机械活化铁氧化物气基还原热力学再探

鉴于以往研究中引用了不准确的铁氧化物气基还原反应标准摩尔吉布斯自由能变化表达式,在自行导出的新的表达式基础上,重新探讨了机械力储能对铁氧化物气基还原热力学的影响规律。除纠正了以往研究中4个方面的错误结果外,还发现：FeO本身的气基还原并不受起始温度的限制,但在Fe₃O₄气基还原体系中,FeO的还原具有与Fe₃O₄还原方式转折温度一致的起始温度;由于Fe₃O₄还原方式的转折温度随Fe₃O₄储能的增加而线性下降,故当Fe₃O₄储能时,Fe₃O₄和FeO的还原将在低于570 ℃的温度下发生,同时,与该温度对应的平衡CO压力分数或平衡H₂压力分数前者下降而后者提高,即CO还原叉形曲线向低温、低CO压力分数方向移动而H2还原叉形曲线向低温、高H₂压力分数方向移动。     

机械活化铁氧化物的碳热还原热力学

为了从理论上揭示机械活化对铁氧化物碳热还原的影响规律,分析了机械活化铁氧化物的储能构成,并建立了铁氧化物机械力储能与碳热还原热力学之间的联系。研究结果表明：对铁氧化物碳热还原热力学产生显著影响的机械力储能形式是位错吉布斯自由能和无定形化吉布斯自由能;铁氧化物的碳热还原温度随机械力储能的增加而降低（其中Fe₂O₃的碳热还原温度降低不显著）;另外,Fe₃O₄从按照1/4Fe₃O₄+CO=3/4Fe+CO₂发生还原转为按照Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂发生还原的转折温度随Fe₃O₄机械力储能的增加而线性下降。     

机械活化石墨-Fe2O3体系碳热还原反应的热力学分析

为揭示石墨的机械活化对石墨-Fe₂O₃体系碳热还原反应热力学的影响机理, 以机械力储能作为活化程度的量度, 探讨了石墨的储能对气化反应热力学、Fe₂O₃碳热还原反应热力学的影响。结果表明, 随着储能的增加, 石墨气化反应的平衡CO压力分数增大, 从而影响石墨-Fe₂O₃体系的碳热还原热力学, 具体为: 石墨储能导致铁氧化物的碳热还原温度降低, 使Fe₂O₃的各还原产物的热力学稳定区此消彼长。以临界储能19.05 kJ/mol为界限, 石墨-Fe₂O₃体系中Fe₂O₃的碳热还原遵循两种不同顺序: 储能低于19.05 kJ/mol时:Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe; 储能高于19.05 kJ/mol时:Fe₂O₃→Fe₃O₄→Fe。     

高铁氧化锰矿还原过程中铁锰氧化物同步还原动力学研究

分别采用气基(CO)和煤粉为还原剂,在管炉中进行了高铁氧化锰矿还原焙烧试验,探究了焙烧温度和焙烧时间对高铁氧化锰矿中锰和铁氧化物同步还原的影响。结果表明,气基还原焙烧条件下,Mn₂O₃还原过程受化学反应控制,还原反应表观活化能为42.64 kJ/mol; Fe₂O₃还原过程受内扩散控制,还原反应表观活化能为21.30 kJ/mol。与煤基焙烧相比,气基还原焙烧过程中Mn₂O₃和Fe₂O₃还原反应更容易进行,且锰氧化物由Mn₂O₃直接还原为MnO,不需要先还原为Mn₃O₄中间产物。     

机械力储能对石墨-磁铁矿体系碳热还原热力学的影响

分析了石墨和磁铁矿的机械活化能, 并就其对碳气化反应及磁铁矿碳热还原反应热力学的影响进行了理论探讨。研究结果表明, 石墨或磁铁矿的储能均可使磁铁矿碳热还原温度降低。磁铁矿的储能对还原热力学的影响方式是直接的, 而石墨的储能对还原热力学的影响是间接的: 石墨储能导致气化反应平衡常数增大, 从而间接影响磁铁矿的碳热还原热力学。另外, 磁铁矿的两个还原反应1/4Fe₃O₄+CO=3/4Fe+CO₂和Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂的转折温度随磁铁矿储能的增加而线性下降, 但不受石墨储能的影响。     

模拟流化床气基直接还原赤铁矿粉的试验研究

在竖直管式电阻炉中模拟流化床反应器,分别利用CO和H₂作还原气体对恩施赤铁矿粉进行了直接还原试验研究。结果表明,缩小赤铁矿粉粒径、提高还原反应温度、增加还原反应时间、增加还原气体流量可以提高还原速率和单质Fe的含量;在其他反应条件相同的情况下,H₂有着比CO强得多的还原赤铁矿粉的能力;在赤铁矿粉粒径为160~40 μm、还原气体H₂流量为0.36 m³/h、反应温度为950 ℃、反应时间为60 min条件下的还原产物,经磨矿、弱磁选,可以获得铁品位为74.92%、回收率为96.82%的铁精矿。     

某高磷鲕状铁矿石气基直接还原-磁选提铁降磷研究

以国外某高磷鲕状铁矿石为原料, 研究了气基直接还原-磁选生产粉末还原铁工艺。考察了CaCO₃用量、还原温度、还原气体组成、还原气体总流量以及还原时间对提铁降磷的影响。结果表明, 该矿石通过气基直接还原提铁降磷是可行的, 在CaCO₃用量25%、还原温度1 200 ℃、还原时间90 min、H₂与CO流量比3∶1、还原气体总流量5 L/min条件下, 可获得铁品位、铁回收率以及磷含量分别为93.24%、92.83%以及0.085%的粉状还原铁。     

拜耳法高铁赤泥直接还原制备海绵铁的研究

高铁赤泥煤基直接还原-磁选分离制备海绵铁,实现了铁的有效富集;还原过程中2FeO·SiO₂和FeO·Al₂O₃的生成阻碍了赤泥中铁氧化物还原,采用预焙烧处理可以促进赤泥还原,但添加剂存在时经预焙烧处理效果不显著;还原过程中添加剂Na₂CO₃产生碱性氧化物与酸性氧化物反应,CaF₂则可降低固相反应产生化合物熔点和粘度,改善还原条件;添加3%Na₂CO₃和3%CaF₂,还原焙烧温度为1 150 ℃,还原焙烧时间为3 h时,还原焙烧块的金属化率达到92.79%,可获得铁品位89.57%,铁回收率为91.15%的海绵铁。     

非洲某高磷铁矿氧化焙烧-气基还原-磁选

这是一篇冶金工程领域的论文。针对高磷铁矿石气基还原存在球强度低以及还原温度高的问题,提出了氧化焙烧-气基还原-磁选新工艺。考查了氧化温度以及脱磷剂种类对氧化球抗压强度的影响,并找出了符合竖炉强度要求的氧化焙烧条件,在此基础上,研究了还原温度、还原气体总流量、还原气体组成以及还原时间对提铁降磷的影响。结果表明,在Na₂CO₃用量10%,氧化温度1200℃,氧化时间60 min,还原温度950℃,H₂与CO的流量分别为3.75 L/min以及1.25 L/min,还原时间180 min的条件下,可获得铁品位91.15%、铁回收率93.07%和磷含量0.14%的粉末还原铁。扫描电镜结果表明,粉末还原铁中的磷以机械夹杂的形式存在,磷是通过磨矿-磁选除去。     

机械化学法获得单相Fe3O4颗粒的热力学条件

为了给采用机械化学法从Fe₂O₃或粗粒Fe₃O₄获得单相Fe₃O₄纳米颗粒提供理论参考,探讨了机械力储能对铁氧化物机械化学反应热力学的影响规律。结果表明,在空气中,铁氧化物的机械化学分解温度随储能的增加而线性下降,导致反应体系中的各物相在热力学上稳定存在的温度范围发生变化。据此,在储能-温度坐标系上确定了以Fe₂O₃或Fe₃O₄为起始反应物的机械化学反应体系中期望物相Fe₃O₄的热力学稳定区,从而得出了获得单相Fe₃O₄颗粒的热力学条件。     

新疆某砂岩铀矿CO_2+O_2加压滚瓶浸出试验研究

根据CO_2+O_2地浸采铀工艺技术特点,选取新疆某铀矿山取得的砂岩岩芯铀矿石,自行设计了CO_2+O_2加压滚瓶浸出试验装置,并进行了室内CO_2+O_2加压滚瓶浸出试验。结果表明,当CO_2+O_2总压为2.0 MPa,液固比10:1时,金属铀浸出率达到70%,采用多级浸出和后期加氧化剂强化浸出,铀浸出率达90%以上。说明该矿床铀矿石适合CO_2+O_2浸出工艺,试验结果可为CO_2+O_2现场浸出试验和工程设计提供依据和指导。     

Fe2 O3 逐级还原顺序起源分析

通过分析铁氧化物的分解反应热力学及其与铁氧化物的还原反应热力学之间的联系,得到了铁氧化物还原反应标准摩尔吉布斯自由能变化的更为合理的表达式,由此揭示了Fe₂O₃逐级还原顺序的起源。分析得出：Fe₂O₃的逐级还原顺序源自其分解顺序。铁氧化物的还原反应具有与其分解反应完全平行的热力学规律。以570 ℃为温度界限,铁氧化物各还原反应的摩尔吉布斯自由能变化值的大小顺序发生变化,导致各还原反应间的耦合模式也发生变化,从而产生Fe₂O₃的两种逐级还原顺序及Fe₂O₃的两种还原方式。     

TiO2 对黄金尾砂微晶泡沫玻璃非等温析晶活化能的影响

以黄金尾砂为主要原料,改变原料中晶核剂TiO2的掺量,制备微晶泡沫玻璃.运用差热分析(DSC)、X射线衍射仪(XRD)等分析手段,研究TiO2掺量对微晶泡沫玻璃析晶与发泡的影响.结果表明,随着TiO2含量的增加,析晶活化能呈现出先减小后增大的规律,当TiO2添加量为3.5％时,析晶活化能较小,为95kJ/mol;同时微晶泡沫玻璃析出的主晶相为硅灰石(CaSiO3),次晶相为钙长石(CaAl2Si2O8);当TiO2添加量为3％～4％时,制备得到的微晶泡沫玻璃具有良好的物理性能;主晶相硅灰石(CaSiO3)不随TiO2的添加改变,并且TiO2能促讲晶相牛长.     

煤渗透特性及其气体压力敏感性试验研究

为探索煤中孔隙流体压力的变化导致渗透率的改变,引发煤渗透率压力敏感性现象,利用自主研发的出口端压力可调的三轴渗流装置,对贵州3个矿区的煤开展不同吸附性气体与不同气体压力下煤的敏感性试验研究。研究结果表明:在较低气压范围内(0~0.6 MPa),随气体压力的增加,煤渗透率下降明显,当气体压力继续上升煤的吸附作用逐渐趋于平衡,煤体骨架的吸附膨胀变形也越来越小,渗透率的下降速率逐渐减少并趋于平缓。在气体压力小于1.0 MPa时,煤渗透率损害率Dp变化较大,且随气体压力增加快速增大,表现出较强的压力敏感性。不同吸附性气体条件下,气体压力指数关系敏感系数Cp均随气体压力的增加而逐渐减小,煤渗透率对气体压力的敏感性降低。对于同一煤,在相同的条件下,CH4的气体压力乘幂关系敏感系数Sp的值最小,煤对气压的敏感性越差。乘幂关系的气体压力敏感系数Sp与渗透率损害率Dp有很好的线性相关性。     

通过热力学多因素耦合控制氧化铁碳热还原顺序

鉴于实现氧化铁按Fe₂O₃→Fe₃O₄→Fe顺序碳热还原的重要实际意义,提出了将碳储能、总压和惰气分压这几个热力学因素进行耦合的新思想,并导出了使这些热力学因素得以耦合的定量关系式。此外,从节能的角度出发,还研究了如何在使上述热力学因素满足耦合定量关系式的同时尽量降低碳储能。结果表明,在惰气分压（或总压）一定的前提下,通过在一定范围内调节总压（或惰气分压）,可使所需碳储能得以降低,甚至可降至零。     

金属铁直接催化还原NO的实验研究

在水平陶瓷管反应器中对铁丝网卷直接催化还原NO的特性进行实验研究,于-300～-1 100 ℃对还原性气体CO、氧化性气体O2,CO2以及模拟烟气等气氛条件下的NO脱除效率进行测试,并对铁丝反应后表面组分变化特点进行X光衍射（XRD）分析。结果表明,金属铁具有非常高效的直接催化还原NO的作用。在温度高于700 ℃、N2气氛中,铁直接催化还原NO的效率超过90%。CO有利于铁的氧化物还原为金属铁,进一步提高了铁直接催化还原NO的效率;而O2能将金属铁氧化为Fe2O3,降低了铁直接催化还原NO的效率;CO2气体的影响相对较小。当温度达到950 ℃后,在模拟烟气（含16.8%CO2,2% O2）条件下,铁丝网和4.01%的CO即可达到90%以上的NO脱除效率。     

基于钙循环的燃煤电站捕集CO2系统模拟

提出一种基于钙循环法适用于燃煤电站的燃气/蒸汽联合循环捕集CO₂新型系统,把该CO₂捕集系统分成4个子系统：煤气化子系统、燃气子系统、钙循环捕集CO₂子系统、余热锅炉及汽水循环子系统。采用Aspen Plus软件平台对各子系统进行热力学建模和模拟。结果表明,在CO₂捕集效率为90%时,在一定钙基吸收剂流量参数下该CO₂捕集系统的净效率可达41.81％。氧碳物质的量比和汽碳物质的量比对气化炉煤气中的CO、H₂和CH₄体积分数有重要影响。随着氧碳比和汽碳比的增加,煤气热值和CO₂捕集系统净效率均呈现下降趋势。为了保持较高的系统净效率,氧碳比应小于0.24。