低温碱浸高钛渣脱硅去除钛合金中的Ti_(5)Si_(3)相

利用低温碱溶液及熔体浸出对两种不同的高钛渣进行脱硅,研究温度、时间及氢氧化钠溶液浓度对脱硅率的影响。熔体除硅可导致高钛渣中的钛损失。用4 mol/L的氢氧化钠溶液浸出高钛渣,在温度为80℃、搅拌速率为600 r/min及保温时间为300 min的条件下,国内高钛渣中硅含量由0.96%(质量分数)降低至0.29%(质量分数),脱硅率为69.8%。在相同条件下,进口的高钛渣中硅含量由1.11%(质量分数)降低至0.12%(质量分数),脱硅率为89.2%。对采用镁还原高钛渣得到的合金粉末进行烧结,制备钛合金,并对合金进行表征。结果表明,钛合金中的Ti_(5)Si_(3)相已成功去除,此外,对两种高钛渣原料进行对比分析,并利用热力学软件对脱硅原理进行分析。

氢气辅助镁还原制备低氧氢化锆粉

锆金属在核工业及能源领域发挥着重要的作用,但锆氧之间具有很强的亲和力,使锆金属难以经济有效地生产,粉末冶金方法制备锆金属可以实现锆金属的近净成形制备,锆粉可通过氢化锆粉脱氧制备而成。本文提出了一种在氢气辅助下镁还原制备高纯ZrH_(2)粉末的新工艺,并分析了氢元素的强化脱氧作用。在750℃、240 min条件下Ar和H_(2)气氛中镁还原制备的ZrH_(2)粉末氧含量分别为3.05 wt%和1.03 wt%。对氢还原后的粉末进行脱氧,获得平均粒度为89.01μm、氧含量为0.0047 wt%的氢化锆粉末。透射电镜测试结果表明,与氩气气氛还原粉末相比,氢气条件下的粉末表面钝化层厚度从8.51nm减小到2.76 nm。热力学计算表明,H元素可以使Zr金属发生相变,降低Zr-O固溶体的稳定性,提高镁的脱氧能力。

真空冶金法处理脆硫铅锑矿分离铅锑的新工艺研究

本文从理论上简单分析了采用真空冶金法处理脆硫铅锑矿分离铅与锑新工艺的可行性,并对该新工艺中影响铅与锑分离效果的温度、时间等因素进行了讨论。试验研究表明采用真空冶金的方法处理脆硫铅锑矿可以实现铅与锑的一步分离,获得高质量的铅精矿和锑精矿。对比目前主流处理方法可以看出该新工艺可以缩短整个处理流程,提高资源的利用,符合低碳、高效冶炼金属的要求。

脆硫铅锑矿的分解行为研究

研究脆硫铅锑矿在真空条件下的热解行为,对真空冶金法处理脆硫铅锑矿具有重要意义。本文采用实验研究的方法,对各个条件下脆硫铅锑矿真空炉热解产物的物相结构和主要金属元素含量进行了分析,研究结果表明,脆硫铅锑矿(Fe Pb4Sb6S14)在真空炉内较低温度下会发生分解,当温度达到500℃时已经完全分解。分解产物Pb S、Sb2S3、Fe S在实验条件下较稳定并不会发生分解,他们的优先挥发次序依次为:Sb2S3、Pb S、Fe S。

低价氧化铝真空碳热氯化反应机理研究

为研究低价氧化铝、三氯化铝以及碳在真空下反应的机理,对该反应进行热力学计算,计算结果表明反应在1760K,60 Pa的条件下可以进行。采用基于密度泛函框架下的第一性原理平面波赝势法,计算得到Al2O与C、Al Cl3与C以及Al2O与Al Cl3和C的稳定结构。并用从头算分子动力学的方法模拟了它们在1760 K,60 Pa的条件下的反应过程,结果表明Al2O、Al Cl3分别在C(001)表面时,Al2O更容易发生解离,同时在C表面时Al Cl3会先发生离解,最后有吸附态的Al Cl分子和CO分子生成。

真空冶金法处理脆硫铅锑矿铅、锑、铁挥发控制条件的实验研究

简单分析了"烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法"处理脆硫铅锑矿存在的问题,并对真空冶金法处理脆硫铅锑精矿铅、锑、铁挥发控制条件进行了实验研究,研究结果表明:在蒸馏温度为1523 K、蒸馏时间为60 min的条件下,脆硫铅锑精矿的挥发百分含量约为77%;精矿中铅、锑的挥发百分含量在99%以上;精矿中铁基本不挥发,富集于残留物中;残留物主要物相为FeS。

脆硫铅锑矿精矿真空蒸馏过程中元素分布规律的研究

主要从实验角度研究了脆硫铅锑矿精矿的基本挥发规律,探讨了主要元素Sb,Pb,Zn,Fe在真空蒸馏过程中在残留物中及挥发物中的分配情况。实验结果表明：593 K时脆硫铅锑矿精矿开始挥发,593~1023 K脆硫铅锑矿精矿挥发较慢,1073 K开始挥发量急剧增加,当温度为1473 K脆硫铅锑矿完全挥发。元素铁基本不挥发;当温度为1023~1173 K时,元素锑挥发剧烈,之后升高温度对于元素锑的挥发几乎没有影响;当温度为1473 K时,锑在从残留物中的质量已经降低至0.002 g,挥发率高达99.99%;当温度为1123 K时,元素铅在残留物中的质量为23.15 g,挥发率为11.17%,当温度上升至1223 K时,元素铅的质量降低至0.009 g,挥发率为99.96%;当温度为1223~1323 K时,元素在残留物中的质量由7.17缓慢减小至5.18g,因此挥发率出现一个平稳段,继续升温锌开始剧烈挥发,1423 K时,锌几乎完全挥发。因此元素锌的挥发是影响脆硫铅锑矿精矿挥发的最重要因素。

真空蒸馏分离脆硫铅锑精矿中闪锌矿的实验研究

提出了一种利用真空蒸馏从脆硫铅锑精矿中分离闪锌矿的方法,从理论上分析了闪锌矿与脆硫铅锑精矿分离的可行性并开展了实验研究。理论计算结果表明,Sb2S3,PbS,ZnS和FeS在实验温度范围内挥发性依次减弱且不会分解。对实验样品采取化学分析及X射线衍射和能量色散谱物相分析,探究蒸馏温度和保温时间对闪锌矿分离富集效果的影响,分析结果表明,通过真空蒸馏脆硫铅锑精矿的方法可以实现闪锌矿与其他硫化物的分离和富集,在温度为1073~1573 K,随着蒸馏温度和保温时间的增加,锌的富集比出现先增加后稳定的趋势,蒸馏温度的对闪锌矿分离的影响大于保温时间。当保温时间为1.0 h,蒸馏温度为1473 K,系统压力为50 Pa时,锌以闪锌矿形式存在于冷凝盘中,锌含量高达66.32%,接近于纯硫化锌中锌的含量66.67%。该方法为脆硫铅锑矿的冶炼提供的新方法,同时为含有闪锌矿的其他矿物提取闪锌矿提供了新思路。

脆硫铅锑矿真空蒸馏富集Sb_2S_3的实验研究

从理论上分析了真空蒸馏脆硫铅锑矿富集Sb_2S_3的可行性并展开了实验研究,对实验样品进行元素成分分析和物相分析,探究蒸馏温度保温时间等因素对富集Sb_2S_3的影响,实验研究结果表明,通过真空蒸馏的方法可以实现脆硫铅锑矿中Sb_2S_3的富集,获得高质量的Sb_2S_3,随着温度的升高,锑元素的挥发率不断增加,但冷凝物中锑含量先增加后减小。通过对比确定实验最佳蒸馏温度为973 K,保温时间为30 min,Sb_2S_3的挥发率高达92.84%,锑的含量高达68.47%。对比目前主流处理技术,该方法可以缩短锑冶炼现有工艺流程,提高资源利用率,减少环境污染。

氢气辅助镁还原-烧结制备Zr-2.5Nb合金

传统的克劳尔方法制备锆铌合金存在工艺流程长、易被杂质元素污染等问题。本文提出一种利用氢气辅助镁还原-压制烧结直接制备锆铌合金的新工艺。以Zr-2.5Nb为目标合金,在氢气气氛下利用镁粉还原金属氧化物Zr O2和Nb2O5的混合物,成功制备出氧质量分数低至0.038%的Zr-2.5Nb氢化合金粉末,之后对制备出的合金粉末进行冷等静压-烧结,制备Zr-2.5Nb合金。对制备出的合金粉末的元素含量、形貌及粒度进行了分析,探究了烧结温度对合金性能的影响。结果表明:合金粉末中Nb质量分数为2.29%,平均粒度为61.88μm。当烧结温度为1400℃时,合金产品致密度和硬度分别达到最大,分别为95.36%和250.3 HV,合金的压缩强度在1300℃时达到最高值1059 MPa。制备出的合金硬度和压缩性能均满足美国工业核级锆合金标准。

高钛渣还原的氢化钛合金粉一步烧结制备高强钛合金

提出一种直接利用高钛渣制备高强钛合金的方法。先用镁粉还原高钛渣制备氧含量为1.3%(质量分数)的合金粉末,再将合金粉末在600 MPa压力下压制成小圆柱体,最后在氩气下烧结成钛合金产品。对还原粉末进行表征,研究烧结温度对烧结合金的烧后密度、抗压强度、显微组织和硬度的影响。结果表明,随着烧结温度由900℃升高至1200℃,钛合金的密度增加,孔隙率降低,实现较好的烧结致密化(1100℃为98.65%,1200℃为99.41%),在1100℃时硬度达到HV 655.7,压缩强度为1563 MPa。

氧化物直接还原制备低氧Ti-6Al-4V合金粉末及其耦合反应机理

通过两步还原金属氧化物制备低氧Ti-6Al-4V合金粉末。第一步利用镁粉做还原剂,在750℃下使氧化物中的氧含量从40.02%降低至2.47%;第二步利用钙粒做脱氧剂在900℃使粉末中的氧含量降低至0.055%。产物中Ti、Al、V元素的含量分别为90.12%,5.57%和3.87%。在还原脱氧过程中引入热处理步骤,减小比表面积和孔隙率对氧含量的影响。探究了热处理温度对粉末孔隙率的影响。实验表明,1300℃的热处理温度可以使钛铝合金粉末实现致密。热力学计算和实验结果均表明,合金粉末产物中的物相为α-Ti(含Al元素)和β-Ti(含V元素),未形成Al-Mg和Al-V合金相。该方法为制备低氧钛合金粉末提供一种新思路。

硫化锑真空挥发动力学研究

在系统压力较低的条件下,以分析纯硫化锑为原料,利用自制真空失重设备,采用恒温失重法研究了硫化锑挥发动力学。理论分析表明,硫化锑较易挥发,其过程符合液态挥发模型,真空挥发的控制步骤为液面蒸发;试验结果表明,在试验条件范围内,随着蒸馏温度的升高,其挥发速率呈逐渐增大趋势,而随着系统压力的升高,其挥发速率呈逐渐减小趋势;且系统压力一定时,温度恒定则挥发速率常数为一定值,挥发规律遵循零级反应动力学特征;通过分析失重数据,拟合出硫化锑在系统压力为20 Pa条件下的挥发速率方程,计算了表观挥发活化能值为57.6 kJ/mol,获得了实验温度范围内的蒸发系数,其值均较小,且随着蒸馏温度的升高,其值更小。

氮化铝真空热分解反应机理研究

为了研究氮化铝真空热分解反应机理,对该反应进行真空条件下热力学计算,结果表明反应在1960~2360 K,60Pa的条件下可以进行。利用基于密度泛函框架下的第一性原理平面波赝势法,对氮化铝真空热分解反应在1960~2360 K,60Pa的条件下分别进行了5 ps动力学模拟,并对模拟得到的Al N（1010）的结构、分波态密度和差分电荷密度进行计算和分析。模拟结果表明,部分Al-N键发生断裂,表面第一、二层间的Al-N键先发生断裂,然后是表层中的Al-N键断裂,有单质Al和Al-Al键的生成。

小综述:通过材料回收实现金属增材制造的循环利用

增材制造是一种新兴的废物排放接近于零的生产技术,它被公认为是一种绿色清洁的生产工艺,具有降低生产成本和能耗的潜力。但是增材制造的原料成本和增材制造的零部件成本通常比较高,严重阻碍了增材制造,尤其是金属增材制造的进一步工业应用。循环金属增材制造的概念涉及到金属原料和零部件的回收利用,从而实现真正的零废物产生和最大程度的能量节省。本文综述了通过循环利用增材制造过程中的金属原料和金属零件形成循环的金属增材制造技术。活性金属,例如钛,在粉末处理和生产过程中很容易被污染,本文详细介绍了钛材增材制造过程中金属钛的综合利用。

氧化物直接还原制备低氧Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末

以TiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Nb_(2)O_(5)和Cr_(2)O_(3)粉末混合物为原料,通过镁还原和钙脱氧,成功制备出氧含量低至0.0572%、粒径<150μm的高纯度Ti-48Al-2Nb-2Cr合金粉末。详细分析了每一步产物的物相组成及元素分布。结果表明,最终粉末产品的物相为γ-Ti Al和少量α_(2)-Ti_(3)Al相,Ti、Al、Cr、Nb的原子比为49.73:43.51:2.05:1.98,Ti、Al、Cr、Nb均匀分布于粉末产品中。借助HSC化学热力学软件及Pandat软件下的Ti合金数据库,模拟研究了还原和脱氧机理。

镁还原高钛渣直接制备钛合金粉的工艺研究

高钛渣是钛矿经过电炉熔炼后二氧化钛含量高的富集物,含有少量Fe,Si,Cr,Al,Mn等元素,通常被用于硫酸法和氯化法生产钛白粉。本文提出利用镁粉还原高钛渣直接制备钛合金粉末的新思路,采用还原-热处理-脱氧三步过程实现制备低氧钛合金粉末。以某冶炼厂的高钛渣为原料,分别在Ar和H_(2)气氛,温度为750℃下,利用Mg粉还原高钛渣,考察了氩气和氢气下还原产品的元素含量变化,对还原后的产品进行900~1200℃、Ar条件下的热处理,以减小孔隙率对氧含量的影响。结果表明,Ar气氛下还原产品形貌不规律,孔隙率高,需要更高的热处理温度才能降低孔隙率,H_(2)气氛下的还原产品形貌密实规整,孔隙率低。利用Mg粉对氢气还原后的热处理产品进行深度脱氧。结果表明,第一步还原后,Ar和H_(2)条件下产品的氧含量分别为4.320%和0.960%。对氢气条件下的热处理产品进行深度脱氧后得到了氧含量为0.047%的氢化钛合金粉末产品,产品的主要物相为TiH_(1.924)及含有少量的HFe_(2)Ti,Ti_(5)Si_(3)H_(0.9)和Cr_(1.8)TiH_(5.3)。本研究为高钛渣的综合利用提供一种新的思路。