铁酸钙与赤铁矿非等温还原动力学

采用非等温热重的方法,在30% CO+70% N₂(体积分数)气氛下,以10 K·min-1升温至1123 K的过程中,比较了铁酸钙与赤铁矿的逐级还原过程及其还原动力学.结果表明:铁酸钙和赤铁矿开始还原温度分别为873 K和623 K;由反应速率与反应度的关系及分阶段X射线衍射物相分析发现,铁酸钙还原过程为两段式反应(CaO·Fe₂O₃→2CaO·Fe₂O₃→Fe),而赤铁矿还原过程为传统的三段式反应(Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe).通过Freeman-Carroll法计算得知铁酸钙和赤铁矿的还原平均活化能分别为49.88和43.74 kJ·mol-1;铁酸钙还原过程符合随机成核随后生长模型,动力学模式函数为Avrami-Erofeev方程,其积分形式为[-ln (1-α)]n;而赤铁矿还原过程动力学机理分为两部分,在还原度α为0.1~0.5时,为三级化学反应模型,模式函数积分形式为1-(1-α)3;在α为0.5~0.9时,符合二维圆柱形扩散模型,动力学模式函数为Valensi方程,其积分形式为α+(1-α)ln (1-α).      

白云母伴生铷矿氯化焙烧-水浸法提铷的动力学研究

采用了氯化钙氯化焙烧-水浸法提取白云母中铷的方法.通过氯化焙烧热重-差热分析曲线可知,用氯化钙混合白云母进行氯化反应的温度要比用氯化钠低100℃左右,且用CaCl₂氯化比NaCl更有效率.接着考察了氯化焙烧温度对铷提取率的影响,结果表明,只有当氯化焙烧温度提高至800℃后,才可能取得明显的铷的氯化效果,铷的提取率即达96.71%,随氯化焙烧温度升高,铷的氯化速率不断增大,特别是800℃后,铷的氯化速率明显增大,这说明高温有利于铷的氯化焙烧.最终对白云母与氯化钙氯化焙烧过程进行了动力学研究.结果表明,三维界面反应方程能较好地描述该氯化焙烧反应体系,根据阿仑尼乌斯公式计算出来的活化能为42.22 kJ·mol-1,说明白云母和CaCl₂的氯化过程的确受界面化学反应控制.      

氧化镍在聚氯乙烯热裂解过程中的低温氯化

利用聚氯乙烯(PVC)与氧化亚镍混合物(质量混合比10∶1)中的PVC在氩气气氛低于673K温度条件下释放出的氯化氢作为氯化剂氯化氧化亚镍,并通过氧化焙烧激活氧化亚镍的反应活性促进氯化反应,将氧化亚镍的氯化率由30%提高至95%,表明聚氯乙烯在低温下可以作为氯化剂氯化氧化亚镍。利用TG-DTA测试恒定升温速率(10~40K/min)条件下失重率随温度的变化规律,分析了PVC与氧化亚镍反应动力学。得出PVC+NiO反应体系的表观活化能为96kJ/mol,略小于纯PVC裂解的表观活化能114kJ/mol。     

铜渣直接还原动力学

我国铜渣资源储量丰富，渣中含有多种有价金属，具有很高的二次利用价值.为了揭示铜渣提铁的碳热还原机理，以无烟煤为还原剂，进行铜渣含碳球团等温还原实验，并对其进行动力学分析.实验设定的还原温度为1 000 ℃、1 050 ℃、1 100 ℃、1 150 ℃和1 200 ℃，碳氧比即n_c/n_o=1.0.结果表明，对于铜渣含碳球团等温还原实验，温度对反应速率有重要影响；该反应主要限速环节为气相扩散，活化能数值为118.059 kJ/mol；对其进行阶段性动力学分析，其活化能在61.54~146.98 kJ/mol范围内，且活化能的数值随着还原度的变化而变化，具体表现为:第1阶段反应活化能数值较小，原因可能是该阶段反应刚开始，原铜渣中含有一些铁氧化物（Fe₃O₄）先参与了反应；第2阶段反应活化能较高，此时原铜渣中的铁氧化物已基本反应，铁以橄榄石的状态存在，且橄榄石呈液态，致使球团孔隙度降低，气体在球团内的扩散受阻.      

50%CO2+50%CO气氛下金属化炉料非等温反应动力学

高炉使用金属化炉料作为一种新型的低碳炼铁技术为高炉炼铁过程深度降碳提供了新的可能。由于金属化炉料的易再氧化性，装入高炉炉顶中的金属化炉料是否能被炉顶煤气中的CO₂再氧化成为一个需要关注的问题。对70%金属化率炉料在体积分数为50%CO₂+50%CO气体混合物中的非等温反应过程动力学进行了研究。采用KAS动力学分析方法计算了反应过程的表观活化能和反应机理，分析了反应过程的特征温度。结果表明，70%金属化率炉料在50%CO₂+50%CO混合气氛中的非等温反应过程表现为单步反应行为，反应的最佳机理模型为化学反应控制的A₁模型。金属化炉料低温下反应需要克服较大的反应能垒，主要反应阶段的表观活化能为114.22 kJ/mol,指前因子为2 785/s。金属化炉料反应过程随加热速率增大存在滞后现象，加热速率从5 K/min增大到20 K/min时，反应开始温度从1 045 K增加至1 140 K,快速反应温度从1 267 K增加到1 470 K,而实际高炉炉顶温度远低于1 045 K,因此金属化炉料在高炉顶部不...     

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Na₂CO₃-NaCl熔盐体系熔炼过程中的Fe反应过程,采用XRD分析FeS、FeS₂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,FeS₂与Na₂CO₃反应形成FeS与Na₂S;在1 073 K条件下FeS和FeS₂与ZnO、碳粉发生还原反应形成单质Fe、Fe₃O₄与ZnS;在1 173 K条件下FeS和FeS₂与ZnO、碳粉反应产物主要有ZnS、Fe、Fe₂O₃与Fe₃O₄。随温度升高或反应时间延长,FeS和FeS₂中F...     

铜渣在CO2-CO混合气体中焙烧实验研究

铜渣是极有价值的冶金二次资源,铜渣的主要矿物成分是铁橄榄石、磁铁矿、铜锍及一些脉石组成的无定形玻璃体.本实验基于热力学分析,用CO₂和CO混合气体来控制体系内的氧势来焙烧铜渣样品.在600℃~9000℃时,焙烧产物为单质铁,此时是混合气体起还原作用.在1000℃,焙烧渣中重新出现了FeO,说明CO₂-CO混合气体体系中产生的氧起了作用.在1100℃时,焙烧4h,焙烧渣中产生了Fe₃O₄,此时焙烧铜渣磁选后全铁含量94.35%,铁的回收率达到了90.8%.在600℃~1100℃,适当条件下焙烧时,铁橄榄石的物相变化为:2FeO·SiO₂→FeO+SiO₂→Fe→FeO→Fe₃O₄, 铁的回收率是随着温度的升高而升高的.在适当范围内, 延长焙烧时间、增大分压比都有利于Fe₃O₄的生成.      

硫酸体系中反萃取Ni(Ⅱ)的动力学研究

采用恒界面池法研究了用P507-硫酸体系反萃取Ni(Ⅱ)的动力学，考察了搅拌速度、界面积、温度、硫酸浓度、负载镍有机相(NiA₂)浓度对Ni(Ⅱ)初始反萃取速率的影响。结果表明：Ni(Ⅱ)初始反萃取速率随温度升高而升高，反萃取反应表观活化能为23.3 kJ/mol,反萃取过程受扩散和化学反应混合控制，且反应发生在相界面处，硫酸反萃取Ni(Ⅱ)的动力学速率方程为：r₀=K[NiA₂]^1.01[H⁺]^1.83。     

微波场下的钒渣氯化动力学

研究了微波加热条件下（500～800 ℃）,AlCl₃氯化钒渣中有价金属Fe、Mn、V和Cr变温动力学。通过X射线衍射和扫描电镜能谱表征了氯化产物随时间的物相演变和形貌变化,考察了AlCl₃/钒渣的质量比和熔盐配比对氯化提取率的影响。结果表明,AlCl₃/钒渣的质量比为1.5、(NaCl-KCl)/AlCl₃熔盐质量比为1.66∶1时Fe、Mn、V和Cr的提取率最佳,分别为91.66%、92.96%、82.67%、75.82%和63.14%,微波加热30 min,5种元素的提取率达到或者超过常规加热方式6 h的氯化提取效果。通过热力学和动力学分析,橄榄石相优先于尖晶石相发生氯化反应。而且V和Cr的氯化反应速度小于Fe和Mn。Fe和Mn氯化过程为扩散控制,其非等温扩散活化能为17.02和17.10 kJ·mol?1, V和Cr在氯化过程中的限制性环节为界面化学反应,其表观活化能分别为40.00和50.92 kJ·mol?1;微波与熔盐耦合强化氯化反应的机理可以描述为扩散作用增强和局部化学反应增强。      

Sm2Fe17Nx的制备

在研究确定了原材料配比的基础上,采用还原扩散法制备出了 Sm2Fe17合金粉;探讨了反应温度、恒温时间、氮气压力及氮气压力200kPa时温度等因素对氮化反应的影响.当氮气压力为200 kPa、温度为873K、恒温5h时,生成Sm2Fe17N2.874,其氮含量为3.111%.     

温度对CaO-SiO2-Al2O3-MgO高炉渣系Al2O3活度的影响

 Al₂O₃作为熔渣中的主要组元之一,其对熔渣的冶金性能的影响尤为突出。对于高炉炼铁而言,高炉渣中Al₂O₃增加会对炼铁及脱硫造成不利影响。然而,随着中国钢铁工业的不断发展,相对低廉的高Al₂O₃进口铁矿石使用量不断攀升,使得高炉渣中Al₂O₃含量明显增加,高炉渣中Al₂O₃质量分数往往大于15%,更高的甚至大于20%。目前关于高Al₂O₃高炉渣系中Al₂O₃组元的热力学性质(例如采用参考渣法测定Al₂O₃的活度)及其对炉渣冶金性能的影响等研究鲜有报道,而温度是影响冶金熔渣冶金性能的重要热力学因素之一,因此探讨温度对冶金熔渣中Al₂O₃组元活度影响的规律不仅具有重要的研究意义,同时也为现场实践提供坚实的理论依据。采用参考渣法对1 773～1 873 K温度条件下CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度进行测定,并采用Raman光谱对熔渣的结构进行检测。考察了温度对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度的影响。结果表明,随着温度的增加,熔渣中Al₂O₃的化学势降低,熔渣与铜金属熔液之间的反应向右移动来达到新的平衡,因而Al₂O₃的活度随着温度的增加逐渐降低。温度的增加使熔渣中Al₂O₃与碱性金属氧化物发生反应,使钙铝酸盐(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)和镁铝酸盐(MgO·Al₂O₃)等复合物生成量增加,此时熔渣的结构由于O2-的增加而逐渐发生解聚,熔渣中的自由Al₂O₃减少,从而导致Al₂O₃活度逐渐降低。     

从铜渣中回收铁的研究现状及 其新方法的提出

对铜渣进行XRD物相、扫描电镜和能谱以及主要元素含量的分析，指出从铜渣中回收铁的困难.综述了国内外从铜渣中回收铁的一些主要工艺方法及其优缺点，并提出弱氧化焙烧-磁选处理铜渣的新方法.铜渣和CaO的质量比为100:25，CO₂和CO的气体流量分别为180 mL/min和20 mL/min，焙烧温度1 050 ℃，保温焙烧2 h后，冷却后破碎磨细至0.074 mm，再通过170 mT的磁场磁选分离得到铁精矿.获得了铁品位54.79 %的铁精矿和含铁22.12 %的磁选尾矿，铁的回收率为80.14 %，基本实现了铜渣中铁的回收.      

帘线钢冶炼过程夹杂物转变的控制

研究的帘线钢的冶炼流程为150 tLD-RH-LF-软吹氩-CC工艺。通过LD出钢时加入Si-Mn脱氧,并在LF加入低碱度顶渣进行钢渣反应控制钢中非金属夹杂物的塑性。结果表明,RH-LF-中间包和铸坯阶段,钢中主要夹杂物分别为MnO-Al₂O₃-Si0₂(RH),Ca0-Al₂O₃-Si0₂(LF)和MnO-Al₂O₃-SiO₂(中间包和铸坯),采用Si-Mn脱氧和SiC扩散脱氧,低碱度低Al₂O₃顶渣精炼,控制T[O]≤20×10-6,[A1]s≤0.0013%,可有效控制钢中夹杂物数量和尺寸,以及控制夹杂物中Al₂O₃含量并形成可塑性夹杂。     

N2-CO-CO2-H2O气氛下K(g)对焦炭高温气化反应动力学的影响

为了掌握高温区碱金属对焦炭气化过程的影响,在N₂-CO-CO₂-H₂O和N₂-CO-CO₂-H₂O-K_(g)气氛下,利用热失重法分别研究了焦炭在1 413~1 773 K的气化反应特征。结果显示,K_(g)对焦炭的气化反应具有较强的正催化作用,可以显著提高有效内扩散系数(D_e)和界面反应速率常数(k₊),降低内扩散活化能与界面反应活化能,且K_(g)对内扩散的影响程度高于对界面反应的影响。随着反应率的增加,内扩散阻力(η_i)和界面反应阻力(η_C)均逐渐增加,K_(g)可以促进η_i和η_C降低。在N₂-CO-CO₂-H₂O气氛、1 413 K时,气化反应的限制性环节逐渐由界面反应转为内扩散;而在1 473、1 573、1 673和1 773 K时其限制性环节始终为界面反应。在N₂-CO-CO₂-H₂O-K_(g)气氛下,气化反应的限制性环节始终为界面反应。     

N2-CO-CO2-H2O气氛下K(g)对焦炭高温气化反应动力学的影响

为了掌握高温区碱金属对焦炭气化过程的影响,在N₂-CO-CO₂-H₂O和N₂-CO-CO₂-H₂O-K_(g)气氛下,利用热失重法分别研究了焦炭在1 413~1 773 K的气化反应特征。结果显示,K_(g)对焦炭的气化反应具有较强的正催化作用,可以显著提高有效内扩散系数(D_e)和界面反应速率常数(k₊),降低内扩散活化能与界面反应活化能,且K_(g)对内扩散的影响程度高于对界面反应的影响。随着反应率的增加,内扩散阻力(η_i)和界面反应阻力(η_C)均逐渐增加,K_(g)可以促进η_i和η_C降低。在N₂-CO-CO₂-H₂O气氛、1 413 K时,气化反应的限制性环节逐渐由界面反应转为内扩散;而在1 473、1 573、1 673和1 773 K时其限制性环节始终为界面反应。在N₂-CO-CO₂-H₂O-K_(g)气氛下,气化反应的限制性环节始终为界面反应。     

氩气流量、渣系和加Al粉对1Cr21Ni5Ti钢保护气氛重熔锭[Ti]的影响

生产试验了氩气流量（15~45 L/min）,三元（/%:63CaF₂,27Al₂O₃,10CaO）、四元（/%:53CaF₂,22Al₂O₃,20CaO,5MgO）和五元（/%:50CaF₂,22Al₂O₃,20CaO,5MgO,3TiO₂）渣系和重熔过程加Al粉对3 t保护气氛重熔1Cr21Ni5Ti钢锭[/%:0.09~0.14C,≤0.80Mn,≤0.80Si,≤0.025S,≤0.035P,4.8~5.8Ni,20~22Cr,5×（C-0.02~ 0.65Ti]中[Ti]的影响。结果表明,增加氩气流量,采用五元渣系和重熔过程均匀加入Al粉可使重熔锭平均钛的烧损△[Ti]≤0.15%。采用优化工艺在6 t保护气氛电渣炉,填充比0.58,电流12 500~13 500 A,电压40~43 V,,氩气流量30 L/min,重熔1Cr21Ni5Ti钢的结果表明,电渣锭成分稳定,C含量0.090%~0.091%;Ti含量0.46%~0.52%。      

钨冶炼渣中铁、锰浸出工艺研究

通过对原料进行XRF、XRD、SEM的分析检测,XRF确定原料中主要组成元素Fe、Mn、Ca,含量大约为23.41 %、7.166 %、15.22 %;XRD表明含量较高的铁化合物晶体和锰化合物晶体主要为Fe₂O₃、NaMn（Mn, Fe）₂（PO₄）₃;SEM表明钨冶炼渣中有结晶物质吸附在大颗粒表面,颗粒形貌、大小相差较大.选择硫酸作为钨冶炼渣的浸出剂,选择性浸出铁、锰,钙元素富集留滤渣中,10 g钨冶炼渣中锰、铁含量的浸出量大约为0.58 g和2.1 g左右.考察了反应温度、固液比、硫酸质量分数和反应时间对铁、锰浸出率的影响,通过正交实验表得到较优工艺条件:反应温度80 ℃、固液比为1:6（g/g）、质量分数为25 %（g/g）与反应时间为90 min.浸出次数为1次.浸出液循环浸出次数1次,可以使铁、锰的浓度提高大约50 %和38 %.浸出过程动力学计算较符合通过产物层的扩散为控制步骤,其中铁浸出速率较快.