磷石膏配料碳热熔融还原硫逸出及熔渣物相分析

基于配料计算在磷石膏中添加硅、铝、镁等,使其渣系满足矿渣棉生产对酸度系数、氢离子指数、黏度系数的要求。通过热重分析、熔融特性的测定及高温还原焙烧/熔融实验,探究了磷石膏配料在高温还原过程中硫逸出及熔渣的物相结构。结果表明:碳的加入可以促进磷石膏分解,加入量以n(C)/n(S)=0.5为宜;还原剂(石墨、无烟煤、焦炭)及配料的加入均可以降低磷石膏体系的熔融特征温度,CaO-MgO-SiO_(2)-Al2O_(3)四元相图计算表明配料体系在1255.73℃时形成最低共熔点。磷石膏及其配料在高温焙烧过程中的物相演变规律表明,CaS为CaSO_(4)还原过程的中间产物,配料中加入的SiO_(2)可结合更多的CaO促进CaS和CaSO_(4)反应的进行。还原熔融实验表明,n(C)/n(S)对熔渣硫含量及体系脱硫率影响较大。以焦炭为还原剂,磷石膏配料的酸度系数Mk=1.4、pH=4.85、n(C)/n(S)为0.5时,采用刚玉坩埚在1450℃下高温熔融20min后,脱硫率可达99.05%,硫高效逸出的同时形成的熔渣呈非晶态,具有良好的玻璃相结构。

铅银渣熔化-烟化过程中银物相演化规律的研究

针对铅银渣中银元素在熔化-烟化过程中物相演化规律开展研究。通过热力学计算分析,研究铅银渣中银物相挥发的热力学机制,并基于热力学理论,开展单因素实验,研究反应温度、配碳比和保温时间对银回收率的影响,得出最佳工艺参数。接着通过观察微观组织形貌,结合理论计算与实验结果,明确铅银渣中银物相在熔化-烟化过程中的演化规律。热力学分析结果表明,铅银渣中的Ag_(2)O会优先挥发到烟尘中;渣中的AgCl不发生氧化反应、还原反应和分解反应,会挥发到烟尘中;渣中的Ag_(2)S不挥发也不发生还原反应,会被氧化成Ag_(2)SO_(4);在低温时渣中的Ag_(2)SO_(4)会被还原为单质银,单质银与铅、锌形成合金被携带进入烟尘;在高温时,Ag_(2)SO_(4)的蒸气压急剧增大,会挥发到烟尘中。银扩大配渣实验结果表明,烟尘中物相为Ag_(2)O、AgCl、Ag_(2)SO_(4)和单质银,这与热力学分析结果一致。单因素实验表明,回收铅银渣中银的最佳工艺参数为反应温度1 300℃、配碳比16.30%、保温时间150 min;在此条件下,银回收率为80.26%。

TiO_(2)添加量对SiC多孔陶瓷物相组成及性能的影响

为制备同时具有高气孔率和高强度的硅结合SiC多孔陶瓷,以α-SiC粉、单质Si粉及TiO_(2)粉为主要原料,在氩气气氛下经1400℃保温3 h制备SiC多孔陶瓷,探究TiO_(2)添加量(加入质量分数分别为0、2%、4%、8%)对材料物相组成、显微形貌、孔径分布及主要物理性能的影响。结果表明:随TiO_(2)添加量的增加,单质Si的衍射峰逐渐消失,材料中检测到Ti_(3)O_(5)及TiSi_(2)物相,伴随着新相的生成,SiC颗粒间结合更加紧密,其显气孔率及平均孔径减小,力学性能显著提升。当TiO_(2)添加量为8%(w)时,材料具有优异的综合性能,其显气孔率、常温抗折强度及平均孔径分别为33.6%、29.6 MPa和0.27μm。

伟晶岩型锂矿石中锂的化学物相分析方法研究

伟晶岩型锂矿石中产出的锂云母和锂辉石是重要的提锂原料,化学物相分析能够为这类锂矿石的地质勘探、矿床评价和高效选冶等提供重要的技术支撑。由于各类含锂矿物在化学性质上非常相似,目前尚未见与锂矿石化学物相分析相关的报道。本文建立了一种针对伟晶岩型锂矿中锂进行化学物相分析的方法。将锂物相分为铁锂云母中锂、锂云母中锂和锂辉石中锂三相。采用稀盐酸选择性浸出铁锂云母中锂,浓硫酸选择性浸出锂云母中锂,最后残渣用氢氟酸挥发除硅,王水溶解测定锂辉石中锂,并探索确立了各相态的最佳浸出条件。通过对川西某锂矿中锂物相进行6次分析,得到各相态锂的相对标准偏差(RSD)为1.27%~3.79%,均小于5%,各相态锂的加和与总锂结果的相对偏差为1.22%,小于5%,说明该方法适用于伟晶岩型锂矿石中锂的化学物相分析。

高铁低硅赤泥钠化还原的物相转变及铁分离特性

高温焙烧赤泥可实现铁、铝、硅等元素的形态转化,使其易于分离回收,但高铁低硅赤泥的钠化还原焙烧反应差异性及机制研究却少有报道。本文采用X射线衍射分析,考察了还原温度、碳酸钠用量、还原时间等对高铁低硅赤泥还原焙烧的矿相转化及微结构影响,分析了反应后的铁磁化分离差异性。结果表明:还原焙烧中钠与铝、硅元素结合形成铝钠硅酸盐,有效破坏了铁、铝元素的紧密结构;赤铁矿、铝针铁矿大部分转为磁铁矿和浮氏体,促进了铁氧化物还原;低熔点含钠固溶体降低了金属铁质点迁移阻力,加速了铁晶粒的长大。基于铁铝结构崩解及粗晶粒金属铁的生成,焙烧产物经磨矿-磁选后,获得了全铁含量为90.41%、Fe回收率为93.08%的铁回收指标。

硫族MAX相硼化物的物相稳定性和性能预测

Zr2SB、Hf2SB、Zr2SeB、Hf2SeB、Hf2TeB都是近期发现的硫族MAX相硼化物,与典型MAX相相比,具有明显不同的性质,因此备受人们关注。本文采用第一性原理并结合“线性优化法”、键刚度模型和准简谐近似研究了MAX相硼化物(M=Zr,Hf;A=S,Se,Te)的物相稳定性、力学性能和热性能。理论分析结果与目前可用的实验结果一致。经热力学和本征稳定性分析后发现,只有M2AB可以稳定存在。较短的M−A键与M−B键长使Hf系化合物的键刚度高于Zr系化合物,这也同样导致Hf系化合物的硬度高于Zr系。随着A元素由S到Se再到Te,M−B与M−A键长逐渐增加,键刚度减小导致弹性模量降低。而且,这些化合物的体积模量取决于其平均化学键刚度。更加重要的是,最弱键和最强键的刚度比(kmin/kmax)较高,显示这些MAX相硼化物不同于传统MAX相,均呈本征脆性。考虑晶格振动(声子)和电子激发的贡献后计算得到M2AB等压热容及热膨胀系数(TEC),均在300 K以下随温度升高先快速上升后上升速率逐渐降低,这与其它MAX相类似。较低的键刚度导致Zr系MAX相硼化物的平均线热膨胀系数整体上高于Hf系,而且在300~1300 K区间与大部分MAX和MAB相一致。

煤矸石骨料分形维度与物相组分变化

煤矸石骨料的分形特征是影响其力学性能的重要因素。基于图像采集与处理技术对不同粒级煤矸石骨料的分形特征进行定量分析,并结合工业分析和XRD分析研究了煤矸石骨料物相组成的分形特征。结果表明,不同粒级0.30~<0.60、0.60~<1.18、1.18~<2.36、2.36~<4.75、4.75~9.00 mm煤矸石骨料分形维数为1.0854(R^(2)=0.9859)、1.0804(R^(2)=0.9627)、1.0654(R^(2)=0.9673)、1.0234(R^(2)=0.9795)、0.9738(R^(2)=0.9426)。工业分析和XRD检测结果表明:随煤矸石骨料粒径增大,分形维数、高位发热量减小,同时固定碳、高岭石含量逐渐减少,但石英含量逐渐增加。说明煤矸石在破碎过程中石英向粗粒级富集,碳和黏土组分向细粒级富集。高岭石、固定碳含量与煤矸石骨料分形维数的相关系数分别为0.947和0.910,均与煤矸石骨料分形维数有显著正相关关系。基于相关系数法将煤矸石骨料形状分形维数与组分含量建立联系,为煤矸石骨料形状及组分含量联合分析评价煤矸石骨料品质提供了一种新的方法,并为煤矸石资源化利用提供依据。

硫酸盐-氯盐环境下粉煤灰-水泥砂浆物相演变及定量分析

为了分析硫酸盐-氯盐环境下的水泥基材料的物相演变规律,本工作粉煤灰-水泥砂浆为研究对象,开展腐蚀溶液中的长期浸泡实验,并通过QXRD、SEM、MIP微观测试,分析砂浆中氯离子和硫酸根离子的交互作用、物相演变规律以及微结构变化。结果表明:在硫酸盐-氯盐侵蚀前、中期,离子间竞争作用导致侵蚀产物含量降低,延缓了试件中氯盐和硫酸盐的侵蚀进程;侵蚀后期,试件中侵蚀产物累积造成孔结构劣化,导致更多离子进入其内部,加速氯盐和硫酸盐侵蚀进程,此时,氯盐的存在不能再延缓硫酸盐的侵蚀。

Fe_(2)O_(3)对含铈钙钛矿玻璃陶瓷物相结构及化学稳定性的影响

本文以典型SiO_(2)-B_(2)O_(3)-CaO-Na_(2)O-TiO_(2)硼硅酸盐玻璃为基础玻璃,采用热处理析晶法制备含铈钙钛矿玻璃陶瓷固化体。通过DSC、XRD、FTIR、SEM-EDS、ICP等测试方法研究了不同Fe_(2)O_(3)含量对该固化体物相结构及化学稳定性的影响。结果表明,随着Fe_(2)O_(3)的掺入,CeO_(2)晶体衍射峰强度逐渐减弱,钙钛矿(CaTiO_(3))晶粒分布的均匀程度呈先升高后降低的趋势,所有元素的归一化浸出率呈先降低后升高的趋势。当Fe_(2)O_(3)含量为6%(质量分数)时,CeO_(2)晶体消失,晶粒的分布最为均匀,所有元素的归一化浸出率最低。28 d后,所有样品中元素的归一化浸出率(g·m^(-2)·d^(-1))均低于10^(-3)数量级,这表明所制备的玻璃陶瓷固化体具有优异的化学稳定性。本研究为采用钙钛矿玻璃陶瓷固化体处理高放核废液提供了理论支撑和实验指导。

LiFePO_(4)-Na_(2)CO_(3)体系焙烧过程物相变化及Li、Fe回收研究

LiFePO_(4)作为正极材料在电动汽车动力电池中获得广泛使用,报废后再利用理论和工艺是当前研究的热点问题。提出了一种采用碱性焙烧联合酸性浸出从LiFePO_(4)中提取Li、Fe的新型回收方法,并对LiFePO_(4)-Na_(2)CO_(3)体系焙烧过程中的物相变化进行了研究。结果表明:LiFePO_(4)-Na_(2)CO_(3)作用体系以质量比1∶0.67混合在800~950℃焙烧,过程是包含化合物分解反应、氧化反应及化合物生成反应等反应类型的复杂反应,焙烧产物的物相组成为Fe2O3、Fe3O4、NaLi2PO4、LiNa5(PO4)2。浸出液使用磷酸溶液(pH=0)、浸出温度50℃、浸出时间60 min、液固比为20 mL/g,并用磷酸控制浸出终止pH=1的条件下,焙烧产物中Li的浸出率均大于98%,Fe的浸出率低于9%。

承压设备用E5015-N1焊条焊接烟尘物相及微观形态分析

针对承压设备用E5015-N1焊条焊接产生的烟尘进行了全面研究。利用自主研发的焊接材料施焊过程中毒害物质测定设备,使用沉淀与滤纸收集法收集了不同焊接电流条件下的烟尘样本,采用XRD及扫描电镜等技术对烟尘的物相及微观形态进行了分析。结果表明,过小或过大的焊接电流均会导致烟尘增加,渣壁过渡时会在熔滴表面产生大量烟尘,飞溅也是烟尘的产生源之一。E5015-N1焊条烟尘的主要物相是氟化物和氧化物,具有磁性的烟尘粒子在磁极偶作用力的驱动下形成链状聚集,单个或多个一次烟尘粒子会聚集形成具有“壳-核”形态的二次粒子。研究结果为焊接烟尘的控制提供了科学依据,并对焊接健康危害的评估提供了重要信息。

物相定性分析的综合实验设计与实践

物相定性分析主要用来判定物质组成及其存在状态,是材料、化工和地质等学科专业学生必须掌握的综合性实验技能。为培养学生对材料的物相分析测试能力,设计了未知粉末物相定性分析的综合实验。以氧钼矿、黑铜矿、斜锆石和六方软锰矿的混合粉末作为盲样,依据X射线衍射和能谱元素结果,通过实验数据和综合解析推导,撰写实验分析报告,全面提高学生的仪器操作和数据分析能力。

金刚石/纳米氧化铝陶瓷复合材料高温高压合成物相结构分析

以正硅酸乙酯(TEOS)为反应前驱体,采用溶胶-凝胶法在金刚石微粉(粒度0.1~4μm)表面包覆一层非晶纳米氧化硅膜层,同时在覆膜层中加入纳米Si粉和纳米Al_(2)O_(3)粉,制备出金刚石/纳米SiO_(2)/纳米Al_(2)O_(3)复合包覆体。采用高温高压(HTHP)技术,将复合包覆材料置于六面顶压机中,以压力5 GPa、温度1100℃~1700℃、保温20 min的条件制备了金刚石-氧化铝陶瓷烧结体。在高温高压合成过程中,纳米SiO_(2)从非晶态转变为晶态,原料纳米Al_(2)O_(3)中的γ-相、θ-相转变为稳定的α-相,同时,SiO_(2)和Al_(2)O_(3)之间形成了Al_(2)SiO_(5)(莫来石)相,由此,通过高温高压下反应原料的结构转变与复合,可以获得致密度良好的金刚石-氧化铝复合材料。

铅银渣侧吹熔化-烟化过程中锑物相演化研究

我国铅锌矿产资源比较丰富,在湿法炼锌过程产生了大量的铅银渣,铅银渣中含有铅、银、锌、铜、锑等多种有价金属,铅银渣中有价金属的回收处理一直制约行业发展。目前,铅银渣在侧吹熔化-烟化过程中锑物相的演化规律尚缺乏系统的研究,因此本文通过热力学理论计算确定铅银渣中锑的存在形式,考察了反应温度、配碳比、保温时间对锑回收率的影响,并通过响应曲面法得出最优工艺条件。试验结果表明,铅银渣侧吹熔化-烟化过程中锑回收率的最优工艺:反应温度为1290℃,配碳比为17.60%,保温时间为125 min,在此条件下锑的回收率可达到82.54%。该研究为回收铅银渣中的锑以及实现铅银渣资源化利用提供了参考依据。

电解铝炭渣高温焙烧熔融试验与物相分析研究

炭渣是电解铝生产过程中产生的一种危险固体废弃物,含有较多电解质。某公司通过高温焙烧法处理炭渣并回收其中的电解质。本文研究了工业化高温焙烧处理电解铝炭渣的工艺条件,并采用X射线衍射分析法研究高温焙烧处理电解铝炭渣过程中各环节主要产物的物相组成。结果表明,采用高温焙烧法,炉内整体温度达到1200℃以上时,炭渣中的电解质完全熔融且流动性良好,无固化状态,炭渣中的电解质和碳质组分得到有效分离,高温焙烧后形成新的物相。其中电解质主要由Na3AlF_(6)、CaF_(2)、Al_(2)O_(3)、K_(2)NaAlF_(6)、LiNa_(2)AlF_(6)、Li_(3)N、LiF、Mg_(3)Al_(2)(SiO_(4))_(3)和NaAl_(11)O_(17)等组成;尾渣主要由Na_(3)AlF_(6)、CaF_(2)、Al_(2)O_(3)、K_(2)NaAlF_(6)、LiNa_(2)AlF_(6)、Li_(3)N和C等组成;收尘灰主要由Na_(5)Al_(3)F_(14)、Na_(3)AlF_(6)、LiNa_(2)AlF_(6)、AlF_(3)、NaAlF_(4)和KAl_(11)O_(17)等物相组成;炭渣中的钙盐始终以游离的CaF_(2)形式存在,一部分夹杂在回收的电解质中,另一部分存在于尾渣中。

某铁矿石中铁物相的分析方法研究

以铁矿石为实验试样,系统的对铁物相分析检测方法进行了改进。并对各相铁的影响因素进行了实验,确定了磁性铁与其他矿物、赤褐铁与硅酸铁的最佳磁选次数为5次,有效地将磁性铁与其他矿物、赤褐铁与硅酸铁分离。并确定了赤褐铁与硅酸铁的磁选方式是在烧杯底部研磨圆周循环移动。确定了碳酸铁浸取液浓度为100 g/L AlCl_(3)和5 g/L NaHCO_(3)。用该方法对铁矿石物相成分分析标准物质进行实验,得出实验结果与标准值相近,说明该方法适用于铁矿石的铁物相分析。

秘鲁粉色蛋白石的物相组成及颜色成因

采用X射线粉晶衍射、红外光谱仪、电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪以及紫外可见光分光光度计对不同深浅的秘鲁产粉色蛋白石样品进行了物相组成及颜色成因的测试和分析。结果显示,粉色蛋白石的主要矿物组成为Opal-CT、坡缕石、石英和水,且水的类型较为丰富,包含了结晶水、结构水和沸石水。结合X射线粉晶衍射、红外光谱及电子探针分析认为粉色蛋白石的颜色与坡缕石有关,且通过XRD定量分析坡缕石的含量,认为其与颜色呈正相关。综合紫外-可见光光谱、电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱结果分析,粉色蛋白石的颜色与坡缕石结构中的有机物醌和β类胡萝卜素及Mn^(2+)有关,且Mn^(2+)含量越多,颜色越深,同时提出了Fe^(3+)对颜色的影响,发现Fe^(3+)只出现在了深色样品中。

砷矿石化学物相分析——雌黄和雄黄选择性分离条件研究

雌黄和雄黄是两种含砷硫化物的共生矿物,具有相似的理化性质,砷矿石化学物相分析方法一直将雌黄和雄黄作为同一相态分析,无法获得各自的含量,影响该类矿石选冶研究。本文以湖南石门雌黄和雄黄砷矿石为研究对象,采用单矿物选择分离技术,对雌黄和雄黄样品的分离条件进行了研究。结果表明:雌黄和雄黄单矿物采用4mol/L氨水溶液,35℃水浴浸取6h,雌黄浸取率为92.2%,雄黄浸取率为2.4%。分离雌黄后,雄黄采用2mol/L氢氧化钠溶液浸取,雄黄浸取率最高为75.8%,基于雄黄空间结构易被氧化,加入碘可将雄黄氧化为易溶于碱的砷氧化物,使雄黄浸取率提高至92.2%,实现雌黄和雄黄的选择性分离。通过X射线衍射仪、全自动矿物仪分析验证在此条件下雌黄和雄黄化学物相分析结果的正确度,两种分析方法的测定值均与化学物相测定值的相对偏差小于14.0%,满足地质矿产实验室测试质量管理规范的要求。该选择性分离条件的确定,有效地提高了雌黄和雄黄的浸取率,对于以雌黄和雄黄为主的砷矿石化学物相分析方法制定奠定了基础。

铷的化学物相分析研究

研究了湖南柿竹园矿区金属矿物中铷的化学物相分析方法。采用电感耦合等离子体发射光谱法,结合XRD、SEM、电子探针和MLA初步探明金属矿物中铷的赋存状态及大致质量分数,确定铷的分相,然后选用合适的选择性试剂以及适宜的反应条件,分析云母中铷、萤石中铷、硅铝氧化物及长石中铷和难熔矿物中铷物相,制定了铷物相分析方法体系。结果表明:该方法检出限较低、精密度高、重现性好、线性范围较宽、流程简单快速;并结合矿物中碱金属元素干扰实验,根据不同浓度的K、Na、Li选择合理的方法,达到干扰小、结果精确的目的。

矿石中银物相分析方法研究

矿石中银物相分析是指分析银在各载体矿物中的含量,通过实验确定矿石中银物相主要包括菱锌矿中银、含铁锰矿物中银、自然银、硫化银、铁氧化物中银和硅酸盐中银6相。选取醋酸浸取菱锌矿中银,氯化钠-盐酸羟胺浸取含铁锰矿物中银,硝酸铁溶液浸取自然银,硫脲-硫酸溶液浸取硫化银,盐酸-氯化亚锡浸取铁氧化物中银,剩余残渣测定硅酸盐中银。本方法测定各相态银的相对标准偏差为0.22%~5.36%,各相态银加和与总银测定结果吻合良好,表明方法分相正确,测试结果准确度和精密度满足要求。