基于产物形貌的超声波辅助置换除铜的机理研究

本文开展了超声波辅助硫酸锌溶液净化除铜实验,分析了超声波对于锌置换净化溶液除铜强化机理。研究采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、ImageJ等技术对置换产物层微观形貌和分布进行表征,并用等离子体发射光谱仪对不同净化阶段的溶液进行铜离子浓度分析。结果表明,超声波对于置换法溶液净化除铜的强化作用受其强度的影响。低强度超声波(500W)对界面产物的影响较小;而高强度超声波(2000W)能够显著影响固体产物层微观形貌和分布,强化固体产物层中的扩散过程,产生的热效应还有利于提高置换反应效率。高功率超声波导致类球形小颗粒在锌表面不连续分布,增大了两相接触面积;同时在固体产物层中形成贯通孔,减少溶液在固体产物层中扩散的结构阻力。

CaCl_(2)-CaF_(2)-CaO三元体系的相图计算

基于Calphad方法,首先对CaCl_(2)-CaO、CaCl_(2)-CaF_(2)和CaO-CaF_(2)体系进行了系统的热力学评估和优化。采用置换溶液模型来描述液相和固溶体相的吉布斯自由能,所有中间相因其固溶区域十分有限而近似处理成准化学计量比化合物,且其自由能依据Neumann-Kopp规则定义。其次,利用Muggianu溶液几何模型将优化获得的所有子二元系的模型参数扩展至CaCl_(2)-CaO-CaF_(2)三元体系。最后,对共晶点进行配样和差示扫描量热法(DSC)测试,通过引入三元交互参数使计算结果与试验数据一致,从而获得了一套自洽的CaCl_(2)-CaO-CaF_(2)三元体系热力学数据库。

含钛复合矿选择性提取制备钛合金

采用固体透氧膜(solid oxygen-ion membrane,SOM)熔盐电解法,对含钛复合矿直接脱氧并选择性提取钛合金.经过X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和能量分数X-射线(energy dispersive X-ray,EDX)分析,结果表明:从含钛高炉渣中可以直接提取出Ti5Si3合金粉末,并可有效去除金属杂质Ca,Mg,Al;从钛铁矿中可以直接提取出TiFex合金.最后,对电解脱氧过程进行讨论分析.

攀枝花含钛高炉渣直接制备钛合金

采用固体透氧膜（SOM）法研究直接电解攀枝花含钛高炉渣制备钛硅合金。以经过1150℃预烧2h成型的攀枝花含钛高炉渣为阴极,以氧化锆管内碳饱和铜液为阳极,将两者置于CaCl2熔盐中,在1100℃、电解电压3.5～4.0V的条件下高温熔盐电解2～8h。采用SEM、EDX和XRD等方法对电解产物进行分析。结果表明：含钛高炉渣电解还原后的产物为TixSiy系合金,含钛高炉渣中钙、镁和铝等金属元素被有效去除。

富氢气基还原钛铁矿及其气相组分的耦合作用

利用大载荷热重分析仪、质谱仪、碳分析仪、SEM和XRD测定不同还原条件下钛铁矿(FeTiO3)气基还原产物的质量损失率、钛和镁元素分布、微观结构及物相组成,研究富氢气体还原钛铁矿过程中各气体组分间的耦合作用机制。结果表明:在氢气还原过程中金属铁在颗粒外层聚集,并伴随着钛和镁两种元素的聚集形成致密层;富氢气体还原则不形成相应的致密层,金属铁以细小颗粒状较均匀地分布在颗粒内部,钛和镁也较为均匀地分散在整个颗粒内部。此外,富氢气体中的CO能在金属铁的表面形成一定量的表面碳,并能将H2O分子重新还原为氢气,从而提高了氢气在还原过程中的利用率。

中国镍矿资源现状及技术进展

详细论述了中国镍矿资源的储量及分布情况,对硫化镍矿及氧化镍矿的利用技术进行了全面分析。概述了当前不同镍矿资源的处理工艺及进展,并对具有发展前景的工艺技术进行详细的阐述和分析。指出中国在目前的镍矿资源形式下进行镍矿利用技术研究的重要意义,为以后镍矿资源的综合利用和处理工艺的研究提供参考。

钛铁矿(FeTiO_3)粉末的氧化过程中的物相转变、微观形貌及其氧化机制(英文)

探讨钛铁矿氧化过程中的物相转化、形貌改变及其氧化机理。在700～800℃时,钛铁矿(FeTiO3)转变为赤铁矿(Fe2O3)和金红石(TiO2),当温度高于900℃时,三价铁板钛矿开始形成。原始的钛铁矿粉末呈现顺磁性,但是经过中温(800～850℃)氧化后,氧化产物呈现弱铁磁性。同时,讨论钛铁矿的氧化机理。通过对微结构的观察,发现在中温氧化过程中颗粒表面出现大量微孔,其在氧化过程中能够强化氧的传质。

攀枝花钛铁矿的氢气还原动力学（英文）

采用TG、XRD和SEM等分析手段，系统研究了900~1050°C条件下攀枝花钛铁矿的氢气还原过程。结果表明：在900°C恒温还原过程中，还原产物为铁和金红石，当温度高于1000°C时，亚铁板钛矿开始形成。在还原过程中，元素镁会逐渐富集并影响金属化过程。同时，讨论了局部化学反应和相关的还原动力学过程，反应控速步骤为扩散过程。由计算可知，在所选实验条件下，氢气还原攀枝花钛铁矿的表观活化能为117.56kJ/mol，高于合成钛铁矿还原过程中的表观活化能。

透氧膜法由SiO_2直接制备Si

为改变硅生产工艺高污染、高能耗的现状,研究了在CaCl2熔盐中利用固体透氧膜法(SOM)直接电解SiO2制备单质Si,考察了电解电压、电解时间、熔盐温度等参数对电解效果的影响,采用电子扫描显微镜和X射线衍射分析了电解产物形貌及相组成.结果表明:1100℃熔盐中,3.5 V电压下电解2 h,可制得纯Si,电流效率为89%,能耗为15 kW.h/kg;电解中间产物相分析表明,电解过程中有CaSiO3生成,CaSiO3脱氧生成Ca、Si;相比FFC法,SOM法可缩短50%反应时间,因此具有更好的工业化应用前景.

富氢气体直接还原铁矿石及其碳沉积行为

焦炉煤气改质后可用于生产直接还原铁,为炼钢提供优质的原料.利用热重分析法,研究了H2与CO物质的量比(H2/CO)、温度对铁矿石球团矿还原速率及其碳沉积速率的影响.实验结果表明:H2的还原能力大于CO,且随着混合气体中H2含量的增加,铁矿石球团矿的还原速率增大;当H2/CO比大于8/2时,增加H2含量对还原速率影响减小;在铁矿石还原后期出现碳沉积,且碳沉积速率随着H2含量的增加而减小;低温易于碳沉积,但当温度高于850?C时,碳沉积得到抑制.

熔盐电解制备难熔金属及合金的回顾与展望

难熔金属及合金的制备一直以来是一个耗能、复杂且困难的冶金及材料制备过程。如何从复杂高熔点金属氧化物矿物中直接提取获得高价值金属及合金,是新时代冶金及金属材料制备领域的研究重点和难点之一。近年发展起来的新熔盐电脱氧技术,可望对这一困境带来解决途径。笔者对"传统"熔盐电解法制备难熔金属进行了回顾,分析其面临的难题;对Fray-Farthing-Chen(FFC)剑桥法为代表的新熔盐电脱氧方法进行介绍,并重点介绍和展望了本课题组改进的固体透氧膜(SOM)法在该领域的发展和前景。

多重短程有序准化学模型:有序原子对的对立与统一

在准化学模型框架下,假设有序原子对同时具有可区分与不可区分的双重属性,首先构造了双重短程有序准化学模型,然后讨论了该模型所能满足的各类理论极限.经总结提炼,提出了有序原子对的对立统一理论.基于该理论,进一步将双重短程有序准化学模型做了一般化推广,开发了多重短程有序准化学模型.该模型能够有效描述二元熔体中存在多重短程有序构型时的热力学行为.选取了至少存在两重短程有序构型的Bi-K熔体来检验模型的合理性和可靠性.结果表明,除配位数外,只需4个模型参数就能合理再现该二元熔体所有的热化学数据.

黄铜矿在氨水-氯化铵溶液中的界面反应（英文）

对黄铜矿在氨水-氯化铵溶液中的反应界面进行研究。利用X射线光电子能谱分析(XPS)技术对黄铜矿反应界面进行表征。研究发现,覆盖在黄铜矿基底之上的反应界面钝化层由表层的铁氧化物以及被其覆盖的硫化铜组成。黄铜矿结构中的铁离子存在优先溶解现象,形成钝化层中的硫化铜或CuFe_(1-x)S_2。当表层铁氧化物层逐渐自发剥离后,硫化铜层成为新的钝化层。由硫化铜层表面S^(2-), S_2^(2-), S_n^(2-), S^0和SO_4^(2-)等组分含量推算硫化铜的组成。提出黄铜矿在不同p H和氧化电位条件下的氧化和钝化机理。最后,建立黄铜矿界面三步反应模型,剖析钝化层的形成及转化机理。

焦炉煤气二氧化碳重整制合成气中La_(0.6)Sr_(0.4)Ni_xCo_(1-x)O_3钙钛矿催化剂的合成、表征和催化性能研究（英文）

采用溶胶凝胶法制备了La0.6Sr0.4NixCo1-xO3钙钛矿催化剂,并测试了该催化剂在焦炉煤气CO2重整反应中的性能.通过X射线衍射、N2吸附脱附、程序升温还原、扫描电镜、透射电镜和热重-微分扫描量热等方法对催化剂进行了表征.结果表明,溶胶凝胶法合成的La0.6Sr0.4NixCo1-xO3催化剂形成了钙钛矿结构的固溶体.着重考察了钙钛矿催化剂焙烧温度和A位Ni的掺杂含量对其催化性能和反应后积碳的影响.结果表明:La0.6Sr0.4NixCo1-xO3钙钛矿催化剂在反应中生成了活性金属Ni,Co颗粒和La2O2CO3,这些组分对催化剂的活性和稳定性起关键性的作用,并且能够抑制积碳的形成;焦炉煤气中的富氢气体具有抑制甲烷裂解反应发生的作用,从而减少催化剂的积碳.

离子液体在湿法冶金浸出和电沉积中的应用进展

离子液体具有溶解性好、导电性高、电化学窗口宽、热稳定性和化学稳定性好、可反复利用及易再生等优良的物理化学性质,在有机合成、分离、电化学、催化、冶金、核能循环利用以及纳米材料等诸多领域得到了广泛应用.特别是离子液体的引入能够使冶金反应在低温下进行,降低能耗且减少污染,因此这种新型"绿色"溶剂在冶金领域具有很大的应用潜力.本工作综述了离子液体在湿法冶金中的研究及应用现状,重点介绍了以离子液体为介质溶解金属及其氧化物、浸出复杂矿物及电子废弃物和电沉积制备多种金属及其合金的研究进展,并展望了离子液体在冶金领域的发展前景.

黄铜矿在硫酸溶液中的浸出及电化学氧化机制

通过加压氧化和电化学氧化方法研究了黄铜矿在硫酸溶液中氧化浸出的反应机制。采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和拉曼光谱对黄铜矿表面氧化产物的形貌和化学组成进行了分析。加压氧化试验结果表明:在pH=3的硫酸溶液中,黄铜矿表面发生钝化,钝化层由Fe2O3、FeOOH及贫铁硫化物(CuFe1-xS2或CuS2)组成。当浸出液pH=0~1时,铁的氧化物溶解,铜蓝(CuS)和单质硫(S0)成为新的钝化层。电化学氧化试验结果表明:黄铜矿在酸性介质中的氧化可以分为3个阶段:当阳极极化电位低于0.75V(vs.SCE)时,黄铜矿表面生成了贫铁硫化物,对其进一步氧化起钝化作用;当电位在0.8~1.0V范围时,贫铁硫化物被氧化成铜蓝和单质硫,组成新的钝化层;当电位高于1.05V时,硫元素被氧化成+4或+6价的氧化态进入酸性介质中。

CaCl_2-NaCl熔盐中电解氧化物制备Ti-Ge金属间化合物（英文）

采用电解脱氧工艺,以不同比例的TiO2和GeO2混合物为前驱体,在电压为3.0 V、温度为800°C的电解条件下,制备Ti-Ge(TixGey)金属间化合物。在同样电解条件下,以5TiO2-3GeO2或5CaTiO3-3GeO2为前驱体时,均可电解得到Ti5Ge3金属间化合物。获得的电解产物表现出相对均匀的晶粒结构。此外,初始原料(TiO2/GeO2)的摩尔比对最终电解产物有非常大的影响。根据实验数据,详细阐述电解脱氧制备TixGey金属间化合物的相关反应机理。结果表明,电解脱氧工艺是一种环境友好的制备TixGey金属间化合物的方法。

电化学方法制铁研究的进展

传统的钢铁生产工艺能耗高、二氧化碳排放量大。电化学法炼铁的生产效率高,将电化学炼铁技术与新能源技术相结合,可实现零碳排放炼铁。电化学技术在生产高纯和超高纯铁基合金方面也具有独特的优势。随着现代高新技术的发展,高纯铁的需求量越来越大,电化学法炼铁的前景也愈加广阔。从高温熔盐(熔融氧化物)和低温水溶液电化学两个方面概述了国内外电化学制铁技术的进展。阐述了用不同电化学方法制铁的优缺点。展望了电化学冶炼技术的发展方向。

固体透氧膜(SOM)法由SiO_2电解制备多晶硅

Si对太阳能以及光伏行业的发展具有重要战略意义,因此被广泛地研究和应用。利用固体透氧膜(solid oxide oxygen ion-conducting membrane,简称SOM)法在CaCl_2熔盐中对SiO_2直接电解制备多晶硅进行了深入研究。结果表明,不同压片压力及烧结温度会对阴极片电解过程产生影响。0.3g SiO_2粉末在2 MPa下压制成型并于900℃下烧结4h后,在1 000℃施加4.0V进行熔盐电解2h能得到纯多晶硅,电流效率为82.3%。电解反应过程包含SiO_2→Si和SiO_2→CaSiO_3→Si两条反应路径。

SOM法从Co_3O_4制备金属Co

金属Co因其特殊的物理化学性质而被广泛研究及应用。利用固体透氧膜(solid oxygen ionic membrane,简称SOM)法对Co3O4直接电解制备金属Co进行了研究,并考察了压片压力、烧结温度以及电解时间对实验的影响。结果表明,压片压力越大,烧结温度越高,阴极片孔隙率越小。同时随着压片压力的增大,电解产物中Co颗粒尺寸减小。2 g的Co3O4粉末经过10MPa压制成型并于900℃下烧结4 h后,在1 000℃下经4 V的电压电解2 h即可得到纯的金属Co。