氯化法生产二氧化钛工艺现状及研究进展

钛白具有优异的理化性能,被广泛应用于工业生产中,例如颜料、医疗、化妆品、半导体和航天技术等领域。目前生产钛白的技术主要为硫酸法和氯化法,其中氯化法生产更为符合经济和环保的双重要求,本文主要介绍了氯化法制备钛白粉的工艺流程,综述了近年来氯化法制备钛白粉的研究进展。在氯化法生产钛白粉的工艺过程中,TiCl_(4)和O_(2)的反应属于毫秒级别,由于反应速度较快,难以从实验层面去研究其反应过程,因此应该选用量子化学计算方法研究其微观、高速的反应过程,采用第一性原理计算的方法研究二氧化钛成核过程的微观机理即基于密度泛函理论(DFT)去研究。目前国内氯化法生产钛白的比例较低,对反应气体的快速混合还难以控制,对结疤的预防技术还没有掌握,生产的钛白产品与国际上其他国家生产的钛白还具有一定差距。未来,国内在钛白粉生产领域还需加大研究力度,增强国际市场竞争力。

用于析氢反应的TiO_(2)基光催化剂的研究进展

TiO_(2)作为一种应用于光催化领域的前沿材料,受到了广泛的关注。TiO_(2)作为光催化剂的性能取决于各种参数,包括形貌、表面积和结晶度。虽然TiO_(2)在各种催化体系中均表现出良好的催化活性,但由于其低导电性和较宽带隙,TiO_(2)作为光催化剂的性能普遍受到限制。众多研究致力于克服这些问题,使得光催化性能得到了显著改善。本文综述了近年来TiO_(2)光催化析氢反应的研究进展,重点讨论了关于催化剂组分的改变、掺杂以及光敏化对TiO_(2)光催化活性的调整与改良,对每种改性方法的优点和局限性进行了评述,最后指出了TiO_(2)作为光催化剂在未来发展中面临的主要问题和发展前景。

锂金属电池枝晶生长及其抑制机理

锂金属被认为是锂电池负极材料最理想的选择之一,具有较高的理论容量(3860 mA∙h/g)和最低的负还原电位(−3.040 V(vs SHE))等优点。然而在充电过程中易在负极表面生长出锂枝晶,导致电池短路和降低电池利用效率。尽管大量研究已获得了枝晶的有效抑制方法,但枝晶生长和抑制机理仍不明确。本文系统讨论了锂金属负极材料表面枝晶生长机理以及表面特性、电化学性质对枝晶生长的影响机理。首先基于相场法建立了锂枝晶生长模型,并通过实验验证了模型的准确性;然后结合数学模型和电化学实验,研究了枝晶初始成核间距、表面能各向异性强度、界面电化学驱动力等因素对锂枝晶生长的影响规律。结果表明:小的初始成核间距和低界面能各向异性强度均可降低负极锂金属沉积表面粗糙度,从而抑制锂枝晶生长;锂枝晶生长受界面电化学驱动力影响,降低成核过电位可有效抑制锂枝晶生长。

锌-空气电池的枝晶生长机理及抑制

由于锌-空气电池拥有较高的理论能量密度(1086 W·h/kg)以及阳极活性物质锌具有丰富易得、成本低等优点而成为广受关注的二次电池。但锌-空气电池的锌阳极还存在枝晶生长、形变、析氢自腐蚀等问题,特别是锌枝晶生长对锌-空气电池的循环寿命影响较大。本文首先基于电化学相场理论建立锌-空气电池枝晶生长模型,并应用模型研究充电时间、各向异性强度及电解液温度对锌枝晶形貌和生长高度的影响规律。最后设计了提升电解液温度、流动电解液、脉冲充电等实验来验证理论模拟。结果表明:锌枝晶的生长主要受扩散和传质过程控制,抑制锌枝晶生长的最佳电解液温度为343.15 K,最佳电解液流速为40mL/min,最佳脉冲充电方式为静置5 s、正向脉冲10 s、静置5 s、反向脉冲10 s。

太阳能级多晶硅生产工艺

阐述了挥发性硅化物还原或分解法和冶金级硅精炼法生产太阳能级多晶硅的生产工艺。目前生产多晶硅的主要方法是改良的西门子法,但该方法在降低生产成本上显得力不从心。冶金级硅精炼法是一种制备低成本太阳能级多晶硅的方法,然而该方法不能有效地去除B和P,只能选择B和P含量很少的冶金级硅为原料制备多晶硅。锌还原法是生产低成本太阳能级多晶硅的优势方法,分析表明锌还原法与西门子法相结合不失为生产多晶硅的好方法。

SiCl_4氢化转化为SiHCl_3过程的热力学

应用有关热力学数据研究了与多晶硅主要生产工艺即西门子法相关的"Si-Cl-H"三元系的复杂化学反应,研究SiCl4氢化转化为SiHCl3过程中可能发生的15个反应,给出15个反应的ΔG mΘ—T图;并确定5个独立的反应,给出这5个独立反应的K pΘ—T图;高温时主反应(1)的K pΘ增长较慢,而反应(2)和(5)的K pΘ快速增大,1 373 K时,主反应(1)的K pΘ较小,为0.157 1。进一步研究温度、压强和进料配比n H 2/nSiCl4对SiCl4氢化率的影响,并绘制出SiCl4氢化率随这些因素的变化曲线。结果表明:当压强和进料配比一定时,SiCl4的氢化率随温度的升高先增加后降低;增大压强或增加进料配比n H 2/nSiCl4都会提高SiCl4的氢化率;SiCl4氢化转化为SiHCl3过程的最佳操作条件为温度为1 000℃,压强为0.3 MPa,进料配比n H 2/nSiCl4为4,在此条件下,SiCl4的氢化率为25.78%。

以SiHCl_3和SiCl_4的混合物为原料制备多晶硅热力学

根据相关热力学数据,首先计算并拟合得到Si-Cl-H三元系中气相Cl与H原子的摩尔比(nCl/nH)与反应达到平衡时的气相Si与Cl原子的摩尔比(nSi/nCl)Eq的关系。为了得到合理的SiCl4(STC)和SiHCl3(TCS)的进料配比,详细分析TCS与STC的3种配比(nTCS/nSTC分别为1/4、1和4)时温度、压强以及进料配比对Si沉积率的影响。结果表明:以STC和TCS的混合物为原料时,最佳温度为1400K,压强为0.1MPa。为了保证硅产率达到可工业化生产的35%以上,当原料摩尔比(nTCS/nSTC)为1/4时,原料中nCl/nH为0.055;当原料摩尔比(nTCS/nSTC)为1时,原料中nCl/nH比为0.07;当原料摩尔比(nTCS/nSTC)为4时,原料中nCl/nH为0.09。随着硅原料中TCS所占比例的增大,在较高的nCl/nH下,就可以得到较高的硅产率。最后分析得到:当选定原料配比时,要得到合理的硅产率,所需要控制nCl/nH的范围;当进料中nCl/nH一定时,要得到合理的硅产率,需选择原料配比的理想范围。

SiHCl_3-H_2体系多晶硅化学气相沉积的传递-动力学模型

提出SiHCl_3-H_2体系多晶硅化学气相沉积的传递-动力学模型(TKM),同时考虑传递过程和表面化学反应动力学对硅沉积速率的影响。研究硅沉积过程受表面化学反应速率限制和传递速率限制的边界条件,并且研究表面化学反应速率受氢气浓度限制或SiHCl_3(TCS)浓度限制的边界条件,提出同时受氢气浓度限制和TCS浓度限制的边界条件。为了验证TKM的有效性,应用该模型计算硅棒长度为2 m、硅棒直径为10 cm、气流速度为0.67 m/s、硅棒表面温度为1 398 K、常压(0.1 MPa)条件下,不同H_2/SiHCl_3配比下的硅沉积速率。研究结果表明:通过TKM的计算结果与Habuka所测得的实验数据比较,相对误差为3.6%(小于10%),表明该模型准确可靠。

锌还原法制备多晶硅的热力学

对锌还原法过程进行了热力学分析,研究硅的产率与压强、温度以及物料配比的关系,并给出硅的产率随着压强、温度和物料配比的变化图,确定该生产过程中主要副反应。最后确定锌还原法的最佳操作条件为温度控制在1 200 K左右、常压、物料配比n(Zn)/n(SiCl4)=3。在此条件下,硅的理论产率为86.6%。

改进的准正规溶液模型

基于亚正规溶液模型和准正规溶液模型组合得到改进的准正规溶液模型,将正规溶液模型的参数Ω表示为浓度和温度的函数,需要2个温度下组元活度的实验数据拟合出模型的3个参数.应用该模型计算了6个全浓度二元熔渣体系,平均相对误差在5%以下,与实验数据吻合;4个存在饱和浓度的二元熔渣体系,平均偏差较大,与实验数据吻合不好,但与正规溶液模型比较,计算结果较优.

优化浮选条件提高铝电解废旧阴极浮选指标

以含碳36.1%的废旧阴极为研究对象,对影响浮选效果的磨矿粒度、矿浆浓度及浮选及转速进行了研究,获得了最佳浮选条件。最佳浮选条件为:磨矿粒度为-200目占90%,矿浆浓度为25%,浮选机转速为1700r/min。通过改善浮选条件,碳精矿品质得到了改善,其碳品位提高了5.40;电解质精矿品质得到了改善,其碳含量降低了0.26,电解质回收率提高了4.58。

浮选法分离铝电解废旧阴极中的碳和电解质

通过元素分析和显微结构分析检测了使用寿命不同的三种废旧阴极SPL1(1016天)、SPL2(1560天)和SPL3(1936天),结果表明废旧阴极使用寿命越长,碳含量越低,电解质在碳基体中的渗透情况越复杂,嵌布粒度越细。浮选实验采用煤油为捕收剂,碳进入泡沫相,而电解质留在矿浆中。浮选过程中,磨矿粒度为-200目占90%。实验结果表明,废旧阴极使用寿命越长,分选效果越差,建议对废旧阴极按照使用寿命进行分类堆存,并优化浮选条件和药剂制度,从而改善低碳含量废旧阴极的分选效果。

高钛渣氧化焙烧热力学分析

通过高钛渣高温氧化焙烧试验,研究焙烧前后物相结构转变与化学组成变化,并对高温氧化焙烧过程中高钛渣各组分的化学行为进行热力学讨论。结果表明:在1 000℃条件下氧化焙烧,黑钛石相与锐钛矿大部分发生晶型结构变化,转变为金红石型TiO2。探索高钛渣氧化焙烧的热力学规律,为火法处理高钛渣提供理论依据,对于改造传统处理高钛渣工艺具有重要的意义。

等离子喷涂铝电解可湿润TiB_2阴极涂层研究进展

铝电解工业越来越多的采用石墨阴极,石墨阴极具有良好的导电性能,但石墨不被铝液湿润且和铝液形成Al_4C_3,导致铝电解槽运行寿命短。可湿润TiB_2涂层阴极因节能和延长槽寿命能够给铝电解工业带来显著效益。等离子喷涂是一种高效、灵活的沉积涂层的方法,能够在形状复杂或大表面积的基体上沉积金属间化合物、陶瓷或复合材料,涂层厚度可从数微米到数毫米。等离子喷涂制备可湿润性TiB_2涂层阴极是可行有效的方法,本文评述了等离子喷涂制备可湿润TiB_2阴极涂层的研究进展,简述了等离子喷涂工艺受到的影响因素(包括粉末性质、基体表面形貌和焰流性质)和涂层与基体材料结合的机制(包括机械结合、冶金结合和物理结合),分析和讨论了TiB_2粉末制备、基体预处理、等离子喷涂工艺参数、涂层显微结构和性能等。最后,指出了等离子喷涂制备可湿润性TiB_2涂层阴极工艺将来研究需要解决的几个关键问题。

西门子法生产多晶硅过程中尾气的分离及综合利用

综述了多晶硅生产过程中尾气的分离方法,经过精馏分离后副产物中SiHCl3、HCl和H2可循环利用。并介绍了SiCl4和SiH2Cl2的处理方法,通过分析前人所做的结果发现:副产物SiCl4可用锌还原法进行处理,这样就形成西门子法与锌还原法相结合生产多晶硅的合理方法,既能降低成本,又能回收利用SiCl4,且能完全闭路循环;SiH2Cl2可用来进一步制备多晶硅。

石油焦添加碳酸钠煅烧脱硫试验研究

采用添加碳酸钠煅烧脱硫的方法,研究了石油焦添加碳酸钠在高温下煅烧脱硫的过程中煅烧温度、煅烧时间、碳酸钠添加量和原料粒度对脱硫效果的影响,采用SEM对脱硫前后石油焦表观形貌进行分析并对其反应过程进行热重差热分析。研究结果表明:在粒度为-200目的石油焦中添加15%的碳酸钠置于900℃温度下煅烧90 min时石油焦脱硫效果最好,脱硫率可达63%。

工业硅生物质球团的制备研究

本实验以洗精煤、木炭粉、石油焦、微硅粉为原料，生物质采用水稻秸秆，研究了NaOH溶液浓度、成型压力、生物质含量、以及秸秆长度对生物质球团性能能够的影响，并与市购R粘结剂制备的球团性能进行比较。实验结果表明，最佳工艺条件为：NaOH溶液浓度为3.6mol／L，成型压力为35Mpa，生物质含量为2.5％，秸秆长度为2.0-2.5cm。此工艺条件下，制备的生物质球团湿球抗压强度为4489.8N，干球抗压强度为7991.4N，抗碎率为82.22％，热强度为86.11％，孔隙率为25.00％。与R粘结剂制备的球团相比，除孔隙率降低外，其它性能均有所提高。

复配捕收剂在铝电解废旧阴极浮选当中的应用

对于低碳含量铝电解废旧阴极,单一烃类捕收剂不能取得令人满意的浮选指标,煤油和轻柴油的选择性较差,汽油的捕收能力差。本文将选择性好的汽油与捕收能力强的煤油和轻柴油分别按一定比例配成复配捕收剂,发现75%汽油+25%煤油(质量分数)的配比下,复配捕收剂可以获得良好的浮选指标。1粗1扫2精中矿顺序返回闭路浮选试验表明,采用75%汽油+25%煤油复配捕收剂与传统捕收剂煤油相比,浮选精矿碳回收率基本相同,品位提高6.79,浮选尾矿电解质回收率提高5.63。

高纯二氧化硅制备的研究

本文介绍了国内外制备高纯二氧化硅的现状,研究了在硅石制取高纯二氧化硅过程中,压力与温度对硅石浸出过程的影响,酸种类和螯合剂对产品纯度的影响,以及酸度、陈化条件对二氧化硅粒度的影响。实验表明:在最佳工艺条件下,可制得纯度为99.9604%,平均粒度为18.37μm的二氧化硅。

NiO/Fe_2O_3湿式行星球磨中的噪声能消耗与效率(英文)

研究NiO/Fe2O3湿式混合与球磨过程中的噪声能消耗、球磨效率及二者之间的关系。结果表明,球磨工艺的最佳工艺参数为:填水率64.10%85.47%,小/大球个数比360/20,球磨机转速300.9 r/min,填粉率约10.88%,填球率20.53%23.88%,球磨时间6 h。引入离散元法（DEM）分析球磨过程中噪声能消耗与球磨效率之间的关系,得到噪声能消耗与填球率关系的经验方程。研究表明粉体的平均粒度随着噪声能的消耗而减小,而球磨效率和球碰撞能的利用率则随着噪声能消耗的增加而减小。