真空碳热还原制备Mg-Sr合金的反应热力学

介绍了真空碳热还原制备Mg-Sr合金新思路,研究了其还原反应的反应式、吉布斯自由能及临界还原温度。结果表明,真空碳热还原MgO,SrO的混合物可以得到Mg-Sr合金;其他因素不变的情况下,还原反应吉布斯自由能随反应温度的提高而减小,随系统气压的降低而减小,随反应生成的Sr,Mg混合蒸气中Sr摩尔分数的减小而减小;反应温度的提高、系统气压的降低和Sr摩尔分数的减小均有利于还原反应的进行;当系统气压为10 Pa,Sr摩尔分数为0.1时,临界反应温度为1353 K;相同系统气压下,碳热还原制备Mg-Sr合金的临界反应温度低于真空碳热炼锶、炼镁的临界温度,反应更易于进行;常规真空硅热还原制备金属镁(皮江法)的反应温度1473 K,气压13.3 Pa下,无论反应生成的Sr,Mg混合蒸气中Mg,Sr相对比例如何,真空碳热还原制备Mg-Sr合金的反应均具备热力学可行性。     

真空碳化钙热还原法制备金属锶

对真空碳化钙热还原氧化锶制备金属锶过程进行热力学分析,获得真空条件下还原反应的自由能和还原反应临界温度。并以碳酸锶为原料,采用常压煅烧法获得了氧化锶后与碳化钙、氟化钙混合制团,进行还原反应,考察了还原温度、保温时间、制团压力、碳化钙过量系数等对锶还原率的影响。结果表明,碳化钙真空热还原制备金属锶在一定温度和真空度下能够进行,在真空度为0～100Pa、碳化钙过量20%、压片压力15MPa、还原温度1 300℃、保温时间3h的条件下,锶的平均收率可以达到72.8%,金属锶的纯度达到了98%～99%。     

新型真空热还原法制镁工艺分析

通过对真空条件下A l-S i-Fe合金还原白云石煅白的热力学分析及实验研究,得到真空条件下还原反应的吉布斯自由能及反应临界温度,确定工艺可行性;所进行还原实验的结果表明:在还原温度1 443 K、还原时间2 h、真空度4 Pa、制团压力50 MPa条件下,可获得86.4%的镁收率,相比同等条件下硅热法镁还原率仅为73.9%。     

真空碳热还原-酸浸含钛高炉渣制备TiC

中国超过50％钛资源在高炉冶炼过程中进入炉渣,渣中TiO2的质量分数高达20％～30％,是一种高附加值二次资源,但在对该资源综合利用过程中,始终未能解决经济提取、硅钛难分,二次污染严重等问题.在热力学理论指导下进行真空碳热还原-酸浸联合工艺处理含钛高炉渣制备TiC研究.研究表明,碳热还原温度越高或相同温度下真空度越高越有利于炉渣中各成分还原;随着真空度增加碳热还原温度要求降低;当温度达到1 573K,真空度为1 Pa,可将SiO2还原得到具有高蒸气压的SiO、MgO被还原为Mg蒸气而离开体系,可实现渣中硅镁与钛彻底分离;真空碳热还原含钛高炉渣制备TiC的最佳条件:还原温度1673 K,炉渣粒度75μm占80％,渣碳质量比100∶38.     

真空热还原生产金属钙的现状与问题

热力学计算结果表明,硅热还原炼钙的温度比铝热还原炼钙的温度高150℃以上,在目前真空热还原技术条件下,硅热真空还原炼钙很难进行,而铝热还原生产金属钙时,最容易发生的反应方程式为6CaO(s)+2Al(l)=3Ca(v)+3CaO·Al2O3(s)和33CaO(s)+14Al(l)=21Ca(v)+12CaO·7Al2O3(s)。目前,工业铝热还原生产金属钙过程中,存在的主要问题是还原温度高,还原罐使用时间短,铝粉利用率低,还原渣的利用方式不合理,这导致生产金属钙的成本较高。     

基于梯度配铝的FeV50合金制备及其影响因素

分析了Al,Si,C热还原制备FeV50合金的热力学可行性及铝热还原过程渣金钒铝平衡,采用分期梯度配铝的方式,考察了原料配比、反应温度、加料制度和多期配铝系数对渣中TV含量及合金成分的影响。通过不同还原剂热还原的热力学分析表明:1500 K时,常压条件下碳热还原过程优先生成VC,只有当体系真空度高于76.8 Pa才能得到稳定钒基合金产品;硅热反应仅适用于高价钒氧化物的还原,配加CaO有利于反应的进行以及钒氧化物的还原效率;铝热还原V_2O_5和V_2O_3的单位反应热分别为368.4和221.0 k J·mol~(-1),基本能够满足密闭系统维持自发反应的热量需求。铝热还原渣金热力学平衡分析结果表明FeV50渣中TV含量随合金Al含量的升高而降低,当合金Al含量为2.0%时,渣中理论TV含量为0.27%;若要使渣中理论TV含量降低到0.15%,合金Al含量需达18.8%以上。基于此,采用"梯度配铝"工艺试验,在三期加料制度4-3-1,配铝系数1.30-1.00-0.30,原料配比3∶1,体系温度1850℃的条件下,渣中平均TV含量由均匀配铝的1.85%降低到0.69%,合金Al含量从1.6%降低到0.4%。     

As2O3真空碳热还原制备粗金属砷的热力学研究

采用HSC Chemistry 5.0热力学分析软件研究了As2O3真空碳热还原制备粗金属砷过程的吉布斯自由能与温度的关系,重点研究了挥发过程、碳热还原过程及砷蒸汽冷凝过程。结果表明,常压下As2O3在773K时以As4O6(g)双原子气态形式挥发,而在100Pa下挥发只需473K即可,与实际情况一致;As2O3(g)气体参与碳热还原过程的可能性较小,As2O3(s)粉末、As4O6(g)气体在100Pa真空压力下参与碳热还原反应温度分别是473～810K、873K,该温度均低于常压碳热还原过程所需温度(893～1 203℃);砷蒸汽的冷凝过程是As4(g)蒸汽先凝结成液态砷后,再冷凝成固态粗金属砷。     

菱镁矿基脱硫剂铁水预脱硫过程的热力学分析

热力学计算和分析表明,常压下碳还原MgO的反应温度(7)为1854℃,难以实现菱镁矿基在铁水预处理条件下生成镁原位脱硫。当碳热还原反应在1250～1300℃发生时,镁蒸气的压强需小于0.994 kPa;在1350～1400℃时,镁蒸气压需小于1.004 kPa。铝粉和Fe₂O₃可作为发热剂加入,在热力学上有利于碳热还原反应的进行,达到加速镁蒸气的生成     

碳热还原氮化制备氮化硅粉体反应条件研究

对二氧化硅碳热还原氮化合成氮化硅的反应体系进行了热力学和动力学分析,主要研究了反应温度和氮气流量对Si3N4、Si2N2O和SiC生成的影响。热力学研究表明,Si3N4的生成需要足够高的温度(高于1800K)和充足的氮气气氛;Si2N2O的生成条件是较低的温度(低于1700K)和不充足的氮气气氛;SiC的生成条件是更高的温度(高于2000K)和不充足的氮气气氛。试验研究验证了热力学的分析,并确定了碳热还原氮化合成氮化硅的主要工艺条件(氮气流量为3L/min、煅烧温度为1500℃)。在以上工艺条件下,可制备出纯的Si3N4粉体。     

热还原法炼镁理论分析

通过理论计算,导出了不同还原剂硅铁、铝、硅铝热法还原金属镁热力学参数。结果表明,在相同压力下,铝比硅还原镁温度降低906.38 K;氧化钙的添加对硅还原金属镁温度影响大;提高反应区温度或降低反应区压力可加快还原反应速度。     

从金属镁厂热平衡来看硅热法炼镁节能方向

本文以硅热法金属镁厂生产过程热平衡为基础,分别分析白云石煅烧以及真空热还原的能量收支情况,并对其效率进行评价。通过对比金属镁生产理论能耗和实际能耗,结果显示该工艺下能量利用效率偏低,进而讨论金属镁厂节能减排的方向,包括减少烟气排放热损、减小散热损失及还原渣的余热综合利用。并提出了硅热法炼镁的具体节能措施。     

真空法直接炼镁工艺中的煤烧结研究

研究了真空法碳热还原氧化镁工艺中的煤烧结，考察了常压和真空两种条件下不同焦结温度和不同焦结时间对还原物料焦结后孔隙度及C与MgO摩尔比的影响规律，证明了真空焦结要优于常压焦结，并确定了真空焦结的条件。     

含钛炉渣碳热还原热力学计算

对含钛炉渣碳热还原过程进行了详细的热力学计算分析,结果如下:含钛炉渣碳热还原过程中Ti O_2被还原成一系列钛的低价氧化物,TiO_2转变为Ti_3O_5的开始温度为1 359 K,之后可能形成Ti_2O_3和TiC_xO_y,最终形成TiC;含钛炉渣中CaO、MgO和Al_2O_3不与C发生反应;Fe_2O_3、V_2O_5、Mn O和SiO_2可以被C还原,且还原难度依次增加;早期形成的TiC可能与TiO_2发生反应,形成Ti_3O_5等低价化合物;含钛炉渣中CaTiO_3不直接与C发生反应,CaTiO_3熔融后被C还原为TiC。热力学计算为分析含钛炉渣中各种矿物在碳热还原过程中的转变过程提供了重要依据。     

采用碱度球团大幅度降低钒钛铁精矿还原温度的初探

钒钛铁精矿外配一定量的CaO或MgO,能在氧化焙烧及还原过程破坏原矿中极难还原的钛磁铁矿矿相,使之转变成易还原的自由铁氧化物,于是以普通矿的还原条件即可获得90％的金属化率,还原温度能在现有水平上大幅度降低。碱度球团的生产已有成熟经验,其强度与还原性能具备竖炉还原条件。海绵铁渣相含高CaO、MgO,对下步工序熔化分离有利,对提取钒钛并不构成障碍性困难。     

氧化铝碳热还原氯化法制金属铝的热力学

对氧化铝碳热还原氯化法炼铝的过程进行了热力学研究,该过程分两步,首先,得到一氯化铝,其次,一氯化铝分解得到金属铝。经过热力学计算得到:在常压下,生成一氯化铝的反应发生的起始温度为2 121.21 K,一氯化铝分解得到金属铝的起始温度为1 683.31 K,而当系统压力下降时,上述两步反应的起始温度都会下降;经过计算还得到了上述两步反应的起始温度与系统压力间的关系,也得到了不同系统压力下反应吉布斯自由能与系统温度间的关系。     

真空碳热还原氧化锶动力学研究

在真空条件下,采用等温法对碳热还原氧化锶的动力学进行了研究。研究结果表明:还原温度对碳热还原氧化锶的还原速度影响较大,温度越高,还原速度越大,在温度高于1573 K时,还原较快。根据Arrhenius方程计算出,在1473～1673 K范围内,当碳的气化反应为控制环节时,反应活化能为163.39 kJ·mol-1;界面化学反应为控制环节时,反应活化能为212.29 kJ·mol-1;气相扩散为控制环节时的活化能为315.00～384.46 kJ·mol-1。扩散控制反应时活化能最大,真空条件下碳热还原氧化锶的还原速度由气相扩散控制。     

利用电石渣和盐湖氯化镁制备金属镁的研究

以盐湖水氯镁石和电石渣为原料,通过化学合成法制备出氢氧化钙和氢氧化镁的混合物,再将此混合物经中低温煅烧得到炼镁用煅白,然后配入一定比例的硅铁、萤石并压制成团后在高温条件下进行真空还原制备金属镁。结果表明,本工艺的还原收率、料镁比与白云石水平相当,工艺技术路线是可行的。最佳工艺条件为:合成煅白的钙镁比0.85、煅烧温度850℃、煅烧时间1.0h。     

以Si-Cu合金为还原剂的热还原制镁新方法及其热力学分析

结合Si-Fe相图,分析了硅铁热还原制镁(皮江法)反应过程中Si-Fe中形态,结果显示:初始含Si量75%的Si-Fe在1200℃基本处于固态,硅铁热还原制镁还原反应主要为固-固反应,反应过程中,物料间的热量及质量传输较困难,反应难于快速、彻底进行。介绍了采用Si-Cu合金还原剂实现固-液还原的Si-Cu热还原制镁新思路、新方法,结合Si-Cu相图,分析了Si-Cu热还原制镁中Si-Cu的形态,结果显示:Si-Cu热还原制镁时,初始含Si量低于35%的Si-Cu在1200℃几乎全过程保持液态,还原反应基本为固-液反应,反应较易快速、彻底进行。采用热力学分析方法,推演出了Si-Cu热还原制镁的主要反应式、吉布斯自由能估算式,临界反应温度估算式,分析了影响吉布斯自由能、临界反应温度及还原反应热力学可行性的因素,结果显示:Si-Cu热还原制镁反应的热力学临界温度随系统气压降低及Si-Cu中Si含量增加而减小;对应于常规真空硅热还原制镁(皮江法)温度(1473 K)和系统气压(13.3 Pa),Si-Cu合金中的Si含量只需高于0.034%,Si-Cu热还原制镁即具备热力学可行性。     

熔融还原炼镁热力学分析和模拟

为了提高现有硅热还原炼镁工艺中原料之间的反应速度,提出熔融还原炼镁新技术.在煅烧白云石中添加适量的Al2O3和SiO2,使整个体系在反应时呈完全熔融状态,从而加快反应速度.通过软件模拟、热力学分析和实验验证,在适当配比下于1 600℃可以获得完全熔化的CaO-MgO-Al2O3-SiO2四元系.通过对熔融还原反应的热力学计算得出,平衡状态下还原温度为1 600℃时,对应镁蒸汽的露点为870℃.结果表明熔融还原炼镁新技术是可行的.     

碳热焙烧还原砷酸钙制备金属砷

致力于碳热焙烧还原砷酸钙制备具有商业价值的金属单质砷,为推进砷危废物无害化处理向砷资源化回收利用前进展开科学研究。其中热重分析表明,砷酸钙与碳粉混合热解的质量损失分为3个阶段,阶段1和阶段2为失水过程,阶段3为碳还原砷酸钙生成CaO和砷蒸气过程。且研究发现,可以利用相边界反应动力学模型解释阶段3反应机制。而单因素条件实验结果表明:在温度1000 ℃、碳配入系数1.4、恒温时长60 min条件下砷挥发率高达99.94%。X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜能谱仪(SEM?EDS)对反应体系中有关产物表征表明,较优条件下产品砷主要为片状金属砷和粉末非晶体砷,焙烧残渣为CaO。