真空下以煤还原氧化铝的实验

研究真空下以煤为还原剂进行碳热还原氧化铝。结果表明:压力为10-2Pa~10Pa的条件下,温度在1450℃~1650℃范围内,氧化铝与煤中的碳反应生成碳化铝和铝,温度越高,反应程度越大。煤中的硅、铁也被还原。还原产物铝、硅、铁蒸发出来,部分硅、铁冷凝在温度较高的位置,形成碳化硅、硅铁合金。铝与另一部分硅铁冷凝在温度较低的位置,一部分金属铝形成碳化铝和铝硅铁合金。     

碳热氯化歧化法炼铝的热力学分析

用碳热氯化歧化法对从含铝原料中炼铝过程进行了热力学分析,该过程分为三个步骤:首先,固态AlCl3在低温下升华得到AlCl3或Al2Cl6气体,升华气体经导气管进入高温反应器内;其次,Al2Cl6可能直接参与碳热氯化反应,也可能分解得到AlCl3气体,AlCl3再参与碳热歧化反应生成低价氯化铝AlCl;最后,AlCl在低温区歧解得到金属铝与AlCl3气体。实验结果表明:在12Pa~50Pa,353K~363K条件下,低温时固态AlCl3升华,得到的是Al2Cl6气体,而非AlCl3气体;升华得到的Al2Cl6气体进入高温区,在10Pa~100Pa,560K~615K时发生分解得到AlCl3气体;AlCl3气体参与了碳热氯化反应,而非Al2Cl6气体参与碳热氯化反应。     

AlB2成相过程中的反应扩散

采用扩散偶法研究了原位烧结过程中AlB2的形成过程及成相控制环节。扩散实验表明:铝的扩散能力远大于硼的扩散能力,Al-B体系成相主要是通过Al向B扩散实现的;Al-B可以在固-固态和液-固态下发生反应生成AlB2相;固-固态下,相互接触的Al和B通过原子间相互扩散在接触处形成固溶活化区,AlB2相便在该活化区内形成。固-固态下控制Al-B反应发生的因素是Al原子穿越反应产物的扩散能力;液-固态下控制Al-B发生反应的因素是熔融态Al对固相产物的润湿性。     

氧化铝的真空碳热还原—氯化—歧化反应(英文)

通过XRD物相分析和热力学分析研究氧化铝的真空碳热还原—氯化—歧化反应。以氧化铝和石墨为原料,在真空下、1643-1843K的温度范围内进行实验。结果表明,AlCl3(g)与氧化铝碳热还原产生的Al2O(g)或Al(g)反应生成AlCl(g),该AlCl(g)在较低温度下歧化分解为金属铝和AlCl3(g);当压力为100Pa、温度为980K时,AlCl(g)的歧化反应率达到90%。生成的金属铝可以吸附催化CO歧化为C和CO2,并可以与CO二次反应形成Al4C3、Al2O3、C和CO2,导致铝产物中含有C、Al4C3和Al2O3。产物铝中所含的这些杂质随着AlCl(g)歧化反应温度的降低而减少。AlCl3(g)在接近室温的温度下冷凝下来。     

氧化铝碳热还原反应机制及其热力学

研究了球磨活化后氧化铝碳热还原反应合成氮化铝的机理 ,提出了通过氧化铝碳热还原反应合成氮化铝的新机制 :氧化铝首先发生氮化反应生成AlON相 ,AlON再还原氮化生成氮化铝。通过热力学计算得到的反应平衡温度与实验得到的氮化铝开始生成温度相吻合。     

碳热还原法制取铝硅合金的反应机理及其动力学

利用XRD、TG/DTA技术分别分析真空碳管炉内不同反应温度下的物相组成和碳热共还原Al2O3、SiO2的反应过程,并在此基础上探讨碳热还原法制取铝硅合金的反应机理.分别采用10、15、20和25 K/min升温速率的差热分析,研究动态氩气气氛中碳热法制取铝硅合金的反应动力学.结果表明:碳热还原反应过程可分为4个阶段,其中,以碳化物的生成与分解阶段为主.碳热还原反应的4种还原机理中,碳化物的生成与分解理论能较好地解释反应过程中出现的反应现象.各个吸热峰的表观活化能分别为848.9、945.4、569.7、325.7、431.9和723.1 kJ/mol,给出了各个吸热峰的动力学方程.同时,利用XRF和红外定硫定碳仪对碳管炉和电炉所得产物组成的定量分析,验证了动力学分析结果的可行性.     

真空下碳热还原氧化铝的热力学

对真空条件下碳热还原氧化铝进行热力学研究.结果表明:在1 643～1 843 K的温度范围内,真空碳热还原氧化铝生成气体产物,该气体在温度降低时发生二次反应形成冷凝物,反应过程中体系压力保持在5～150 Pa.热力学分析表明:当体系压力为1～100 Pa时,在1 200～1 900 K的温度范围内,碳热还原氧化铝生成Al2O、Al和CO;生成Al2O的初始反应温度低于生成Al的初始反应温度,但反应温度高于一定值时,更易生成Al气体,该温度取决于体系的压力;当CO的分压分别为1、10和100 Pa时,Al2O稳定存在的温度分别高于1 462、1 560和1 674K,Al气体稳定存在的温度分别高于1 514、1635和1 777K.     

铝热还原法合成TiN/刚玉复合陶瓷的研究

以金属铝粉和钛白粉为原料,在流动氮气和匣钵埋碳保护气氛下采用铝热还原氮化法制备了TiN/刚玉复合陶瓷.采用XRD,SEM和TEM等分析手段,研究了铝热还原氮化法制备TiN/刚玉复合陶瓷在不同气氛和温度下的物相组成、晶格常数、显微结构.研究结果表明:在流动氮气和埋碳气氛下铝热还原法均可以制备TiN/刚玉复合陶瓷;处理温度和气氛明显影响着铝热反应的程度及产物的形貌,在埋碳条件下处理后的产物中TiN含量、晶粒大小、晶格常数明显低于流动氮气氛下处理产物中上述各项值.热力学计算发现埋碳条件下铝除参与铝热还原反应外,还与碳粉床中氧发生反应,导致参与铝热反应的金属铝不足,造成产物中有剩余的金红石存在.     

含砷石膏渣还原分解行为及砷迁移规律

在分析石灰铁盐法含砷石膏渣的物相组成和浸出毒性基础上,开展石膏渣-煤粉的TG-DSC和固-固反应研究,探索石膏渣碳热还原分解行为及砷迁移规律。结果表明:石膏渣在1000℃时的质量损失率接近50%,石膏渣与煤粉质量比为40:1时能够有效促进热分解,具有较高的质量损失率;石膏渣-煤粉反应过程中,分解残渣出现CaSO_4→CaS→CaO的物相转变,还原分解后期CaSO_4→CaO/SO_2转变较为彻底,挥发率为45.29%、减容率为65.83%,气体产物成分为SO_2和CO_2,挥发性烟尘主要成分为As_2O_3;分解残渣微观结构较为致密,砷浸出毒性为1.05mg/L低于《GB 5085.1—2007》限值,浸出率仅为原石膏渣的1/236,残留的63.38%砷被有效固化在分解残渣中。碳热还原分解实现石膏渣的无害化处置、硫资源利用和砷的富集。     

铝热还原法合成TiN／刚玉复合陶瓷的研究

以金属铝粉和钛白粉为原料，在流动氮气和匣钵埋碳保护气氛下采用铝热还原氮化法制备了TiN／刚玉复合陶瓷。采用XRD-SEM和TEM等分析手段，研究了铝热还原氮化法制备TiN／刚玉复合陶瓷在不同气氛和温度下的物相组成、晶格常数、显微结构。研究结果表明：在流动氮气和埋碳气氛下铝热还原法均可以制备TiN／刚玉复合陶瓷；处理温度和气氛明显影响着铝热反应的程度及产物的形貌，在埋碳条件下处理后的产物中TiN含量、晶粒大小、晶格常数明显低于流动氮气氛下处理产物中上述各项值。热力学计算发现埋碳条件下铝除参与铝热还原反应外，还与碳粉床中氧发生反应，导致参与铝热反应的金属铝不足，造成产物中有剩余的金红石存在。     

活性炭碳热还原钛铁矿的动力学研究（英文）

研究氩气气氛下,钛铁矿与不同质量分数的活性炭在1373~1773 K温度区间内的等温碳热还原反应。通过红外气体分析仪得到了碳热还原过程中的动力学曲线。研究结果表明,除1473 K外,在其他反应温度下改变活性碳的添加量几乎不影响反应速率。当反应温度高于Fe-C二元系共晶温度1427 K时,部分碳会溶解在铁中形成液相。此时,碳能通过液态铁传输扩散到反应界面。当反应温度高于1573 K时,碳热还原钛铁矿符合收缩核模型。还原产物中碳化钛的质量分数可以通过标准添加法测量。     

真空下碳热还原氧化铝的二次反应

通过热力学分析和实验研究了真空条件下碳热还原氧化铝的二次反应.热力学分析表明:低温、高压有利于碳热还原氧化铝的产物Al2O、Al与CO的二次反应.分别绘制了Al2O和Al在一定分压下,与CO的二次反应平衡曲线图,给出了各二次反应的CO平衡分压与温度的关系,根据CO的分压和温度、利用二次反应平衡曲线图分析二次反应的产物.氧化铝与石墨的真空碳热还原实验研究证实:Al2O与CO降低温度首先生成Al4O4C和C,Al与CO降低温度首先生成Al4O4C和Al4C3,符合根据二次反应平衡曲线图分析得到的结论,说明二次反应平衡曲线图的合理性.     

机械力活化合成机制研究

用两种球磨方式活化氧化铝,用化学分析法测量氧化铝碳热还原反应后生成氮化铝的转化率,考察了球磨活化对氧化铝碳热还原反应合成氮化铝的作用,研究了机械力活化合成的机制。结果表明,氧化铝与碳粉混合球磨时对碳热还原反应的作用远小于氧化铝单元单独球磨时对反应的作用,经球磨活化后,氧化铝碳热还原的反应温度降低,两相复合结构机制不能合理地解释这一实验结果。本研究认为,球磨过程中晶粒尺寸细化至纳米级以及显微应变的存在是球磨化活化促进化学反应的主要原因。     

电热法生产铝硅合金的理论研究

从理论角度系统研究了Al2O3-C系、SiO2-C系、Al2O3-SiO2-C系热力学。结果表明,在Al2O3-C系中,碳热还原氧化铝过程的中间产物Al4C3,它与A12O3、A1之间有很大的溶解度,导致铝的提取率较低,给利用电热法直接制备金属纯铝带来了困难。在Al2O3-SiO2-C系中,硅在很大程度上改善了铝还原的热力学条件,其中间产物Al4C3、SiC等碳化物分别与SiO2、Al2O3反应进而生成铝-硅合金,使电热法生产铝-硅合金得以实现。动力学研究结果表明,在电热法生产铝-硅合金中,Fe的存在使铝-硅合金生成反应的起始温度大大降低,且Fe与Al、Si在熔融状态下可以无限互溶,Fe还有助于破坏碳热还原过程中容易生成的碳化物。     

碳热还原法合成TiB2的反应传质机理

在XRD、SEM、能谱分析、TEM、TG-DSC等实验分析的基础上,对以TiO2、B2O3、C为原料,通过碳热还原法合成TiB2粉末的反应传质机理进行了研究,阐明碳热还原法合成TiB2的反应传质机理,建立碳热还原法合成TiB2的反应传质模型。研究表明:在碳热还原TiO2的过程中,由低温到高温,最稳定的还原产物分别是Ti4O7和Ti3O5,尤其当温度超过1300℃以后,Ti3O5为最稳定的还原产物。在碳热还原TiO2与B2O3合成TiB2的反应过程中,DDSC曲线上有几个明显的吸热峰,这分别对应于TiO2→Ti4O7→Ti3O5→TiB2的反应阶段。碳与氧化物颗粒之间是通过CO/CO2气体偶实现质量传递的。在反应体系中,B2O2(g)气相、Ti3O5(s)固相分别是形成TiB2的前驱体。     

Thermodynamic Analysis and Preparation of Composites in Zr-Si-C-N-O System

为了得到锆英石碳热还原氮化反应时产物相的稳定存在区域,用ΔfG1=A+BT法对Zr-Si-C-N-O系进行了热力学计算和分析,绘制了Zr-Si-C-N-O系优势区相图。结果表明:通过控制配碳量、反应温度、炉内的CO分压和N2分压,可以获得组成分别为ZrO2-Si2N2O、ZrN-Si2N2O或ZrN-Si3N4等的复相材料。根据热力学分析结果,以锆英石、活性炭为原料,N2(99.999%)为氮源,研究了配碳量(10%,20%,22%,30%,质量分数)对锆英石碳热还原氮化反应失重率及产物相组成的影响。结果表明:配碳量不仅显著影响锆英石碳热还原氮化反应产物的物相组成,而且配碳量的增加还会降低锆英石碳热还原氮化反应的开始温度。     

碳热还原氮化法合成MgAlON

利用重力计,比重仪,SEM,XRD,碳素分析仪,XFS和氧氮分析仪检测了不同加热条件下碳热还原氮化法合成镁阿隆(MgAlON)的密度、微观结构、相组成以及Mg,Al,O,N和C含量,讨论了碳热还原氮化法合成MgAlON的机理.结果表明,加热温度为1100℃时,原料中所有的MgO反应生成镁铝尖晶石(MgAl_2O_(4ss));当加热温度高于1300℃时,发生碳热还原氮化反应,N固溶于MgAl_2O_(4ss)生成MgAlON;由于碳热还原氮化反应不断消耗Al_2O_3,加热温度为1600℃时试样中Al_2O_3大颗粒的尺寸较加热温度为1500℃时的小;随着石墨和Al_2O_3在反应过程被完全消耗,在1650℃下加热获得了单相MgAlON.另外,碳热还原氮化反应中N原子向尖晶石结构MgAl_2O_(4ss)中固溶时导致晶格畸变而使原子间隙扩大,从而Al在MgAlON的固溶量高于其在MgAl_2O_(4ss)中的固溶量.由于碳热还原氮化反应过程产生气体及高温下Mg蒸汽分压较高,即使加热温度提高至1800℃,试样中仍然存在大量密闭气孔.     

铜渣碳热还原过程中二氧化硅固溶体的形成机理

铜渣是铜火法冶炼过程中产生的主要固体废弃物,碳热还原可实现其主要物相铁橄榄石的分解,有利于后续铁的富集.本文利用XRD、SEM和EDS对铜渣碳热还原过程中的反应行为进行研究,借助碱浸实验考察了焙烧产物中二氧化硅(SiO2)固溶体的溶解性,并通过XPS及TEM分析结果探讨SiO2固溶体的形成机理.结果表明:铜渣中的主要物...     

一种新的非电解法炼铝工艺（英文）

提出了一种从氧化铝中提取原铝的新方法。该方法的原理基于如下化学反应:AlI_3+(3/2)Zn=Al+(3/2)ZnI_2。首先通过氧化铝的碳热氯化反应得到氯化铝(AlCl_3),然后通过氯化铝和碘化钙的交换反应(AlCl_3+CaI_2→AlI_3+CaCl_2)得到碘化铝。在实验室条件下对这些反应进行了研究,同时对一些回收主要化学试剂的反应进行了研究(Cl_2,ZnI_2→Zn,CaCl_2→CaI_2)。采用XRD和SEM对反应产物的相组成及形貌进行分析。采用总自由能最小方法对化学反应平衡进行计算。结果表明,采用非电解方法,可以在没有非常高的温度和可消耗的化学试剂的条件下,从氧化铝中有效地提取铝。与当今采用燃煤发电提供电力的铝电解厂相比,本方法所产生的单位碳消耗和CO_2大气排放可以降低一半以上。     

碳热法炼铝

碳热法还原氧化鋁包括五个方面:(1)杂质还原仅制取純氧化鋁,(2)氧化鋁-碳反应的化学,(3)氮化物和氰化物的生成,(4)合金的形成,(5)由直接还原产物中提取铝。首次用碳热法制得的是銅铝合金,后来制得的是硅铝合金,近来制得的是鋁铁硅等合金。用碳热法炼铝的原料是粘土或其它合铝矿石。究竟用何种原料,取决于由电爐合金提取铝的方法是否經济。