铜阳极泥O_(2)-SO_(2)焙烧定向转化碲物相强化碲浸出

碲是国家战略准金属,全球90%碲产于铜阳极泥,而硫酸化焙烧-碱浸法是我国从铜阳极泥中提取碲的常用工艺,但存在碲浸出率偏低问题。为此,本研究提出采用O_(2)-SO_(2)焙烧法处理铜阳极泥,通过调节O_(2)、SO_(2)分压,精准控制焙烧过程中的氧势和硫势,将铜阳极泥中碲化物高效定向转化为TeO_(2)。首先,对O_(2)-SO_(2)焙烧铜阳极泥的工艺参数进行优化,然后焙砂采用水浸分离铜、再用NaOH(100 g/L)浸出碲;最后,用碲化亚铜代替铜阳极泥对焙烧过程的碲物相转变机制进行研究。结果表明:在O_(2)-SO_(2)气氛中(体积比为7∶3),温度为600℃的条件下焙烧铜阳极泥3 h后,硒挥发率为98.04%,经水浸-碱浸后,碲浸出率为83.69%,实现了硒高效挥发及碲的高效浸出;在焙烧过程中,碲化亚铜先被氧化分解成Cu_(2.86)Te_(2)和CuO,随着温度的升高,Cu_(2.86)Te_(2)继续被氧化分解成CuTe和CuO,最后CuTe被氧化为TeO_(2)和CuO,同时,CuO进一步与SO_(3)反应生成CuSO_(4)。

碱式碳酸钇焙烧制备纳米Y_(2)O_(3)的工艺及动力学研究

针对液相沉淀法制备纳米Y_(2)O_(3)粉体工艺的焙烧过程中粉体易团聚问题,以碳酸钠和碳酸氢钠混合沉淀剂沉淀获得的纳米碱式碳酸钇为对象,系统研究了其焙烧条件对Y_(2)O_(3)形貌和粒度的影响以及动力学行为。研究表明:在煅烧温度860℃、升温速率5.375℃/min、焙烧时间1 h的条件下,得到D50=0.050μm,(D_(90)―D_(10))/(2D_(50))=0.98,分散性良好的纳米Y_(2)O_(3),其形貌与前驱体碱式碳酸钇相似。碱式碳酸钇前驱体(Y(OH)CO_(3)·H_(2)O)焙烧制备纳米Y_(2)O_(3)粉体的热分解过程分为两个阶段:第一阶段,Y(OH)CO_(3)·H_(2)O分解生成Y(OH)CO_(3),该反应过程的表观活化能E为90.23 kJ/mol,指前因子A为7.46×10^(5),反应级数n为0.75;第二阶段,Y(OH)CO_(3)分解生成Y_(2)O_(3),反应表观活化能E为236.55 kJ/mol,指前因子A为1.31×10^(11),反应级数n=0.82。

Fe_(2)O_(3)对高硅碱性球团固结性能的影响

深入研究Fe_(2)O_(3)对于高硅碱性球团生球以及成品球性能的影响,有助于促进基于我国铁矿资源特征的低碳炼铁技术发展。本文通过调整碱性球团用混合料中Fe_(2)O_(3)的含量,解析Fe_(2)O_(3)对高硅碱性球团生球、预热球和成品球性能的影响规律,并采用扫描电镜以及图像识别处理系统表征高硅碱性球团的微观矿相结构。结果表明:随着混匀矿中赤铁矿配比的提高,高硅碱性球团生球、预热球和成品球的抗压强度均有所降低,随着Fe_(2)O_(3)配比的升高,成球性能劣化,生球的抗压强度降低至9.04 N/P。赤铁矿连晶固结性能变差,成品球的强度降低至3433 N/P。当两种矿粉的配比为50%时,球团孔隙率急剧增大为32.8%,A矿粉配比不宜超过40%。微观矿相结果表明,随着Fe_(2)O_(3)含量的增加,球团内部小颗粒尺寸晶粒变多,大颗粒尺寸晶粒减少,平均颗粒面积减少,晶粒间连晶性能变差,固结性能削弱,内部孔隙率提高。在制备高硅碱性球团时,含Fe_(2)O_(3)的精矿粉配加不宜太高,会对球团矿的固结性能产生不利影响。

硫酸氢钾焙烧法回收NCM622正极材料中金属的研究

高镍三元正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM622)因具有良好的可逆容量、好的化学稳定性等优点,近年来在高能量密度的新能源汽车车用电池中获得了产业化应用。针对新能源汽车退役动力电池正极材料NCM622中的有价金属Li,Ni,Co,Mn的高效回收,提出了一种采用NCM622与硫酸氢钾(KHSO_(4))混合后焙烧,然后水浸出提取金属元素的新型工艺,并研究了焙烧过程金属元素赋存形式的演变规律及焙烧工艺条件对金属提取率的影响。研究结果表明:NCM622和KHSO_(4)的混合物在600℃焙烧0.5 h后,Li,Ni,Co,Mn元素赋存形式不再以LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)存在,而是转变为LiKSO_(4)和Ni,Co,Mn的氧化物或硫酸盐。焙烧产物中Ni,Co,Mn倾向于以低价态+2价形式存在。当NCM622与KHSO_(4)的混合质量比为1∶4.63时,经过焙烧-水浸,Li,Ni,Co,Mn元素的浸出率分别为99.93%,97.97%,98.36%,97.13%。

MgO−V_(2)O_(5)二元系固相反应相变及产物溶解行为

研究不同摩尔比MgO−V_(2)O_(5)混合物的固相反应行为。采用等温溶解平衡法测定25~55℃下反应产物(钒酸镁)在水中的溶解度,并研究其在稀硫酸中的溶解行为和动力学。结果表明,MgO与V_(2)O_(5)的摩尔比和焙烧温度对固相反应产物的相变有较大影响;MgV_(2)O_(6)在水中溶解度最大,其次是Mg_(2)V_(2)O_(7)和Mg_(3)V_(2)O_(8);随着pH值从4.0降低到2.5,温度从30℃增加到70℃,钒酸镁在稀硫酸中的溶解率显著增加,其在稀硫酸中的溶解符合二级伪均相反应模型。

正极材料LiAl_(0.08)Mn_(1.92)O_(4)单晶颗粒形貌演变及电化学性能

联合元素掺杂和形貌调控策略,采用固相燃烧法和不同焙烧温度处理合成LiAl_(0.08)Mn_(1.92)O_(4)正极材料。实验结果表明,Al掺杂和焙烧温度的变化未改变LiMn_(2)O_(4)的相结构,随着温度的升高,结晶性增强,颗粒尺寸增大,其中焙烧温度650℃是形成截断八面体单晶颗粒形貌的关键温度,750℃是颗粒突然变大的突变温度。650℃优化焙烧温度下焙烧的LiAl_(0.08)Mn_(1.92)O_(4)形成了较完整的包含(111)、(110)和(100)晶面的截断八面体单晶颗粒形貌,表现出优良的电化学和动力学性能。在1C下其首次放电比容量为112.0 mAh·g^(-1),循环500次后容量保持率为72.9%,在5C和10C倍率下,其首次放电比容量可达到107.1和100.4 mAh·g^(-1),经2000次长循环后,容量保持率为52.2%和53.5%。并且具有最小氧化还原峰电位差(ΔE_(p2),循环前后分别为0.109和0.114 V)、最小电荷转移电阻(R_(ct),循环前后分别106.49和125.49Ω)及较大的锂离子扩散系数(D_(Li^(+))=1.72×10^(-16)cm^(2)·s^(-1)),表现出较好的电化学可逆性和较快的锂离子扩散速率。Al掺杂和单晶截断八面体颗粒形貌既有效抑制了LiMn_(2)O_(4)的Jahn-Teller畸变,又降低了Mn溶解,提高了材料的倍率性能和长循环寿命。

采用钠化焙烧-还原浸出联合工艺从废Pd/Al_(2)O_(3)催化剂中经济高效回收Pd和Al_(2)O_(3)

开发了钠焙烧-还原浸出联合工艺从废Pd/Al_(2)O_(3)催化剂中回收Pd和Al_(2)O_(3)。钠化焙烧热力学分析表明,在最佳的Na_(2)O/Al_(2)O_(3)摩尔比和温度下,NaOH、Na_(2)CO_(3)和Na_(2)C2O4均可以与Al_(2)O_(3)完全反应生成Na Al O2。NaOH、Na_(2)CO_(3)和Na_(2)C_(2)O_(4)的焙烧渣经水浸后,Al_(2)O_(3)浸出率分别为99.6%、61.0%和55.3%。机械活化-NaOH无水焙烧工艺避免了焙烧渣的固结且可获得较高的Al_(2)O_(3)浸出率。N_(2)H_(4)·H_(2)O还原浸出避免了水浸过程中Pd的溶解损失且催化剂中99.7%的Al_(2)O_(3)被浸出。最终得到Na Al O2浸出液和富钯渣,其中有价的铝和钯可被进一步回收。

Zn-Al共掺杂和形貌调控制备LiMn_(2)O_(4)正极材料及其电化学性能

采用固相燃烧法在不同焙烧温度(600、650、700和750℃)下制备了LiZn_(0.05)Al_(0.03)Mn_(1.92)O_(4)正极材料,采用XRD、SEM、XPS对其进行了表征,通过循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试了其电化学性能。结果表明,Zn-Al共掺杂和焙烧温度未改变LiMn_(2)O_(4)的晶体结构,正极材料的结晶性随焙烧温度(<750℃)的升高而增加,650℃及以上时形成了较多包含高暴露(111)晶面、小面积(110)、(100)晶面的截断八面体形貌晶粒,但750℃时正极材料发生部分分解。焙烧温度650℃的样品(LZAMO-650)表现出最佳的电化学性能,在5 C和10 C倍率下,初始放电比容量分别为101.3、99.9 mA·h/g,循环1000圈后容量保持率分别为81.5%、74.3%;LZAMO-650样品极化作用较小,有较好的循环可逆性,具有较低的电荷转移阻抗(R_(ct)=132.14Ω)和较大的锂离子扩散系数(DLi^(+)=3.65×10^(–16)cm^(2)/s)。Zn-Al共掺杂和形貌调控改性LiMn_(2)O_(4)正极材料有效抑制了Jahn-Teller效应,形成的截断八面体颗粒形貌降低了Mn的溶解,同时提供了更多的Li^(+)迁移三维通道,从而改善了材料的电化学性能。

利用NH_(4)Cl焙烧-水浸工艺从低冰镍中提取金属并合成(Ni,Cu,Co)Fe_(2)O_(4)光催化剂

针对低冰Ni火法冶炼过程能耗高、Co损失大的问题,本文提出了NH_(4)Cl焙烧-水浸联合提取金属,再分离利用金属的工艺。通过正交试验,研究了NH_(4)Cl焙烧过程中不同因素对金属提取的影响,并确定了优化的工艺条件。结果表明,焙烧温度和NH_(4)Cl用量为主要的影响因素,最佳氯化条件为:低冰镍粒径<75μm,焙烧温度500℃,焙烧时间2.5 h,NH_(4)Cl用量250%,O_(2)流速20 mL/min。通过研究温度和时间对金属浸出的影响,确定了适宜的浸出条件为:温度90℃,时间2 h,这时Ni、Cu、Co和Fe的浸出率分别达到97.6%、96.2%、94.5%和29.2%。以浸出液为原料,以α-Fe_(2)O_(3)为载体与其他金属复合,合成了(Ni,Cu,Co)Fe_(2)O_(4)光催化剂。最佳制备条件确定为:沉淀温度25℃,Ni-Cu-Co与Fe的摩尔比1:3。制备的催化剂为40~60 nm的球形纳米颗粒,在120 min内对亚甲基蓝溶液的降解率可达99.8%。

微波焙烧对纳米Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)固溶体微观结构及其NH_(3)-SCR催化性能的影响

采用微波加热将通过水热法合成的Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)(0<x≤1)固溶体前驱体在500℃进行焙烧2 h,最终得到不同配比的纳米Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)固溶体粉末状样品.研究不同配比的Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)的结构和微观形貌对其NH_(3)-SCR催化性能的影响.结果表明,利用微波炉合成的Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)固体粉末中,当CeO_(2)中掺入Zr元素形成Ce_(0.4)Zr_(0.6)O_(2)固溶体之后,Ce_(0.4)Zr_(0.6)O_(2)比表面积比CeO_(2)增加了1倍,NH_(3)-SCR最高脱硝活性也由42.4%增加到90.0%.当n Ce∶n Zr=4∶6时,其微观形貌最好,颗粒的分散度较高,同时,其NH_(3)-SCR脱硝活性达到Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)中的最大值90.0%.

熔盐燃烧法制备Ni-Cr共掺LiMn_(2)O_(4)正极材料及电化学性能研究

采用熔盐燃烧法和不同焙烧温度处理制备了一系列尖晶石型LiNi_(0.05)Cr_(0.05)Mn_(1.90)O_(4)(LNCMO)正极材料,研究了焙烧温度对LNCMO的结构、微观结构形貌、电化学性能和动力学性能等的影响。结果表明,所制备样品都归属于LiMn_(2)O_(4)立方晶系Fd3m空间群,随焙烧温度升高,样品颗粒逐渐增大,其中550℃制备的为纳米级颗粒,其余为亚微米级。其中600℃焙烧温度制备的LNCMO样品展现出最佳的电化学性能,在5C倍率下,其首次放电比容量为109.1mAh/g,500次循环容量保持率为75.7%。电流密度增大到15C和30C时,经800次循环后该样品仍有64.4%和60.6%的容量保持率,并且其具有最大的Li+扩散系数(6.31×10^(-16) cm^(2)/s)和最小的电荷转移电阻(89.0Ω)。Ni-Cr共掺有效抑制了Jahn-Teller效应,适宜的二次焙烧温度有利于稳定材料的晶体结构,从而提高其倍率性能和循环性能。

高活性CuO/Al_(2)O_(3)催化剂的制备及加氢性能研究

负载型催化剂中表面活性组分的分散度影响催化剂的性能,因此,合理调控合成条件提高活性组分分散度是高效催化剂开发的有效策略。通过控制焙烧条件(氛围、温度、时长)制备了多种负载型铜基催化剂(CuO/Al_(2)O_(3)),利用SEM和XRD研究了合成条件对催化剂结构和表面组成的影响,考察了所制备催化剂在对硝基苯酚(4-NP)催化加氢反应中的性能。研究结果表明,在250℃、N_(2)氛围中热处理6 h所制备的催化剂在3 min内即可实现4-NP及其他芳香族硝基化合物90.5%的催化加氢效率。此外,该催化剂循环利用5次仍有较高的活性,在实际工业生产中具有巨大的应用潜力。

Al_(2)O_(3)载体改性对乙炔加氢催化剂的影响

对1100℃高温焙烧的Al_(2)O_(3)载体进行不同温度水热处理后,采用等体积浸渍法负载Pd,Ag组分制备了一系列PdAg/Al_(2)O_(3)催化剂,并研究了PdAg/Al_(2)O_(3)催化剂对乙炔选择加氢性能的影响。利用XRD,N_(2)吸附-脱附,NH_(3)-TPD,XPS,HRTEM等方法对催化剂进行表征。表征结果显示,水热处理后载体的比表面积、孔体积、孔径等均发生变化;随着水热处理温度的提高,载体表面酸量增加,催化活性有了大幅提升。实验结果表明,Al_(2)O_(3)载体在160℃水热处理后,制备的催化剂性能最优;在一定反应条件下,乙炔转化率可达98.88%,乙烯选择性为90.23%,丙炔与丙二烯的混合物转化率为54.83%。

B_(2)O_(3)对氧化焙烧过程赤铁矿连晶程度的影响

在焙烧过程中加入B_(2)O_(3)有利于得到低熔点化合物,提高球团强度和降低还原膨胀,使球团的冶金性能得到提高,但B_(2)O_(3)对赤铁矿的结晶和连晶程度的影响机理还缺少较为深入的研究。因此,为探明B_(2)O_(3)对赤铁矿连晶程度和赋存规律,通过在Fe_(3)O_(4)纯试剂中加入不同比例的B_(2)O_(3)纯试剂,经混合、压片和氧化焙烧后形成赤铁矿。模拟磁铁矿球团焙烧形成赤铁矿球团的过程,采用SEM-EDS、XRD、XPS等手段研究不同B_(2)O_(3)含量对焙烧压片中赤铁矿的连晶程度、晶体长大情况和微观结构的影响,结合拉曼光谱分析B_(2)O_(3)对赤铁矿晶体结构的影响,并对其微观结构、结晶度和晶粒尺寸进行了测定,最后针对不同B_(2)O_(3)含量对赤铁矿的连晶程度的影响进行了讨论和总结。研究结果表明,B_(2)O_(3)对氧化焙烧过程赤铁矿连晶程度有着先促进后抑制的作用,适量加入B_(2)O_(3)能够促进赤铁矿晶体长大和连晶程度的增长,当添加B_(2)O_(3)质量分数为6%、焙烧时间为40min时,赤铁矿的结晶程度最好,结晶度可达83.68%。XPS检测显示,随着B_(2)O_(3)含量的增加,赤铁矿中Fe^(3+)的比例逐渐升高,Fe^(3+)的比例最高可达92.53%。B_(2)O_(3)添加量进一步增加时,B_(2)O_(3)对渣相的流动性和渣相量的影响也进一步增加,渣相将赤铁矿晶粒浸润,抑制晶粒长大和晶粒间的连晶。通过拉曼光谱对赤铁矿晶体结构的检测结果显示,随着B_(2)O_(3)含量的增加,赤铁矿晶体的LO模式和Eu模式的峰强增加,这表明晶格缺陷引起的对称性破坏增加,晶体无序度更高,缺陷更高。

高性能Li-Ni双掺杂尖晶石型Li_(1.05)Ni_(0.02)Mn_(1.93)O_(4)正极材料的制备

采用液相无焰燃烧法在500℃反应1 h、600℃二次焙烧不同时间制备锂、镍共掺杂尖晶石型Li_(1.05)Ni_(0.02)Mn_(1.93)O_(4)正极材料。焙烧不同时间制备的样品均呈现出LiMn_(2)O_(4)的尖晶石晶体结构且均为单相,没有任何杂质相出现。延长焙烧时间有利于晶粒发育,提高合成材料的结晶性。二次焙烧9 h合成的正极材料具有良好的循环稳定性和倍率性能,在1 C倍率的首次放电容量为102.1 mA·h/g,500次循环后具有69.15%的容量保持率;在5 C释放出91.9 mA·h/g容量;10 C循环1000次的容量保持率为76.35%。具有较好的循环可逆性、较小的电荷转移阻抗和较低的表观活化能。适量的锂、镍共掺杂可有效提高LiMn_(2)O_(4)的结构稳定性、抑制Jahn-Teller效应和缓解锰的溶解,使其具有更高的电化学性能。

影响酒钢鞍山式竖炉烟气中O_(2)含量的因素研究

为了控制100 m^(3)鞍山式竖炉在磁化焙烧过程中废气的含O_(2)量,通过单因素试验考察了磁化焙烧过程中空煤比、抽烟机风量、竖炉密封性对废气中O_(2)含量的影响。结果表明,磁化焙烧过程中只有燃烧室温度达到一定温度时(约700℃),增加助燃空气才可以使煤气充分燃烧,否则增加助燃空气量只能使废气中的CO有所降低,但并不能使其充分燃烧,增加助燃空气会影响废气中O_(2)含量上升;抽烟机风量、竖炉密封性也是影响废气中O_(2)含量的因素。

纳米级LiNi_(0.05)Mn_(1.95)O_(4)正极材料制备及电化学性能研究

为有效抑制尖晶石锰酸锂的Jahn-Teller效应,改善其在高倍率充放电循环中容量衰减快的问题,采取熔盐燃烧法和不同焙烧温度成功制得LiNi_(0.05)Mn_(1.95)O_(4)样品。实验结果表明,Ni掺杂和不同的焙烧温度没有改变LiMn_(2)O_(4)的晶体结构,随焙烧温度升高,结晶性增加,颗粒尺寸增大,逐渐由纳米级变为亚微米级。在优化焙烧温度650℃下制备的样品电化学性能最优,5C下初始放电比容量及500次循环后容量保持率分别为100.8 mA·h/g和80.0%,更高倍率(10C)下500次循环容量仅衰减7.5%。动力学性能测试结果表明,其具有较大锂离子扩散系数(3.26×10^(-16)cm^(2)/s)和较小表观活化能(25.67 kJ/mol)。Ni掺杂和不同的焙烧温度抑制了LiMn_(2)O_(4)材料的Jahn-Teller效应,提高了材料的倍率性能和循环寿命。

滇中某沉积黏土型锂矿焙烧——酸浸工艺提锂试验研究

为回收滇中某黏土型锂矿中的锂,针对锂品位0.07%的样品,开展焙烧—酸浸工艺优化试验。结果表明,适宜的工艺参数为焙烧温度600℃,固液比1∶20 g/mL,浸出时间120 min,浸出温度90℃,搅拌速度200 r/min,H_(2)O_(2)(质量浓度2%)用量10 mL,柠檬酸浓度1.6 mol/L,在此条件下,锂浸出率达84.13%。XRD及SEM分析结果表明,样品中主要矿物结构未被破坏,锂通过离子交换浸出到溶液中。柠檬酸酸浸效果与无机酸、盐类浸出剂等相当,同时还具有浸出液酸性弱、对设备腐蚀性小、对环境影响小等优点。研究结果可为该类型锂矿的利用提供一定的技术参考。

碳酸钠焙烧活化—硫酸浸出提取煤矸石中氧化铝的研究

以云南曲靖地区高铁煤矸石为对象,采用碳酸钠焙烧活化—硫酸浸出法进行氧化铝提取研究,探究了不同参数对H_(2)SO_(4)浸出Al_(2)O_(3)的影响。研究结果表明,在焙烧温度为800℃、焙烧时间为1 h、Na_(2)CO_(3)用量为25%、H_(2)SO_(4)质量浓度为98%、H_(2)SO_(4)用量为25%、酸浸时间为2 h的条件下,Al_(2)O_(3)的浸出率可以达到87%。添加Na_(2)CO_(3)焙烧活化可以有效改变煤矸石中氧化铝的晶体形态,显著提高Al_(2)O_(3)的浸出率。本研究可为煤矸石资源中的Al_(2)O_(3)开发利用提供一定的技术支持。

采用焙烧-水浸法从报废锂离子动力电池中回收金属

锂离子动力电池在新能源汽车中已获得广泛应用,其报废后Li、Ni、Co、Mn等金属清洁高效回收对促进有色金属循环利用具有重要意义.从LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)为正极材料的锂离子动力电池中回收Li、Ni、Co、Mn,并采用TG-DSC、XRD、ICP-OES、XPS、热力学分析等研究了回收过程物相演变规律及影响金属回收率的主要因素.结果表明:由LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)与NaHSO_(4)·H_(2)O组成的混合物,经过焙烧后Li、Ni、Co、Mn元素的赋存状态发生改变,从不溶于水的复杂金属氧化物形式,转化为可溶于水的金属硫酸盐形式.焙烧产物在一定条件下用水浸出后,Li、Ni、Co、Mn元素以金属离子的形式转移到水溶液中获得回收.混合物的组成、焙烧温度对Li、Ni、Co、Mn元素在焙烧产物中的赋存形式呈现制约关系,也是影响Li、Ni、Co、Mn金属回收率的主要因素.