价值观。通过观念的建构，可以把学生的思维从具体知识扩展到更广阔的情境中进行理解，深入理解观念并运用观念进行解题。
二、基本观念的形成
化学基本观念的形成过程并不是一撮而就的，而是一个学习者主动参与、积极思维的过程。通过深刻理解和掌握相关的化学知识和核心概念，并不断反思概括提炼而成的。首先，通过对具体知识的深入思考，形成一定程度的基本理解，基本理解是基本观念在认知层面的具体表达，是期望学生在学习活动中逐渐形成的基本认识，是对具体事实和核心概念的本质的深刻理解。在工艺流程中，基本理解主要包括：由原料制得产品，根据元素守恒确定杂质并除去，再使得原料中的有用成分通过一系列化学反应转化为产品，之间过程就是围绕产品的纯度和产率展开，纯度主要通过流程中除杂过程和设施等条件来控制，产率则主要通过一些反应原理和所加试剂的量等条件加以控制。当遇到新的事实或情境时，学生就会通过基本理解与之相联系，从而深入理解观念并逐渐加深对观念的理解力。其次，问题是思维的源泉，更是思维的动力，以问题为出发点设计教学活动时，能有效地促进学生深层次的认知参与和积极的情感体验。活动是促进学生形成基本观念的主要途径，活动的目的是使学生建构起以具体知识为基础而又超越具体知识的观念体系。活动可以是从具体知识入手，学生在理解大量具体知识的基础上建构起核心的化学观念，也可以是从上位的基本观念开始，使学生在不同的情境中接触具体的事例，从而建构起稳固的基本观念。在工艺流程中，活动的设计可以一种方案实施，通过问题链的设置，促进并加深学生对所学内容的基本理解和观念建构。（1）根据原料和产品中的元素对比确定原料中的杂质是什么？（2）根据流程图中的提示除去杂质的试剂和操作有哪些？（3）原料中的有用成分是如何转化为产品的？（4）例2除杂后所得FeSO4溶液制得FeSO4·7H2O晶体的具体操作是什么？（5）过滤所得FeSO4·7H2O晶体是否纯净，从产率的角度思考如何操作？
通过这些问题的设置，直接体现出了工艺流程的基本观念，为学生的思维过程指明了方向，并充分调动学生的学习主动性，积极参与小组合作讨论，在问题解决的探究活动中发展学生的思维，使学生在逐渐形成基本观念的过程中得到不同的发展。
三、基本观念的反思
运用“观念建构”的教学更关注的是以具体性知识为载体和工具来帮助学生建构化学基本概念。用“观念建构”的思想分析具体性知识既有利于深刻理解各知识的内在联系，又有利于促进知识的迁移，增强学生对“观念”形成更深层次的理解。所以在学生形成基本观念并有了一定认识之后，可引导学生进行归纳、总结、反思。如物质制备的过程中思考的问题有哪些，解决问题的思路、方法及步骤是怎样的，对基本理解的认识有哪些提升等等。通过这样的反思交流，学生的思想得到碰撞、观念得到提升。培养学生形成正确的化学基本观念，将对学生终生学习和后续发展发挥着重要的作用。然而工艺流程题是一种综合性很强知识面很广的试题，在运用“观念建构”的教学中并未涉及到化学基本实验操作及技能，如沉淀的洗涤，如何检验沉淀是否洗涤干净等。
现代化学中清洁化学工艺的应用 篇4
关键词：清洁化学,传统工艺,污染
随着环境污染程度的不断加剧, 人口、资源与环境已经成为制约社会发展的瓶颈问题, 其中环境问题尤为突出, 尤其是近年来的空气雾霾问题, 给人类的健康带来了严峻的挑战。为了降低化学工业生产过程中所带来的环境污染, 必须开发绿色清洁化学工艺。
1 传统化学工艺发展带来的危害
传统化学工艺在实际使用过程中会直接带来工业三废问题, 即废水、废气、废渣, 这3种工业废弃物在环境中的降解速度较慢, 其中包含了很多有毒物质, 经过生态循环以后进入人体内部, 会危害人体健康。
从“白色污染”造成的危害来看, 由于塑料产品的广泛应用, 大量的丢弃之后, 会引发一些环境问题, 从而造成环境的污染。塑料作为一种高分子聚合物是化工行业飞速发展的标志, 已经成为生产和生活比不可少的原材料。比如在农业生产方面塑料薄膜就可以为农业增收, 但是由于塑料薄膜具有良好的化学稳定性, 需要几百年的时间才能够进行分解。另外一个方面虽然塑料本身对人体并没有危害性, 但是由于在其燃烧的过程中会产生很多有毒气体, 其中二噁英的危害性最大, 已经引起了世界范围内的广泛关注。
2 清洁化学工艺在环境保护中的应用
化学工业产品在制造的过程中, 由于工艺的选择不当就会造成环境污染物的产生。经过多年的实际生产实践表明, 只有对传统的化学生产模式进行改变, 才能够实现发展清洁化学工艺的目标, 体现了人与自然和谐发展的科学理念。
2.1 合理选择化学反应的绿色路线
在化工产品的实际生产过程中, 可以采用新的原材料、反应路线以及化学成分, 从而制造出对环境友好的化学产品, 只有在源头上进行化学工艺的无毒害处理, 才能够实现清洁化学工艺的基本目标。其次还应该大力开发无液态参加反应的固相反应过程, 这是发展清洁化学能源的必要途径, 同时还可以大幅度的降低有害毒副产品的生成。
2.2 加强清洁能源的应用
清洁化学工艺技术的应用主要体现在以下两个方面:首先就是化学清洁技术的生产和使用, 主要包括了清洁煤的使用、太阳能、风能的使用;煤炭的脱硫和脱碳技术, 均为比较典型的清洁能源生产模式。其次在农业技术的应用方面, 可以使用生物固氮的方法来增加农作物生长所需要的氮元素。由于氮元素在环境中是以氮气存在, 并不能直接吸收。传统的无机工艺就是采用NH3的生产, 来实现空气中氮元素的固定。工业合成氨是经过一系列的化学催化反应来进行的, 在这个化学反应中, 会产生很多杂质, 均会对环境污染造成一定的伤害。生物固定氮元素可以避免这一现象的发生, 从而起到保护环境的作用, 目前比较常用的就是绿色磷铵和化学草脂酸。同时在利用废纸可以进行纸浆的再生产, 从而可以实现节约80%的水和65%的用电量, 同时进一步降低了废水的排放。
2.3 通过计算机技术实现化学环保产品的开发
传统的化学工艺开发需要经过大量的实验, 在这个过程中通常会产生大量的化学试剂, 从而对环境造成较大的危害以及资源的浪费。如果通过计算机辅助技术来实现化学高分子材料的设计, 从而降低高分子材料的开发的具体的过程。计算机在高分子材料设计和制造过程中的应用已经发展成为一门新兴的科学。通过设计资料库的建设, 利用已经存在的化学资料库, 确定最终化学产物的形成, 找出较为合理的化学反应路线, 使用成本最低的化学反应方法, 来合成设计的目标高分子聚合物。
3 结束语
传统的化学工艺会不可避免的带来环境问题, 随着化工产业的不断发展, 清洁化学工艺技术得到了广泛发展, 为人类解决环境污染问题提供了更好的方法。清洁化学工艺在化工产品的研发、原材料的使用、保护环境及人类健康方面发挥着比较重要的作用。
参考文献
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[2]郭子义.环境化学概论[M].北京:北京师范大学出版社, 2013:86, 172-173.
[3]杨小波.城市生态学[M].北京:科学出版社, 2013:129, 147.
[4]国家发改委外事司.巴西南非替代能源发展之路[J].中国经贸导刊, 2012 (19) :49.
化学工艺就业形势 篇5
化学工程与工艺专业就业形势
就业方向：
该专业的学生毕业后主要到化工、炼油、冶金、能源、轻工、医药、环保和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面的工作。
专业解读：
本专业具有二大特色：其一，专业口径宽,覆盖面广。研究领域涉及有机化工、无机化工、精细化工、日用化工、材料化工、能源化工、生物化工、微电子化工等诸多领域，技术成果直接应用于化学工业这个国民经济的主战场。服务对象遍及化工、石油、医药、能源、轻工、材料、生工、食品、环保等各部门。其二，工程特色显著，知识的可迁移性强。本专业以化学工程与化学工艺为知识结构的两大支撑点，并将两者有机的结合在一起。化学工程主要研究化工过程及设备的开发、设计、优化和管理。化学工艺则研究以石油、煤、天然气、矿物、动植物等自然资源为原料，通过化学反应和分离加工技术制取各种化工产品。这些工程放大技术，系统优化技术和产品开发技术，不仅在化工领域，而且在医药、材料、食品、生工等众多相关领域均大有用武之地。因而，本专业培养的学生具有较强的工程能力和工作适应性。
就业形势：
几乎全国所有的工科院校都有这个专业。实事求是地说，这个专业的报酬不是挺高，但就业还是不成问题的。该专业毕业生的就业率可达90%以上，一些地理位置较好的重点名牌高校，该专业毕业生的就业率可达100%。在经济发达地带，化工容器制造业较多，可能由于薪资方面的原因，该专业转行的人较多，所以不少企业一直缺乏这方面的人才，建议毕业生可到这些地区寻找工作。
薪资状况：
该专业的毕业生刚参加工作的工资一般在1200元/月左右，3~5年后，根据各人的工作能力和所处行业的性质，3000~5000元/月的工资是很正常的，高薪可达10000元/月左右。
专业介绍
●业务培养目标：本专业培养具备化学工程与化学工艺方面的知识，能在化工、炼油、冶金、能源、轻工、医药、环保和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作的工程技术人才。●业务培养要求：本专业学生主要学习化学工程学与化学工艺学等方面的基本理论和基本知识，受到化学与化工实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练，具有对现有企业的生产过程进行模拟优化、革新改造，对新过程进行开发设计和对新产品进行研制的基本能力。
毕业生应获得的知识与能力
a.掌握化学工程、化学工艺、应用化学等学科的基本理论、基本知识；
b.掌握化工装置工艺与设备设计方法,掌握化工过程模拟优化方法；
c.具有对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力；
d.熟悉国家对于化工生产、设计、研究与开发、环境保护等方面的方针、政策和法规； e.了解化学工程学的理论前沿，了解新工艺、新技术与新设备的发展动态；
f.掌握文献检索、资料查询的基本方法,具有一定的科学研究和实际工作能力；
g.具有创新意识和独立获取新知识的能力。
●主干学科：化学、化学工程与技术
●主要课程：物理化学、化工原理、化学反应工程和一门必选的专业方向课程
●主要实践性教学环节：包括化学与化工基础实验、认识实习、生产实习、计算机应用及上机实践、课程设计、毕业设计（论文）等，一般安排40周。化工热力学、化工传递过程、化学反应工程、化工过程系统工程、工业催化和应用化学等。
●修业年限：4年
●授予学位：工学学士
化学工业发展趋势与对策
摘要
化学工业是用化学方法进行生产的工业。包括基本化学工业和塑料、合成纤维、石油、橡胶、药剂、染料工业等。是利用化学反映改变物质结构、成分、形态等生产化学产品的部门。如：无机酸、碱、盐、稀有元素、合成纤维、塑料、合成橡胶、染料、油漆、化肥、农药等。化学工业在世界各国的国民经济中都占有重要地位，是很多国家的基础产业和支柱产业。化学工业的发展速度和规模对社会经济的各个部门有着直接影响。
本文从加快煤化工、石油化工、化肥工业发展等方面介绍了化学工业中的高新技术,并展望了21世纪世界化学工业高新技术发展趋势及我们应采取的对策。
目前我国化工发展面临主要问题有:资源短缺
1.1 石油
到2000年底，我国石油剩余可采储量为24.6亿吨,仅占世界剩余可采储量（1402.8亿吨）1.8%。到2010年，中国石油需求量约为3亿吨，石油消耗与生产之间存在巨大缺口。如不采取积极有效的措施，到2020年，我国对国际石油市场的依存度将达到50%左右。石油资源的短缺已严重制约着我国石油化工业的发展，供需矛盾日益突出。
1.2 煤、天然气
我国是个“缺油、少气、富煤”的国家，但他们的开采年限分别只有40年、50年和240年。目前估计全球有327万亿立方米常规天然气可采资源量，而我国人均占有量不到世界平均水平的十分之一,天然气在经济发展中也面临着严重的资源短缺压力。煤炭是我国的主要化石能源，这是因为煤的发热量是石油的二分之一，价格却是四分之一。照现在的开采速度，一个世纪后煤炭资源将出现严重的枯竭状态。环境污染
2.1 工业“三废”的污染
工业废水是对环境最大的污染源之一。水体污染后，饮用含砷、汞的水会使许多酶受到抑制或失去活性，造成肌体代谢障碍，同时会造成鱼类、人类中毒，破坏农作物生长素的形成，造成减产等。工业废气中排放的硫氧化物及其它污染物会引起好多呼吸道疾病和“温室效应”。工业废渣能通过不同途径危害自然环境和人体健康。
2.2 农药
农药对人体健康的危害主要是对“三致”作用和对生殖性能的影响等,联合国国际化学品安全规划署最近提出DDT、艾氏剂、狄氏剂等九种农药和多氯联苯、二恶英、苯并呋喃三种工业化学品为持久性有机污染物，它们在环境中化学性质稳定，容易蓄积在鱼类、鸟类和其他生物体内，并通过食物链进入人体，对人类和环境构成更大的威胁。总之，农药对环境造成的损失是多方面的，据有关学者研究指出，我国仅由农药的使用，对环境和社会每年造成的经济损失达11.23亿美元之多。生态破坏
有害化学物质的排放给我国生态环境造成极为严重的危害。据统计，1994年全国化工系统排放的废水、废气和固体废物分别在全国排第二位、第三位和第四位，对我国江、河、湖泊水体造成极大危害。温室效应、赤潮、酸雨、植被减少、水土流失、荒漠化，也是由于生态平衡被破坏所引起的。可持续发展
4.1 可持续再生资源和废物资源在循环
这就主要要求我们大力建设生态工业，发展工业共生园区；积极利用太阳能、风能、生物能、海洋能等未来新能源；同时大力对废物进行物质回收在循环，物质转换在循环，能量转换再循环等技术。
4.2 清洁生产
这要求我们在生产工艺中，尽力要求原料绿色化，化学反应绿色化，反应介质绿色化，最终要产品绿色化。尤其在重工业中，例如钢铁工业、金属铸造、煤炭开采和石油炼制等都是污染大户，必须进行清洁生产技术，尽力达到我们理想中的“零排放”。
4.3 能源利用技术的绿色化
在能源的利用上，首先应加大节约的力度，也就是用较少的资源创造同样的经济价值。再就是煤炭这个最大的能源浪费和环境污染大户，我们一定要大力注重洁净煤技术的发展。这样，不仅降低了污染，还可以添补我们国家石油资源的空缺，弥补电力不足的现状。
总之，我国化学工业中的高物耗、高能耗、高污染已严重制约了经济的发展，已造成了发展的代价，这与建设节约型社会所要求的最少资源消耗、最小环境污染、最大经济效益和社会效益
形成不可调和的矛盾。所以，我国应大力重视和开发新型的技术来克服我们当前化学工业所造成的一系列困难，出现我们所呼唤的资源绿色化，工艺绿色化，产品绿色化，从而实现我们的资源节约型社会、环境友好型社会
面对当前我国化工行业所遇到的问题，业内专家对我国化学工业发展趋势分析总结：
首先，突出重点，抓好产品结构调整，继续发展农用化学品。化肥要向高浓度方向发展，提高复合肥的比例；发展高效、低毒、低残留品种农药，要增大除草剂的比例，并积极发展生物农药。
化肥工业发展现状及趋势
我国是化肥生产大国，化肥产量位居全球首位。目前我国化肥生产企业有1000多家，其中氮肥生产企业近600家，钾肥生产企业47家。从全球化肥生产状况来看，氮肥占总量的60%左右，磷肥占23%左右、钾肥占17%左右。
我国化肥行业产能分布不集中，整体水平不高，中小化肥企业远多于大型化肥企业，小企业约占企业总数的70%以上，产量占50 %。我国氮肥工业的原料结构主要以石脑油、渣油和煤为原料，随着我国能源结构的优化和化肥生产布局的进一步调整，化肥生产向能源和资源富集地区转移的速度大大加快。我市有着丰富的煤炭资源，毗邻的俄罗斯有着丰富的化肥原料资源，充分利用两种资源发展我市的化肥工业有着较大的空间。目前我市的有些企业已经开始利用俄罗斯的钾矿资源，生产钾肥，销往内地。
其次，要大力发展石油化工。石油化工是我国国民经济的支柱产业之一。我国石油化工是在近２０年来发展起来的，石油化工产值尚不足３０％（一般发达国家在６０％左右），预计２０００年乙烯能力可望达到５００万吨／a，２０１０年至少要翻一番。同时，立足现有企业改扩建，提高产品产量，优化品种牌号，开发新品种，如合成树脂专用料、差别化纤维和功能性纤维及合成橡胶等国急需但属空白的品种等。
煤化工发展现状及趋势
从国家化学工业发展的总体形势来看，石油化工仍然是快速发展的领域。从资源环境上看，今后五年，我国是原油消费快速增长的国家，原油对国际市场的依赖度很强，资源仍将成为石油化学工业发展的瓶颈。预计到2012年前后，中国仍将大量进口原油，以满足国内持续高速增长的市场需求。目前我国正逐步兑现入市承诺，开始解除对竞争性行业的限制，外资和民营资本进入石油化工上游行业的趋势上升，预计今后外国资本、民营资本和金融资本组成的投资财团在我国石油化工项目建设中将起重要作用。
俄罗斯是仅次于海湾的世界第二大产油区，我市应充分利用口岸地缘优势，在国家解除对石油化学工业限制的同时，依靠国内外大型石油化工企业，从俄罗斯进口原油来发展我市的石油化学工业。
近年来，随着国际石油价格的不断上涨，以石油为原料路线的生产面临越来越大的压力。在这种背景下各国在煤液化技术的研究开发和大规模工程示范方面投入了大量的精力并取得了可喜的进展。煤炭直接液化技术方面，国外已开发出煤直接液化新工艺，并相继完成工业放大试验，为工业化生产奠定了基础，但目前世界上尚无工业化示范工厂；在煤炭间接液化方面，南非萨索尔公司已经具备较为成熟的合成技术，并已利用此技术建成了工业化的合成油装置。我国煤制油技术已取得了实质性进展，2004年神华集团已经采用国内技术开始建设100万吨/年煤制油生产项目。国内的一些产煤区，比如云南先锋煤矿、河南平顶山、内蒙太西集团等，也正在积极利用国内技术和引进国外技术发展这一产业。根据有关专家分析，2010年以前，中
国煤制油产业发展主要以工程开发和工业化示范为主，2010年后，随着国内煤液化工程技术开发的逐渐成熟和工程运行经验的积累，该技术的产业化发展将进入第二阶段。根据目前已经掌握的情况分析，在西北、华北、西南、东北等地都有发展煤液化产业化的资源条件，并于2010年至2020年期间建成若干个产业区。预计到2020年，我国煤炭直接液化总生产能力将达到每年1600－1800万吨，间接液化总产品能力将达到每年2000－2300万吨，届时煤液化生产的汽油、柴油等发动机燃料油为每年3200－3400万吨，可以提供国内约13%的交通燃料，形成补充石油短缺的重要途径之一。
经中国煤科院论证，扎赉诺尔纯净煤加氢转化率和油产率都较高，分别为95%和60%，是开展煤炭液化项目的优选原料。目前扎赉诺尔煤转油项目已列入内蒙古自治区“十一五”重点煤转油基地之一，正在争取列入国家发展规划。
再次，积极开拓精细化工新领域。在传统的精细化工如医药、染料、涂料、粘结剂、感光材料、洗涤剂等向高档化发展的同时，重点发展饲料添加剂、食品添加剂、信息化学品、电子化学品、生物化学品，特别是生物工程药物等新领域精细化工。
化学工业是高科技、高资金投入、高附加值的工业门类。目前，我市在这方面还没有破题。但从资源禀赋和未来发展趋势来看，发展这个产业不仅是可能的，也是必然的。
此外，加速实现汽车轮胎子午线化、无内胎化与扁平化三位一体的进程，也是橡胶加工行业的主要任务。
化工行业一直是公认的工业污染大户。化工废水排放量占全国工业废水排放量之首，废渣、废气排放量近几年仍以１０％以上的增长速率在增长，对环境的污染日益严重。环境保护已列为我国基本国策之一，关系到化学工业能否持续发展、也关系到企业能否生存下去，必须高度重视和认真严肃地对待。首先要按照国家环保法规予以治理，一批污染严重又不治理或难以治理的企业应停产或整顿；其次要从工艺技术上减少和消除对空气、土地和水域的污染，从工艺改革和环境控制上解决污染问题。即抓好清洁生产，把以治理末端污染为主转到以源头控制污染为主的轨道上来；第三要狠抓“三废”的综合利用，化害为利，变废为宝；第四要大力发展环保产业，为各类企业污染物达标排放提供实用技术。
二、化学工业发展方向和重点
（一）煤化工
我市煤化工产业的发展应紧紧把握国内外煤化工发展的有利时机，优先发展煤制甲醇产业，适时开发以甲醇为原料的二甲醚、低碳烯烃等碳一化工产品，逐步形成以甲醇为龙头的下游产品产业链，实现甲醇产品的转化增值；规划建设以煤为原料的合成氨产业，建设大型化肥企业；积极推进煤液化产业的发展。
（二）化肥工业
充分利用本地煤和俄罗斯的化肥原料资源，重点发展以合成氨为中间原料的氮肥产业和以俄罗斯钾矿为原料的钾肥产业。
（三）石油化工
充分依托俄罗斯的石油资源，规划年加工原油200万吨的石油化工项目，重点发展乙烯及聚氯乙烯（PVC）产品。
三、对策措施
1、做好项目的前期基础工作。
加快煤化工、石油化工、化肥工业的前期资料收集和编制项目的可行性研究报告。以确保在项
目条件成熟时，尽快发展。同时高度关注化学工业发展动向，及时了解产业发展趋势和相关企业投资动向。制定符合我市实际的产业政策。根据国家化学工业发展的趋势及我市的实际，必须对新上项目在技术、装备、规模上进行界定。新建企业建设规模不低于：煤制油100万吨/年以上；煤制甲醇60万吨/年以上；煤制合成氨30万吨/年以上；煤制烯烃50万吨/年以上；天然气制甲醇30万吨/年以上；聚氯乙烯10万吨/年以上。
２．加大技术创新力度，开拓化工高新技术及新兴产业。
世界大化工公司投入科研开发和技术创新的资金一般占其总产值的５％，甚至高达１２％，而我国则仅占１％－１．５％。因此，必须切实加大科研投入，只有用新技术改造现有企业的生产技术与设备，才能使现有企业生存下去；也只有用技术创新成果建设一批高新技术产业，才能使化学工业适应新世纪国民经济各行业的要求。
３．适应新形势的要求，进行人员再教育。
知识和技术的创新和竞争，要靠人去掌握才能发挥作用，因此对化工行业来说，实施全行业人员的再教育，不断提高其知识的广度和深度是十分必要的。
４．推进企业资产重组形成一批大型集团。
近几年来，化工企业资产重组已有了一些进展，取得可喜的效果，但还远远不够。２１世纪的中国化学工业，必须积极推进企业资产重组，尽快形成一批大型集团，才能适应提高市场竞争力的时代要求，才能顺应国际经济一体化发展的大趋势，保证我国化学工业持续、健康、稳定地发展。
５．利用丰富的生物资源，发展有特色的生物化工。
我国地域辽阔，从寒带、温带直至亚热带，动植物、微生物资源品种繁多，这为我国发展生物化工提供了丰富的物质基础。国外不少有识之士对此十分重视，纷纷与我国有关部门合作，以期在医药、农药、兽药、食品添加剂、饲料添加剂等门类中开发出重要的新品种，对促进人类健康发挥重要作用。
６．切实重视环境保护，实施可持续发展战略。
在未来几年我国应采用高新技术嫁接改造化学工业，推进技术进步，促进产业升级，增强化学工业产品的市场竞争力；结合化学工业的特点，调整所有制结构，发展混合型经济，激发各类企业的活力；通过实现高度的社会化大生产和合理的专业化分工协作，加快组合性调整，优化结构配置，合理有效利用行业资源。相信通过我国政府有关部门的科学规划和有效管理,在“科学发展观”的正确指引下我国的化学工业将朝着更加科学环保的方向发展, 实现“建设节约型社会，走可持续发展道路”的目标。为我国实现社会主义现代化提供坚强的动力
对策：使成品油价格真实反映石油资源的稀缺性，利用价格和税收杠杆促进替代能源的发展。参考文献
《“十一五”化学工业科技发展纲要》
化学工艺专业课程标准解读 篇6
【关键词】化学工艺专业；职业能力；课标解读
【中图分类号】G714 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2016）34-0047-02
【作者简介】沈新安，江苏省徐州医药高等职业学校（江苏徐州，221116）教师，副教授，主要研究方向为化学制药技术专业教学和有机化工研究。
课程标准是对学生经过中职教育之后的预期结果所做的一种基本规范与质量要求，是中职教育质量应达到的基本指标，是管理与评价中职教育课程的基础，同时也是指导教学的纲领性文件。2015年，省教育厅职教处、省教科院职教所组织相关专家开发了中职化学工艺专业“化学基础”“化工单元操作”“化工电气及仪表”三门专业平台课程的课程标准，对中职化学工艺专业规范教学管理、教材编写及课程资源开发发挥了积极的作用。
一、课程标准主要核心内容的解读
课标开发团队首先在全省27家化工企业进行调查，确定用人单位对中职化学工艺专业学生知识、技能和素质的实际需求，邀请行业和企业专家、教育专家和课程骨干教师多方参与，共同论证，形成三门平台课程的课程标准（试行）。化学工艺专业核心课程标准基本框架主要由课程性质、学时与学分、课程设计思路、课程目标、课程内容与要求、实施建议及编制说明组成。
（一）课程性质
依据“指导性人才培养方案”课程结构表确定课程地位，尽量明确前导、后续课程，明确课程任务和作用，“化学基础”等三门课程均是理论和实践相结合的专业基础平台课程，强调“基本知识、基本技术技能的学习及基本职业素养的养成”。如“化工单元操作”的课程性质是江苏省中等职业教育化学工艺专业必修的一门专业基础平台课程，是在“化学基础”“化工制图”等课程基础上开设的理论和实践相结合的专业核心课程。其任务是让学生掌握常见化工单元操作的基本知识和基本技能，具备运用工程观点解决化工生产实际问题的基本能力，养成规范操作、安全生产、环境保护的职业素养，为学习“化工工艺”“化工生产DCS仿真实训”等其他专业课程及获得化工总控工等职业资格奠定基础。
（二）课程设计思路
首先，依据《江苏省中等职业教育化学工艺专业指导性人才培养方案》中确定的培养目标及综合素质、职业能力要求，结合课程的性质和职业教育课程教学的最新理念和规律，确定课程目标。其次，依据课程目标，结合“江苏省中等职业教育化学工艺专业岗位职业能力分析表”，依据课程目标和岗位需求，对接职业标准，确定课程内容。最后，课程内容以模块为基础设计学习单元，结合职业岗位能力需求，融合相应的理论知识、职业技能和综合素质，根据学生认知水平和职业成长规律，以化工总控工等岗位工作流程为依据，序化学习任务。如“化学基础”课程精选学生发展和专业学习所必备的化学基础知识、基本技能，确定课程内容，组成化学原理、元素化合物知识、有机化合物、基础实验技术四大模块，下设11个知识学习单元和10个实验技术学习单元。加强课程内容与生活经验及岗位工作的联系，反映化学与社会、生活、生产、科学技术的相互联系；注重理论与实践相结合，结合化学工艺专业职业能力分析，合理设置教师演示实验和学生实验。
（三）课程目标
在确定课程总目标后，结合课程特点，明确学生的核心素养与关键能力目标要求，包括知识素养、能力素养、实践素养、发展素养、安全素养、职业素养等。
以“化学基础”课程为例，其核心素养与关键能力的目标要求如下：第一，要掌握常见元素的单质及其化合物的性质和鉴别方法、重要有机物的官能团特性和官能团间相互转化的规律；第二，能进行基本化学计算，能正确理解基础化学涉及的相关概念、方法原理及实验现象的特征、形成原因；第三，能借助工具书及有关文献资料获取相关化学数据；第四，掌握化学实验的一般知识和基本操作技能；第五，能综合应用化学原理解决一些日常生活、职业工作中的实际问题；第六，养成勤奋、坚毅、合作、崇尚科学等优良品德，形成安全、环保的职业意识。
（四）课程内容与要求
课程内容与要求主要来源于《江苏省中等职业教育化学工艺专业指导性人才培养方案》中核心专业课程教学的要求，结合行业企业的需求变化情况，及时更新并进一步调整、序化教学内容，体现对不同阶段的学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的基本要求。如“化学基础”实验教学的安排，企业对本专业学生实验基本操作技能要求较多，在课程标准中以项目教学的方式呈现，放弃纯理论性质的验证实验，集中有限的实践教学课时培养学生的基本实验操作技能。同时对传统“化学基础”教材内容大胆改革，降低部分纯理论知识要求，强化学生职业能力培养，满足学生发展需求。
“化学基础”“化工电气及仪表”课程具有理论性、综合性强的特点，课程标准的课程内容和要求采用模块化课程的格式。“化工单元操作”课程是以化工单元操作为主线，根据典型工作设计学习任务，将相应的专业理论知识、专业技能和职业素养有机融入。根据学生认知水平和职业成长规律，以典型产品的生产流程为参考，序化学习任务。课程标准的课程内容和要求采用项目课程的格式。
二、实施建议
化学工艺专业课程标准规定的是国家对学生在从事化工总控工方面的基本素质要求，是课程教学、教材编写和教学评价的出发点与归宿。与传统教学大纲相比，课程标准强调的是知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三位一体的课程目标。课程目标着眼于学生素质的全面提高，从只关注教师教学转向关注课程实施过程。本次开发的化学工艺专业课程标准在课程性质、教学目标、教学内容与要求、实施建议等方面都有较大的调整，对教师教学、教材编写和教学评价提出了更新、更高的要求。
在教学过程中，教师要坚持贯彻生本教育理念，突出能力本位的教学观。站在专业需要的角度，把握达到课程标准要求的核心素养和关键能力所需要经历的过程，灵活设计教学过程。联系学生生活实际和工作实际，将国家标准、行业规范引入教学，激发学生的学习兴趣，培养学生运用知识的能力和实际操作的能力。这对职教教师提出了更高的要求，教师要了解行业企业的实际需求，了解专业、通晓专业，这样才能在日常教学中运用自如，在不经意间渗透职业精神，培养学生的职业能力。
建立多元评价体系，突出评价的教育功能和导向功能，关注综合职业素养、关注学习过程、关注学生的个体差异。采用过程性评价与结果性评价、定性评价与定量评价、教师评价与学生互评相结合的评价方式，科学组织课程评价。注重学习过程的评价，按学习项目组织综合评价。综合评价的内容应包括任务的结果质量（如数据质量、规范程度、速度等）、知识点掌握情况以及过程的行为表现（如遵守规范、团队合作、安全、环保等）。知识点掌握情况可通过口试、笔试等方式组织评价。
浅析化学工程与工艺 篇7
化学工程属于某种工业代表主体, 其广泛吸纳化学、物理演化规则, 包括石油、冶金项目等, 并应用内部规律进行创新装置设计, 将物料内部化学机理阐述完全, 为后期物料工厂反应流程提供合理设计方式。这类策略现已成为化工研究项目中不可或缺的制备资源, 需要引起管制单位的重视。
一、化学工程与工艺原理的论述
1. 化学工艺任务特性研究
依据化学工程与工艺流程进行科学审视, 涉及细化的工艺任务主要是应用专业理论和人员技能标准进行同步开发、设计的, 因为科学工程的大力支持, 使得单位人员基础操作活动越来越正规, 基本能够依据企业生产流程进行优化模拟训练, 将节点更新指标落到实处。关于这部分学科研究领域众多, 工艺专业需要人员充分掌握应用理念前提下, 结合各自行业实际管理状况进行创新领域开创, 进而形成独具特色的专业归控体系。
2. 化学工业特点延伸
依据数理、化学内涵作为支撑媒介, 进而深度联合工业经济基础条件进行窥测, 将化工单元操作和热学、动力学原理进行深度融合, 进而有力指导设备开发工作。化学工程主要随着化学工业的过渡改造而形成, 其中化学反应作为生产流程的核心内容, 将为过程分析创设主动适应空间, 将研究过程方向梳理完全;而化工热力学条件作为单元反应的理论基础, 对于产品回收效率有着充分的界定要求, 其将直接决定产品后期回收效率, 对于产业经济成本规模产生着重大影响效果。因此, 在单元详细操作流程中, 技术人员可针对各类化工设备以及产品形态进行科学审视, 由于传递流程作为单元操作、反应工程的支撑媒介, 而化工产业在全新发展形态下需要落实核心催化技术, 就必须联合跨学科形态的战略进行综合比对、研究, 争取达到统一规划标准格局。内部传递机制主要围绕动力、热能、产品质量元素阐述, 这其实就是异质化单元内部反应装置的物理演变过程。
另一方面, 合成化学作为既定学科的核心要素, 为设计主体开发大量非天然化合物质提供灵感经验。在大量创新化合产物的影响下, 有关化工产业基础模型便开始顺利过渡。信息技术为各类设备、工艺创造主动适应条件, 整体上推动了行业的进步趋势。这部分生产技术已经联合各类深加工流程进行替换改造, 需要化学工业不断开发新型归控技术, 进而为既定产业规范效率和经济成果提供适应条件。技术人员需要全面开发最为先进的协调处理细则, 这是创新化学工艺改造流程的必要准则。整个技术开发活动利用市场导向机理进行布置, 使得工业、商业化动机需求得到全面绽放。
二、化学工程、工艺试验数据的科学搭配分析
传统形态的化工实验操作, 内部数据排列机理相当复杂, 整体活动延展下来, 具体的人力、物力资源全面堆积。因为内部流程需要借助平行试验进行掌控, 特定数据处理重复性特征广布。因此, 必要时技术人员可依靠MATLAB软件进行流程过渡, 将人工演算过程中的数据限制因素调节完毕。这部分实验流程是掌握化工研究方式的重要环节, 整体流程较为漫长。所以, 计算机信息技术便将这些复杂的演算流程进行智能模拟操作, 并透过实验要求建立必要的模型基础, 使得工艺技术管制范围下的各类可行条件全面延展。化工产业讲求专业实验的引导价值, 具体行动标准动机也是围绕特地实验点进行参数定量关系探索, 进而将化工所需遵循的客观规律罗列完整。
MATLAB软件在整个研究过程中开辟引导先河, 其将各类函数图形进行轻松规划, 肃清细致符号演算和数值计算限制问题。这类软件应用范围较为广阔, 包括数字通讯和财务建模等内容。目前这类程序已经成为国际控制终端的必要支撑媒介, 现场操作人员基本只需编写某种数据处理程序, 之后将原始数据输入, 就能轻松提炼相关实验结果, 将优质化数据和图示模型展出。
另外, 涉及这方面人员素质的强化工作也相当重要。随着技术创新和科技产业化的加快, 环境保护意识的加强, 必然会带来对分析检验专业人才需求的上升, 且无论在数量和质量上, 都提出了新的要求。
结语
按照上述内容论述, 随着我国经济事业的不断发展, 有关化学工业整改工业也大面积扩张。为了积极改良化工产业归控形态, 就必须联合工程实践环节进行有力疏导, 争取将各类操作限制问题归控完毕, 完成工程改造的历史任务, 为后期产业可持续发展灌输全面适应活力。
参考文献
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铝合金化学镀镍工艺研究 篇8
化学镀Ni-P具有厚度均匀、硬度高、抗蚀性优异等特点, 因此镀层广泛被应用于需耐磨的工件。但是, 铝合金表面即使在空气中停留时间极短也会迅速地形成一层氧化膜, 以致影响镀层质量, 降低镀层与基体的结合力。
本项研究得出了比较好的预处理方案, 从而得到结合力良好, 表面比较光亮的Ni-P镀层。
2 实验方法
2.1 实验工艺流程
试样制备→配制除油溶液→化学除油→水洗→侵蚀→水洗→超声波水洗→去离子水洗→一次锓锌→水洗→退锌→水洗→超声波水洗→去离子水洗→二次锓锌→水洗→去离子水洗→碱性镀→水洗→酸性镀→去离子水洗→吹干→冷却
2.2 除油配方及工艺
除油:Na3PO4·12H2O (30 g/L) NaCO3 (30 g/L) 温度 (65℃) 时间 (3min)
2.3 浸锌配方及工艺
ZnSO4 (40g/l ) NaOH (90g/l ) NaF (1g/l ) Fecl3 (1g/l ) KNaC4O4H406 (10g/L )
温度 (42℃) 一次浸锌时间 (90S) 二次浸锌时间 (18S)
2.4 镀液配方与工艺
碱性预镀液NiSO4·6H2O (30g/l) NaH2PO2·H2O (25g/l) NH4C6H5O7 ·H2O (100g/l) 温度 (65℃) PH值 (8.2) 施镀时间 (8min)
酸性镀液NiSO4·6H2O (30g/l) NaH2PO2·H2O (25g/l) NH4C6H5O7 ·H2O (10g/l)
乳酸C3H6O3 (40ml/l) NaC2H302 (10g/ L) 温度 (85℃) PH值 (4.8) 施镀时间 (120min)
3 实验结果与分析
3.1 镀层表面形貌及硬度
镀层表面为致密的胞状、非晶态结构。小胞之间有明显的界线, 界线基本为直线, 说明小胞在长大的过程中相互受到挤压而发生了变形, 镀层中存在应力。镀层的含磷量为13.1%, 镀层硬度可达686HV。
温度是影响化学镀沉积速率的最重要因。化学镀的催化反应一般只能在加热条件下发生, 温度升高, 离子扩散速度加快, 反应活性增强, 当温度高于50℃时, 基体表面才有少量气泡生成, 化学镀镍磷合金才能进行, 随温度升高基体表面可见明显镀层。反应温度低于80℃时, 沉积速率较慢;温度高于80℃, 基体表面有大量气泡生成, 沉积速率变快;当温度高于95℃时, 镀液发生分解, 镀液迅速变黑, 产生大量气泡, 在烧杯底部出现黑色沉淀。
3.2 pH值对镀速的影响
在酸性化学镀液中, pH是影响沉积速率的重要因素之一。在化学镀过程中, 随着反应的进行, H+不断的生成, 镀液的pH值不断降低, 使沉积速率受到影响, 因此在施镀过程中必须随时补充碱液来调整pH值在正常的工艺范围内。pH值升高使Ni2+的还原速度加快, 沉积速率变快。
4 结语
(1) 通过实验研究得到比较适宜的铝合金基材化学镀镍的前处理工艺, 并得出了一套完整的铝合金基材表面化学镀镍工艺条件及配方。
(2) 温度和pH值是影响反应速度重要的因素, 温度的最佳工艺范围为85～95℃, 超过95℃, 镀液自分解现象严重;pH值的最佳范围是4.5～5.5, pH值超过5.5沉积速度开始下降。
(3) 通过性能检测表明此工艺获得的镀层, 镀层硬度可达686hHV, 含磷量为11.17%且表面光亮、均匀、结合力好。
参考文献
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化学氧化法制备草酸工艺述评 篇9
由于该方法原料易得,工艺流程简单,操作条件温和,投资少,因此以我国为代表的发展中国家主要的生产方法仍是碳水化合物氧化法[3]。目前氧化法草酸制备工艺的研究重点主要是对工艺本身的进一步改进。工艺改进的研究主要集中在四个方面。本文将从氧化剂种类、原料来源、加料顺序和废气治理四个方面来分析,论述该工艺过程的现状。
1 氧化剂种类
1.1 浓硝酸氧化法[4]
该法由Scheele于1776年发明,并首先在德国实现工业化。我国在80年代到90年代建立的许多小型草酸生产装置几乎都采用该工艺。
该法使用的硝酸是浓度为60%~80%。工艺流程是将淀粉在硫酸与硝酸的混酸溶液中水解,然后用上述浓度的硝酸氧化,经过冷却、结晶、重结晶等工序得到草酸产品。浓硝酸氧化法是目前氧化法制备工艺中应用最为广泛的。浓硝酸制备工艺已经比较成熟,而且草酸产率较高,产量理想。该法主要缺点除了产生NOX污染外,还对紧缺的工业品浓硝酸依赖性很大。
1.2 稀硝酸氧化法
稀硝酸的草酸工艺起步较晚,国内的相关报道也较少。稀硝酸氧化法使用的硝酸的浓度为30%左右。稀硝酸氧化法是在浓硝酸氧化法的基础上改进而来,具体的氧化制备过程与浓硝酸氧化法基本相同。
江鸿、陈永等人[5]的相关研究表明,在淀粉:草酸(重量比)=1:1.2以上时草酸产率稳定。当以葡萄糖为原料时,草酸产率达糖:草酸=1:1.7左右。在国家专利局发布的“发明专利申请公开说明书[6]中指出,用35%左右的稀硝酸代替浓硝酸制备草酸为一种新方法,可降低生产成本。
稀硝酸与传统方法相比有以下几个优点:
(1)用稀硝酸代替浓硝酸,简化了工艺,降低了成本,减少了对浓硝酸的依赖,缓解了浓硝酸紧缺的现状。
(2)稀硝酸体系反应平稳,易于操作,无溢沸现象,能够有效减少硝酸的分解和流失,为控制反应条件提供了有力保证。
(3)反应条件比较温和,污染性NOX气体产量相对较少。
同时该方法也存在自身的不足。降低硝酸的浓度直接导致草酸产率的降低,这是制约该方法的一个重要问题。另外,在浓硝酸生产过程中存在的尾气污染问题依然存在,如何解决有待进一步的研究。
1.3 NOX氧化法
传统的氧化法是将NOX作为尾气废物处理的。NOX氧化法则是将NOX本身作为反应物的一种新的方法。这是一种草酸生产方法的改进。该工艺中,使NO2等NOX气体直接与糖或淀粉作用生产草酸,而不必经过NOX吸收制硝酸的处理过程。
Metin Guru[7]等人在利用甜菜废蜜制备草酸的装置中添加了两级反应器,用以吸收该工艺产生的NOX气体。对二三两级反应器进行单独研究发现,第二级反应器草酸最大产率为78.9%,第三级草酸最大产率为74.6%。从文献给出的结果可以看出,NOX氧化法生产草酸工艺过程简单,草酸产率理想。该方法的实现为减少硝酸氧化法制备草酸工艺过程中NOX的排放和硝酸的用量提供了条件。
贾瑛等人[8]研究利用N2O4氧化淀粉水解液制备草酸。该工艺的主要流程是将N2O4直接通入糖液或淀粉水解液中,在五氧化二钒和硫酸的存在下反应生成草酸,反应中产生的一氧化氮经空气氧化成二氧化氮后循环重复使用,生产过程中加入少量的硝酸作为损耗的补充。实验结果证明该工艺过程可靠,草酸产率可达60%。
NO2氧化法制备草酸已获国家发明专利[9]。与传统的硝酸氧化法相比该法主要优势是:NOX与单糖作用制草酸可以不经过吸收制硝酸的过程,省去了硝酸氧化法中的回收工序;反应中NOX气体在系统中能够重复使用,仅需补充少许的硝酸,可大幅降低硝酸的消耗量;NOX氧化法制草酸属于气液反应,跟稀硝酸氧化法相比减少了反应产物中水分含量,减少草酸分离后的母液量;采用连续生产,比硝酸氧化法采用间歇式生产缩短了非生产操作时间,提高生产力。
目前,NOX法在工程实践中的应用研究还比较较少,可参考的资料不足。对于NOX氧化糖类或淀粉制备草酸的机理有待于进一步研究。
2 原料来源
世界各国由于受其本国资源的限制,生产草酸使用的原料各不相同,包括淀粉、蔗糖、葡萄糖、糖蜜及农林废料。传统的碳水化合物氧化法多以淀粉、蔗糖或糖蜜为原料,经济上极不合理,从而制约了工业化的实现。围绕原料来源进行的工艺改进报道的较多,并且大部分都是以农作物废料为原料的。王俏、闫宗光等人[10]利用谷糠为原料进行氧化制备草酸的工艺研究,在硝酸/谷糠(质量比)为2.23:1.00,氧化时间5~6h,氧化温度65℃~70℃的条件下,草酸收率达到62%。王建华[11]利用麦秸氧化制草酸,在实验的最佳条件下,60g麦秸氧化制草酸的理论产量为13.8g,实际产量为12.4g,产率为89%。Matin Guru[12]等人利用硝酸硫酸混酸氧化甜菜根废蜜制备草酸。通过合理控制硝酸硫酸和催化剂用量,实现草酸最大产率达到76%。王文侠、李同声等人[13]利用马铃薯废渣制取草酸在反应温度60℃,反应时间7h,反应系数为14的最佳条件下,最终获得了合格的草酸产品,产率为55%。张军平等人[14]利用荞麦皮制备草酸,在硝酸(65%)50mL,硫酸(30%)100mL,温度63℃左右,反应时间10h的最佳条件下,制得草酸,产率为21%。王光荣,曾和平等人[15]利用花生壳制取草酸,在质量浓度60%硫酸150mL,花生壳浸泡4h,65%硝酸75mL,氧化温度65℃,氧化时间5h的最佳实验条件下,草酸产率稳定在55%~60%之间。
农林废料含有丰富的纤维素和淀粉资源,这为氧化法制备草酸的工艺开辟了广阔的原料来源途径。这些工艺的实现不仅降低了生产成本,而且提高了农林废物的利用率,进一步提高了经济效益。该工艺的关键在于能否充分利用含淀粉或含纤维素的农林废物在优化的工艺条件下获得较高的草酸产率,并进一步实现工业化。随着研究的不断进展,氧化法制备草酸工艺在原料选择上将会有更加广阔的前景。
3 加料顺序
在氧化法制备草酸的工艺中,由于加料顺序的不同,往往是草酸的收率也不同,甚至产生很大的差异。据文献[16]报道,在氧化法制备草酸的工艺中,加料的顺序分为两种:一是,先在硫酸中加入全部的硝酸,然后逐步加入糖类原料。这种方法不需要预加热,反应平稳,易于控制,但硝酸消耗量太大,尾气处理量也较大。二是,先在硫酸中加入全部的糖类原料,待物料升温至反应温度时,再慢慢的滴加硝酸。这种加料方式硝酸消耗量小,NOX气体产生量也较少,但是反应不够平稳,不易控制。可见上述两种加料方法都存在不足。
乔世伟[17]改进了加料方式,先在硫酸中加入部分硝酸,加热升温,滴加葡萄糖物料,待全部加完后,再滴加剩下的硝酸。这种加料方式使得反应平稳易于控制。齐铭策等人[18]在草酸制备工艺中,将硝酸分两次加入到反应体系,并用硫酸硫酸溶液稀释,避免硝酸浓度过大和反应液溢出的现象。
结合以上对加料顺序的改进,笔者分别进行了实验。通过实验发现采用改进的加料方式比传统的直接加料方式,能够明显的提高草酸的产率,并且废气产量也相对减少。在实验中,利用浓硫酸和浓硝酸按比例配成混酸,然后滴加入淀粉水解液中,采用先慢后快,先少后多的加料方式,不仅没有出现反应液溢出的现象,而且诱发期也不明显。草酸产率比较理想。这种加料方式易于操作,不需更换容器,更利于在工程实践中采用。
4 废气治理
氧化法生产草酸的过程中,产生了大量的NOX废气,不仅增加了成本,而且严重污染环境,因而,尾气的合理回收利用对氧化法草酸工艺的发展有着重要的意义,成为决定工艺好坏的关键。
氧化法草酸生产工艺产生的尾气主要是NOX气体。结合NOX本身的性质,尾气处理主要从三个方面入手。一是,利用NOX的酸性,采用酸碱中和的方法将其吸收。二是,利用水吸收NOX气体使其转化为硝酸。三是,利用NOX的氧化性,采用还原性的物质进行吸收。
Diane Thomas[19]等人分别利用水溶液和NaOH溶液对NOX的吸收过程进行了理论分析,认为NOX的吸收反应控制步骤是NOX气体与水反应产生HNO2的过程。当吸收液为酸性或是NO-3含量比较大时,不稳定的HNO2会分解产生NO,吸收效果不佳;当吸收液为碱性溶液,产生的HNO2通过快速反应而抑制分解的发生,可以实现较高的吸收效果。Diane Thomas等人的研究从理论方面指出了NOX吸收的具体反应过程,为进一步NOX吸收研究中吸收剂的选取提供了理论依据。
T.ISHIBE[20]等人利用Ca(OH)2、NaOH的混合溶液吸收NOX气体。结果表明该混合溶液对NO2单独吸收效果很好,吸收产物为硝酸盐和亚硝酸盐。对NO不能单独吸收。当NO2和NO共存时,混合溶液对二者进行等分子吸收,产物只有亚硝酸盐。邹二虹等人[21]利用20%左右碳酸钠溶液吸收NOX气体,反应生成硝酸钠和亚硝酸钠。经小试试验,二氧化氮回收率达97%,并获得了亚硝酸钠132.48kg/1000kg草酸,以及一定量的硝酸纳。针对NO气体在水中的溶解度小不易于被吸收的问题,Wu Zhong-biao[22]等人利用光催化氧化装置先将NOX气体中的NO成分氧化为NO2,然后用Na2SO3溶液进行吸收。对氧化后的气体研究发现体系中NO2含量明显增加。氧化前NOX气体的去除效率低于10%,而氧化后NOX气体的去除效率最大达到72.6%。对产物进行跟踪分析发现,产物中含有硝酸盐和亚硝酸盐,两种产物含量都随吸收时间的增加而增加,但亚硝酸盐的含量明显高于硝酸盐含量,是主要的反应产物。Zhao Xing-lei[23]等人利用Na2CO3进行吸收实验也得到了类似的结论。章明[24]利用类似工艺处理NOX废气,未改进前NOX的排放量(以NO2计)为28kg/h;改进后尾气中NO2的含量为6kg/h左右,大大低于国家工业企业“三废”排放标准。另外也有用石灰乳等吸收处理的方法,但是操作不便,副产品不能回收,经济效益不好,而且产生二次污染。
水吸收法是将NOX转化为硝酸,然后将硝酸回收利用,实现废气的治理。曾惠文等人[25]在小试中将反应产生的NOX气体导入四个串联的盛有定量水的吸收瓶。尽管装置简陋,四次吸收实验平均吸收率也达到了70%左右,最后可得到40%左右的稀硝酸。如果将吸收装置改进处理,吸收效率会更好。据文献报道[26],利用NOX废气制浓硝酸的装置在国内河北一草酸生产厂投入运行。这种方法主要是先将NOX废气集中,然后液化处理,最后与水混合制得浓硝酸。实验结果表明,尾气中NOX的含量低于国家工业“三废”排放试行标准的要求。
李伟等人为了找到NOX的有效的吸收剂设计了一组实验,分别研究了一系列试剂的吸附能力。最后得出结论在pH值为5~7的范围内,亚硫酸盐、硫酸氢盐、硫代硫酸盐、尿素等还原性的试剂吸附能力相对较强,吸附效果均比水直接吸收效果好[27]。张青枝等人[28]改变了传统无机治理的方法,用原料有机物淀粉水解液作为吸收剂,吸收反应过程中的NOX。结果发现,这种处理方法,可以有效的消除NOX,同时由于淀粉水解液得到初步氧化,再进行硝酸氧化时,可以节约67%的硝酸,草酸收率也提高到80%以上。
从处理NOX的方法来看,吸收剂的选择可以很多。但是综合考虑经济因素和环境因素,碱吸收法不存在优势。对于氧化法制备草酸工艺,母液吸收法可以实现绿色生产的要求,对NOX直接循环再利用,在吸收方法和工艺实现上都存在很大的优势。
5 结 语
氧化法制备草酸工艺的改进研究取得了许多进步,这为氧化工艺的优化准备了条件。随着研究的深入,越来越多的优化工艺将会出现。笔者认为,工艺改进的研究发展主要集中在如下几个方面:
(1)研究如何利用稀硝酸代替浓硝酸,通过改进工艺条件,解决草酸产率不高的问题。
(2)充分利用农作物废料,实现利用农作物废料生产草酸的工业化。
(3)寻找氧化法制备草酸的新型催化剂,从而改善体系的反应环境,使得该反应工业化生产更加容易。
(4)对硝酸,NOX共存条件下的淀粉水解产物的氧化研究将是一个重要发展方向。找到硝酸和NOX对于氧化反应的相互影响关系,找到共存体系的最优氧化条件,不仅可以提高原料利用率和草酸产率,同时对NOX的治理也有参考价值。
(5)加强氧化法的氧化机理的研究,为工艺方法提供可靠的理论支持。
摘要：综述了化学氧化法制备草酸工艺过程的四个方面。从氧化剂种类、原料来源、加料顺序和废气治理四个方面分别进行了分析,对该工艺过程中出现的问题以及解决的方法进行了探讨,指出了今后的研究发展趋势。
NiTi合金电化学抛光工艺 篇10
NiTi合金具有独特的形状记忆效应以及良好的耐蚀性和生物相容性,是一种较理想的生物医用材料[1,2]。金属材料的生物相容性与其表面质量有着密切的关系,尤其是与血液接触的生物医用材料,要求具有较高的表面光滑程度,材料表面越光滑,与血液相容性越好[3]。电化学抛光不仅能够去除表面变形层、获得光滑、均匀、接近于镜面的光亮表面,而且适用于任何形状工件的抛光,因而引起了广泛关注[4,5]。NiTi合金电化学抛光虽然表面粗糙度与机械抛光相当,但是更加平滑光亮,而且大大降低了表面的Ni含量,形成只含有少量Ni的TiO2氧化膜,从而明显改善了其耐蚀性和生物相容性[5,6,7]。然而,由于NiTi合金的电化学抛光条件要求比较苛刻,加上商业竞争的原因,目前有关NiTi合金电化学抛光的具体工艺规范的研究报道还很少。
为此,本工作在冰醋酸 - 高氯酸基溶液中加入光亮剂和降温剂形成一种改进型的电化学抛光液,通过考察电流密度、抛光液温度、抛光时间和阴阳极间距等工艺参数对NiTi合金电化学抛光表面粗糙度和微观形貌的影响,最终探索出了一种较为理想的NiTi合金的电化学抛光工艺。
1 试 验
所用材料为热轧NiTi板,化学成分为Ti - 50.8%Ni,相变温度Ms:11.57 ℃,Mf:-52.47 ℃,As:-13.23 ℃,Af:29.38 ℃;采用激光切割,试样尺寸为7 mm×7 mm×1 mm。试样首先用400号、600号SiC水磨砂纸打磨光滑,然后在丙酮、去离子水中超声清洗10 min,吹干待用。
电化学抛光最佳的配方:35～50 mL/L高氯酸(70%～72%),800～850 mL/L冰醋酸(99.5%),80～100 mL/L降温剂(一种醇类物质,如乙醇、丙醇、丁醇等),35～50 mL/L光亮剂(分子中含有多羟基的醇,如丙二醇、乙二醇等),抛光液温度0 ℃,抛光时间45 s。
采用QJ6005型直流电源以及HA2401半导体制冷电源,在LJ2 - 30型半导体冷阱中进行电化学抛光,抛光过程中采用搅拌器进行搅拌。采用NV5022S型表面轮廓仪测定试样的表面粗糙度,采用JEOL - JSM - 5600LV型扫描电子显微镜(SEM )观测试样表面微观形貌。
2 结果与讨论
2.1 电流密度对电化学抛光的影响
NiTi合金电化学抛光的电压 - 电流密度曲线见图1。其他工艺参数:抛光液温度0 ℃,抛光时间45 s,电极间距1.5 cm。从图1可以看出,随电压增大,电流密度升高,两者大体呈直线关系,没有出现理论上的平台区[8]。
图2为NiTi合金电化学抛光电流密度与表面粗糙度及微观形貌的关系。从图2可以看出,电流密度小于0.8 A/cm2的A区域,试样表面出现了很多白点,说明表面层还未完全溶解,可见对表面粗糙度改善不大。在电流密度为0.8～1.2 A/cm2的B区域,试样表面变得平滑光亮,粗糙度降低,尤其当电流密度为1.0 A/cm2左右时,表面粗糙度最低。而当电流密度增大到1.2 A/cm2以上的C区域时,试样表面出现过腐蚀现象,在一定程度上必然会破坏抛光质量。
2.2 抛光液温度对电化学抛光的影响
图3为抛光液温度与表面粗糙度及微观形貌的关系:当温度低于-2.5 ℃时,A区观察不到明显的抛光效果,推断对表面粗糙度改善不大;当温度升高到-2.5～2.5 ℃的B区域时,尤其在0 ℃左右,试样表面最为平滑光亮,表面粗糙度也最低;当温度升到2.5 ℃以上的C区域时,试样表面出现了腐蚀坑,又使表面质量遭到破坏。
2.3 抛光时间对电化学抛光的影响
NiTi合金电化学抛光时间与表面粗糙度及微观形貌的关系见图4。从图4中可以看出:当抛光时间为45 s左右时表面粗糙度最低;在抛光时间处于30 s以下的A区,因时间太短表面伏突等缺陷未完全消除,故粗糙度改善不大;在抛光时间为45 s左右的B区,表面变得平滑光亮;延长抛光时间试样表面质量又遭到破坏。
2.4 阴阳极间距对电化学抛光的影响
图5为NiTi合金电化学抛光阴阳极间距与表面粗糙度及微观形貌的关系。从图5中可以看出,当阴阳极间距位于1.2 cm以下的A区域时,由于局部电流密度过大形成过腐蚀,因此表面粗糙度较高。当阴阳极间距位于1.5 cm左右的B区域时,试样表面均匀致密、基本无缺陷,此时表面粗糙度也降到最低。当阴阳极间距增大到2.0 cm以上的C区域时,抛光效果变差。
2.5 采用最佳工艺参数对金属表面抛光的影响
由以上结果可知,当工艺参数为电流密度1.0 A/cm2,抛光液温度0 ℃,抛光时间45 s,阴阳极间距1.5 cm时,电化学抛光效果最为理想。图6是采用此最佳工艺参数电化学抛光前后试样表面的微观形貌,可看出抛光前试样表面很粗糙,沿打磨方向有较多清晰的划痕,抛光后表面光滑均匀,无麻点和划痕。这说明在此工艺条件下能获得比较理想的抛光表面。
3 分析讨论
3.1 抛光液中各成分的作用
高氯酸在抛光液中作为氧化剂,一方面促使阳极金属溶解,使阳极表面形成氧化膜,另一方面与金属离子形成可溶性盐,作为一种保护膜,防止阳极表面产生过腐蚀。依据文献[9],通过大量的试验确定,高氯酸的浓度为35～50 mL/L;冰醋酸在抛光液中作为溶剂,不直接参与化学反应,浓度控制在800～850 mL/L,抛光效果较为理想。
降温剂是一种醇类物质,主要用来降低抛光时的温度,以防止溶液凝固。因为NiTi合金只有在较低的温度下才能获得比较理想的抛光效果,而抛光液中的冰醋酸的熔点为16 ℃。因此,必须加入某些添加剂如乙醇、丁醇等,降低抛光液的凝固温度。如果抛光液中降温剂浓度偏高,试样表面容易出现波纹等缺陷。经反复试验,确定其浓度为80～100 mL/L。
光亮剂主要用来调节抛光液的黏度,提高金属表面的抛光质量。作为光亮剂,分子中应含多个羟基例如丙二醇、乙二醇等,这些物质可在阳极表面产生一层吸附膜,防止表面发生腐蚀,使其产生金属光泽。同时,由于该吸附膜在阳极凹陷处比凸起处厚,造成凸起处比凹陷处电流密度大,溶解速度快,从而可提高整平效果。经多次试验发现,光亮剂浓度较低时,金属表面呈“白雾”状,无金属光泽;浓度偏大,电化学反应放出的热量难以散发,容易造成过氧化,浓度应控制在35～50 mL/L为宜。
3.2 工艺参数对电化学抛光的影响
电流密度是抛光过程中重要的影响因素,如果电流密度过低,合金表面处于钝化溶解状态,无论抛光多长时间,都无法得到平滑光亮的表面。电流密度过大时,局部可能出现过腐蚀[9,10,11]。图2显示,当电流密度为1.0 A/cm2左右时,抛光效果最为理想。对于每一种金属与抛光液的组合都有一个最合适的操作温度范围。温度过高,溶液的黏度较低,电化学反应激烈,容易造成过腐蚀现象;温度过低,则溶液的黏度大,阳极金属的溶解速度慢,起不到抛光作用[12]。图3表明,温度控制在0 ℃左右时,抛光质量最好,提高或降低温度,表面质量又会遭到破坏。金属电化学抛光时间受金属材料本身表面状况等诸多因素的影响[8,10],因此,必须控制好抛光时间。抛光时间过短,金属表面整平度差,表面粗糙度降低不明显;抛光时间过长,不仅抛光液的消耗大,而且还可能使表面质量变差[8,12]。一般来说,为了减少能量损失及使抛光表面得到所需要的电流密度,应采用小的电极间距。但如果电极间距过小,在某些局部位置由于电流密度过大还可能造成过腐蚀;相反,如果电极间距过大,电流密度降低,不利于抛光过程[4,8,9,12]。
4 结 论
NiTi合金在冰醋酸 - 高氯酸体系中电化学抛光效果最理想的工艺参数为:电流密度1.0 A/cm2,抛光液温度0 ℃,抛光时间45 s,阴阳极间距1.5 cm。用此工艺抛光后,NiTi合金表面光滑、均匀,基本无缺陷,表面粗糙度较低。
摘要：为了探索较为理想的NiTi合金电化学抛光工艺,采用一种改进的冰醋酸-高氯酸基抛光液,对其进行了电化学抛光。采用SEM和表面轮廓仪考察了抛光液成分以及各工艺参数对NiTi合金微观形貌和表面粗糙度的影响。试验结果表明,抛光液成分在电化学抛光中起着关键的作用,并且当电流密度为1.0A/cm2、抛光液温度为0℃、抛光时间为45s、阴阳极间距为1.5cm时,电化学抛光效果比较理想,表面粗糙度降为70nm左右。与未抛光试样相比,电化学抛光后NiTi合金表面光滑均匀,基本无缺陷。
关键词：电化学抛光,NiTi合金,工艺
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