真空碳热还原法处理铅银渣热力学分析及实验研究

采用湿法炼锌产出的铅银渣作为实验原料,首次提出利用真空碳热还原法处理铅银渣以回收其中的金属铅。系统研究了冷凝产物的物相随还原温度、配碳比及还原剂的种类的变化而变化的基本规律。通过对碳热还原铅银渣的热力学计算可以得出,常压条件下用C直接还原PbSO_4生成金属铅,氧化铅和硫化铅的理论开始反应温度分别为737,829和532K。当系统压力下降至10Pa时,其理论开始反应温度分别下降至504,562和370K。通过实验分别研究不同还原温度,不同配碳比,不同种类还原剂对冷凝产物的影响。实验结果表明:当以石墨作为还原剂,还原温度为700℃,真空度为10Pa,配碳比C/Pb=2,反应时间为30min的条件下,能够获得相对较纯的铅粉。     

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%.     

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。     

二氧化硅在真空低价法制备铝过程中的歧化行为研究

本文引入"物质吉布斯自由能函数法"讨论在低价氟化法制备铝过程中,二氧化硅在不同压力和温度下生成低价氧化硅及其分解的热力学条件并进行了实验验证.研究得出:在100kPa时,二氧化硅与还原剂碳反应在1937K以上才能生成低价氧化硅;而当系统残余压力在100Pa～10Pa内时,在1463K～1352K以上即可以生成低价氧化硅;体系压力在100Pa～10Pa范围内,即低价氧化硅歧化分解温度在1535K～1415K间进行.实验结论:采用真空碳热还原铝土矿实验,在系统压力为150Pa,反应温度为1450℃时,得到含硅为4.87%的金属铝,铝纯度达到95.13%.实验验证了理论研究的正确性,为生产工艺的研究提供了热力学理论依据和实验基础.     

碳化钙真空还原镁热力学分析及试验

本文通过对碳化钙还原MgO的化学反应热力学研究,计算得到:在常压下该反应的临界反应温度为2148 K;在真空条件时还原反应临界温度降低,当压力降低至1 kPa时,临界反应温度为1395 K.通过还原炼镁试验表明:随着反应温度升高,镁还原率提高;当在1150℃左右和1～2Pa真空条件下,可以获得80%以上的镁还原率.     

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.     

红土镍矿真空碳热还原过程中硅的挥发行为

为了解红土镍矿在真空碳热还原过程中SiO2的还原特性和还原过程的主要影响因素,在系统压力2～200 Pa下,以分析纯的SiO2、Fe2O3以及煤炭为原料,在热力学分析的基础上,采用X射线衍射、扫描电子显微镜-能量散射谱和化学成分分析等手段,研究了Fe/Si摩尔比、配碳量对SiO2还原过程、硅的挥发率和还原反应速率的影响。通过热力学计算,得出Fe,Si氧化物被碳还原的化学反应自由能和还原反应临界温度,表明在100 Pa条件下SiO2的临界反应温度降低了477～584 K。实验结果表明:Fe/Si摩尔比的增大和配碳量的增加,均降低了Si的挥发率,提高了SiO2还原反应速率;SiO2发生了气化反应生成了SiO气体并在石墨冷凝系统歧化生成Si和SiO2,且有部分SiO气体与石墨或者CO反应生成SiC;反应残渣中的石英颗粒被Fe-Si合金和SiC包围,结合紧密。     

碳热炼锶的热力学研究及经济性和环保性分析

采用热力学方法计算并分析了真空碳热炼锶的反应自由能和临界还原温度,同时分析了碳热炼锶的经济性和环保性。结果表明,在标准状态下,碳热炼锶温度需高达2279K;真空工艺可显著降低反应临界温度,真空度为10Pa时,1462K以上碳热炼锶反应即可进行;碳热炼锶的还原剂成本仅为铝热法的1/34.1、硅热法的1/14.6,同时,碳热法的锶资源利用率更高、产生的渣量更少。     

对真空条件下氧化锌制备锌的机理及冷凝的研究

本文对锌资源概况、制锌工业的现状与发展等方面进行了综述,对氧化锌真空碳热还原过程分别采用热力学、沸点、蒸气压计算进行分析。热力学计算结果显示,碳的热还原氧化锌反应的理论起始温度随着压强的减小而减小,由常压减小到10Pa时,起始温度由原来的1247K减小到473K;CO气体还原氧化锌反应常压下的理论起始反应温度为1198K,当压力降到10Pa时,起始温度降为404K,由沸点分析可知,分离比Zn高的沸点元素Pb、In、Al、Cu、Sn、Fe在热力学上是可行的;由饱和蒸汽压分析可知,粗锌中各组元的蒸馏顺序分别为:CdZnPbInSnAlCuFe。真空下,可以防止冷凝过程中二氧化碳与锌发生再氧化反应。由此,本文提出了采用真空炉的方法从氧化锌中制取锌的工艺。     

真空碳热还原处理氧化锌矿理论分析及实验研究

通过热力学计算和理论分析表明,在真空条件下可有效降低氧化锌矿中氧化物碳热还原反应的临界温度;将蒸馏出的气体进行分段冷凝,可将Pb,As,Cd与Zn分离。实验证实,在多级冷凝真空炉内,可以降低氧化锌的还原温度,在温度1173 K,压强50 Pa条件下真空蒸馏还原1 h,氧化铅锌矿中约96.82%的Zn被还原蒸馏出来,Zn的纯度达到99.95%以上。     

SiO2对氟磷酸钙真空碳热还原反应的影响

采用热力学分析、X射线衍射及化学分析等手段,对真空下SiO2在氟磷酸钙碳热还原过程的行为以及siO2添加量对还原率的影响进行了研究.热力学结果表明,当压力为100 Pa和温度高于1075℃时,Ca5(PO4)3F与C、SiO2的反应满足反应发生的热力学条件.实验研究表明:在系统压力10～ 80 Pa,温度达到实验最高温度1550℃,siO2不能使氟磷酸钙发生脱氟反应,与热力学计算结果吻合.还原率随着温度升高而增大,低温下,添加SiO2有利于氟磷酸钙碳热还原反应;当硅钙摩尔比SiO2／CaO从0.3增至1,还原率随之增加.     

氧化镁真空碳热还原法炼镁的工艺研究

采用物料失重率、金属Mg还原率、X射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)等手段与方法,研究了真空条件下氧化镁碳热还原温度、物料造球成型压力、物料配比、碳热还原保温时间以及催化剂对氧化镁碳热还原法炼镁工艺的影响。研究结果表明,在30~100 Pa时,碳热还原温度高于1553 K,控制物料压块压力为8 MPa,此时物料失重率最大,最有利于氧化镁的还原。随着焦煤还原剂与氧化镁摩尔比以及碳热还原时间的增加,碳热还原反应速率加大,还原率提高,但是变化效果不明显,加入氟盐CaF2后,物料失重率明显提高,添加CaF2的质量超过物料总质量的3%时,物料失重率超过95%,还原率也相应大幅提高。因此,选择适当的焦煤还原剂与氧化镁摩尔比值以及碳热还原时间,添加超过3%CaF2,将有利于该法炼镁过程的顺利进行与金属Mg还原率的提高。此研究为真空碳热法从氧化镁中提取金属Mg工艺提供了很好的实验依据。     

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。     

氟磷酸钙真空碳热还原反应机理

在真空条件下,本文采用热力学分析、XRD及化学分析等方法与手段,对SiO2在氟磷酸钙碳热还原制磷的过程进行了研究,考察了SiO2的添加量对磷矿还原率的影响.通过热力学研究,在压力100Pa温度低于1075℃ 时,Ca5(PO4)3F与C、SiO2的反应满足反应发生的热力学条件.实验研究表明:在真空度10Pa～80Pa,温度达到实验最高温度1550℃时,二氧化硅不能使氟磷酸钙发生脱氟反应,与热力学计算结果一致.还原率随着温度升高而增大,在低于1450℃时,添加SiO2有利于提高还原率;随m增加,还原率也增加,在1350℃时,还原率增大速度较快.由此作者提出了SiO2对氟磷酸钙真空碳热还原的反应机理.     

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。     

真空热还原氧化镁的理论分析与实验研究

通过对C、Si和Al热还原MgO的热力学计算,分析了不同条件下热还原吉布斯自由能和反应初始温度的变化.计算结果表明:在常压下C、Si和Al还原MgO时,反应初始温度分别高达1900,2200和1600℃;通过添加CaO造渣和使用真空,不但能提高MgO的还原率,而且使标准自由能降低;在系统压力为10 Pa时,碳热还原所需的初始温度为1100℃,加入CaO造渣的硅热还原、铝热还原所需的初始温度分别为800和690℃.在采用焦炭真空热还原MgO的验证试验中,发现在1500℃下还原120min,MgO的还原率高达84.59％.     

氧化铝真空碳热还原—氯化法炼铝的工艺研究

本文采用金属铝直收率、物料失重率、X射线衍射与扫描电子显微镜、能谱仪等手段与方法,研究了真空条件下氧化铝碳热还原温度、氯化铝升华速率、物料配比、碳热与氯化时间以及添加剂对氧化铝碳热还原-氯化法炼铝工艺的影响。研究结果表明,在50~100 Pa时,碳热还原及氯化温度不高于1763 K,控制无水氯化铝升华速率在0.32 g/min以下,石墨还原剂与氧化铝摩尔比为3∶1,碳热还原时间为40 min,碳热-氯化时间为40~50 min,物料不熔融、氯化铝升华孔不堵塞将有利于碳热-氯化过程的顺利进行。在1713~1723 K时,石墨与氧化铝摩尔比为4∶1,添加10.0%Fe2O3后,金属铝直收率达72.09%;1753~1763 K时,添加2.5%~15.0%SiO2后,金属铝直收率与物料失重率均明显低于不添加者,对该法炼铝过程不利;1753~1763 K时,石墨与氧化铝摩尔比为4∶1,添加10.0%TiO2后,金属铝直收率达82.38%,该金属铝的纯度达94.67%以上。此研究为真空碳热-氯化法从铝土矿中提取金属铝工艺提供了很好的实验依据。     

真空下从铝土矿中直接提取铝的研究

利用低价铝氟化物歧化反应分解可以得到金属铝的特性,用焦炭作还原剂,在真空条件下,从铝土矿中提取铝进行了实验研究。实验得到:残余压力300Pa以下时可以得到金属铝,温度在1300～1550℃范围内都可以得到金属铝。氧化铝的还原率随反应温度的升高而升高,当温度达1400℃时还原率达80%以上,当温度达1450℃时还原率超过81%。冷凝温度在700～830℃区间,金属铝颗粒直径达3～4mm。此工艺也可以用于从低品位含氧化铝原料中直接提取金属铝。     

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。     

三氧化二铝在低价化合物法制备铝过程中的歧化行为研究

利用"物质吉布斯自由焓函数法",讨论了不同压力下三氧化二铝生成低价一氧化铝及低价一氧化铝分解的热力学条件.研究得出:在100 kPa时,三氧化二铝与还原剂碳反应在3097.86 K以上才能生成低价一氧化铝;而当系统压力在100～10 Pa内时,温度在2372.07～2194.31 K以上就可以生成低价一氧化铝;在压力为105～10 Pa范围,温度在2544.02 K以下低价一氧化铝都可以进行歧化分解.