铝粉还原污酸中砷新工艺研究

由于硫化精矿中砷含量越来越高,致使烟气处理过程产生的污酸中砷含量也越来越高,同时污酸中含有铜、铁等有价金属。目前污酸除砷方法多以除砷为目的,形成的含砷渣属于危废,还需要二次处理。本研究研发了还原除砷新工艺,首先向污酸中加入硫化砷渣进行脱铜预处理并回收铜,然后用铝粉还原脱铜后液中的砷回收砷,最后向脱砷液中加入硫酸钾回收铝,还原后液回收还原剂后采用两段中和法处理。试验研究结果表明,在加入铜离子摩尔量1.1倍的硫化砷渣、反应温度85℃、反应时间3 h的条件下,污酸中的铜含量由2000 mg/L降至196 mg/L,硫化铜渣返熔炼配料系统;在还原温度70℃、还原时间2 h,还原剂用量1.8倍的条件下,砷的还原率大于96%,还原后液中的砷含量低于300 mg/L,得到的砷渣品位大于95%,可用于后续制备高品位单质砷;在硫酸钾用量1.1倍、反应温度常温、反应时间2 h的条件下,溶液含铝3.6 g/L,得到的明矾可达到《工业硫酸铝钾》(HG/T2565—2007)一等品标准。该方法除砷效果好,且能将污酸中的砷转变为具有经济价值的砷产品,还不会产生硫化氢气体,具有应用推广价值。

炸药爆轰环境中铝粉非等温燃烧模型

为研究铝粉在爆轰环境中的燃烧特性,基于爆轰环境中铝粉燃烧模型,综合考虑了爆轰产物气体组分和爆轰环境体系温度对铝粉燃烧释能过程的影响,建立了爆轰环境中铝粉非等温燃烧模型,提出了包括铝粉燃烧过程、爆轰产物气体组分和爆轰环境体系温度在内的爆轰环境铝粉非等温燃烧控制方程,并通过激光诱导击穿光谱实验进行了验证。结果表明,铝粉非等温燃烧模型控制方程的计算值与激光诱导击穿光谱实验值的偏差在12%以内,验证了理论模型计算的准确性,获得了铝粉粒度和铝氧比对炸药中铝粉燃烧特性的影响规律。

喷雾-反溶剂结晶法制备掺杂铝粉的复合微球

纳米铝粉作为高能添加剂广泛应用于含能复合材料领域。然而,制备高球形度铝粉掺杂的复合微球却面临着一系列挑战。采用喷雾与反溶剂结晶相结合的方法,探索了一种制备纳米铝粉与有机分子形成复合功能微球的喷射-结晶途径。通过自主设计的内混三流式空气雾化喷嘴,将前驱液雾化成液滴,反溶剂接收浴接收后,溶剂与反溶剂发生快速的相互扩散和传质过程,含能分子模拟物蔗糖八乙酸酯(SOA)在液滴内部析出,将铝粉包裹在内,洗涤干燥后得到铝粉掺杂的复合微球。通过调控合适的雾化、溶剂与反溶剂、添加剂等条件,成功解决了干燥后复合微球球形度低、微球之间相互团聚等现象,最终制备出粒径分布窄、形貌均一、分散性较好、球形度和密实度较高的掺杂铝粉的微球复合材料。

纳米铝粉的可控制备及表面包覆研究进展

针对纳米铝粉表面物化性质带来的在含能材料领域中的应用缺陷,综述了纳米铝粉的可控制备方法、活性保护方法,以及保护前后铝粉热性能、能量性能的变化;重点比较了不同制备方法的优劣,并分析了包覆方法对改性体系热反应活性的影响。在此基础上,提出了纳米铝粉未来的发展方向:研发提高纳米铝粉在复合含能材料中分散性的方法;探究包覆材料与纳米铝粉结合方式对体系性能的影响机理;加强改性纳米铝粉的应用研究。指出未来研究应进一步聚焦于改性纳米铝粉与环境兼容性的探索,以提升纳米铝粉在复杂条件下的应用效果。附参考文献66篇。

微米级铝粉球磨过程中形变的仿真和实验研究

小粒径的铝粉在燃烧时易形成团聚,会严重影响铝粉的燃烧效率。铝(Al)与聚四氟乙烯(PTFE)通过基于机械活化原理的行星式球磨机工艺制备出的含能材料可以有效地解决团聚问题。本文采用仿真与实验相结合的方法,研究微米级铝粉在球磨的过程中破碎前的塑性变形以及破碎后的粒径变化。由于微米级粉体与磨球尺寸跨度过大,所以采用多尺度仿真,分别对磨球的相对速度分布、粉体应力能量分布以及粉体塑性变形过程中的能量变化进行研究。结果表明:磨球相对速度的法向分量分布呈幂律分布,且77%的碰撞集中在低速区间;对比粉体的应力能量分布与塑性变形时的能量变化,可以得到粉体的形态变化以及不同状态下的粉体数量,塑性变形阶段的最高能量为1.102×10^(-9)J,且粉体应力能量在1.102×10^(-9)J以下的占比为48.75%;对球磨实验中粒径变化进行曲线拟合,其判定系数R^(2)为0.999 46,数值接近于1,具有较强的可预测性;结合破碎前的塑性变形,可以实现对球磨任意时间后的颗粒粒径的预测。

水性汽车修补漆闪光金属底色漆中铝粉定向的探讨

基于实践经验,从配方和应用角度阐述了汽车修补漆领域的水性铝粉漆的颜料定向机理、影响铝粉定向排列的各种可能因素,包括从原料选择、搭配,配方设计、优化,再到施工应用条件的设定、控制等一系列完整的过程。并以通俗的术语和实用的方式对其进行梳理和总结,为开发水性金属铝粉漆配方特别是水性汽车修补铝粉底色漆提供一些可能的方向和建议,同时也可以作为水性珠光漆的参考。

TFGE包覆微米铝粉的点火燃烧性能

引入一种新型端羟基氟聚物TFGE,将不同粒径的球形微米铝粉(1、5、12μm和29μm)用TFGE包覆制备成多种Al/TFGE二元铝氟化合物;采用扫描电镜(SEM)对不同粒径微米铝粉和Al/TFGE二元铝氟化合物的微观形貌进行了表征;采用TG、DSC等分析了微米铝粉和Al/TFGE二元铝氟化合物的热分解行为,并通过激光点火对其点火燃烧过程进行了研究,获得了铝粉粒径对点火延迟时间的影响规律,对燃烧残渣进行了SEM和X射线衍射(XRD)分析。结果表明,TFGE包覆增加了微米铝粉的点火延迟时间,1μm铝粉的点火延迟时间从103.5 ms增至130.5 ms;但另一方面,TFGE包覆可以明显提升微米铝粉的反应活性,提高微米铝粉的燃烧效率,改善微米铝粉的燃烧性能;通过对燃烧残渣进行分析,发现Al/TFGE二元铝氟化合物燃烧生成Al_(4)C_(3)和AlF_(3)固相产物,主要是TFGE受热分解产生的CH_(x)和CF_(3)基团与铝粉发生化学反应生成;同时,随着铝粉粒径增大及包覆厚度增加,Al_(4)C_(3)和AlF_(3)产物生成比例降低,未反应铝粉比例增加,燃烧反应活性受到抑制。

压强对纳米铝粉点火和燃烧特性的影响

为了揭示压强对纳米铝(n-Al)粉点火和燃烧特性的影响,利用高压燃烧实验台对n-Al粉堆进行了0.1~3.5 MPa的激光点火实验研究。采用高速摄像仪、三色测温仪和光谱分析仪同步获取颗粒堆着火、火焰演变、表面辐射温度和特征辐射光谱等信息,分析了n-Al粉堆点火和燃烧特性。结果表明,空气气氛中的n-Al粉堆在1.5 MPa时,燃烧时间最短且最充分,剧烈燃烧阶段占比最大。随着压强的增加,n-Al粉的燃烧火焰强度和特征辐射光谱均增强,三个燃烧阶段时间从常压下的254.03、864.24、922.69 ms分别缩短至1.0 MPa时的118.85、435.69、452.50 ms,总燃烧时间缩短了50.65%。点火延迟时间和燃烧时间均随压强增加呈现非线性曲线的变化趋势,在0.1~1.5 MPa范围内,提高空气压强可以减小n-Al粉的燃烧时间,增大火焰锋面,提升最高燃烧火焰温度,促进气相燃烧。但过高的压强(1.5~2.5 MPa)会阻碍n-Al粉点火及火焰发展,减小剧烈燃烧阶段占比进而增大燃烧时间,引起中压熄火现象。

晶体材料内部衍射用基准零应力铝粉标准试样的制备及校准

采用黏接铝粉的方式制备了一种晶体材料内部衍射用基准零应力铝粉标准试样,采用短波长特征X射线衍射仪对试样的均匀性、各向同性、内部残余应力进行测试,采用不同残余应力测试方法和不同计算方法对试样表面及内部应力进行验证。结果表明:该试样不同部位、不同方向的衍射强度偏差都小于10%,具备均匀性和各向同性,表面和内部残余应力也都为-25~25MPa。

颗粒注射速度对铝粉/空气两相旋转爆轰波的影响

为研究颗粒注射速度对非预混铝粉/空气旋转爆轰波传播特性的影响,通过采用离散相模型、具有有限速率动力学/扩散表面燃烧模型的一步表面反应、多步可逆气相分解反应以及考虑未完全燃烧颗粒的挥发,对注射温度为300 K的铝颗粒和来流总温为900 K的高温空气进行二维数值模拟研究。研究结果表明:由于入口附近颗粒注射速度低于空气的注射速度,空气三角区和颗粒三角区无法完全重合;当颗粒注射速度从1 m/s增加到100 m/s时,爆轰波的速度和温度先减小后增加;颗粒和空气在注入燃烧室时存在较大的温度差异,导致爆轰波不稳定传播;颗粒注射速度为70 m/s时,爆轰波的稳定性最好。

锌铝粉包覆改性对无铬达克罗涂层耐蚀性的影响

使用硅烷偶联剂KH570对片状锌粉进行表面包覆改性,同时使用正硅酸乙酯(TEOS)、乙烯基三异丙氧基硅烷(VIPOS)和丙烯酸(AA)对片状铝粉进行单层和复合包覆改性,以改性的锌粉和铝粉作为基础组成部分制备了无铬达克罗涂层,测定了改性锌铝涂层在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线。结果表明:所制备的TEOS/VIPOS改性铝粉涂层的表面平整光滑,没有明显颗粒,涂料的分散性和稳定性较好;与未改性锌铝涂层相比,TEOS/VIPOS和TEOS/VIPOS/AA改性铝粉涂层的腐蚀速率明显下降,TEOS/VIPOS改性铝粉涂层具有较小的腐蚀电流密度(1.01μA/cm2)和腐蚀速率(0.011mm/a)。在20%硝酸铵溶液中浸泡2h后,TEOS/VIPOS改性铝粉涂层的表面平整光滑,耐蚀性较好。

不同装药形态铝粉对装药爆炸能量释放特性的影响研究

为探究不同装药形态铝粉对装药爆炸能量释放特性的影响,设计并制备了一种外层含铝炸药内层高能炸药的复合装药,通过静爆试验获取了试样爆炸场压力和温度等特征参数,并拍摄试样爆炸火球的演变过程。试验结果表明:相对于常规高能炸药和铝粉均匀分布的含铝炸药,外层含铝炸药内层高能炸药的复合装药有利于增大火球半径,延长火球持续时间;其近场超压峰值略低,在中远距离处冲击波效应得到增强,但因为铝粉后燃反应速率相对较低,增益不明显;通过改变装药结构、改变铝粉分布状态可以调控爆炸能量释放,但外层含铝炸药并没有发生粉尘爆炸,主要以燃烧的形式释能。

制备工艺参数对氟碳树脂/铝粉涂层红外发射率的影响

为获得发射率较低的涂层,多集中在树脂与填料组分的筛选上,而涂层制备过程中的工艺参数对其发射率的影响研究较少,且未对各制备工艺间的相互影响作用进行分析。为此,选择铝粉作为金属填料,氟碳树脂作为黏合剂制备了低红外发射率涂层,先进行单因素试验,调控涂料的黏度(通过改变涂料中稀释剂添加量实现)、涂层的湿膜厚度以及固化温度,分析了3种工艺参数共同作用下对涂层中铝粉排布以及涂层红外发射率的影响。通过响应曲面法进一步分析了各工艺参数相互间的影响,并得到最优工艺参数组合,为涂层的实际制备过程做出指导。结果表明:3种工艺参数对涂层发射率的影响程度依次为涂料黏度>固化温度>湿膜厚度,在稀释剂添加量为78 g,膜层厚度为60μm,固化温度为73℃时,涂层在3~5μm波段的红外发射率为0.141,8~12μm波段的红外发射率为0.177。

抛光铝粉爆炸火焰传播规律研究

为了研究实际工况下粉尘爆炸的传播规律,选取典型抛光铝粉为研究对象,利用自制除尘系统爆炸试验平台,进行了抛光铝粉爆炸火焰传播规律的研究。结果表明:在爆炸起始阶段,火焰传播速度比较小,但随着传播距离的不断增加,火焰传播速度持续增加,火焰增大速率也逐渐增加;在管道末端前,火焰传播速度超过了100 m/s,最大火焰传播速度达到111 m/s。通过研究为除尘系统爆炸防护提供了解决思路,有助于提高抛光作业场所安全性。

纳米铝粉的活性分析及寿命预测

采用气体容量法测试了不同铝粉的活性,结果表明,球形纳米铝粉的活性为76.1%,片状普通铝粉的活性为43.0%,铝粉颗粒尺寸对活性有显著影响。采用加速老化试验和Berthlot方法对纳米铝粉进行了寿命预测,以铝粉活性变化10%、20%和30%作为失效判据,预测25℃下纳米铝粉的贮存寿命分别为4.73、9.77和14.80年。

铝粉含量和粒度对HMX基炸药空爆性能的影响

为了分析不同铝粉含量及颗粒尺寸对炸药空中爆炸性能的影响,笔者利用含铝炸药的自由场空爆试验,测试了不同配方的含铝炸药空爆超压、正压作用时间和空爆冲量,对试验结果进行了比较分析。对于HMX基含铝炸药,铝粉的质量分数为30%~35%时,超压和冲量较高;当铝粉的质量分数超过35%时,超压和冲量趋于降低。自由场传感器测定结果显示,超压和冲量在4.5 m的较远距离处、铝粉的质量分数约30%时有最大值。当铝粉的质量分数约为30%时,含纳米铝粉炸药的超压和冲量低于含微米铝粉炸药。

纳米铝粉对炸药水下爆炸能量的影响研究

为了研究铝粉颗粒尺度对炸药爆炸能量的影响，分别对含纳米铝粉和微米铝粉的RDX基炸药进行水下试验，获得了不同组成下含纳米铝粉和含微米铝粉炸药水下爆炸的冲击波能和气泡能，分析了纳米铝粉的含量对炸药水下爆炸能量输出的影响规律。试验发现（以质量分数计）：当铝粉的含量为20％～40％时，含纳米铝粉的炸药在水下冲击波能和气泡能方面始终低于相同铝粉含量的含微米铝粉的炸药，且差值随铝粉含量的增加而增大；当铝粉总含量为30％和35％时，纳米铝粉与微米铝粉混合使用可使炸药具有较大的水下爆炸总能量，纳米铝粉的最优加入量为10％。结果表明，当混合铝粉总质量分数为35％，且m （微米铝粉）：m （纳米铝粉）＝25：10时，炸药具有最大的水下爆炸能量。

氟化物包覆纳米铝粉对HTPB燃料燃烧性能的影响

为研究氟化物包覆纳米铝粉对端羟基聚丁二烯（HTPB）燃料燃烧性能的影响，采用真空浇注法制备了含氟化物包覆纳米铝粉和不含添加物的两种HTPB燃料，并测试了在氧气流中的燃烧性能。利用NASA—CEA程序计算了两种燃料的理论比冲和绝热火焰温度。结果表明，两种燃料的退移速率都随着氧气质量密流的增加而增大，两种燃料的退移速率与氧气的质量密流关系均满足幂函数，幂函数指数分别为0．704±0．003和0．688土0．002；氟化物包覆纳米铝粉对燃料的退移速率有一定的促进作用，且这种作用不随氧化剂质量密流的变化而变化；在氧化剂质量密流研究范围内，含氟化物包覆纳米铝粉燃料的退移速率比不含添加物的燃料的退移速率高13％左右。氧气与燃料的质量比为2．0时，两种燃料在真空中的理论比冲和绝热火焰温度都达到最大值；氧气与燃料的质量比为0．4～8时，铝粉未能显著提高真空中HTPB燃料的比冲。

铝粉粒度对RDX基含铝炸药水中爆炸近场特性的影响

为研究铝粉粒度对RDX基含铝炸药水中爆炸近场特性的影响,采用转镜式高速扫描相机对含30%(质量分数)微米铝粉、20%(质量分数)微米铝粉与10%(质量分数)亚微米铝粉的2种RDX基含铝炸药水下近场爆炸过程进行了观察记录,获得了沿装药径向的爆炸冲击波传播轨迹扫描底片。通过对2种含铝炸药水中近场爆炸扫描底片进行判读分析,获取了沿装药径向的爆炸冲击波传播迹线与爆轰产物膨胀迹线,由此分析得出2种含铝炸药爆炸冲击波传播速度、波阵面压力和爆轰产物气泡的膨胀位移等参数的变化规律,并对2种含铝炸药相关参数进行了对比分析。结果表明,在10%(质量分数)微米铝粉替换为亚微米铝粉后,含铝炸药冲击波的初始传播速度及波阵面压力减小且能量衰减速率也降低,冲击波传播距离为40 mm左右时,2种炸药的阵面压力便较为相近,并且在爆轰产物气泡膨胀阶段,由于亚微米铝粉反应较快,其释放的能量导致气泡膨胀速率增长较快。

激波诱导铝粉二次爆炸的试验研究

为研究激波卷扬铝粉发生二次爆炸的爆炸特性,减少铝粉爆炸事故造成的危害,采用水平管道式气体-粉尘爆炸试验装置,用隔爆膜片将装置分割成2部分。试验时,第Ⅰ部分充入常压的瓦斯气体(纯甲烷)与空气的混合气体,同时在第Ⅱ,Ⅲ部分铺上铝粉(气氛为常压空气)。第Ⅰ部分瓦斯爆炸后的冲击波冲破膜片形成激波卷扬并引爆第Ⅱ,Ⅲ部分的铝粉,造成二次爆炸。研究铝粉不同浓度、粒径对其二次爆炸特性的影响。结果表明:最大爆炸压力随着铝粉质量浓度的增加先增大后减小,在其质量浓度为600 g/m3时爆炸压力最大;当浓度一定时,铝粉爆炸压力随粒径的减小而增大。激波卷扬和气体携带吹粉对比试验表明,扬尘方式对铝粉爆炸特性有影响,其中采用激波卷扬法测得的爆炸压力明显高于采用气体携带法测得的爆炸压力,在铝粉质量浓度为100 g/m3时,爆炸压力差值最大为283%。