孔隙结构对铝用碳阴极材料电阻率的影响

研究了半石墨质(HC35)、全石墨质(HC100)和石墨化(SMH)三种工业阴极碳块的孔隙结构对电阻率的影响。结果表明,HC35的孔隙形状因子较大,而SMH的平均孔径较大,但二者孔隙尺寸分布情况相似;HC100具有较小平均孔径和孔隙形状因子及最窄孔径尺寸分布范围。三种阴极碳块孔隙结构特征的差异导致三者表现出不同的阻—温稳定性。SMH电阻率最小,阻—温稳定性最好;HC100电阻率介于HC35和SMH之间,但阻—温稳定性最低。此外,三种典型工业阴极产品的室温电阻率(ρ)与孔隙率(ε)的关系可量化表达为:ρ=ρ0(1-ε)-4.63。     

矿石颗粒级配对堆浸体系三维孔隙结构的影响

为研究堆浸体系矿石粒径分布对孔隙结构的影响,对不同级配矿岩散体构成的浸柱开展显微CT扫描测试,得到浸柱内部结构图像。通过阈值分割算法对孔隙结构进行提取,建立浸柱三维孔隙模型,对浸柱体孔隙率和面孔隙率的空间分布特征进行研究。利用最大球算法构建浸柱孔隙网络模型,进而分析矿石粒径分布对孔喉半径、喉道长度、孔喉体积、形状因子和配位数等参数的影响规律。结果表明:矿石颗粒级配性越好,矿堆孔隙率越低;矿石粒径越均匀,矿堆不同区域孔隙率差异越小;矿石粒径分布对孔隙尺寸和连通性影响较为显著,对孔喉形状因子影响较小。随着细颗粒矿石的减少,大孔隙增多,孔喉半径、喉道长度和孔喉体积相应增大;随着矿石粒径均匀性的增加,堆浸体系中孤立孔隙所占比例减少,高配位数孔隙所占比例增大,即矿堆内的孔隙空间具有更好的连通性。      

石油焦煅烧程度对铝用炭阳极显微结构及电解消耗的影响

以不同煅烧程度石油焦为骨料,煤沥青为黏结剂制备铝用低煅焦炭阳极.通过激光共聚焦扫描显微镜和图像分析方法对炭阳极孔隙结构进行分析表征,并考察阳极反应性和电解消耗性能.在煅后焦微晶尺寸1.7~2.7 nm范围内降低石油焦煅烧程度,炭阳极小孔隙逐渐沿骨料-黏结剂界面演变为裂纹状大孔隙,炭阳极孔隙率、形状因子及连通率均先减小后增大,视孔隙比表面积呈减小趋势.煅后焦微晶尺寸降低至1.9 nm较为适宜,对应的炭阳极空气和CO₂反应质量损失率最少为9.6%和3.0%,每吨铝阳极碳耗为355.4 kg.低煅焦炭阳极过量消耗机制从以黏结剂选择性消耗转变为骨料与黏结剂共同消耗,使碳渣量减少.      

渗流作用下风化壳淋积型稀土矿细观孔隙结构演化特征

为研究风化壳淋积型稀土矿浸出过程中溶液渗流作用对孔隙结构的影响,以去离子水为溶浸液开展浸矿实验。对浸出前后矿样进行显微CT扫描,获取了试样内部结构图像,利用阈值分割算法得到了浸出前后稀土矿样的孔隙结构图像。进而,研究了溶液渗流作用下试样孔隙结构的变化特征,分析了渗流作用对试样孔隙率、孔隙体积、孔隙长度、孔隙宽度和孔隙方位角等参数的影响。结果表明:稀土矿孔隙形状和尺寸在渗流作用下发生显著变化,且在粗细颗粒接触区最为明显;溶液渗流作用使得稀土矿孔隙率增大,孔隙总数量减少,孔隙总体积增大。渗流作用下矿样中小孔隙数量减少,大孔隙数量增多,各尺寸区间的孔隙数量变化率随孔隙尺寸的增大呈现先增大后减小的趋势。溶液渗流作用下孔隙长宽比分布更加集中,孔隙方位角在各角度区间的分布更加均匀,孔隙各向异性增强。      

基于图像处理的矿石颗粒三维微观孔隙结构演化

采用高精度显微CT技术及三维图像分析方法研究氧化铜矿石颗粒在酸浸前后内部微观孔隙结构特征及其演变,考察孔隙率、孔隙尺寸分布、孔隙连通度、孔隙分维等参数的变化规律.结果表明:酸浸后矿石颗粒的孔隙率明显增加,孔隙尺寸分布范围更广,出现一定比例的大孔隙,平均孔隙直径增加2~3倍;孔隙连通度在酸浸前基本为零,酸浸后明显增加,并在各方向上呈现空间变异性;孔隙分维数在浸出结束后也有所增大,且在一定范围内与孔隙率及平均孔隙直径呈指数增长关系.借助三维图像分析可实现矿石浸出过程中内部微观孔隙结构的定量描述,从而揭示矿石颗粒孔隙结构的演化规律.      

泡孔结构对原位生成TiB2增强铝基泡沫材料阻尼性能的影响

以原位生成TiB2颗粒增强铝合金为基体,在不同正压压力条件下通过熔体发泡法制备不同泡孔结构特征的Al-TiB2复合泡沫,借助CT,SEM等手段重点研究了泡孔结构对Al-TiB2复合泡沫阻尼性能的影响和阻尼机制.研究结果表明,随着外加压力的增大,Al-TiB2复合泡沫材料的孔隙率逐渐减小,材料的屈服强度和杨氏模量逐渐增大,损耗因子逐渐降低.在试验温度范围内,Al-TiB2复合泡沫材料的损耗因子比具有相似孔隙率的纯铝泡沫提高了35％～80％.原位生成的TiB2颗粒能与铝基体形成大量的Al-TiB2相界面,孔隙率的增大能够提高复合泡沫的比表面积;大量的相界面和较高的比表面积均能提升振动过程中Al-TiB2复合泡沫的内耗源,从而提高泡沫材料的阻尼性能.     

电解质渗透对铝电解石墨质阴极材料高温导电性的影响

测试了半石墨质(HC35)和全石墨质(HC100)两种工业阴极碳块在铝电解前后的高温电阻率。结果表明,电解前,由于热膨胀引起的有关孔隙结构参数变化影响阴极材料电阻率;电解时,钠和电解质渗透亦影响阴极电阻率。孔隙平均直径和连通率越大、曲折度越小,越有利于钠和电解质的渗透,电解前后阴极材料电阻率变化也越大。     

高炉矿焦床层孔隙分形维数的计算机模型研究

在计算机模拟高炉矿、焦床层分形结构的基础上,引入了2个参数:散料颗粒的形状系数φ与内孔隙度ε对模拟结果进行了修正,分析了影响散料层孔隙度与孔隙结构分形维数的因素.研究结果表明,随着散料层孔隙度的增加,孔隙结构的Sierpinski分形维数增大,孔隙对散料层的填充能力增强.     

添加无烟煤对焦炭微晶和气孔结构的影响

根据焦炭的XRD谱图及SCHERRER'S 公式研究了添加无烟煤炼焦后焦炭的微晶结构参数的变化.试验结果表明:添加无烟煤可以促进焦炭中微晶的发展,使焦炭微晶结构参数La、Lc和石墨化度增大.利用氮气吸附方法分析了焦炭气孔结构的变化,结果发现:添加无烟煤炼焦后焦炭的微孔体积、比表面积和平均孔径都有显著的降低.根据FHH模型计算了焦炭的分形维数.结果表明:在焦炭中存在分形结构,添加无烟煤炼焦后焦炭的分形维数降低,焦炭表面变光滑.     

含铁粉尘碳酸化球团微孔隙分形特征研究

含铁粉尘碳酸化球团微观孔结构对其宏观特性具有显著影响。本文采用分形维数研究CaO含量、造球时间、反应温度和CO_2分压对孔结构特征的影响规律。结果表明:随着CaO含量升高,凝胶孔含量增多,孔结构复杂程度增加,分形维数升高;延长造球时间,分形维数增大;生球孔隙比表面积和转化率在一定范围内随着分形维数的变大而增大;提高反应温度或CO_2分压,分形维数随之降低。     

碳溶反应过程焦炭气孔结构变化规律

 利用焦炭反应性装置测定不同温度下焦炭的碳溶反应,采用比表面积及孔径分析仪、SEM表征焦炭的气孔结构参数,分别利用BET方程和BJH法计算焦炭的比表面积、孔体积和平均孔径,由吸附等温线计算焦炭表面分形特征变化,考察焦炭碳溶反应过程中孔结构的变化规律。研究表明,随着温度的升高,焦炭吸附曲线类型由I类向II类吸附等温线转变,比表面积以及孔容均先增加后减小,2～10 nm的孔径变化明显。1 000 ℃之前焦炭的溶损反应过程主要受化学反应速率影响,1 000 ℃之后受扩散控制的主导性提高,不同焦炭的气孔结构变化影响了溶损反应行为。分形维数与孔结构有一定的相关性,可以反映焦炭溶损过程气孔的变化。     

孔隙结构特征对焦炭高温抗拉强度的影响

采用压汞仪测量焦炭与CO₂或H₂O反应后的孔隙结构特征,研究孔隙率、平均孔径、比表面积及孔径分布对焦炭高温抗拉强度的影响规律.焦炭孔隙率和平均孔径随反应率升高而增加.平均孔径小于30μm时气化反应以造孔为主,比表面积随反应率升高先增后减,大于30μm时以扩孔为主,随反应率升高而减小.与CO₂相比,H₂O反应后焦炭平均孔径小,比表面积大,抗拉强度高.焦炭抗拉强度随孔隙率和平均孔径增加而降低,平均孔径小于30μm时抗拉强度随比表面积增加而降低,大于30μm时随比表面积减小而降低.焦炭中小孔数量越多抗拉强度越高,大孔数量越多抗拉强度越低.相同反应率下,H₂O反应后焦炭中小孔数量增加,比表面积大,有利于保护气孔壁结构,抑制高温抗拉强度的降低.      

Effects of Microwave Heating on Pore Fractal Properties of Blast Furnace Sludge

Effects of microwave heating on the pore fractal properties of blast furnace sludge (BFS) and relative mechanism were studied. The results show that the morphology features of iron bearing sinter and coke particles, which arc the main constituents of the BFS, were remarkably changed by microwave heating. The porosity, surface roughness and specific surface area of modified particle surface all increased obviously. Combining with fractal method called Sicrpinski model, the fractal dimensions of sinter, coke and others increased from 2.35, 2. 21 and 2. 58 to 2.65, 2.44 and 2.61 respectively, after modification by microwave heating. The results predicted that the reaction mechanism of microwave heating for BFS is related to two aspects. Different mineral phases existed in BFS particles incline to dissociate each other due to their different microwave absorbability; some recombination or reconstruction of matters or structure leads to structure defects, which have great influences on the surface morphology characteristics and chemical properties. The research indicated that fractal dimension can be used as an effective factor for quantitative analysis of the pore changes in morphology of the sludge. Furthermore, it is helpful for separation and extraction of valuable constituent from BFS.     

纤维素在炭化和活化过程中的结构变化

以纤维素为原料,通过在氮气氛下炭化和水蒸气活化得到纤维素基炭。采用热分析、傅里叶红外光谱、X射线衍射及低温N₂吸附测试手段研究了纤维素的炭化和活化过程以及过程中炭微晶结构和比表面积的变化。纤维素分子结构中的C-OH、C-O-C、C-H等基团在280~380℃之间大量分解,380℃后少量裂解产生的小分子碎片或基团持续分解,同时碳元素发生结构重排,形成石墨微晶。炭化温度是影响纤维素基活性炭微晶结构及孔结构的关键因素,随炭化温度的升高,石墨微晶尺寸变大,孔结构得到发育,但活性炭的比表面积则呈先增加后下降趋势,当炭化温度为600℃时所得活性炭比表面积最大;炭化时间对炭微晶结构及比表面积的影响不显著;随着活化时间的延长,先是炭结构中的非微晶碳被氧化,比表面积及总孔容积变大,然后微晶碳被氧化,微晶结构被破坏,炭中部分微孔变成中孔或大孔,导致比表面积及总孔容积变小,当微晶间的非微晶碳被充分氧化而又不破坏原微晶结构时得到的炭孔隙最丰富。      

放电等离子烧结法制备以升华性材料为造孔剂的人体植入骨替代多孔镁块体材料

以萘为造孔剂, 采用放电等离子烧结技术(spark plasma sintering, SPS)制备多孔镁块体材料。结果表明, 采用放电等离子烧结技术在470℃时可以制备出结构与尺寸可控性好、开孔率与孔隙率(44.25%)较高、粉体颗粒无明显长大的多孔金属镁块体材料。升华性造孔剂可对孔隙体积进行有效调节, 实现多孔镁材料体内小孔与大孔的合理搭配, 进一步改善多孔镁材料孔隙之间的连通性。将升华性造孔剂与放电等离子烧结技术相结合后, 对于开孔性与颗粒连接性要求较高的多孔金属材料制备具有技术优势, 并对解决传统造孔剂法制备生物多孔金属材料所面临的二次污染问题具有很好的借鉴意义。     

添加升华性造孔剂的放电等离子法制备多孔铝块体材料

为解决高孔隙率多孔金属材料制备过程中的污染问题,以升华性萘颗粒为造孔剂,采用放电等离子脉冲烧结法(SPS)进行多孔铝块体材料的制备。结果表明,升华性造孔剂可在实现多孔铝材料高孔隙率的同时,有效提高其洁净度。采用该方法在350℃时可以制备出结构与尺寸可控性好、开孔效果好、孔隙率(63.33%)较高、粉体颗粒无明显长大的多孔金属铝块体材料。升华性造孔剂可对孔隙体积进行有效调节,实现多孔铝材料体内小孔与大孔的合理搭配,进一步改善多孔铝材料孔隙之间的连通性,该方法与SPS烧结技术相结合后,对于开孔性与颗粒连接性要求较高的多孔金属材料制备具有技术优势。