基于JmatPro软件的TA15钛合金设计与实验

利用JmatPro软件计算了不同典型合金元素含量下TA15钛合金的相图和力学性能,明确了典型合金元素对TA15钛合金相变点、拉伸性能影响规律。研究表明:Al能提高合金的相变温度和强度,V、Mo降低了合金相变温度,但具有一定固溶强化作用,Zr对相变温度影响不显著,但对提升合金强度有利。基于优化后的成分配比,制备了Φ105mm×6mm规格的TA15钛合金无缝管并对组织和力学性能进行分析。结果表明,TA15无缝管具有双态组织,室温抗拉强度为998 MPa,延伸率17.5%;500℃高温抗拉强度可达715.5 MPa,这说明该TA15无缝管兼具了良好的室温韧塑性和高温性能。

基于CFD-DEM耦合模拟的侧喷吹管道减磨弯头流动特性分析

为实现煤粉颗粒在管道和喷枪内的稳定可靠输送和精确喷吹,以气固两相物料在弯头内的流动特性为对象,采用计算流体力学与离散元耦合(CFD-DEM)方法对普通弯头、T型弯头、堵塞型弯头、球型弯头内颗粒运动情况进行分析,研究发现:颗粒流经三种减磨弯头时速度会出现显著的下降,同时还会引起显著气流速度和压强的波动,上述现象以T型弯头最为显著;减磨弯头通过颗粒床中颗粒-颗粒碰撞减小颗粒对管壁的冲击,三种减磨弯头中颗粒-颗粒碰撞次数与碰撞法向力均较高,可能引发喷吹物料流动的紊乱。

侧喷吹减磨弯头磨损特性的CFD-DEM仿真分析

为实现煤粉颗粒在管道和喷枪内的稳定可靠输送和精确喷吹,明确不同类型弯头的磨损特性,基于Archard磨损模型采用计算流体力学与离散元耦合(CFD-DEM)方法,对普通弯头、T型弯头、堵塞型弯头、球型弯头处的颗粒切向速度分布和磨损特性进行分析。研究发现:T型弯头磨损区域主要集中在颗粒床靠近弯头出口的下方,堵塞型弯头磨损区域主要集中在弯头凸棱处且磨损区域面积较小,球型弯头磨损主要集中在颗粒首次冲击区域;堵塞型弯头均布碰撞强度最大,但磨损区域较小弯头凸棱处的磨损点较为集中;堵塞型弯头最大磨损量增速最高,球型弯头最大磨损量增最小。

铜阳极泥选冶联合工艺有价金属走向考察及改进建议

铜阳极泥是资源综合回收的优选对象,分析各有价金属的分散情况对后续的回收有着指导性的方向作用。铜阳极泥选冶联合工艺较为成熟,具有不断外延拓展金属回收的空间。针对4000 t铜阳极泥物料的生产数据,考察了该工艺有价金属的走向,统计分析了金、银、硒、碲、铅、锑、铋、铜等在工艺流程中的分布率,摸清了有价金属主要分散情况。分析表明,金、银、硒、碲最大的分散点均为浮选尾矿,分别占分散总量的67%、37%、34%、58%,确定为重点管控对象。并结合统计分析结果对提高金、银、硒、碲回收率及铅、锑、铋、铜的回收提出了改进建议。

赤泥输送埋地管道应力分析及选材优化

为确保氧化铝生产中的赤泥输送管道安全、可靠和经济,本文基于AutoPIPE管道应力计算软件,对赤泥输送埋地管道建立模型并计算,对比和分析了多组管道应力计算数据和结果,优化了管道选材和管道布置,管道造价降低约7.5%。

钒页岩晶格特性及钒迁移配位转化机理研究

页岩钒以类质同象的形式受到了铝硅酸盐矿物的强晶格束缚,提取释放非常困难,其转化释放规律已成为困扰钒页岩行业技术开发的重要科学问题之一。本论文聚焦这一科学问题,采用了密度泛函理论从原子尺度深入研究了页岩钒的晶格特性和钒迁移配位转化过程,确定了钒原子的占位取代规律,模拟分析了湿法酸浸过程阴阳离子对云母界面的作用过程,阐明了氢氟离子协同强化云母四面体和八面体溶解破坏机制;同时对比火法焙烧过程高温活化钒原子释放差异,揭示了云母脱羟基结构畸变强化结构氧骨架脱除和钒原子配位溶出机制。研究成果将为钒页岩新一代全湿法技术的开发提供一定的理论指导。

锌对球团矿还原反应的影响

利用浸泡法制得富锌球团矿,测定不同温度下球团矿和富锌球团矿还原失重量随时间变化,建立了球团矿气-固反应的未反应核模型,研究了锌对球团矿还原动力学的影响。结果表明,本实验中,球团矿还原反应控速环节为界面化学反应;球团矿和富锌球团矿的化学反应活化能分别为54.34、54.38 kJ/mol,表明富锌对球团矿还原的阻碍作用十分有限;锌对球团矿还原的影响主要表现在:①表面形成的ZnO壳阻碍球团矿还原,②内部锌蒸气发生循环反应起到催化作用。当温度较低(900℃)时,表面富集的ZnO壳影响大,阻碍球团矿的还原;温度在950~1000℃,锌蒸气催化作用显著,削弱或抵消了ZnO壳的阻碍作用;随着温度继续升高,由于锌蒸气还原FeO反应是放热反应,锌蒸气催化作用降低甚至可忽略不计。

钒化合物作为钒电池电极材料的稳定性及电化学行为研究

钒化合物具有较好电化学活性,有望用于提升钒电池电极电化学活性,但目前对于钒化合物在电解液中的稳定性及电化学行为的研究有待开展。因此,本文利用E-pH图、开路电位法、循环伏安法等方法,研究了V_(2)O_(5)、VO_(2)、V_(2)O_(3)、NaV_(2)O_(5)、VN等钒化合物在酸性电解液中的稳定性及电化学行为。在稳定性方面,结合钒化合物的E-pH图、溶解试验以及开路电位分析,VO_(2)、NaV_(2)O_(5)在钒电池电解液中不稳定,会发生快速溶解;V_(2)O_(5)在钒电池电解液中相对稳定,会发生缓慢溶解;V_(2)O_(3)和VN在钒电池电解液中较稳定,仅发生少量溶解。在电化学行为方面,结合钒化合物在2.0 mol·L^(-1) H_(2)SO_(4)、0.1 mol·L^(-1) V^(3+)+2.0 mol·L^(-1) H_(2)SO_(4)、0.1 mol·L^(-1) V^(4+)+2.0 mol·L^(-1) H_(2)SO_(4)电解液中的循环伏安曲线分析,V_(2)O_(5)、V_(2)O_(3)、VN会在电势0.4-1.5 V发生显著的氧化还原反应,在电势-0.8--0.2 V不会发生明显的氧化还原反应;VN对V^(5+)/V^(4+)、V^(3+)/V^(2+)电对反应具有较好的催化作用,V_(2)O_(3)的催化作用次之,V_(2)O_(5)的催化作用最弱。因此,V_(2)O_(3)、VN可作为V^(3+)/V^(2+)电对反应催化材料用于提高钒电池负极电化学活性,实现钒电池性能的提升。

制造业文化融入高职院校课程思政的探索与实践——以“机械工程冶金材料及热处理”课程为例

课程思政是为全面提升高校思想政治工作质量和“大思政”育人成效而进行的一项重要教育教学改革实践。为匹配机械装备制造业企业对学生的能力与素质需求,提升高职机械装备制造类学生的职业素养,文章融入机械装备制造业进行课程思政教学改革与实践。通过解构机械装备制造业内涵,挖掘行业精神内核,从课程思政顶层设计、团队建设、资源库构建、系统体系设计、教学方法创新、课堂主阵地建设等方面进行深入教学改革与实践,形成了具有“工”字特色的课程思政教学改革实践路径。

熔渣中金属液滴沉降过程流体力学模拟

建立熔炼渣中金属液滴沉降过程的数学模型,研究不同粘性模型下金属/熔渣界面张力对液滴沉降速度以及拖曳力的影响。结果表明:对于较小直径的液滴,Laminar模型和RNG k-ε湍流模型能够准确预测液滴最终沉降速度;界面张力对液滴沉降速度有影响,且影响作用随着液滴尺寸增大而逐渐增大;“RNG+CSS”模型可以准确描述液滴沉降过程和液滴沉降速度的变化。结合数学模型和实验数据,推导出耦合界面张力作用下拖曳力系数计算公式。该模型揭示熔炼渣中金属液滴沉降过程机理,为实际生产中降低渣中有价金属含量提供理论指导。

脆硫锑铅矿熔盐冶炼过程Fe反应行为研究

本文研究脆硫锑铅矿低温熔盐冶炼过程中Fe的反应行为。通过模拟脆硫锑铅矿在Na_(2)CO_(3)-NaCl熔盐体系熔炼过程中的Fe反应过程,采用XRD分析FeS、FeS_(2)与ZnO、碳粉在同一体系熔炼过程中Fe的反应行为,并通过SEM-EDS表征脆硫锑铅矿熔炼得到的铅锑合金表面及断面的Fe元素分布。结果表明:在973 K条件下FeS与ZnO发生置换反应形成FeO,FeS_(2)与Na_(2)CO_(3)反应形成FeS与Na_(2)S;在1 073 K条件下FeS和FeS_(2)与ZnO、碳粉发生还原反应形成单质Fe、Fe_(3)O_4与ZnS;在1 173 K条件下FeS和FeS_(2)与ZnO、碳粉反应产物主要有ZnS、Fe、Fe_(2)O_(3)与Fe_(3)O_4。随温度升高或反应时间延长,FeS和FeS_(2)中Fe元素逐步被氧化为Fe、Fe_(3)O_4、Fe_(2)O_(3);Fe最终主要以熔渣形式从反应系统中排出。本研究可为脆硫锑铅矿在Na_(2)CO_(3)-NaCl体系低温熔炼中研究Fe的反应行为提供科学依据。

独居石碱分解热力学研究

独居石是一种轻稀土含量丰富的磷酸盐稀土矿,热碱浸出法对独居石的分解率可达97%,具有较高的经济效益℃。目前关于独居石碱分解的理论相对较少,缺少对独居石中稀土元素(Ce、Pr、Nd)的转变规律研究。本文通过热力学计算,绘制了25℃与160℃温度条件下碱分解独居石RE-P-H_(2)O体系(RE为La、Ce、Pr、Nd)溶解组分lgc-pH平衡图,并利用热力学平衡相图对碱分解独居石进行分析,结果表明:25℃条件下,在所研究的pH值范围内,LaPO_(4)固相稳定存在的区域为0.08<pH<14.62,REPO_(4)(RE为Ce、Pr、Nd)固相稳定存在的区域为0<pH<14.62;当pH≥14.62时,Pr(OH)_(3)、Ce(OH)_(3)、La(OH)_(3)、Nd(OH)_(3)依次沉淀的pH值为14.62、15.06、15.24、15.46;体系温度升高至160℃后,RE(OH)_(3)初始沉淀pH值降为10.70,沉淀顺序依次为Ce(OH)_(3)、Nd(OH)_(3)、La(OH)_(3)、Pr(OH)_(3)。因此,从理论分析可知,常温常压下可以实现独居石碱分解,高温高压条件对该分解过程有明显促进作用,与现有独居石碱分解工艺相符。

氰化渣磁化焙烧过程中铁化合物反应行为的热力学分析

通过对磁化焙烧过程中氧化铁还原的热力学平衡分析,以及Fe2O3与硅酸钙、铁橄榄石与氧化钙、Fe3O4与二氧化硅反应的热力学分析,研究氰化渣中含铁化合物在磁化焙烧过程中的热力学反应规律。对氰化渣进行焙砂磁选实验研究,采用全谱直读等离子体(ICP)、X线衍射(XRD)、X线荧光(XRF)等方法对氰化渣和焙烧渣进行分析和表征。研究结果表明:Fe2O3在较低温度范围内易被还原为Fe3O4,且CaO与SiO2的物质的量比n(CaO)/n(SiO2)为1:1时,Fe2O3不与硅钙化合物反应,不会造成铁的损失;产物Fe3O4在焙烧炉料中与SiO2不能发生反应,有CO存在时,加入适量的添加剂,亦能够稳定存在;在焙烧过程中加入氧化钙,铁橄榄石中的铁能被取代出来,可以提高磁化焙烧效率,且氧化钙的配入量是影响磁化焙烧效率的重要因素;当n(CaO)/n(SiO2)=1:1,时间为90min,N2和CO的物质的量比n(N2)/n(Co)为4:1,添加1%Na2SO4,温度为880 K时,铁的回收率达到84%,铁精粉中铁品位达到60%,符合工业炼铁的原料要求。实验结果与热力学理论计算结果相吻合。

Al_2O_3在钒钛烧结矿中的行为研究

针对攀钢钒钛烧结矿 Al2 O3含量高的情况 ,在实验室对 Al2 O3在钒钛烧结矿中的行为进行了试验研究。结果表明 ,Al2 O3含量增加对钒钛烧结矿的产量、质量有不利影响 ;钒钛烧结矿中的 Al2 O3主要以固溶体形式赋存于除钙钛矿外的其他矿物相 。

W-Mo-H_2O体系钨钼分离的热力学分析

绘制25℃时W-H2O系、Mo-H2O系以及W-Mo-H2O系中存在的物种随pH值、钨、钼浓度变化的热力学平衡图,并总结其变化规律。热力学分析表明:W-Mo-H2O系中的钨、钼在酸化过程中一般经历从单体离子到杂多酸根离子再到同多酸根离子的转变过程。在pH值为6.5-7.5的范围内,钨转变成聚合离子的程度均高于钼,表明单钨酸根离子的聚合能力强于单钼酸根离子的;而在pH值为3.0-6.5的弱酸性区间内,溶液中形成浓度较高的钨钼杂多酸根离子,这对于钨钼分离极其不利。

NaOH-NaAl(OH)_4-Na_2CO_3-H_2O体系活度因子的计算模型

应用Bromley模型,通过对氢氧化钠、铝酸钠和碳酸钠等溶液体系活度因子的实验数据进行校验与回归分析,获得了各电解质合理的Bromley参数,建立基于Bromley模型的NaOH-NaAl(OH)4-Na2CO3-H2O体系活度因子的计算模型,其适用范围为:质量摩尔浓度分别为m(NaOH)≤8mol/kg,m(NaAl(OH)4)≤3mol/kg,m(Na2CO3)≤3mol/kg且离子强度I≤9mol/kg。使用该模型和Rard方法计算所得水的活度比较结果表明:该模型正确有效,计算精度较高,各电解质的Bromley参数取值合理;该模型也可用于NaOH-NaAl(OH)4-H2O体系活度因子的计算。

基于配位理论的碱性硫脲选择性溶金机理

采用电化学方法研究了金及常见伴生金属元素银、铜、镍、铁在高稳定性碱性溶液中阳极溶解的电化学行为,及碱性硫脲浸金的选择性。结果表明:在最佳溶金电势0.42 V时,金在碱性硫脲溶液的溶解电流密度分别是银、铜、镍和铁的3.4,5.2,27.3和42.6倍;而且碱性硫脲体系进行矿物浸出时金的伴生元素浸出率均小于0.1%,浸金具有显著的选择性。采用配合物的化学键理论、配位理论等分析了碱性硫脲选择性溶金的机理。碱性硫脲溶液中金、银、铜、镍和铁分别以Au(TU)2+,Ag(TU)3+,Cu(TU)42+,Ni(TU)42+和Fe(TU)62+的形式存在,Au(TU)2+中反馈σ—π配键的形成显著增强了其稳定性。配合物Ni(TU)42+和Fe(TU)62+中,由于硫脲分子的特殊性,各配位体间硫原子和氮原子上电子云互相排斥,使其稳定性有所降低。而且碱性硫脲溶液中,Ag,Cu,Ni,Fe易于形成致密的硫化物钝化膜,在一定程度上也阻碍了金属的进一步溶解。

高稳定性碱性硫脲体系对不同类型金矿的适应性

为考察碱性硫脲体系对不同类型金矿浸出的适应性,选用理化性质不同的6种含金物料,分析了其化学组成及矿物物相,并对其浸出行为进行了研究.结果表明,稳定剂Na2SO3和Na2SiO3大大降低了碱性硫脲的分解率,随稳定剂浓度的增大,硫脲分解率逐渐降低;而且Na2SiO3对碱性硫脲的稳定效果明显优于Na2SO3,当Na2SiO3浓度为0.3mol/L时,硫脲的分解率由72.5%降至33.8%.铁氰化钾为适合碱性硫脲浸金的温和氧化剂.碱性硫脲体系中金矿物浸出前后物相基本无变化.所选择的金矿物中均含有大量耗碱物质,使溶液的pH值由12.5很快降至中性,但稳定剂Na2SiO3能维持体系的pH值在12左右,有利于浸出过程的进行.碱性硫脲体系中伴生金属浸出率小于0.1%,浸金具有显著的选择性.碱性硫脲体系适合浸出经预处理的物相主要为SiO2的氧化矿,浸金率高达82.68%,为碱性硫脲成功应用于黄金工业生产提供了一定的理论依据.

真空碳热还原过程中二氧化硅的挥发行为

为了解在真空碳热还原过程中SiO2的还原特性以及还原过程中的主要影响因素,对二氧化硅的还原过程进行热力学分析,得出化学反应自由能和临界温度。在系统压力为2~200 Pa条件下,以分析纯SiO2和Fe2O3为原料,采用XRD,SEM,EDS和化学成分分析等手段,研究Fe/Si摩尔比、配碳量、反应时间、还原剂粒度和升温速率对硅的挥发率和还原反应速率的影响。实验结果表明：在100 Pa条件下,SiO2的临界反应温度为1 330~1 427 K。SiO2发生气化反应生成的SiO气体挥发至石墨冷凝系统歧化生成Si和SiO2,造成硅的损失,且有部分SiO气体和石墨反应生成SiC;增大Fe/Si摩尔比和配碳量以及减小还原剂粒度均降低了硅的挥发率,提高了SiO2还原反应速率;延长反应时间和提高升温速率增加了硅的挥发率。

CaO-B_2O_3-SiO_2-TiO_2系保护渣配位结构的计算模拟

针对新型无氟保护渣CaO-B2O3-SiO2-TiO2四元渣系,采用分子动力学模拟的方法,对该保护渣系的微观结构进行了模拟计算,分析了CaO-B2O3-SiO2-TiO2渣系的配位结构,并考察了TiO2含量对保护渣配位结构的影响规律。研究表明:该渣系中硼的配位结构只存在三配位的三角体和四配位的四面体,而Ti与O之间主要以六配位的八面体结构形式存在;随着TiO2含量的增加,保护渣微观结构中Si、B、Ti的配位形式将发生明显变化,分别向四配位结构、三配位结构及五配位结构转化。