粒径可控球形TiO2的制备

在正丙醇与水的混合溶剂体系中以Ti(SO4)2为前驱物制备得到了粒径分布窄,分散性好的球形TiO2.对表面活性剂种类及用量,反应物浓度及焙烧温度和时间等影响因素进行了研究,结果表明,在正丙醇与水的体积比为1∶1的条件下,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,温度为70-90℃时可制得粒径分布窄、分散性好的高质量的球形TiO2颗粒.通过TG-DSC、SEM、XRD等分析表明,颗粒粒度大小及粒径分布受表面活性剂浓度和反应前驱物浓度影响大;物相间的转化主要由焙烧温度和时间来决定.并引入LaMer模型对颗粒形核、长大的过程进行理论说明.

水解制备球形TiO_2及其水解过程动力学

以硫酸钛(Ti(SO4)2)为前驱物水解得到超细球形TiO2.研究了水解过程中前驱物浓度和体系温度对水解速率的影响,并对实验值进行了拟合,得到水解TiO2的质量分数与水解时间呈良好的指数关系,根据Avrami方程进一步验证了拟合的可靠性.分析了水解介质的影响作用,确定介电常数和zeta电位也是影响水解速率的重要因素,因此可通过改变溶剂成分来调节介电常数和zeta电位,从而达到控制Ti(SO4)2水解速率的目的.实验结果表明,Ti(SO4)2水解制备TiO2的过程中,较低的前驱物浓度,较高的水解温度和合适的溶剂体系有利于得到粒径分布窄、分散性好的TiO2.

电解TiO_2提取钛的研究进展

自剑桥大学DJFray等人发表以TiO2直接电解提取钛(即FFC法)的论文后,研究由氧化物直接电解制取钛成为热潮。根据国内外已发表的相关研究论文,结合重庆大学的研究成果,对电解法制取钛的研究进展进行简要总结。

电化学直接还原TiO_2制取金属钛的研究

通过在阴极制备工艺、电解槽设计及熔盐预处理等方面的改进,电化学直接还原TiO2得到了纯度较高的金属钛.采用配有X光电子能谱仪(XPS)的扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、化学分析等方法对电化学还原样品进行分析,确定TiO2阴极的还原是由表及里、由高价到低价再到金属进行的.对还原过程分析表明:反应器内副反应的发生是影响还原过程电流效率低的主要因素.并探索性地提出了提高电流效率的几条途径.

熔盐电解制备钛及钛合金研究进展

熔盐直接电解钛氧化物制备金属钛及其合金的机理至今仍是研究热点,目前主要存在两种解释:一是阴极氧化物得到电子,氧离子化后进入溶液,进而在阳极以气体的形态放出,而钛留在阴极;另外,熔盐中的Ca2+在阴极得到电子后生成金属钙,金属钙进一步还原钛氧化物得到金属钛。本文主要就近年来围绕两种机理展开的研究进行归纳总结,并在文献和实验的基础上通过能斯特方程计算推导钒钛磁铁矿直接熔盐电解制备钛合金的可行性,为实现经济、简洁的钛合金生产提供借鉴。

微波辅助条件下单分散球形TiO_2的制备

以微波作为热源,在正丙醇与水的混合溶剂体系中水解制备粒径分布窄、分散性好的球形TiO2。主要对前驱物浓度、微波功率、微波加热方式及溶液的pH值等对制备颗粒的影响作用进行实验研究,结果表明在正丙醇与水体积比为1∶1的条件下,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂、在较短的微波加热时间内可制得粒径分布窄、分散性好的高质量球形TiO2颗粒;颗粒粒度大小及粒径分布受微波加热方式、前驱物浓度及pH值的影响较大,而微波加热功率相对其他因素来说影响较小。

钛金属制备方法的研究

阐述了创新性的融盐电解二氧化钛制备钛金属的工艺及原理，分析了几种融盐电解法各自的特点，指出了融盐电解TiO2法在工业应用中存在的问题。

工业钛液直接水解制备球形二氧化钛

以工业钛液为原料,聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,在正丙醇和去离子水的混合溶剂中水解制备得到了粒径分布窄、分散性好的球形二氧化钛。通过对表面活性剂浓度、溶液pH值和水解时间等影响因素的研究,得到了高品质球形二氧化钛制备的最佳条件。实验结果主要以扫描电镜和X-ray衍射分析直观的表现出来。结果表明在正丙醇和去离子水体积比为1∶1的混合溶剂中,适量的表面活性剂、较高的pH值及一定的水解老化时间是制备球形颗粒的必要条件。

水解工业TiOSO4制备球形TiO2

在水和正丙醇的混合溶剂体系中水解工业TiOSO4成功制备得到了球形TiO2,制得的二氧化钛具有粒径分布窄、分散性好的优点。对制备得到的TiO2进行XRD、SEM、FT-IR、EDS和TG分析,结果表明溶剂配比和表面活性剂的浓度对制备颗粒的粒径分布窄、分散性有非常大的影响。通过调节焙烧温度可得到纯度较高的不同晶型的TiO2。

高炉回旋区影响因素的冷态模型研究

以重钢5号高炉实际尺寸和操作参数为基础,假设回旋区内的流动为气固两相流动,且气相流动为粘性不可压缩流动,根据相似理论建立了高炉回旋区三维冷态实验模型,分析了回旋区形成机理的影响因素。结果表明:鼓风量、料层属性、料层高度以及风口直径对回旋区大小和形状均有影响。随着鼓风量的增大,回旋区深度和高度均不同程度的增加,当风量过大时,回旋区炉料上浮,椭球形的回旋区形状不再存在。回旋区高度随料层高度的逐渐增加而减小。风口直径对回旋区穿透深度的影响较其对高度的影响明显。

熔盐电解钛精矿制备钛铁合金的脱氧历程

以攀枝花地区的钛精矿为原料通过CaCl2熔盐电解工艺直接制备FeTi合金。主要通过不同时间间断实验对电解过程进行跟踪,结果表明以钛精矿为原料电解制备FeTi合金的过程中首先得到金属铁和钙钛矿,然后是钙钛矿电解得到钛的低价氧化物,最后是钛的低价氧化物电解得到钛和形成FeTi合金,通过阴极失重实验验证了分段反应的结论。最后对钙钛矿的形成机理进行了实验研究,得到CaTiO3形成有两个途径:(1)熔盐参与反应,并且是主要成因;(2)熔盐CaCl2水解得到CaTiO3。

固体储氢材料研究进展

氢能作为一种极具发展潜力的清洁能源受到了越来越多的关注,而开发利用氢能的关键是解决氢气的储存问题。传统的高压气态储氢安全性差、储氢量小;低温液化储氢不仅需要高绝热的储存罐,而且储氢能耗很高。由于固体储氢材料能够很好的解决这些问题,成为了目前储氢技术研究的主要方向。目前主要的固体储氢材料有合金储氢、碳质储氢和络合物储氢,重点讨论了各类固体储氢材料的储氢原理、特点、研究现状及待解决的问题,并指出了其发展方向。

真空碳热还原-酸浸含钛高炉渣制备TiC分析

含钛高炉渣中含有20%30%的TiO2,是一种附加值较高的二次资源,但在综合利用过程中存在氧化物还原难度大,硅钛难分离,二次污染严重等问题。基于热力学理论基础,采用真空碳热还原联合酸浸工艺处理含钛高炉渣制备TiC。结果表明：真空有助于钛氧化物彻底还原,可实现渣中硅钛彻底分离,减少酸耗量,降低二次污染。真空碳热还原联合酸浸工艺处理含钛高炉渣（TiO2含量23%左右）制备TiC的最佳条件为：炉渣粒度200目,还原温度1 673K,渣碳质量比100∶38。

钒钛磁铁矿提钒新工艺研究

中国对钒钛磁铁矿中钒的利用仍然存在着诸多难题,特别是对于低品位的矿石,传统的高炉-转炉工艺更加难以实现对钒的高效提取利用。针对其钒钛磁铁矿的利用问题,开展了新工艺的探索,通过竖炉煤基还原-电炉熔分工艺进行铁钒分离,从而实现钒资源的综合高效利用。实验结果表明,最佳工艺参数为1 050℃条件下竖炉煤基还原11.5h,海绵铁的金属化率为93%,钒的还原率能够控制在3.5%以下;还原过程中加入3%的硼砂添加剂可以明显改善海绵铁的金属化率,使其提高到98.16%;样品中心部位铁的还原程度要优于边缘部位。

Al_(2)O_(3)对高炉渣物化性能影响的理论分析

随着优质铁矿资源的消耗,钢铁企业可利用的铁矿原料品位逐渐降低。因此,高铝质铁矿资源越来越受到钢铁企业的关注,但高铝原料在高炉冶炼过程中会带来渣铁黏稠、炉温偏低、冶炼安全等一系列问题。本研究中采用FactSage热力学软件分析Al_(2)O_(3)质量分数对高炉渣平衡物相、熔化温度、相析出温度的影响以及高铝渣液相区变化和黏度变化,旨在为高炉冶炼高铝原料提供一定的基础支撑。研究发现:炉渣为低铝(5%~10%)含量时,随着Al_(2)O_(3)含量增加,炉渣熔化温度升高,析出相为黄长石相和纯物质相,高炉渣黏度变化不大,炉渣中SiO_(2)含量高,炉渣黏度过高,不适合高炉冶炼;炉渣为中铝(10%~15%)含量时,随着Al_(2)O_(3)含量增加,炉渣熔化温度升高,析出相为尖晶石相、黄长石相和纯物质相,高炉渣黏度增加幅度略有提高,Al_(2)O_(3)含量对高炉渣性质影响较小,增加炉渣二元碱度对炉渣黏度降低效果较明显;炉渣为高铝(15%~30%)含量时,随着Al_(2)O_(3)含量增加,炉渣熔化温度升高,析出相为尖晶石相、黄长石相和纯物质相,高炉渣的黏度增加速度加快,黏度增加速率为0.011 Pa·s/%。为保证炉渣固相析出温度和黏度满足正常高炉冶炼需求,应调整MgO/Al_(2)O_(3)在0.4~0.5,调整二元碱度R_(2)范围为1.1~1.3,中性气氛下可以适当增加TiO_(2)质量分数到5%左右。

含锌废料处理工艺研究进展

镀锌工业和钢铁工业产生的含锌废料,具有量大、锌含量差别大、有价金属种类繁杂的特点。目前,处理含锌废料的方法主要分为火法和湿法,得到金属锌锭、锌粉或者各种含锌的化工产品。本文归纳总结了火法和湿法处理钢铁厂含锌废料的工艺流程及其设备,在此基础上进行了火法、湿法联合处理锌灰实验研究,研究结果表明联合处理钢铁厂含锌废料可大大提高锌的回收率。

熔盐电解制备金属钛工艺研究进展

熔盐电解法制备钛是钛工业发展一直以来探索寻求突破的主要新工艺。近年来,熔盐电解工艺引起了国内外研究者的高度关注,笔者就当前金属钛制备主要电解工艺(FFC剑桥法、OS法和USTB法)的研究进展进行概述,重点对各工艺的过程、原理及特点进行对比分析。基于目前各工艺研究现状,对各工艺的优缺点进行了对比,并讨论了熔盐电解制钛工艺实现工业化面临的问题。

二元碱度对含钛高炉渣结晶过程的影响研究

在Factsage热力学计算基础上,借助高温共聚焦显微镜进行了二元碱度对含钛高炉渣结晶行为影响的研究。热力学计算表明:在低碱度的含钛渣中,钛组分以TiO_2的形式富集,TiO_2的结晶温度约为1 160℃;高碱度时富集于钙钛矿。CSLM实验结果表明:炉渣碱度对钛组分的富集路径有影响。当1 100℃等温冷却,碱度为0.6时,二氧化钛富集于钛铈钙矿,该物相晶体呈现细小的针状,不利于后续的分离处理;当碱度为0.8时,二氧化钛富集于扁平的榍石中,该物相平均尺寸为径长250μm,但是抛磨后成不规则条状,晶体尺寸仍然很小,与其他物相共生。

沸腾氯化过程中C和CO分别与Cl2在TiO2(100)表面的吸附结构及电荷属性分析:第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,构建C和CO分别与Cl2在金红石TiO2(100)面共吸附模型,预测了氯化过程中的吸附结构及其电荷属性。之后,对吸附结构的吸附能、电荷密度、差分电荷密度和态密度等进行计算分析,研究了吸附结构的稳定性及原子间的电荷分布。发现C和CO均能促使Cl2在TiO2(100)表面发生吸附反应,且C更有利于促进吸附反应的发生。结果表明:Cl2分子单独在TiO2(100)表面吸附的过程为物理吸附,C和CO分别与Cl2同时在TiO2(100)表面吸附的过程均为化学吸附。

Al_(2)O_(3)对高炉渣性能和结构的影响及其应用

为了解决高铝矿高炉冶炼时炉渣流动性差、渣铁难分、软熔带透气性变差等问题,基于邯钢高炉炉渣成分变化区间,结合理论计算和试验,研究了Al_(2)O_(3)含量对炉渣成分、性能的影响,获得了炉渣中Al_(2)O_(3)质量分数为15%~18%时适宜的镁铝比(w(MgO)/w(Al_(2)O_(3)))和二元碱度调控区间,并将研究结果用于指导邯钢高炉高铝矿冶炼。研究结果表明,在Al_(2)O_(3)质量分数由15%增加到16%过程中,炉渣黏度随炉渣结构复杂化而逐渐增加,当温度为1500℃时炉渣黏度一般小于0.4 Pa·s,不会影响高炉正常冶炼;当Al_(2)O_(3)质量分数由16%增加到17%时,由于炉渣结构不断复杂化以及高熔点镁铝尖晶石相的析出,造成炉渣黏度陡增,此时炉渣二元碱度为1.25~1.30,渣中镁铝比为0.4~0.6,能够保证邯钢2号、8号高炉的炉况稳定和冶炼指标。当Al_(2)O_(3)质量分数为17%~18%时,炉渣中析出相未发生变化,但炉渣结构聚合度进一步增加,导致炉渣黏度和熔化性温度继续升高,此时将炉渣二元碱度降低为1.15~1.19,镁铝比为0.51~0.61,可满足邯钢高炉正常冶炼和指标稳定的需求。最后,对比了2021年国内主要的3000 m3级左右高炉的冶炼指标,邯钢是当前大高炉高比例冶炼高铝铁矿最稳定的企业之一,实现了对经济高铝原料的连续稳定冶炼,对业内大高炉实施高铝矿冶炼有一定借鉴意义。