碳热还原法制备Al2O3-SiC复相陶瓷材料的研究

以黏土为原料,无烟煤为还原剂,研究了碳热还原反应制备Al2O3-SiC复相陶瓷材料的反应过程,探讨了合成温度(分别为1 500、1 550、1 600和1 650℃)、保温时间(依次为2、3和4 h)、配碳量(C与SiO2物质的量比分别为2、3、4和5)等工艺因素以及加入催化剂对反应的影响。结果表明:当n(C):n(SiO2)=3～4,在不低于1 600℃烧成时可以合成Al2O3-SiC复相陶瓷;随着还原反应温度的升高,保温时间的延长,配碳量的适量增加,都可以有效地促进反应进行,而且,催化剂对该碳热还原反应有一定的促进作用。     

碳还原硫酸锶反应的热力学分析

研究了碳还原法制备碳酸锶过程中碳还原反应的机理.通过热重分析初步确定了主反应发生的温度范围在800～1 100 ℃,选用Gibbs-Helmholtz方程、Van′t Hoff方程和Kirchhoff方程对反应过程中的热力学函数随温度的变化情况进行了探讨,从而判断该反应过程的反应机理.对影响反应的反应时间、反应温度、反应物粒度这3个因素进行了考察.结果表明,反应温度越高,反应物粒度越小,反应速度越快,反应时间越短;但反应温度过高、反应时间过长均不利于反应的进行.适宜的反应条件为:反应温度为1 050 ℃,反应时间为45 min,反应物粒度为130 μm.在此条件下,水溶性锶产率达到92.87%.     

钾系添加剂促进磷矿碳热还原的可行性研究

通过实验模拟电炉法黄磷生产,以磷转化率为指标,研究掺杂钾系物质对磷矿碳热还原的影响.利用热力学分析Ca3(PO4)2分别与无烟煤和石墨的碳热还原反应,结果表明炭活性将影响反应发生的条件;分别添加KCl、K2 CO3、K2 SO4、KOH,通过改变温度、反应时间、添加量,考察得到磷转化率与三因素的关系为正相关,其中K2 SO4促进效果较好;最佳工艺条件分别为碳过量系数δ=1.5,酸度值M=0.71,温度T=1400℃,反应时间120 min,K2 SO4添加量为3.0％,此时磷转化率达93.43％;由化学反应动力学分析得,添加K2 SO4反应体系活化能为123.94 kJ·mol-1,无添加体系为162.38 kJ·mol-1,反应活化能显著降低.     

铌酸铁碳热还原的等温动力学分析

在热力学分析的基础上,结合XRD分析,确定了铌酸铁在1000~1300℃下碳热还原的中间产物和最终产物. 采用热重热分析仪测量了氩气保护下含碳铌酸铁以35℃/min升温速率分别从室温加热至1170, 1230, 1290和1320℃并保温40 min的TG-DSC曲线. 根据TG曲线,采用等温热分析法计算了铌酸铁碳热还原反应的动力学参数,确定了反应的限制性环节. 结果表明,铌酸铁碳热还原反应的表观活化能为515.2 kJ/mol,反应的动力学方程为[(1-a)-1/3-1]2=kt,为三维扩散Z-L-T方程. 除了反应的初始阶段外,反应速率是由产物层扩散所控制,即CO气体在产物层中的内扩散为反应的限制性环节.     

工业硅生产过程的热力学分析与优化

为了优化现有矿热炉碳热还原炼硅工艺,提高工业硅的产出量,利用热力学软件HSC,基于平衡常数法,对二氧化硅碳热还原制取工业硅的反应过程进行了热力学计算,并用HSC软件的化学反应平衡模块模拟分析了在煅烧的石英石和碳质还原剂中添加碳化硅对反应的影响.通过软件模拟,分析加入SiC作为原始物料后,不同物料配比对硅产出率的影响.结果表明:在煅烧的石英石和碳质还原剂中添加适量碳化硅可以促进反应的进行,以SiO2、SiC、C为炉料,当输入摩尔比为m(SiO2/C/SiC)=3∶1∶2时,硅产出量相对最高.     

气氛对TiO_2碳热还原氮化反应的影响

为研究反应气氛对TiO_2碳热还原氮化反应产物相的影响,以电极石墨和锐钛矿型钛白粉为原料,分别在nTi∶nC为1∶2. 1、1∶3、1∶4的配碳量下配料,在1 550 K的反应温度下分别进行流动氮气、空气中埋碳、流动氮气中埋碳三种不同气氛下的碳热还原氮化反应。依据热力学计算得出的Ti-C-O-N体系不同相的稳定存在区域,并利用SEM、EDS和XRD等研究了产物的化学矿物组成、微观组织形貌,以探讨气氛对反应的影响机制。结果表明:在流动氮气中埋碳的气氛下反应时,较之目前常见的流动氮气、空气中埋碳等气氛下的反应更彻底,氮化率更高,是一种高效、节能的新型反应条件。在流动氮气中埋碳的气氛下反应时,n_(Ti)∶n_C=1∶3为反应的最佳配碳量,此时的试样表面生成了TiN_(0. 93)、Ti(C_(0. 4),N_(0. 6))等钛族非氧化物。     

用煤矸石制备Al2O3-SiC复相粉体的研究

以煤矸石和碳质材料(工业炭黑、活性炭、无烟煤)为主要原料,在流动氩气中碳热还原制备了A l2O3-SiC复相粉体,研究了碳过量数、碳源、反应温度、保温时间、成型压力、添加剂种类及数量等工艺参数对制备的A l2O3-SiC复相粉体的相组成和显微结构的影响。结果表明,反应温度、保温时间及氯化物添加剂对煤矸石碳热还原反应有显著影响。通过优化工艺,以煤矸石为基料,加入适量炭黑,在1 550℃3 h下制备出了w(A l2O3)=58%、w(SiC)=42%的复相粉体,其粒度d50≤5μm;加入适量添加剂,可降低合成温度50℃。     

水玻璃包覆炭黑直接制备超细SiC粉体

以水玻璃和炭黑为原料,采用喷雾干燥技术制备水玻璃包覆炭黑前驱粉体,经碳热还原反应合成SiC。由于前驱体中原料间混合均匀,有效地提高了反应动力学,使其在1550℃下2h后就能实现完全反应,制得超细β-SiC。对于反应所得的产物,用x射线衍射、电子显微镜、Brunauer-Emmett-Teller(BET)分析等进行了表征。研究表明:该前驱体在1550℃反应5h后,得到的产物中O的质量分数为1.68%,Na残留量为61×10-6,平均晶粒尺寸为60nm,BET比表面积为10.5m2/g。碳热还原反应过程中,反应温度和时间对该体系都有重要的影响,升高温度有利于提高反应速率;延长反应时间则有利于增加体系的转化率。但是,温度过高会导致产率下降、晶粒粗化;过度延长反应时间也会导致晶粒生长。高温、短时间才有利于得到高质量的SiC产物粉体。     

Cu-Ni/γ-Al_2O_3的制备及其催化苯羟基化反应性能

用程序升温还原方法合成了Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂,使苯直接羟基化合成苯酚。对该反应过程中,反应温度、反应溶剂、反应原料的不同配比等因素的影响进行了探讨。采用H2-TPR、XRD等技术考察了CuO、NiO的还原状态,确定了最佳还原温度和最佳反应条件:在350℃的还原温度下,当反应温度为70℃、水为反应溶剂、n(H2O)∶n(C6H6)=40∶1、n(H2O2)∶n(C6H6)=5∶1时,苯转化率为36.2%,苯酚选择性为86.3%,苯酚收率为31.2%。     

碱金属碳酸盐对磷矿碳热还原反应的影响研究

通过热力学和实验研究对比分析了Ca_3(PO_4)_2与无烟煤和石墨的碳热还原反应,结果证明炭结构及其活性影响反应的发生;添加K_2CO_3、Na_2CO_3研究其对磷矿碳热还原反应的影响,结果表明,在1300℃、50 min下对比无添加体系,添加1.5%(wt)K_2CO_3和Na_2CO_3体系的P_2O_5转化率分别从46.7%提升至64.22%、59.14%,反应时间延长至4 h,P2O_5转化率分别可以达到91.32%、87.24%;渣相XRD、SEM分析表明加入碱金属碳酸盐可以促进磷矿的碳热还原反应,但并不改变其反应历程,且在1300℃下,渣相均以固态烧结形式排出,符合窑法磷酸的排渣要求;动力学分析表明磷矿碳热还原反应均为一级反应,且添加K_2CO_3和Na_2CO_3体系的活化能分别为182.91和195.38 kJ×mol~(-1),比无添加体系的209.93 kJ×mol~(-1)显著降低。     

Al-Si-Fe合金真空热法炼镁过程动力学

采用收缩未反应核模型研究Al-Si-Fe合金真空热还原煅后白云石制镁过程动力学,考察了制团压力、还原温度(T)和添加氟盐对镁还原率(R)的影响. 结果表明,在40~150 MPa内,制团压力越大,镁还原率越高;添加氟盐可加快还原反应速率,提高镁还原率. 确定了还原过程最佳工艺条件为：还原温度1413 K、还原时间(t) 120 min、真空度4 Pa、制团压力150 MPa、CaF2添加量3%. 在1373~1413 K内,还原过程为一级反应,由还原剂通过固体产物层的内扩散步骤控制,宏观动力学方程为1+2(1-R)-3(1-R)2/3=0.194exp(-8.38×103/T)t,表观活化能为69.7 kJ/mol.     

碳热还原法结合冰模板法制备氮化硼-碳化硼复合多孔陶瓷

以六方氮化硼(h-BN)、氧化硼(B_2O_3)和石墨(C)为原料,去离子水为分散介质、甲基纤维素(MC)为分散剂、聚乙烯醇(PVA)为结合剂,通过冰模板法以及碳热还原过程制备了BN–B4C复合多孔陶瓷。结合碳热还原反应过程的热力学变化对产物进行分析。结果表明:当烧结温度为1 350℃时,热力学计算得到反应体系达到平衡时的CO分压为1.45×10~6,此时产物的XRD结果中出现B4C新相,说明在1 350~1 550℃的烧结温度和氮气气氛条件下,石墨可将B_2O_3还原成B4C,得到产物的体积密度和气孔率分别为0.22、0.26、0.28 g·cm~(–3)和94.65%、92.24%、92.10%。产物的微观结构由直通孔结构和部分树枝状孔结构组成,这些多孔结构为碳热还原反应产生的CO气体逸出提供了快速通道。     

氯化钾与磷酸复分解反应的动力学研究

研究了以氯化钾和热法磷酸为原料,采用复分解法制备磷酸二氢钾的方法。考察了反应时间、反应温度、原料配比对氯化钾转化率的影响。在反应温度为373~413 K和反应时间为1~4 h的条件下,研究氯化钾与热法磷酸的宏观反应过程,自阻化作用对该反应过程的反应速率影响较大,阻缓系数β随反应温度升高而增大。应用德罗兹多夫方程拟合实验数据,确定了动力学方程：1/t ln［1/（1-X）］- βX/t=exp（-65 840/RT）+2.215,并求得了反应的表观活化能Ea=65.84 kJ/mol,经验证表明模型可靠。该研究旨在揭示氯化钾和热法磷酸制备磷酸二氢钾的宏观反应过程的相关规律,为设计反应器和优化工艺条件提供一定的理论依据。     

分解炉用无烟煤的催化燃烧研究

在无烟煤中添加CuO,Fe2O3,MnO2,可以不同程度的改善无烟煤的着火温度;通过燃烧产物的XRD分析,探讨了催化剂催化燃烧的机理:催化剂在煤粉燃烧过程中参与了无烟煤燃烧中的化学反应过程,对无烟煤中难燃的碳发生了催化燃烧反应,使无烟煤着火温度下降.     

红土镍矿的固相还原动力学

采用非等温热分析法对红土镍矿固相还原动力学进行了研究,由热失重曲线确定了红土镍矿固相还原的反应机理函数f(a),在此基础上求解出动力学参数,并对建立的动力学模型进行了验证,分析了红土镍矿固相还原机理. 结果表明,红土镍矿失重率与加热温度密切相关,而升温速率对其影响很小;模型计算值与实测值具有良好的相关性;固相还原过程可分为473~773和773~1223 K两个阶段,反应活化能分别为171.91和52.75 kJ/mol,与挥发分的析出和镍、铁氧化物的还原对应;反应属随机成核和随后生长型机理函数,其微分形式为f(a)=1/4(1-a)[-ln(1-a)]-3,反应速率主要由碳气化反应控制.     

脲硫酸分解磷矿宏观动力学研究

以保康矿为基础,对脲硫酸分解磷矿的宏观反应动力学进行了研究,该反应过程中阻化作用对反应速率影响很大,阻化系数β随反应温度升高、矿粉粒度减小而增大,随酸解剂摩尔比而变化。在磷矿粒度为0.110—0.174mm,反应温度为339—359 K和酸解剂摩尔比为n(尿素)∶n(硫酸)=2.0—3.6∶1的条件下,实验得到包含阻化系数的脲硫酸分解磷矿过程的宏观动力学方程,方差分析表明模型可靠,为工艺条件的优化和反应器的设计提供了理论依据。     

氟磷灰石碳热还原过程及动力学研究

为探明电炉法黄磷的反应历程,采用纯物质模拟电炉法黄磷生产,并使用HSC热力学软件、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对该过程进行辅助研究。HSC和XRD分析结果表明氟磷灰石碳热还原反应历程如下:Ca_5(PO_4)_3F优先与SiO_2发生脱氟反应生成Ca_3(PO_4)_2,而Ca_3(PO_4)_2又被碳还原产生CaO,并结合SiO_2形成钙硅酸盐,而F最终以SiF_4(g)的形式排出体系;动力学分析结果表明氟磷灰石的碳热还原反应是一个变级反应,反应级数随温度升高而降低,反应速率随温度升高而增大,随时间增大而降低,其反应活化能为188.96 kJ×mol~(-1),表明是一个高能耗反应;渣相SEM分析结果表明随着温度的升高,体系的液相逐渐增多,物质扩散加快,导致反应速率增大,这与动力学分析结果相一致。     

碳五溶剂脱氯研究

碳五溶剂主要来自碳五石油树脂低温催化聚合反应过程中的副产物,原料中未反应的烷烃组分,待反应结束后蒸馏富集。研究以循环溶剂、多聚甲醛、萘、季铵盐等为原料进行脱氯反应,考察了反应温度、反应时间、原料配比等对脱氯效果的影响,确定了脱氯反应最佳工艺条件:m(萘)∶m(多聚甲醛)∶m(循环溶剂)∶m(季铵盐)=28∶12∶100∶1,反应温度为45℃,反应时间5 h,氯的有效脱除率达70%。     

腰果酚含羟基苯并恶嗪的制备及固化反应研究

以天然资源腰果酚合成了1种含有羟基的苯并恶嗪(CBozH),并利用红外光谱(FT-IR)及核磁共振光谱(1H-NMR和13C-NMR)表征了其化学结构。采用非等温示差扫描量热(DSC)法研究了CBozH的热固化反应过程,通过Kissinger方程、Crane方程和T-β外推法得到了该体系的固化反应温度及动力学参数。研究表明,CBozH的热固化反应表观活化能为85.47 kJ/mol,反应级数为0.909 4,凝胶温度为181℃,固化温度为217℃,后固化温度252℃。热重分析表明,CBozH开环聚合物(PCBozH)具有较好的热稳定性。     

氮化钒制备热力学和动力学

研究了氮气气氛下V_2O_5碳热还原氮化反应的热力学和动力学,并进行了实验验证.结果表明,反应炉内V_2O_5优先还原,在碳充足的情况下,还原的中间产物依次是V2O3,VO,V2C,VC.还原氮化通常在N2气氛下同炉进行,先还原后氮化,温度高于1267℃时,VC比VN更稳定,存在动力学和热力学矛盾.V_2O_5碳热还原反应的控速环节为球形颗粒的三维扩散,氮化反应的控速环节为一级界面反应.制备了氮含量18%、钒含量78%、碳含量小于2%的钒氮合金.