改进的M-MIVM在镍基固态合金中的应用

合金的热力学性质在材料科学和工程中起着重要的作用。对于复杂体系,利用灵活可靠的热力学模型进行理论计算具有重要价值和科学意义。改进的M-MIVM能够同时表达分子构型的微观状态数(熵)和分子相互作用(焓)对过量吉布斯自由能的贡献,具有坚实的物理基础,可预测实际固溶体的热力学性质。该模型的一个显著优点在于仅利用二元无限稀活度系数或二元活度数据就可以描述和预测多元固溶体的热力学性质。利用改进的M-MIVM对Au-Ni、Co-Ni、Cr-Ni、Cu-Ni、Fe-Ni、Ni-Pd、Ni-Pt、Ni-V、Co-Fe、Cr-Fe、Co-Fe-Ni、Cr-Fe-Ni、C-Co-Fe-Ni系等固溶体合金的活度进行了预测。结果表明,除Cr-Ni、Ni-V两个二元非连续固溶体外,其余体系的活度模型预测值与实验数据吻合较好,13个体系总的相对平均偏差仅为4.75%,且预测效果优于MIVM,能够满足工程计算要求。改进的M-MIVM在镍基固态合金应用中具有一定的准确性、稳定性和适用性,可为镍基合金设计提供较为可靠的热力学数据。     

无限稀金属溶液的活度系数与温度的关系及其应用

在热力学近似和实验数据验证的基础上,推证出无限稀金属溶液的活度系数与温度的关系为lnу_i~∞=b/T α通过此式,可将Wilson方程推广到由某温度下无限稀金属溶液的实验数据■和■估算所需温度下二元和三元液态合金的热力学性质。     

咪唑类离子液体处理煤热失重以及传热特性研究

离子液体作为新型阻化剂,溶解破坏煤中的活性结构从而抑制煤氧化反应进程,达到阻化煤自燃的效果。为了考察咪唑类离子液体对煤热失重以及热传递特性的影响,采集淮南矿区丁集1/3焦煤作为实验煤样,选取[EMIM][BF4],[BMIM][BF4],[BMIM][NO3]和[BMIM][I]对焦煤处理,并将未处理煤样作为对照组,开展热重-差热同步热分析实验和激光导热实验,得出咪唑类离子液体处理煤的热失重和热物性参数。结果表明:离子液体对煤的氧化热失重过程有明显的减弱作用,且不同离子液体的作用效果不同,效果最好的为[BMIM][BF4]。此外,差热结果显示离子液体处理煤的放热量均低于离子液体未处理煤,其中[BMIM][BF4]处理煤相比较于原煤,波峰温度提高28 ℃。煤样的热物性参数呈现出阶段性变化。30~210 ℃,随着温度的增加,煤样的热扩散系数逐渐降低,比热容和导热系数逐渐增大;210 ℃之后,煤样的热扩散系数逐渐上升,比热容趋于平稳,导热系数快速上升。在同一温度下,离子液体处理煤的热扩散系数以及导热系数均低于原煤,离子液体处理煤的比热容均高于原煤,其中[BMIM][BF4]处理煤的热扩散系数最小,比热容最大,导热系数最小。此外,[BMIM][BF4]处理煤热物性参数变化率最低,对温度的敏感性明显减弱,对煤热量传递抑制作用明显。结果可为煤火的防治提供一定的理论基础和现实依据。     

铟-锡合金真空蒸馏气-液平衡研究

在系统压力5 Pa～10 Pa、蒸馏温度1470 K～1570 K条件下,开展了铟-锡（In-Sn）二元合金真空蒸馏实验研究,结果表明随着蒸馏温度升高,液相中In含量从14.31 wt. %降至0.01 wt. %,表明真空蒸馏可有效分离In-Sn合金。采用分子相互作用体积模型（MIVM）计算In-Sn合金组元的活度,计算值与实验值的平均标准偏差分别为±0.0113、±0.0154,平均相对偏差分别为±11.8134%、±11.7322%,表明采用MIVM预测In-Sn合金组元的活度是可靠的。在此基础上,采用MIVM预测In-Sn合金体系的气-液平衡（VLE）数据,并与实验值进行对比,二者吻合,表明采用MIVM预测铟基合金体系的VLE是可靠的,可用于指导真空蒸馏分离铟基合金。本研究将模型预测与真空蒸馏实验相结合,不仅验证了MIVM的可靠性,还优化了真空蒸馏分离铟基合金的工艺参数,为真空蒸馏分离提纯铟基合金或处理含铟复杂物料提供指导。     

疏水型室温离子液体用于铀酰离子的萃取研究

对磷酸三丁酯/1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（TBP/[C8mim][PF6]）、磷酸三丁酯/1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（TBP/[C4mim][PF6]）2个离子液体体系在萃取UO22＋中的相关性质进行了研究。试验结果表明,由于[C8mim][PF6]疏水性较强,TBP在[C8mim][PF6]中对UO22＋的萃取能力明显优于[C4mim][PF6],分配比随水相初始硝酸浓度的增加而提高。为了改善离子液体的萃取性能,借鉴常规铀萃取剂结构,提出了合成带有可配合铀酰离子官能团的功能专一型离子液体的研究思路。     

Fe-C-N,Fe-C-Nb和Fe-C-Nb-N熔体活度相互作用系数

实验测定了1400℃温度下C和N在Fe-C-N和Fe-C-Nb-N熔体中的饱和溶解度。Fe-C-Nb熔体中C的饱和溶解度计算式为xC=0.1891+2.500xNb或-lnxC-9.754xC=-36.09xNb-0.1815。C和N在Fe-C-Nb-N熔体中的饱和溶解度随Nb浓度增加而增加。根据Fe-C熔体的热力学性质、Fe-C-N熔体中C和N之间的活度相互作用系数、C在Fe-C-Nb熔体中及C和N在Fe-C-N和Fe-C-Nb-N熔体中的饱和溶解度,通过严格的热力学推导和计算,获得了Fe-C-N熔体中C与N之间、Fe-C-Nb熔体中C和Nb之间及Fe-C-Nb-N熔体中Nb与N之间的活度相互作用系数:eCN=0.2022,εCNb=-36.09,eCNb=-0.6843和eNNb=-0.1406。     

CaO-FeO-MgO-SiO_2四元渣系活度模型及应用

为研究氧化熔融镍渣回收铁资源的热力学条件,建立了CaO-FeO-MgO-SiO_2渣系中FeO活度的计算模型。采用该模型探讨了1 723K时二元碱度和MgO含量对熔渣中αFeO的影响,分析了1 723K时镍渣中的铁组分氧化为Fe_3O_4的热力学可能性,并对计算结果进行了实验验证。结果表明,随着碱度的不断增加,αFeO呈现出先增加后减小的趋势,当碱度为1.1时αFeO值达到最大;氧化温度高于1 723K时,Fe_3O_4被进一步氧化为Fe_2O_3的K~Θ小于0,可抑制Fe_2O_3的生成。镍渣通过熔融氧化处理后,铁组元主要富集在磁铁矿相中,磁铁矿颗粒的平均粒径约52μm,可为磁选分离磁铁矿创造条件。     

含Cu^(2+)电解质溶液活度系数预测北大核心

采用电解质分子相互作用体积模型eMIVM(Electrolyte Molecular Interaction Volume Model)与它的能量项eMIVM-ET(Energy term of eMIVM)分别对含Cu^(2+)的20个单电解质溶液的活度系数进行拟合,并对含Cu^(2+)的5个两电解质溶液的所有组分活度系数进行预测。结果表明:两个模型对含Cu^(2+)单电解质溶液活度系数的拟合效果均较好,eMIVM模型预测的拟合平均偏差和平均相对误差分别为0.0598和6.4%,eMIVM-ET模型预测的分别为0.0163和3.0%;对含Cu^(2+)的两电解质溶液的所有组分活度系数预测时,eMIVM-ET模型的预测效果要比eMIVM模型的好,eMIVM-ET模型预测时的平均偏差和平均相对误差分别为0.0844和18.2%;在含Cu^(2+)电解质溶液的热力学计算中,与eMIVM模型相比,eMIVM-ET模型更适合作为一个可供选择的预测模型。     

合金组元过量焓与真空蒸馏气液相平衡的关联

基于Wilson方程,通过组元的摩尔体积和无限稀偏摩尔过量焓获得Wilson方程的相互作用参数,预测了Sn-X（X=Bi, Cd, Ga, Ge, In, Pb, 和 Sb）体系在5 Pa时的VLE（气-液平衡）相图。结果表明预测值与实验数据具有很好的一致性,在缺乏组元活度的情况下,该方法可以有效预测合金真空蒸馏的气液平衡,为粗金属的真空分离与提纯提供理论指导。     

合金组元过量焓与真空蒸馏气-液相平衡研究

基于Wilson方程,通过组元的摩尔体积和无限稀偏摩尔过量焓获得Wilson方程的相互作用参数,预测了Sn-X(X=Bi,Cd,Ga,Ge,In,Pb和Sb)体系在5Pa时的VLE(气-液平衡)相图。结果表明,预测值与实验数据具有很好的一致性,在缺乏组元活度的情况下,该方法可以有效预测合金真空蒸馏的气-液平衡,为粗金属的真空分离与提纯提供理论指导。     

离子液体改性活性炭的CO2吸附和扩散性能

采用浸渍法将活性炭用1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐([Bmim][TFSI])进行改性处理,制得一系列活性炭负载离子液体,并对其进行了FTIR,TG和SEM表征。研究了浸渍液浓度和浸渍时间对样品孔径分布、CO2吸附量、CO2/N2选择性和抗水性能的影响,并分析了CO2在活性炭负载离子液体内的吸附扩散行为。结果表明：浸渍时间是影响样品CO2吸附性能的关键因素,当离子液体浓度为0.24 mol/L浸渍3 h时,样品能较好地保持活性炭发达的孔道特征,在0.1 MPa和298 K时的CO2吸附量达8.65%;与空白活性炭相比,[Bmim][TFSI]改性处理能显著提高CO2/N2的选择性和抗水性;负载离子液体具有较快的CO2扩散速率,其扩散系数比纯离子液体高2个数量级。     

真空蒸馏分离铝镁合金的研究

首先采用MIVM计算了Al-Mg合金组元的活度,平均相对偏差和平均绝对偏差分别小于±2.231%、±0.035,表明采用MIVM计算Al-Mg合金组元的活度是可靠的。在此基础上,结合气-液平衡(VLE)理论,计算了Al-Mg合金体系的气-液平衡,并绘制了VLE相图,结果表明：蒸馏过程中铝、镁分别在液相和气相富集,二者能实现较好分离。开展了Al-Mg合金真空蒸馏实验,获得了VLE实验数据,并考察了蒸馏温度、保温时间对镁挥发的影响。结果表明：VLE计算值与实验值吻合,表明本研究建立的VLE计算模型是可靠的。另外,在蒸馏温度1373K、系统压强10~15Pa、保温时间120min条件下,镁的挥发率高达99.98%,直收率达到98.65%;残余物中Mg含量降至0.0017%。本研究为真空蒸馏回收铝镁合金废料奠定了理论及实践基础。     

Leaching of chalcopyrite (CuFeS2) with an imidazolium-based ionic liquid in the presence of chloride

The effects of independent variables such as, temperature, concentration of ionic liquid (1-butyl-3-methyl-imidazolium hydrogen sulphate, [bmim][HSO₄]), chloride and sulphuric acid on copper extraction from chalcopyrite (CuFeS₂) ore were studied by surface optimization methodology. The Central Composite Face approach and a quadratic model were applied to the experimental design. The optimal copper extraction conditions given by the above methodology were 20% (v/v) of [bmim][HSO₄] in water, 100 g L⁻¹ chloride, and 90 °C. The concentration of chloride and the temperature together exert a synergistic effect in enhancing chalcopyrite dissolution. Experimental data were fitted by multiple regression analysis to a quadratic equation and analyzed statistically. A model was developed for predicting copper extraction from CuFeS₂ ore with variables such as Cl⁻, [bmim][HSO₄], H₂SO₄ concentrations and temperature in the range studied. The activation energy was calculated to be 60.4 kJ/mol (temperature range 30–90 °C), indicative of chemical control of the reaction and [bmim][HSO₄] acts as an acid in the reaction.     

功能性离子液体[A336][Cyanex272]萃取分离宏量钨钼实验研究

为考察功能性离子液体三辛基甲基氯化铵二(2,4,4-三甲基戊基)膦酸盐[A336][Cyanex272]对高钼钨溶液中钨钼的萃取分离效果,以某工业料液(含16.27g/LWO3、9.10 g/L Mo)的模拟溶液为研究对象,详细研究了初始pH值、萃取剂浓度、O/A比等因素对钨钼分离的影响.实验结果表明,在水相初始pH值为6.0、[A336][Cyanex272]浓度为0.10 mol/L、O/A 比为2.5∶1 的条件下,分离系数高达43.34.利用0.025 mol/LNaHCO3溶液对负载有机相进行洗涤,钨可得到进一步富集,WO3/Mo质量比从15.76增加到33.26;后续利用0.4 mol/L NaHCO3溶液进行反萃,钼的反萃率接近100％,而钨的反萃率也高达80％以上.说明[A336][Cyanex272]可以有效地处理实际高钼钨溶液,其分离效果良好,并且反萃性能优异,是一种有工业应用潜力的萃取剂.     

CoCrFeNiMn系高熵合金热力学研究

热力学性质在高熵合金设计中起着重要作用,利用可靠的热力学模型进行理论计算来获取合金关键热力学数据已成为一种重要而有效的途径。利用现有二元热力学数据和改进的分子相互作用模型(M-MIVM)对CoCrFeNiMn系高熵合金固溶体的混合吉布斯自由能、混合焓、混合熵、过量吉布斯自由能、过量熵进行预测,同时考虑原子尺寸差异,从热力学角度评估该高熵合金形成的可能性、相稳定性和结构稳定成分。研究结果表明：CoCrFeNiMn体系满足高熵合金的热力学判据,易于形成五元高熵合金;在低Fe、高Ni和高Mn的条件下,该合金体系的混合自由能更负,结构越稳定,Co_0.15Cr_0.15Fe_0.1Ni_0.3Mn_0.3是一个较优的合金成分设计方案;在高温条件下,该合金体系的混合自由能显著下降,合金稳定性增强。研究可为CoCrFeNiMn系高熵合金设计提供较为可靠的热力学数据和理论指导。     

咪唑类离子液体萃取分离高值废线路板浸出液中Au(III)的研究

以离子液体为新型萃取剂萃取稀贵金属具有萃取效率高、选择性强、清洁环保等优点,近年来不断被应用于湿法冶金领域,并取得一定研究成果。本文研究了咪唑类离子液体从高值废线路板浸出液中萃取Au(III)的行为。考察了萃取体系、萃取相比、萃取pH值、萃取时间对Au(III)的影响。结果表明,DBC+[BMIM][NTF2]萃取体系可实现室温下绿色、高效萃取Au(III),对Au(III)选择性强,不与Ni(II)、Cu(II)等其他金属离子共萃。在pH值为0.5、O/A为1:2、萃取时间2min时,可与Au(III)形成稳定络合物,萃取率达到100%。采用1mol草酸对DBC+[BMIM][NTF2]含Au(III)萃取体系进行反萃,O/A为1:10,反萃时间10min时,可实现Au(III)从有机相中全部分离。该研究可为含Au(III)萃取溶液Au(III)与其余金属离子的分离提纯提供数据基础和理论指导。