侧重实例解析与科研思维能力培养的《计算机应用课程》教学改革与实践

《计算机应用》是西安建筑科技大学资源循环科学与工程专业开设的通识拓展选修课,旨在通过理论教学与实践操作训练,使学生掌握计算机科学基础知识和必要的专业软件应用方法。针对现有教材和教学体系存在偏重理论、与专业结合紧密型不强、实践性不强的问题,本文从课程体系优化、实践能力培养、线上教学和课程过程考核等四个方面开展教改实践。结果表明:,这种侧重实例解析与科研思维能力培养的新教学模式对于学生专业能力的提升具有显著的效果。

悬浮态磁化焙烧菱铁矿粉料试验研究

对粒度为40—60μm的大西沟菱铁矿粉料进行悬浮磁化焙烧试验，研究了焙烧温度、焙烧时间和焙烧气氛对焙烧产品质量的影响规律。结果表明：温度是焙烧的主要影响因素，焙烧温度越高，达到最佳焙烧效果所需的时间越短。随着焙烧气氛中氧含量的增加，焙烧产品将因氧化而导致质量逐渐变差。在菱铁矿完全分解之前，FeCO3的分解程度是焙烧效果的主要影响因素，延长焙烧时间对提高焙烧产品质量有利；在菱铁矿完全分解之后，氧化程度是焙烧效果的主要影响因素，延长焙烧时间会使焙烧产品质量下降。大西沟菱铁矿粉料在氧含量为1．05％的弱氧化气氛中于800℃或850℃下悬浮磁化焙烧1min，可获得磁选精矿铁品位不低于58．21％、铁回收率不小于79．39％的焙烧产品。

磷石膏脱水反应动力学研究

利用Netzsch STA 409PC型TG-DSC同步热分析仪,在升温速率分别为2.5,5.0,10,20℃/min的条件下对磷石膏脱水进行测试,研究其动力学和反应机理。结果表明,磷石膏脱水分为2步进行,产物分别是CaSO4.0.5H2O和CaSO4。2步脱水都遵循Avrami-Erofeev方程,脱水速率受晶核的形成及生长控制,活化能分别为97.67 kJ/mol和92.63 kJ/mol。利用得到的动力学方程对磷石膏在不同温度下的脱水过程进行模拟计算,结合工业上采用磷石膏制备建筑石膏的工艺和控制问题进行了讨论和分析。

水泥分解炉中石灰石分解特性的数值研究

通过建立石灰石悬浮态分解的数学模型,并结合水泥工业预分解炉的实际情况,系统分析了温度、CO2含量、粒径和气流速度等因素对石灰石分解的影响.计算结果表明,对于粒径小于65μm的颗粒,其反应过程受化学反应控制,随着粒径的进一步增大,传质因素的影响逐渐变得严重.温度是分解的首要影响因素,CO2含量和颗粒粒径的影响随着温度的升高迅速减弱,气流速度对分解的影响则可以忽略.分解反应后期进行缓慢,在低温(T<900℃)下,入窑分解率一般控制在85%左右较为合适.这些结论对工业分解炉的设计和操作有一定的指导意义.推导出的公式可以计算各种条件下石灰石的分解时间.

热重-差示扫描量热-傅里叶变换红外光谱联用技术检测水泥生料基固硫剂的气体释放特征

采用热重-差示扫描量热-傅里叶变换红外光谱联用技术进行在线检测,对水泥生料基固硫剂煅烧过程的气体释放特性进行研究。在热重-差示扫描量热综合热分析仪上模拟煅烧过程,通过傅里叶变换红外光谱法鉴别气体产物成分。结果显示:水泥生料基固硫剂中在35~1 450℃煅烧过程中主要释放二氧化碳、水、二氧化硫气体,共发生四步反应。第一步反应为吸附水解吸附和石膏脱结晶水,水积分流量峰值为121.56,154.72℃,总失重为3.19%;第二步反应为矿物相中结晶水的脱除,失重为0.29%,水积分流量峰值为423.83℃;第三步反应为碳酸钙分解,失重为24.40%,二氧化碳气体积分流量出现最大值为818.87℃,在819.54℃水积分流量峰出现最小值;第四步反应为硫酸钙分解,共失重1.83%,二氧化硫气体积分流量在1 415.69℃出现释放最大值。

磷石膏悬浮态脱水试验研究

在温度140～200℃、固气比Z 0.03～0.36内,对磷石膏进行悬浮态脱水试验,研究了温度和固气比对脱水过程和产品物相组成的影响规律。结果表明,磷石膏在脱水过程中,二水石膏首先脱水生成β-半水石膏,β-半水石膏进一步脱水生成无水石膏。在停留时间一定的条件下,提高温度对脱水起促进作用,增大固气比则使脱水程度降低。存在最佳的温度和固气比范围,在此范围内能获得以半水石膏为主的产品。结合工业生产实际,对悬浮态工艺条件下建筑石膏的生产控制方法进行了讨论。

高硫铝土矿非等温分解动力学研究

高硫铝土矿资源利用的前提是脱硫,开展高硫铝土矿焙烧反应动力学研究是焙烧脱硫技术开发的基础。在N_2+O_2混合气氛中,对贵州高硫铝土矿进行非等温热分析和红外联用分析试验,通过TG、DTG和FTIR分析高硫铝土矿的热分解反应的种类、反应过程和主要特征,采用Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger法、一般积分法和Satava-Sestak法求解反应机理、活化能和指前因子。研究结果表明:高硫铝土矿煅烧过程中主要包括脱羟、脱碳和脱硫三类化学反应。脱羟反应主要是铝土矿和高岭石的脱水,发生的温度范围为400～600℃。脱碳反应主要是有机碳的燃烧和方解石的分解,对应的温度范围分别为400～600℃和700～860℃。脱硫是黄铁矿的分解产生的,对应的温度范围是400～580℃。主要煅烧反应过程符合随机成核与生长机理,机理函数为A3/2,平均表观活化能为197. 05 kJ·mol^(-1)。

水泥生料基固硫剂密实态和分散态的反应特性研究

采用STA-FTIR联用方法研究水泥生料基固硫剂在密实态和分散态下的反应特性。通过TG与DSC、释放气体产物及流量变化进行定量表征,探讨了水泥生料基固硫剂在热过程中的反应机理。结果表明,水泥生料基固硫剂的反应分为4个阶段,但密实态和分散态下的反应特征存在明显的差异。第1阶段是石膏脱水,密实态下脱水温度比分散态略低;第2阶段是粘土中矿物质结晶水的脱除,分散态下可以检测到水蒸气的释放,而密实态则不明显;第3阶段是石灰石分解生成活性氧化钙,分散态下分解温度比密实态的明显降低;第4阶段是CaSO4的分解,分散态下的分解温度比密实态要高,含硫矿物的热稳定性更好。水泥生料基固硫剂在分散态下具有CaO形成温度低、硫酸盐分解温度高的特点,比密实态的固硫效果更好。

工业炉条件下石灰石分解特性的数值研究

在石灰石悬浮态分解数学模型的基础上,结合水泥工业预分解炉的实际情况,系统分析了温度、CO2 含量、粒径和气流速度等因素对石灰石分解的影响。计算结果表明,对于粒径小于70 μm的颗粒,其反应过程受化学反应控制,随着粒径的进一步增大,传质因素的影响逐渐变得严重。温度是分解的首要影响因素,CO2含量和颗粒粒径的影响随着温度的升高迅速减弱,气流速度对分解的影响则可以忽略。分解反应后期进行缓慢,在低温(T<900℃)下,入窑分解率一般控制在85%左右较为合适。这些结论对工业分解炉的设计和操作有一定的指导意义。本文推导出的公式可以计算各种条件下石灰石的分解时间。

基于线上线下混合式教学方法的材料工艺设计课程实践

《工艺设计》是材料科学与工程专业开设的必修类专业实践课,也是培养学生综合利用专业知识解决实际问题的技术规范类课程,对本专业学生创新能力和专业技能的培养有不可替代的支撑作用。本门课程在实际教学中普遍存在专业基础知识相对薄弱、工程设计能力培养不足、课时少并且缺乏系统性教学体系等问题,使学生无法在课程教学和实践中达到理想的效果,进而制约了课程对学生专业能力培养的效果。针对本门课程在教学过程中存在的问题,通过线上线下混合式教学方法分别对教学形式、教学内容、技术规范、实践指导等多方面进行教学改革。教改后的教学实践表明,基于线上和线下混合式教学体系和方法有效扩展了课程的教学内容的广度和深度,弥补了现有教学方法的不足,显著提升了教学效果,促进了学生专业能力的提升。

磷石膏与纯石膏脱水反应的动力学对比研究

对磷石膏与纯石膏脱水反应的动力学对比进行了研究。利用同步热分析仪分别测试了磷石膏和纯石膏的脱水过程,采用热重数据计算动力学参数。结果表明:磷石膏和纯石膏脱水都分为两步进行,第一步生成半水石膏,第二步生成无水石膏;两步脱水反应都符合Avrami-Erofeev方程,反应速率受晶核形成和生长速率控制;磷石膏两步脱水活化能分别为97.67,92.6 3kJ·mol-1,纯石膏对应的活化能是94.56,79.05kJ·mol-1。

悬浮态磁化焙烧菱铁矿及冷却条件对产品的影响

针对传统的堆积态菱铁矿焙烧工艺具有气固接触面积小、能耗大、矿石质量不均匀、容易产生“过烧”和“欠烧”的缺点，开展了悬浮态磁化焙烧细粒菱铁矿的试验，研究了不同冷却条件对焙烧产品的影响。研究结果表明，冷却速度是影响焙烧矿质量的重要因素，将焙烧矿在空气中快速冷却可跳过500～400℃相变激烈区，减小氧化程度，获得良好指标。

高硫铝土矿悬浮态焙烧脱硫

采用自主开发的高固气比悬浮焙烧-快速冷却装置对贵州地区硫质量分数为1.35%的高硫铝土矿进行850kg/h规模的焙烧脱硫实验。探讨悬浮态焙烧对脱硫过程和焙烧矿的影响规律。对硫物相和XRD谱进行分析。研究结果表明：悬浮态低温焙烧可实现高硫铝土矿的快速脱硫,升高焙烧温度有利于提高脱硫率;硫化物型硫的残留量降至0.08%（质量分数）之后,脱硫过程趋于完成;FeS_2脱硫反应伴随着金属氧化物吸收SO_2的反应,细颗粒对SO_2具有更强的吸收能力;高硫铝土矿粉料在悬浮炉内的有效停留时间约2 s,焙烧炉内温度控制在610~640℃,焙烧矿中硫化物型硫质量分数可以降低到0.16%以下。低温闪速焙烧-冷却使得偏高领土呈高度无序的非晶相结构,相对于原料中的一水硬铝石,焙烧矿中的α-Al_2O_3晶体得到细化,有利于Al_2O_3的溶出。

分散态磁化焙烧—磁选回收某金尾矿中的铁

采用分散态磁化焙烧—磁选方法对某金尾矿中含量为27.26%的铁进行回收试验,着重考察了焙烧时间、磁场强度、分散剂(六偏磷酸钠)用量、絮凝剂(油酸+煤油)用量对精矿铁品位和回收率的影响。试验结果表明:将原料于850℃和CO所占气体体积分数为2%的气氛中分散态磁化焙烧5 min,对得到的焙烧矿在磁场强度为111.44 kA/m、分散剂和絮凝剂掺量分别为2.50和5.64 kg/t的条件下进行1次弱磁选,可以获得品位为57.15%、回收率为81.43%的铁精矿。

高硫铝土矿悬浮态焙烧及焙烧矿的溶出性能

为了验证高硫铝土矿悬浮态焙烧工艺及装置的可靠性和长期稳定性,为工业生产线的设计提供必要的工艺和设备结构参数,在基础研究和中试条件试验的基础上,以黔北地区全硫（ST）质量分数1.93%的一水硬铝石型高硫铝土矿为原料,进行750 kg/h规模的连续性验证试验。研究结果表明：悬浮炉内轴向温度650~460℃,粉料在炉内有效停留时间约3 s,所得焙烧矿中硫化物型硫的平均质量分数为0.05%,ST质量分数小于0.3%。在溶出温度260℃、溶出时间60 min、石灰添加量9%、苛性碱质量浓度236 g/L、溶出液Na和Al分子比1.50的条件下,焙烧矿相对溶出率接近99.5%,相对于原矿,溶出效果得到提高。

菱铁矿热分解动力学研究

菱铁矿具有热分解特性,在一定温度与气氛条件下,经焙烧后放出CO2气体,并生成强磁性的磁铁矿,利于弱磁选富集.用TG和DTG(热重法和微商热重法)研究了大西沟菱铁矿的热分解过程,判定了发生热分解反应的温度范围,分析了热分解反应的动力学行为,采用微分法计算了大西沟菱铁矿的热分解动力学参数,并判定热分解过程所符合的动力学模型,用多种积分方法和非等温线性拟合法对计算结果进行了验证.结果表明:大西沟菱铁矿的热分解反应温度较低,在400-600℃之间.热分解过程符合F1模型.

高硫铝土矿分散态焙烧脱硫实验研究

为了探索高硫铝土矿在稀相反应器中的焙烧脱硫特性,自制了一种模拟悬浮态的分散态焙烧炉,在焙烧炉中对贵州某地的高硫铝土矿进行焙烧脱硫处理,考察了焙烧温度、焙烧时间对脱硫率的影响,通过对脱硫率和脱硫速率的分析,探讨了高硫铝土矿的焙烧脱硫机理。结果表明,分散态焙烧可以实现高硫铝土矿的高效脱硫,能够在短时间内快速脱除大部分硫,脱硫率达到80%左右以后,升高温度或延长焙烧时间对脱硫率的提高影响甚微;焙烧温度650℃、焙烧时间120s时,可以实现75.91%的脱硫率,焙烧矿中的S为0.36%,能够满足我国氧化铝工业的生产要求。

磷石膏与纯石膏脱水反应的TG、DSC表征与分析

测试了磷石膏和纯石膏的脱水的TG、DTG、DSC对比分析二者的脱水特性。结果表明,磷石膏和纯石膏脱水的相似点是脱水都分为两步进行,为吸热反应,产物分别是Ca SO4·0.5H2O和Ca SO4;纯石膏脱水的起始反应温度和DTG峰值温度都低于磷石膏,失重率都高于磷石膏,说明磷石膏脱水要比纯石膏脱水相对困难一些;纯石膏较磷石膏脱水反应历程短,峰较尖锐,峰值温度略低;特征温度点随升温速率的增加而升高。

南川地区高硫铝土矿稀相输送床焙烧特征

在稀相输送床焙烧装置中对全硫质量分数为1.35%的高硫铝土矿进行焙烧脱硫,通过对焙烧前后铝土矿中硫物相、矿物组成、微观和宏观结构及氧化铝溶出效果的分析,探讨焙烧温度对脱硫效率和焙烧矿加工性能的影响规律。结果表明:输送床低温焙烧可实现高硫铝土矿在数秒内快速脱硫,输送床中含水矿物的脱水反应进程明显滞后于脱硫反应进程,与堆积态热分析结果有明显区别;FeS_(2)脱硫反应伴随着Fe_(2)O_(3)吸收SO_(2)的反应,高温又使得硫酸盐分解;输送床快速焙烧-冷却方式大幅度增加了焙烧矿的比表面积,同时使Al-O矿物微晶尺寸细化,有利于Al_(2)O_(3)溶出;在试验设定的焙烧温度范围内,温度与脱硫率、Al_(2)O_(3)溶出率正相关;综合考虑焙烧能耗和焙烧矿的溶出性能,高硫铝土矿的焙烧温度宜选取在600℃左右,硫化物型硫质量分数可以降低到0.01%,氧化铝相对溶出率可以达到99%以上。

不同条件下旋风预热器压降的试验

在不同温度、风速和固气比条件下对旋风预热器的压降进行了测试。结果表明压降随着温度的升高,先增大后减小,大约在200～400℃之间出现最大值;压降随风速的提高而增大;压降随着固气比的增大先减小后增大,大部分在Z=1.5～2.0之间出现最小值。