废旧锂离子电池正极活性材料的焙烧及其浸出

采用湿式破碎分选、钴酸锂与碳粉混合物预焙烧、钴酸锂预焙烧产物与硫酸钠和浓硫酸混合体系焙烧、热水浸出焙烧产物中的钴,研究了钴酸锂的焙烧及浸出过程。实验结果显示:锂离子电池经湿式破碎分选后铜箔的回收率大于97%,钴酸锂粉末回收率大于98%;钴酸锂与碳粉混合物经700℃预焙烧2 h后再与硫酸钠和浓硫酸在200℃下焙烧4 h,焙烧产物用70℃热水浸出30 min,钴的浸出率可达97%;XRD分析焙烧产物发现生成了Na2Co(SO4)2和Na6Co(SO4)4。     

失效钴酸锂电极材料微结构修复研究

提出了针对失效钴酸锂(LiCoO_2)电极材料微结构修复的新工艺。将钴酸锂与硫酸氢钠(NaHSO_4·H_2O)分别按物质的量比为1∶0.05、1∶0.10混合,然后进行焙烧—溶解—修复。采用热重-差式扫描量热分析(TG-DSC)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等表征方法,研究了修复过程中材料的热量和质量的变化、成分的变化、相组成及晶胞参数的变化以及材料表面形貌的变化。研究结果表明,钴酸锂与硫酸氢钠混合在酸性环境焙烧的过程中其表面微结构发生了明显变化。以钴酸锂与硫酸氢钠物质的量比为1∶0.05的混合物经焙烧—溶解—修复所得钴酸锂,其晶格参数a=0.281 90 nm、c=1.390 41 nm、c/a=4.932 3,十分接近商用钴酸锂的晶格参数值。再生修复的钴酸锂材料颗粒粒径小,形状不规则。     

机械球磨对LiCoO_2在酸性环境中元素的赋存状态和元素分布分配的研究

掌握钴酸锂(LiCoO_2)在酸性环境中的物理化学性质和赋存形式,对从报废锂离子电池中提取有价金属的工艺设计具有理论性的指导意义。本文将LiCoO_2与NaHSO_4·H_2O(1∶3)混合后进行机械球磨,并将球磨之前后的混合物进行对比,采用TG-DSC、XRD和SEM研究焙烧过程中组分、晶体结构以及形貌变化。通过TG-DSC分析表明:LiCoO_2与NaHSO_4·H_2O的混合物经过1h的球磨后,产物的组分发生了显著变化;XRD的分析结果表明,经过1h的球磨之后,Na元素是以Na_3H(SO_4)_2的形式存在,Li元素的存在方式是以LiNaSO_4,Co元素的存在形式是Co(SO4)_2·H_2O,从SEM可以看出球磨之后的产物堆积比较致密和分级化,形状不规则,颗粒的粒度较球磨之前减小,而且分布也比较均匀,但很多颗粒出现堆积现象,主要和新物质的产生有很大的关系。     

LiCoO_2在酸性混合物中酸性焙烧元素的赋存状态和元素分布分配的研究

了解钴酸锂(LiCoO_2)在酸性环境中的物理化学性质和存在形式,有助于从理论上指导该物质的合成工艺设计以及从报废LiCoO_2中提取有价金属的工艺设计。将LiCoO_2与NaHSO_4·H_2O和KHSO_4分别按摩尔比1∶2.5∶0.5、1∶2.0∶1、1∶1.5∶1.5、1∶1∶2.0、1∶0.5∶2.5的比例混合后进行酸性焙烧,采用TG-DSC、XRD、SEM、EDS研究了焙烧过程中元素的热量变化、质量变化、形貌变化。研究结果表明:LiCoO_2与NaHSO_4·H_2O和KHSO_4的混合物在焙烧过程中根据钾、钠酸式盐的含量不同,反应产物的存在形式发生着不同形式的变化。XRD的分析结果表明,焙烧产物中Na元素是以KNaSO_4的形式存在,K元素是以KNaSO_4、KLiSO_4、K_2Co_2(SO_4)3这三种存在形式,Li元素的存在方式是以KLiSO_4,Co元素的存在形式是K2Co(SO_4)3,从SEM的电镜中可以看到图片中可以看出焙烧产物致密,形状不规则,Co元素在焙烧产物中分布均匀。     

钾长石-硫酸钙-碳酸钙热分解体系的再探索

对钾长石-硫酸钙-碳酸钙体系提钾反应进行了热力学计算,系统研究了物料配比、焙烧温度、反应时间和Na2SO4添加量对热分解体系的影响,最后得出物料摩尔配比为n(钾长石):n(CaSO4):n(CaCO3)=1:1:14,在1423K温度下反应2h,钾长石中钾溶出率为92.02%.当Na2SO4添加量为2.94%时,反应温度可降为1273K,此时钾溶出率可达92%～94%.对焙烧产物进行了XRD分析,得出其主要物相为:K2SO4、3CaO·Al2O3和2CaO·SiO2,与物料摩尔配比1:1:14所确定化学反应的产物相吻合.     

由低品位菱镁矿制备高纯Mg(OH)_2的“绿色”新工艺

将低品位菱镁矿经900℃煅烧3 h制得轻烧镁粉,按不同比例与硫酸铵混合后,在不同温度下焙烧不同时间,使MgO转化成MgSO4,同时将焙烧过程中产生的氨气用水吸收得到回收氨水;将焙烧产物分散于水中.过滤分离其中的Si、Ca、Fe、Al等杂质而得到MgSO4溶液,然后加入回收的氨水使MgSO4转化成Mg(OH)2,经过滤、洗涤、干燥后得到最终产物氢氧化镁.主要研究了轻烧镁粉一硫酸铵混合物的配比、焙烧温度和焙烧时间对MgO转化为MgSO4过程中镁转化率的影响,并对最终产物进行XRD分析、X射线荧光光谱分析和扫描电镜观察.结果表明:在轻烧镁粉一硫酸铵混合物中,当n((NH4)2SO4):n(MgO)=0.9:1,焙烧温度为475℃,焙烧时间为3 h时,镁的转化率可达90%;最终产物氢氧化镁中Mg(OH):的质量分数高达99.7%,氢氧化镁颗粒呈球形,粒径均匀,平均粒径2μm.     

SO4^2-／TiO2光催化还原Cr（Ⅵ）的研究

处理废水的方法中，SO4^2-／TiO2因具有制备工艺简单、热稳定性好、能抑制颗粒随焙烧温度升高快速长大等优势，有效地提高了TiO2的催化效率，已被用于催化降解环境中的有机污染物。将溶胶．凝胶法制备的SO4^2-／TiO2在不同温度下焙烧得到了具有不同特性的催化剂，用X射线衍射（XRD）、热重．     

羰基镍粉焙烧制备高纯度微米氧化亚镍粉体的研究

以羰基镍粉为原料,采用焙烧法制备了氧化亚镍,并将其球磨后得到微米粉体。采用热重-差示扫描量热仪（TG-DSC）研究了羰基镍粉在空气气氛中加热时的氧化行为,利用激光粒度分析仪、等离子体光谱仪、X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）等分析了样品结构、成分和形貌。结果表明：空气和氧气两种气氛对产物纯度影响不明显。在两种载气条件下,通过优化焙烧温度和焙烧时间（焙烧温度为700 ℃、焙烧时间为2 h、载气流量为1.5 L/min）,羰基镍粉可直接焙烧制备得到纯度为100%、结晶度高的面心立方体氧化亚镍,球磨后得到粒度为4~19 μm的类球形微米氧化亚镍粉末。制备过程具有工艺简单、环境友好的特点。     

NaTi_2（PO_4）_3纳米晶的室温固相合成及表征

以Ti（SO4）2和Na3PO4.12H2O为原料,在表面活性剂聚乙二醇（PEG）-400的存在下,进行固相反应,然后将混合物在60℃下保温4 h,接着用水洗去混合物中的可溶性无机盐并于100℃下干燥,即得纳米晶NaTi2（PO4）3的前驱体,将前驱体煅烧可得NaTi2（PO4）3纳米晶。前驱体和它的煅烧产物通过TG/DTA,IR,XRD和UV-vis表征。结果表明,500℃下煅烧2 h得到的产物为无定形结构,700℃下煅烧2 h得到具有高结晶度的斜方NaTi2-（PO4）3[空间群R-3c（167）],其平均一次粒径为47 nm。前驱体及煅烧产物均具有强的紫外吸收能力。     

焙烧钾长石制硫酸钾的实验研究

系统研究了钾长石-硫酸钙-碳酸钙体系提钾反应的物料配比、焙烧温度、反应时间和Na2SO4添加量对热分解的影响,最后得出物料摩尔配比为n(KAS6)∶n(CaSO4)∶n(CaCO3)=1∶1∶14。在1 423 K温度下反应2 h,钾长石中钾溶出率为92.02%。当Na2SO4添加量为2.94%(质量百分比),反应温度可降为1 273 K,此时钾溶出率可达92%~94%。对焙烧产物进行了XRD分析,得出其主要物相为K2SO4、C3A和C2S,并确定其热分解化学方程式,进行热力学计算。     

不同的配比对LiCoO_2和NaHSO_4·H_2O混合物在酸性焙烧产物中元素赋存状态的研究

了解废旧锂离子电池回收利用的现状和存在的问题对回收金属元素具有非常重要的意义。将LiCoO_2与NaHSO_4·H_2O按照摩尔比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4进行混合,混合均匀后进行酸性焙烧,采用TG-DSC-MS、XRD和SEM研究了焙烧产物中元素的存在形式和赋存状态,研究结果表明:Na元素是以LiNa(SO_4)和Na_2Co(SO_4)_2的形式存在,Li元素的赋存形式是LiNa(SO_4),Co元素的赋存形式是Co_3O_4和Na_2Co(SO_4)_2,焙烧产物致密,形状不规则。     

铁基脱硫渣再生制备铁酸钠及其循环脱硫

用Fe2O3与Na2CO3制备铁酸钠用于脱除含硫铝酸钠溶液中的硫,采用氧化焙烧及水浸方式对铁基脱硫渣(NaFeS2?2H2O)进行再生,研究了其循环脱硫效果. 结果表明,铁基脱硫渣于950℃下在氧化性气氛中焙烧1 h,可除去脱硫渣中70%的硫;将焙烧渣水浸,硫含量降至0.2%以下,总硫去除率达99%. 将除硫后的浸出渣再制备铁酸钠用于循环脱硫,脱硫率可达67.65%,与初始脱硫剂的脱硫率(69.09%)相当,可实现铁基脱硫剂的再生循环. 焙烧时渣中硫主要以SO2气体排出,剩余可溶性Na2SO4则在水浸过程中进入溶液而被除去.     

复合添加剂对石煤提钒焙烧与浸出工艺研究

利用复合添加剂焙烧、低浓度酸浸出法对石煤矿进行提钒研究,考察了焙烧、浸出两个过程中各种工艺参数对浸出率的影响。实验结果表明,适宜的焙烧、浸出工艺条件为:复合添加剂中添加剂硫酸钠、氯化钠、碳酸钠的最佳质量比为7∶1∶11,焙烧温度为750℃,焙烧时间为2.5 h,浸出温度为50℃,浸出时间为5 h。最佳工艺条件下钒的浸出率可达81.9%,明显高于传统的钠法焙烧工艺。     

粉煤灰与硫酸氢铵焙烧反应动力学

提出了NH4HSO4法焙烧粉煤灰提取Al2O3的新方法,考察了焙烧温度、粉煤灰中Al2O3与NH4HSO4摩尔比对粉煤灰中Al反应率的影响,研究了粉煤灰与NH4HSO4焙烧反应动力学. 结果表明,粉煤灰与NH4HSO4焙烧反应受固体产物层扩散控制,300, 350, 400℃下的反应速率常数分别为1.25′10-3, 1.56′10-3, 1.89′10-3 min-1,反应活化能为17.19 kJ/mol,反应动力学方程为1-2/3a-(1-a)2/3=0.0422exp[-17190/(RT)]t,最佳工艺条件为：焙烧温度400℃,Al2O3与NH4HSO4摩尔比1:8,焙烧时间60 min;该条件下Al反应率达90%以上,主要产物为NH4Al(SO4)2和NH4Fe(SO4)2.     

溅射Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层对镍基合金在900℃腐蚀行为的影响

采用真空溅射技术在镍基合金表面沉积Ni11Co26Cr6Al0.5Y纳米晶涂层,研究有、无涂层合金在900℃的75%Na_2SO_4+25%K_2SO_4熔融混合硫酸盐膜中的热腐蚀行为。结果表明:无涂层合金发生腐蚀,生成内氧化物和内硫化物。而Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层在热腐蚀过程中,表面生成Al_2O_3、NiCr_2O_4、Cr_2O_3和NiO氧化膜,仅在近涂层与基体界面区域存在少量Al_2O_3内氧化物。     

准东煤灰提取氧化铝和白炭黑技术研究

为实现准东煤灰的绿色化综合利用,笔者研究设计了从准东煤灰中制取氧化铝和白炭黑的工艺流程,确定了最佳工艺条件,并通过SPSS双变量分析比较不同影响因素对提取率影响程度。试验采用准东煤--将军庙原煤,破碎并用马弗炉模拟煤粉炉静态燃烧方式制取灰样。准东煤灰的成分分析和元素分析表明:SiO2占48.84%,Al2O3占31.26%。参照标准制备灰样,对灰样进行SEM分析,发现粘黏性严重,因此试验前先进行机械研磨。采用煤灰与硫酸铵焙烧法制备氧化铝,工艺分为焙烧过程和酸浸过程。因滤液中含有大量杂质铁、钙等元素,采用pH调节法除杂并对除杂效果进行检验,检验结果为除杂率接近100%。从提铝渣中制备白炭黑分为碱浸过程和多次碳分过程。在提铝工艺焙烧过程中,通过提铝率变化曲线及节能角度确定了各因素的最佳试验条件为:焙烧温度600℃,焙烧时间60 min,焙烧配料比1∶6;在提铝工艺酸浸过程中,得到最佳试验条件为:酸浸温度60℃、酸浸时间20 min、H2SO4浓度0.2 mol/L、酸浸液固比50。从提铝渣制备白炭黑研究中,通过SEM观察到提铝渣疏松多孔,有利于进一步的提硅试验。通过XRD对提铝渣分析,得出提铝渣中含有大量硅、钙元素;用K值法(RIR法)求得提铝渣中Si含量及经提铝后的Si损失率为7.64%。得出碱浸过程最佳试验条件为:碱浸温度60℃、碱浸时间30 min、碱浸NaOH浓度3 mol/L、碱浸液固比70,此时Si提取率为99%。采用多次碳分法进行提硅能够满足不同硅含量纯度要求,得到最佳碱浸工艺条件为碳分pH=9.5、CO2通气速率24 m L/min、碳分NaOH浓度0.2 mol/L、碳分液固比80。通过双变量相关性分析,得到各因素对提铝率、SiO2提取率及H2SiO3沉淀率影响程度大小分别为:焙烧温度>焙烧时间>焙烧配料比,酸浸时间>酸浸温度>H2SO4浓度>酸浸液固比,碱浸液固比>碱浸温度>NaOH浓度>碱浸时间,碳分pH>碳分液固比>碳分NaOH浓度>CO2通气速率。通过经济性及可行性分析,说明提出的工艺能有效实现准东煤灰的绿色化综合利用。从提铝后的滤液中重新提取(NH4)2SO4,实现生产原料的再利用;碳分过程后的Na2CO3溶液可通过加入石灰苛化的方式实现NaOH可循环利用于提取工艺生产;本工艺除生产氧化铝和白炭黑外,还能获得Na2SO4等附加产品。     

高铝粉煤灰碳酸钠焙烧与酸浸提铝的动力学

以内蒙古高铝粉煤灰(Al2O3/SiO2质量比1.24)为原料,采用Na2CO3焙烧活化-盐酸浸取法提铝,考察了焙烧温度、时间和碳酸钠/粉煤灰质量比的影响,对焙烧活化及酸浸提铝动力学进行研究,分析了提铝机理. 结果表明,高温活化条件下,粉煤灰中的莫来石及SiO2与Na2CO3反应生成NaAlSiO4, Al2O3和Na2SiO3,酸浸后铝浸出率超过94.99%;活化过程符合Crank-Ginstling-Braunshtein模型,表观活化能为117.06 kJ/mol,活化反应受固膜扩散控制.