磷化工副产物磷铁加钴真空制备三磷化钴的热力学

本文应用"物质吉布斯自由能法"对磷铁制备三磷化钴CoP_3进行了系统的热力学研究。在298～1600K范围内,Fe_2P与Co反应生成三磷化钴CoP_3的ΔG由196.12kJ·mol~(-1)变化至146.22 kJ·mol~(-1),Fe3P与Co反应生成三磷化钴CoP3的ΔG由442.38kJ·mol-1变化至399.21kJ·mol-1,在所计算温度范围不可能制备三磷化钴CoP3;加入适量的CaO和SiO2后,相同温度下反应生成(3CaO·2SiO2)和CoP3的ΔG对应为-42.45kJ·mol-1至-108.42kJ·mol-1,同时计算了温度T从298K变化到700K时,其平衡常数Kθ为:2.73×10~7至1.03×10~4。研究结果表明:利用磷铁加Co和适量的CaO与SiO2在温度低于700K真空条件下制备三磷化钴Co P_3,不仅可行而且反应彻底,为实验研究提供了热力学参数。     

Fe2O3在氧化铝碳热还原-氯化法炼铝过程中的行为分析

在中真空(15~100 Pa)、993~1723 K下,采用X射线衍射、扫描电镜及能谱仪等分析手段对Fe2O3在氧化铝碳热还原及氯化过程的行为以及Fe2O3的添加量对产物金属铝的直收率的影响进行了研究。结果表明:在碳热还原过程中、不通入氯化铝气体时:当温度低于1273 K,Fe2O3逐渐与C反应生成Fe;当温度处于1273~1473 K之间,Al2O3发生晶型转变;当温度处于1473~1623 K之间,有Fe3C生成;当温度处于1723 K,由于生成的Fe3C与剩余的Fe形成熔体,包裹Al2O3与C,使Al2O3与C反应生成大量的Al3C4及Al4O4C。通入氯化铝发生氯化反应后,此时有金属铝生成,并且在冷凝物中未发现含Fe物质。在1723 K下,物料中添加适量的Fe2O3可以降低氧化铝真空碳热还原反应的温度,提高反应的速率从而提高铝的产率。     

SiO2在真空低价氟化法炼铝过程的分布

热力学研究得出:当系统残余压力为100~10 Pa时,SiO2与碳反应在1465~1353 K以上即可生成Si和CO;在1329~1225 K以上即可生成SiC和CO;SiO2和还原剂碳及氟化铝在1464~1353 K以上反应生成SiF4和CO及铝。实验考察了真空低价氟化法炼铝过程中SiO2的分布。XRD表明:SiO2在低价氟化法炼铝过程中有五种走向:(1)被还原成SiC,存在于残渣相;(2)被还原为单质硅,再与还原出的铁生成硅铁,存在于残渣相;(3)SiO2与冰晶石生成铝硅酸盐进入气相中;(4)SiO2与冰晶石生成气态SiF4,再与冰晶石分解的氟化钠形成Na2SiF6进入冷凝相;(5)形成气态低价氧化硅,再在合适温度下分解为单质硅进入冷凝相。     

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(10~30 Pa)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,Sb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1473 K时,残留物中的As与Cu形成的化合物Cu3As及Cu5As2,阻碍了As的彻底挥发;当蒸馏温度高于1473 K时,残留物中的As与Cu形成的化合物Cu3As及Cu5As2发生分解,使得As元素挥发得更为彻底;蒸馏温度从1573升至1673 K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。     

真空下用磷矿石无渣工艺制备磷的热力学研究

本文应用"物质吉布斯自由能函数法"讨论标准压力和不同真空条件下由磷酸钙和碳反应生成碳化钙制备磷的热力学反应条件。计算结果表明在常压下反应温度1891 K,而在真空条件下压力在90~9 Pa反应进行的温度为1423~1320K。实验验证了热力学的准确性。     

真空蒸馏分离脆硫铅锑精矿中闪锌矿的实验研究

提出了一种利用真空蒸馏从脆硫铅锑精矿中分离闪锌矿的方法,从理论上分析了闪锌矿与脆硫铅锑精矿分离的可行性并开展了实验研究。理论计算结果表明,Sb_2S_3,PbS,ZnS和FeS在实验温度范围内挥发性依次减弱且不会分解。对实验样品采取化学分析及X射线衍射和能量色散谱物相分析,探究蒸馏温度和保温时间对闪锌矿分离富集效果的影响,分析结果表明,通过真空蒸馏脆硫铅锑精矿的方法可以实现闪锌矿与其他硫化物的分离和富集,在温度为1073~1573 K,随着蒸馏温度和保温时间的增加,锌的富集比出现先增加后稳定的趋势,蒸馏温度的对闪锌矿分离的影响大于保温时间。当保温时间为1.0 h,蒸馏温度为1473 K,系统压力为50 Pa时,锌以闪锌矿形式存在于冷凝盘中,锌含量高达66.32%,接近于纯硫化锌中锌的含量66.67%。该方法为脆硫铅锑矿的冶炼提供的新方法,同时为含有闪锌矿的其他矿物提取闪锌矿提供了新思路。     

铬含量和烧结工艺对Fe_3Si基合金涂层组织结构的影响

目前,关于以碳化硅粉、铬粉为原料原位生成Fe_3Si基合金涂层的研究鲜见报道。以碳化硅、铬粉为主要原料,以聚氧硅烷为胶粘剂,采用无压烧结技术在Q235钢基体表面制备Fe_3Si基合金涂层,采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析涂层的形貌和结构,并测试涂层的硬度,研究了Cr含量和烧结工艺对Fe_3Si基合金涂层性能的影响。结果表明:Cr元素对SiC的分解有助催化作用,有利于Fe_3Si基合金涂层的生成;Cr含量低时,涂层组织由Fe_3Si相和石墨相组成;随着Cr含量增加,涂层中的石墨相转变为硬质的(Fe,Cr)_7C_3相,形成Fe_3Si相+(Fe,Cr)_7C_3相的组织结构,涂层与基体连接更加紧密,涂层硬度提高,Cr/SiC质量比为0.6~0.8时,所得膜层质量较好;制备Fe_3Si基合金涂层较合适的烧结工艺为真空,烧结温度1 120℃,保温时间60 min。     

用碳热还原法合成镁铁铝复合尖晶石

使用电熔镁砂、板状刚玉和分析纯氧化铁为原料,在1550℃埋石墨条件下高温烧成直径为20 mm厚10 mm的试样。使用X射线衍射仪分析试样的物相组成,使用Highscore Plus软件拟合试样中物相的衍射峰,根据特定晶面的晶面间距计算镁铁铝复合尖晶石的晶格常数和晶胞体积;用重铬酸钾容量法测试试样中氧化亚铁的含量;用扫描电子显微镜分析试样的微观结构;进行热力学计算阐述了镁铁铝复合尖晶石的生成机理。结果表明:制备的两种不同形貌的镁铁铝复合尖晶石,其晶格常数和晶胞体积均比标准卡片中MgO·Al_2O_3的大且其XRD谱中主强峰向左偏移;少量的MgO和Al_2O_3被C还原生成镁蒸气和铝蒸气,与CO和O_2发生气相沉积反应生成了针状MgO·Al_2O_3,高温下的液相促进了Al_(15.99)Mg_(7.64)Fe_(0.37)O_(32)相的生成。大量MgO与Al_2O_3反应生成了粒状MgO·Al_2O_3,Fe2+和Fe3+扩散进入MgO·Al_2O_3晶体内生成了Mg_(8.13)Al_(14.25)Fe_(1.13)O_(32)相;用重铬酸钾容量法测出,试样中FeO的含量为2.38%。     

Cu掺杂对Mn_(1.28)Fe_(0.67)P_(0.48)Si_(0.52)化合物力学性能及磁性能的影响

在氩气保护下用高能球磨机械合金化和固相粉末烧结法制备了系列化合物Mn_(1.28)Fe_(0.67)P_(0.48)Si_(0.52)(x=0,0.5,0.10,0.15,0.20)。通过X射线衍射、同步辐射X射线吸收光谱和磁性测量研究了该化合物的物相结构与磁性能。Mn_(1.28)Fe_(0.67)P_(0.48)Si_(0.52)系列化合物为Fe2P型六角结构,空间群为P-62m。该系列化合物随着Cu掺杂含量的增加晶胞沿a,b方向收缩,沿c方向膨胀的趋势,但是晶胞体积无明显变化。同步辐射X射线吸收光谱分析结果表明,该系列化合物中Cu原子在3f晶位替代部分Fe原子。居里温度在x=0,0.05,0.10时变化不大,分别为255,242及257K;相转变速率随Cu含量的增加而变小。但在x=0.15时居里温度明显降至182K;相转变速率也回升,并在20K以内完成转变。在0~1.5T外加磁场变化下,最大磁熵变为11.1J/(kg·K)。力学性能随着Cu掺杂含量的增加而有显著提高,抗压强度从无掺杂时的P=53.64 MPa到x=0.20时P=136.65 MPa,增加率达到154%。     

氟磷铁新型防腐涂料简介

氟磷铁防腐涂料是一种用于保护钢铁表面的新型防腐涂料,它不仅对介质有隔离屏蔽作用,还能使钢铁表面磷化致钝、残锈软化。之所以如此,是因为它含有一种由Na_3FeF_6、FePO_4、FeOF、Fe_2P_2O_7、NaH_2PO_4和Na_4P_2O_3等组成的无机氟磷铁颜料,当涂料接触金属表面时,颜料中的活性组份使钢铁基体上的水份进行水解,生成具有缓蚀作用的络合物。涂料的基本性能: 涂料样品由临海市某化工厂提供涂料的成膜物基料采用PVC树脂。涂料物理机械性能实测见下表:     

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。     

真空法从铟矿中制备铟的机理研究

在真空条件下,本文采用热力学分析方法计算真空下铟矿碳热还原反应过程中发生的反应的吉布斯自由能以及起始反应温度。结果表明,当压力为10 Pa、温度高于380 K时,In2O3与C的反应满足反应发生的热力学条件。在同一体系压力下,物料In2O3:C摩尔比为1:3时,反应生成单质In所需的温度是最低的。在碳量充足条件下In2O3可直接被还原生成单质铟,随着碳的消耗,In2O3的碳热反应会生成中间产物。由此,推算在真空碳热反应过程中,碳热还原In2O3的顺序首先生成In,随着碳耗及升温生成In2O,最后生成In O。In2O3热分解生成In2O,随着体系压力的降低,反应起始温度降至423 K;中间产物In2O热分解生成单质In,当体系压力降至10 Pa时,起始温度降为781 K;In O与生成物CO反应,随着体系压力降低,吉布斯自由能增加,因此,降压不利于In O与CO反应。本文从热力学角度探讨真空制备铟热力学可行性,为下一步实际生产提供相应的理论基础。     

脆硫铅锑矿的分解行为研究

研究脆硫铅锑矿在真空条件下的热解行为,对真空冶金法处理脆硫铅锑矿具有重要意义。本文采用实验研究的方法,对各个条件下脆硫铅锑矿真空炉热解产物的物相结构和主要金属元素含量进行了分析,研究结果表明,脆硫铅锑矿(Fe Pb4Sb6S14)在真空炉内较低温度下会发生分解,当温度达到500℃时已经完全分解。分解产物Pb S、Sb2S3、Fe S在实验条件下较稳定并不会发生分解,他们的优先挥发次序依次为:Sb2S3、Pb S、Fe S。     

真空铁热还原氧化锂制备金属锂的热力学分析与实验初探

通过相关的热力学理论计算,对常压及真空条件下以碳酸锂为原料分解成氧化锂以及铁热还原氧化锂制备金属Li进行了热力学分析,计算结果表明:常压下碳酸锂很难发生分解反应,当系统压力降到1Pa时,碳酸锂的临界分解温度降为889K,并且真空中用铁还原氧化锂制备金属Li是可行的.并根据计算设计进行了铁还原氧化锂实验,实验结果表明:在热力计算上,系统压强为1～5Pa,温度为1423～ 1573 K的条件下,金属铁能还原出金属锂,锂的还原率为48％以上.     

新型腐蚀抑制剂——含锌涂料

法国Ets DERIVERY公司研制出一种新型腐蚀抑制剂——含锌涂料。它是一种含锌底漆。含锌底漆的防腐作用机理是以锌的羟基与CO_2起反应生成碳酸盐和羟基碳酸盐为条件的。通常,含锌的底漆具有许多严重缺点;对金属的附着力低,涂层中的锌很快被浸析,在空气中起泡沫,被涂金属的可焊性不理想。 新型涂料克服了上述缺点。它的组分中除含有锌粉外,还加入了导电的铁磷化合物,一般由Fe_2P和FeP与SiO_2构成。X射线分析表明,该涂料中加入了Fe(61～70%)、P(18～24%)、Si(2.5～4%)、Mn(23～5%)。Fe_2P是灰色耐热的坚硬物质,密度为6.53g/cm~3,熔点为1320℃。Fe_2P磨碎时得到     

低价氯化铝法从氧化铝直接碳还原炼铝的机理分析

碳热过程的热力学分析表明,系统压力为100 Pa时,生成Al4O4C与Al4C3以及Al4O4C与C结合生成Al4C3的初始温度分别为1690,1711,1472 K;碳热-氯化过程的热力学分析表明,在101 Pa,1500 K时,氧化铝直接碳热-氯化的吉布斯自由能为-20.041 kJ;系统压力为100 Pa时,Al4O4C,Al4C3以及Al2O3联合Al4O4C,Al4C3参与氯化反应的初始温度分别为1459,1378,1416 K。实验结果显示:碳热过程在50~100 Pa、高于1693 K时,Al4O4C与Al4C3开始生成且含量随着温度的升高而增加;随着温度的继续升高或系统压力的减小,Al2O3及Al4O4C碳热转化为Al4C3。在50~100 Pa,1693 K时进行了实验,证明了该过程没有发生碳热-氯化反应。在70~150 Pa,1753~1853 K的范围时进行实验,均得到金属铝,说明要发生碳热-氯化反应必须先发生氧化铝与碳的碳热反应,即生成Al4O4C与Al4C3。     

添加剂对CO还原分解磷石膏的影响

采用CaCl2、Fe2O3、MgO作为添加剂按一定比例分别与磷石膏混合,在3%CO的弱还原性气氛下,研究了添加剂的量、反应时间对磷石膏分解率和分解温度的影响。结果表明:在添加CaCl2、Fe2O3的情况下,分解率达到85%以上,反应温度只需达到950℃即可,这比不添加添加剂时磷石膏的分解温度低了100℃,在保证了分解率的同时有效降低了磷石膏的分解温度;而相同条件下添加MgO对磷石膏的分解效果并无明显影响。     

Fe/Al2O3陶瓷梯度涂层的结合性能

以FeAl和FeAlNi两种混合粉体作为底层材料,将喷涂法和溶胶-凝胶相结合制备了Fe/Al_2O_3梯度涂层,分析了其与钢基表面的结合性能。结果表明:当烧结温度为1220℃时,两种过渡底层Fe/Al_2O_3陶瓷梯度涂层的界面结合强度分别达到21.2 MPa和25.3 MPa,涂层的物相组成分别为α-Al_2O_3、AlFeO_3、Al_2Fe_2O_6、Al_3Fe_5O_(12)和α-Al_2O_3、AlFeO_3、NiFe_2O_4等。与FeAl相比,以FeAlNi作为过渡底层制备的Fe/Al_2O_3梯度涂层材料结构致密度高、没有明显孔洞与宏观界面,且有树枝状组织生成,有利于涂层结合性能的提高。     

CaC_2还原MgO热力学分析与实验研究

本文对常压及真空条件下以碳化钙为还原剂制取金属镁的热力学分析,计算出平衡状态下镁蒸汽的露点,并进行真空热还原实验研究.结果表明:常压下临界反应温度为2095K;当系统压力降至10~3Pa和10Pa,临界反应温度依次降为1376K和1030K;达到平衡时,还原温度1316K时,镁蒸汽的露点为熔点,还原温度为1273K、1373K时,露点分别为901K、958K.升高还原温度或延长还原时间可提高镁收率和CaC_2利用率;理论配比的反应物料在1423K条件下还原2h的镁收率为83.1%.而当还原时间达到2.5h,镁还原率和CaC_2利用率均超过80%.     

氟磷酸钙真空碳热还原反应机理的分子动力学研究

由于在高温下缺乏实验检测方法,反应的中间产物寿命短、浓度低,很难通过实验手段获得准确的分析数据,本文采用从头算分子动力学模拟方法对氟磷酸钙真空碳热还原的反应机理进行研究。结果表明:在1723K下,Ca_5(PO_4)_3F与C摩尔比为1∶12时,Ca_5(PO_4)_3F中的P原子态密度(PDOS)比较接近单个P原子态密度,C原子与O原子具有明显的共价键特征,还原效果最好;PDOS结果显示在费米能级附近,Ca原子与P原子、C原子没有形成共价键,故没有出现中间产物Ca_3P_2和CaC_2;由此推测氟磷酸钙碳热还原反应机理,首先C与Ca5(PO4)3F中PO3-4反应,不断脱去PO3-4中的O原子,PO3-4→PO_3~(2-)→PO_2~-→PO→P,然后C与O~(2-)结合生成CO,Ca~(2+)分别与O~(2-)、F~-结合生成CaO、CaF_2。