真空碳热还原红土镍矿制取金属镁的热力学分析及实验研究

通过热力学计算,得出红土镍矿被C还原的化学反应自由能和各还原反应临界温度,表明真空可有效降低化学反应自由能,确定了碳热还原氧化镁制取金属镁的反应温度为1200～1350℃,同时存在氧化镁的硅热还原反应。对实验反应剩余物的元素含量计算分析表明,镁元素成功脱除,脱除率达到99.96%;Ni元素几乎全部回收,直收率达99.67%;绝大部分的Fe、Si也得到了回收,直收率分别为83.98%以及85.35%。冷凝物主要为金属镁,元素质量比达到95.59%,由于冷凝区发生逆反应Mg（g）＋CO（g）=MgO（s）＋C（s）,得到的冷凝物经检测含有少量氧化镁。

云南惠民铁矿微波磁化焙烧工艺

基于云南惠民铁矿主要为细粒浸染结构、氧化矿的主要铁矿物为褐铁矿,以氧化矿为研究对象,采用微波磁化焙烧-弱磁选工艺分选铁矿石,考查微波焙烧温度、还原剂用量、磁选磁场强度对分选指标的影响。研究结果表明:在焙烧温度为800℃,还原剂用量为12%,还原时间为12 min,磁选磁场强度为119.37 kA/cm的条件下,获得铁精矿品位为59.31%,回收率为81.92%,证实微波磁化焙烧铁矿石的方法可行,为难选铁矿石的分选提供了一种新的思路。

MIVM在真空蒸馏分离锡锌合金中的应用及实验研究

基于分子相互作用体积模型,首先使用牛顿迭代法结合Sn、Zn的无限稀活度系数γS∞n、γ∞Zn计算得出对势能相互作用参数Bij和Bji,并利用Bij和Bji计算Sn-Zn二元系的活度aSn、aZn,并将理论计算值与实验值进行对比分析,最后计算得到Sn-Zn合金真空蒸馏过程中的气液相平衡组成。结果表明:活度计算值和实验值吻合较好;蒸馏温度为1073 K,液相中含锡量为90%时,气相中含锡仅为0.00001%,Sn-Zn合金能够通过真空蒸馏实现良好分离。进一步实验验证结果表明,蒸馏温度1073K、恒温时间100 min,15 Pa条件下,液相中含锡为90%时,气相中含锡为0.002%,实验结果与预测结果吻合较好。此研究为真空蒸馏分离Sn-Zn合金提供了可靠的理论依据及预测模型。

利用高温铜渣余热进行生物质水蒸气汽化的热力学分析

基于平衡常数法建立生物质水蒸气汽化的热力学平衡模型。模型计算结果表明:生物质水蒸气汽化产气组分趋于稳定的汽化条件为845～950℃、S/B(水蒸气质量与生物质质量之比)为1.5～2.0(g/g),900℃、S/B为1.64时合成气(CO+H2)产量最高,为73.15%。利用高温铜渣显热作为生物质水蒸气汽化吸热反应的外热源,计算不同汽化温度下铜渣的热焓和余热利用率。计算结果表明:汽化温度在720～950℃范围内,铜渣余热利用率为25.28%～60.04%;最优汽化工况下,铜渣余热利用率为31.66%,系统能量转化率高达48%。

真空碳热还原煅白制取金属镁的工艺

采用物料氧化镁还原率、XRD、SEM 等手段与方法研究真空条件下煅白碳热还原温度、物料配比、碳热还原保温时间等对碳热还原煅白制取金属镁工艺的影响。结果表明：在30-100 Pa时，碳热还原温度高于1623 K后，氧化镁的还原率明显增加，有利于碳热还原反应的进行。随着焦煤还原剂与氧化镁摩尔比的增大以及碳热还原时间的延长，碳热还原反应反应速率加大，还原率提高，当碳热还原温度为1623 K、还原时间为4 h、配碳比为1.6时，氧化镁还原率超过99%。因此，选择适当的焦煤还原剂与氧化镁摩尔比值以及碳热还原时间，在温度高于1623 K条件下，将有利于碳热还原法炼镁过程的顺利进行与氧化镁还原率的提高。

高碳锰铁预氧化-真空脱碳制备低碳锰铁热力学分析及实验研究

提出高碳锰铁预氧化-真空脱碳工艺以制备低碳锰铁。通过热力学计算表明高碳锰铁焙烧氧化过程满足脱碳热力学条件,脱碳反应将进行。脱碳同时锰和铁也被氧化,在873 K分别氧化为Mn_2O_3和Fe_2O_3。温度高于1550 K时碳化锰将与氧化锰反应,真空下反应平衡温度降低,且体系压力越小,平衡温度就越低,当体系压力为2 Pa时,温度高于1030 K就可以进行脱碳。本文在热力学计算基础上开展高碳锰铁预氧化-真空脱碳实验研究,在焙烧氧化实验中,证实了脱碳反应的存在,焙烧3 h有13.17%碳被脱除。在真空脱碳实验阶段,延长保温时间及焙烧时间有利于碳的脱除,当高碳锰铁粉在873 K焙烧3 h,后在15 Pa下于1100℃脱碳4 h,成功制备出含碳0.47%的低碳锰铁。

硫渣真空蒸馏的实验探究

采用真空蒸馏方法对硫渣进行处理，热力学计算表明：在系统压力10Pa，蒸馏温度1173K时，渣中cues与sn反应的△G值为-20343J。在系统压力5～20Pa，蒸馏温度1173K及蒸馏时间10～30min实验条件下进行真空蒸馏实验，并对产物进行x射线衍射分析及化学分析，结果表明：残留物中Cu含量提高到30％左右，挥发物中主要物质为SnS，渣中的硫化亚铜（CUES）与金属锡反应，生成硫化亚锡（SnS）与金属铜，硫化亚锡在此条件下全部挥发，金属铜富集于残留物中。上述理论及实验研究表明：硫渣中锡铜的真空蒸馏分离是可行的，且铜在冶炼过程中得到开路处理，此工艺具有流程短，操作简单，无污染，符合冶金工业清洁生产的发展需要。

铝灰的回收利用和无害化处理研究及应用进展

铝灰是铝冶炼过程中产生的危险废物,铝灰中的氮化铝、氟化物、氯化物等具有易浸出的特性,加剧了对环境的污染,如何对铝灰资源化利用变成亟需解决的难题。本文阐述了不同铝灰的来源、成分及其危害,详细介绍了火法/湿法工艺对氧化铝和氮化铝、氟化物、氯化物的无害化处理及回收。通过综述铝灰无害化处理及回收利用工艺并结合实验提出了三步处理实现铝灰零废物排放的构想,即水洗预处理-铝资源湿法浸出-废渣利用,最后展望了铝灰综合利用未来的发展方向。

真空条件下含砷锑复杂铜镍合金中元素As,Sb的蒸发规律的研究

根据真空冶金原理，以分离含砷锑复杂铜镍合金中的元素砷和锑为目的，采用真空蒸馏法研究含砷锑复杂铜镍合金在真空（10～30Pa）的条件下蒸馏过程中As，Sb的蒸发规律，考察蒸馏温度、恒温时间、多元合金中其他组元对As，哂蒸发的影响。实验结果表明：随着蒸馏温度及恒温时间的延长，As，Sb的蒸发量和挥发率均增大。X射线衍射分析表明：当蒸馏温度低于1473K时，残留物中的As与Cu形成的化合物Cu3As及CusAs2，阻碍了As的彻底挥发；当蒸馏温度高于1473K时，残留物中的As与Cu形成的化合物Cu_3As及Cu_3As_2发生分解，使得As元素挥发得更为彻底；蒸馏温度从1573升至1673K的过程Sb与Cu，Ni形成的化合物部分分解，Sb的挥发率明显增大。

氧化铝真空碳热还原炉瞬态温度场模拟计算

以昆明理工大学真空冶金国家工程实验室氧化铝真空碳热还原炉为研究对象,依据传热学理论和氧化铝真空碳热还原炉的结构特点,分析了氧化铝真空碳热还原炉的加热和散热过程,并用有限元法建立了真空碳热还原炉瞬态温度场数值模拟计算模型,运用ANSYS软件对还原炉在持续加热下的瞬态温度场分布进行了数值模拟计算并得出了还原炉温度场的三维分布状况,同时分析了瞬态温度场的变化情况。经过具体实验验证,模拟计算结果与实验所测的局部各点测量值误差均在2%以内,实际所测的平均值与模拟结果误差在1%以内。

ChCl-urea-ZnO低共熔溶剂体系的电化学行为

研究了ChCl-urea-ZnO低共熔溶剂(DES)体系的电化学行为与ZnO浓度的相互关系。电导率测定结果表明,ChCl-urea-ZnO体系的电导率随ZnO浓度的增加而增大,但当ZnO浓度超过0.24 mol·L^(-1),体系电导率趋于稳定。随着温度的升高,ChCl-urea-ZnO的电导率增大,电导率与温度的关系符合Kohlraush经验公式。循环伏安测试结果表明,在ChCl-urea-ZnO低共熔体系中,Zn(Ⅱ)还原为金属锌是受扩散控制的准可逆过程,Zn(Ⅱ)的扩散系数约为1.2×10^(-7) cm^2·s^(-1)。而且金属锌的析出电位随ZnO浓度的增加而正移,峰值电流明显增大,说明增大ZnO浓度有利于锌的沉积。此外,ZnO浓度对锌沉积层的形貌有明显影响,不同ZnO浓度下得到锌沉积物的形貌各不相同,有短棒状、方形等。

含银铅锑多元合金真空蒸馏的元素挥发行为

以富集银为目的,采用真空蒸馏法研究含银铅锑多元合金在中真空（5~25 Pa）的条件下蒸馏过程中各元素的挥发行为,考察蒸馏温度、蒸馏时间对各元素脱除率的影响。实验结果表明：在系统压力为5~25 Pa,蒸馏温度为950℃,蒸馏时间≥45 min的条件下,Pb和Bi脱除率接近100%;As和Sb的挥发较为彻底,其脱除率分别达到96.3%和92.5%以上,而Ag和Cu基本不挥发。残留物的XRD分析结果表明,残留物中Cu与Sb形成化合物Cu2Sb及Cu10Sb3,Ag与Sb生成Ag3Sb,As与Cu生成Cu5As2,使得Sb和As的挥发不够彻底。真空蒸馏法提供一种含银铅锑多元合金中Ag与贱金属分离的方法,使Ag能得到有效富集。

Fe添加对Cu/Zn/ZrO_2催化剂CO_2加氢合成低碳醇性能的影响

采用共沉淀法制备了添加不同Fe含量的Cu/Zn/ZrO2催化剂,在523K、3.0MPa和3000h-1的条件下,考察了不同Fe含量对Cu/Zn/ZrO2催化剂上CO2加氢合成低碳混合醇性能的影响。并采用低温N2吸附、X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR)和CO2程序升温脱附(CO2-TPD)技术对催化剂进行了表征。结果表明:在Cu/Zn/ZrO2催化剂中加入适量的Fe后,可以提高催化剂的活性、醇的时空产率(STY)以及C2+醇的选择性。

钙热还原法制备钛粉过程的研究

以颜料级TiO2、分析纯无水CaCl2和金属钙为原料,探索一种真空钙热还原制备金属钛粉的新方法,并借助XRD,SEM/EDS等设备对产物成分和钛粉进行表征。结果表明,添加的CaCl2可有效地减弱烧结影响并增大了气-固反应界面有助于还原反应。当CaCl2与TiO2比例为1∶4时,片状原料在1000℃下和钙蒸气充分反应6h,还原产物酸洗干燥后制备出低杂质含量的钛粉。粒度分布在10～20μm之间,粉末颗粒呈不规则形状,分布均匀且无大块团聚现象。

Al/Pb/α-PbO_2惰性阳极材料制备及电化学性能

采用单脉冲电沉积在铝合金基体表面制备了锌电积用Al/Pb/α-PbO2惰性阳极材料,研究了电沉积过程脉冲平均电流密度(2～5A.dm-2)对制备的惰性阳极材料在50g.L-1 Zn2+,150g.L-1 H2SO4,35℃溶液中电化学性能的影响,测试了阳极极化、循环伏安和塔菲尔曲线。结果表明:增加脉冲平均电流密度,惰性阳极材料在[ZnSO4+H2SO4]溶液中同一测试电流密度下的析氧电位或析氧过电位逐渐升高。相比于Pb-1%Ag合金阳极脉冲平均电流密度为2A.dm-2时制备的惰性阳极材料在[ZnSO4+H2SO4]溶液中的析氧过电位较低,腐蚀电位较高,腐蚀电流较低。

稀土助剂Pr改性Cu/Zn/ZrO_2合成甲醇催化剂的催化性能

采用共沉淀法制备了Cu/Zn/ZrO2催化剂,并以稀土元素镨(Pr)为助剂添加不同含量对其进行改性。通过XRD、H2-TPR、CO2-TPD等表征手段考察了稀土助剂Pr2O3的含量对Cu/Zn/ZrO2催化剂结构的影响。在固定床连续流动反应装置上考察了5种助剂含量改性的Cu/Zn/ZrO2催化剂对CO2加氢合成甲醇反应的催化性能。结果表明:加入稀土助剂后,催化剂的表面碱性明显增强,有效地促进了活性组分的分散,稳定了催化剂的活性中心。当Pr2O3的含量为3%时,Cu/Zn/ZrO2催化剂催化活性最佳。

钙热还原二氧化钛的钛粉制备及其中间产物CaTiO_3的成因

通过热力学计算以及XRD、SEM和EDS等测试手段,研究TiO2钙热还原制备钛粉过程中钛酸钙（CaTiO3）的形成原因。热力学计算表明：当温度高于800 K时,添加剂CaCl2水解产物CaO与TiO2生成CaTiO3的反应以及还原副产物CaO与TiO2生成CaTiO3的反应均满足反应发生的热力学条件。实验研究表明：CaTiO3的生成主要是由添加剂CaCl2水解生成的CaO与TiO2烧结反应所致,CaTiO3的量随着CaCl2添加量的增加而增加,且CaTiO3更容易被还原为金属钛。当CaCl2与TiO2的质量比约为1：4时、在1 273 K下还原时间为6 h时,反应过程中的CaTiO3被完全还原为金属钛粉,该粉末具有不规则外形,颗粒粒径为8~15μm。经EDS分析,金属钛粉中钛的质量分数达到99.55%。

MgO、CaO助剂对CO_2加氢制备甲醇CuO-ZnO-Al_2O_3催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了MgO、CaO改性CuO-ZnO-Al2O3催化剂,通过XRD、N2物理吸附-脱附、TG-DTG、H2-TPR、CO2-TPD等表征手段,探讨助剂MgO、CaO添加对催化剂前体物相组成及催化剂微观结构的影响,考察了CO2加氢制备甲醇反应中MgO、CaO改性CuO-ZnO-Al2O3催化剂的性能。结果表明,CaO改性催化剂前体中形成的锌孔雀石相(Cu,Zn)2CO3(OH)2、绿铜锌矿相(Zn,Cu)5(CO3)2(OH)6,促进了催化剂中Cu-Zn协同活性位数量增加,同时助剂CaO的添加降低了催化剂中CuO和ZnO的晶粒度,增大了催化剂比表面积,改善了铜组分的表面分散度,有利于催化剂活性提高;MgO改性催化剂前体生成了绿铜锌矿相(Zn,Cu)5(CO3)2(OH)6,但没有锌孔雀石相(Cu,Zn)2CO3(OH)2生成,焙烧后催化剂中Cu-Zn协同作用较弱,此外MgO改性后催化剂比表面积减小,催化反应活性降低。MgO、CaO作为碱性助剂,调变了催化剂表面的碱强度和碱中心浓度,CaO改性催化剂的表面碱强度大于MgO改性催化剂,与CaO、MgO的碱性强度顺序一致,即CaO>MgO。

铜冶炼污泥固化剂优选试验研究

铜冶炼工厂普遍采用石灰-铁盐法进行污酸处理,该过程中会产生大量含砷及重金属离子的铜冶炼污泥。对于这种环境危害性大的污泥,固化是一种良好的无害化处理途径。用普通矿渣硅酸盐水泥为固化材料,以三乙醇胺、亚硝酸钠、氯化钠、硫酸钠为固化剂,利用正交试验对铜污泥进行固化处理。利用XRD、XRF、化学分析、SEM、强度测试与毒性浸出试验研究了不同固化剂对污泥固化效果的影响。结果表明:固化剂对固化后样品浸出毒性的影响显著;使用三乙醇胺复合固化剂的固化样品结构较为密实,强度最高,浸出毒性最低,能达到国家标准(GB 5085.3—2007)。

分子相互作用体积模型在真空蒸馏分离Pb-Sb、Pb-Ag和Sb-Cu合金中的应用

基于分子相互作用体积模型(MIVM),使用牛顿迭代方法结合无限稀活度系数实验数据γ∞计算对势能相互作用参数Bij和Bji;然后使用参数Bij和Bji计算Pb-Sb、Pb-Ag及Sb-Cu二元合金体系的活度α和活度系数γ,并与实验值进行比较分析;最后计算Pb-Sb、Pb-Ag及Sb-Cu二元合金体系的气液相平衡组成。气液相平衡组成计算结果表明:活度计算值和实验值吻合较好;Pb-Ag和Sb-Cu体系中的组元均能通过真空蒸馏实现良好分离,而Pb-Sb体系中的组元不能通过一次真空蒸馏实现完全分离。分子相互作用体积模型用于预测二元合金体系的活度及真空蒸馏分离效果具有很高的可靠性,为真空蒸馏分离二元合金提供良好的理论依据。