钕铁硼废料熔分渣盐酸浸出稀土的实验研究

以钕铁硼废料经H₂选择性还原-渣金熔分处理得到的多组元熔分渣为原料进行盐酸浸出,研究了低温常压和高温高压条件下各因素对稀土浸出率的影响,并对浸出过程的动力学进行了分析。实验结果表明：低温常压浸出最优条件为盐酸浓度2.84 mol/L、液固比10∶1、时间60 min和温度85℃,稀土浸出率达到96.04%;浸出过程受扩散和化学反应混合控制,表观活化能29.25 kJ/mol,指前因子2.020 9 s^-1,与盐酸浓度和粒度相关的反应级数分别为1.49和-0.55。高温高压浸出最优条件为盐酸浓度2.03 mol/L、液固比10∶1、时间30 min和温度110℃,稀土浸出率达到98.13%;回收得到的稀土氧化物主要为Pr₄O₇和Nd₂O₃,纯度达99.56%;浸出过程属于内扩散控制,表观活化能为9.63 kJ/mol,指前因子为3.57×10^-3 s^-1。     

氢气还原褐铁矿实验研究与动力学分析

本文旨在研究不同温度下氢气对褐铁矿还原度和还原速率的影响,并以此为基础分析动力学相关问题.通过热重分析深入了解褐铁矿失水状况.使用粒度为8~12 mm褐铁矿焙烧后,分别在750~950℃五个不同温度下使用4 L·min-1 H₂进行还原,并分析还原率和还原速率随时间的变化关系.研究发现:随着反应进行,试样还原率逐渐增大,五条还原率曲线在t>28 min后与还原温度排序一致.通过动力学研究计算得反应表观活化能E=15.323 kJ·mol-1,从而确定扩散为还原反应的限制环节.      

铜渣直接还原动力学

我国铜渣资源储量丰富,渣中含有多种有价金属,具有很高的二次利用价值.为了揭示铜渣提铁的碳热还原机理,以无烟煤为还原剂,进行铜渣含碳球团等温还原实验,并对其进行动力学分析.实验设定的还原温度为1 000 ℃、1 050 ℃、1 100 ℃、1 150 ℃和1 200 ℃,碳氧比即n_c/n_o=1.0.结果表明,对于铜渣含碳球团等温还原实验,温度对反应速率有重要影响;该反应主要限速环节为气相扩散,活化能数值为118.059 kJ/mol;对其进行阶段性动力学分析,其活化能在61.54~146.98 kJ/mol范围内,且活化能的数值随着还原度的变化而变化,具体表现为:第1阶段反应活化能数值较小,原因可能是该阶段反应刚开始,原铜渣中含有一些铁氧化物（Fe₃O₄）先参与了反应;第2阶段反应活化能较高,此时原铜渣中的铁氧化物已基本反应,铁以橄榄石的状态存在,且橄榄石呈液态,致使球团孔隙度降低,气体在球团内的扩散受阻.      

碱式碳酸钇焙烧制备纳米Y2O3的工艺及动力学研究

针对液相沉淀法制备纳米Y₂O₃粉体工艺的焙烧过程中粉体易团聚问题,以碳酸钠和碳酸氢钠混合沉淀剂沉淀获得的纳米碱式碳酸钇为对象,系统研究了其焙烧条件对Y₂O₃形貌和粒度的影响以及动力学行为。研究表明：在煅烧温度860℃、升温速率5.375℃/min、焙烧时间1 h的条件下,得到D₅₀=0.050μm,(D₉₀―D₁₀)/(2D₅₀)=0.98,分散性良好的纳米Y₂O₃,其形貌与前驱体碱式碳酸钇相似。碱式碳酸钇前驱体(Y(OH)CO₃·H₂O)焙烧制备纳米Y₂O₃粉体的热分解过程分为两个阶段：第一阶段,Y(OH)CO₃·H₂O分解生成Y(OH)CO₃,该反应过程的表观活化能E为90.23 kJ/mol,指前因子A为7.46...     

铁酸钙与赤铁矿非等温还原动力学

采用非等温热重的方法,在30% CO+70% N₂(体积分数)气氛下,以10 K·min-1升温至1123 K的过程中,比较了铁酸钙与赤铁矿的逐级还原过程及其还原动力学.结果表明:铁酸钙和赤铁矿开始还原温度分别为873 K和623 K;由反应速率与反应度的关系及分阶段X射线衍射物相分析发现,铁酸钙还原过程为两段式反应(CaO·Fe₂O₃→2CaO·Fe₂O₃→Fe),而赤铁矿还原过程为传统的三段式反应(Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe).通过Freeman-Carroll法计算得知铁酸钙和赤铁矿的还原平均活化能分别为49.88和43.74 kJ·mol-1;铁酸钙还原过程符合随机成核随后生长模型,动力学模式函数为Avrami-Erofeev方程,其积分形式为[-ln (1-α)]n;而赤铁矿还原过程动力学机理分为两部分,在还原度α为0.1~0.5时,为三级化学反应模型,模式函数积分形式为1-(1-α)3;在α为0.5~0.9时,符合二维圆柱形扩散模型,动力学模式函数为Valensi方程,其积分形式为α+(1-α)ln (1-α).      

纳米氧化铁的制备及形貌分析

以九水硝酸铁（Fe（NO₃）₃·9H₂O）为铁源,无水乙醇和乙二胺为表面活性剂,采用水热法制备了纳米氧化铁（Fe₂O₃纳米棒）,通过扫描电子显微镜观察分析了Fe₂O₃纳米棒形貌,研究了（Fe（NO₃）₃·9H₂O）质量分数及反应温度对Fe₂O₃纳米棒颗粒尺寸的影响。结果表明,纳米棒的长度和宽度分别约为500～600 nm和50～60 nm;在160～220 ℃范围内,温度对Fe₂O₃纳米棒形貌的影响不显著;在一定范围内提高铁源质量分数可使纳米棒颗粒尺寸变小。Fe₂O₃纳米棒的形成机理为:铁源在强碱性的溶液中反应生成棕黄色絮状沉淀α-FeOOH,该沉淀在高温高压的环境中,在乙二胺作用下脱水形成Fe₂O₃纳米棒。     

氧压水浸黄铁矿及其动力学研究

研究了氧压水浸黄铁矿，并分析了浸出动力学。考察了矿石粒度、温度、氧分压和搅拌速度对铁浸出的影响。结果表明：在矿石粒度-47μm、温度180℃、氧分压1.2 MPa、搅拌速度900 r/min、浸出时间90 min条件下，黄铁矿中铁浸出率为50%,铁转化率可达100%;黄铁矿浸出产生的钝化层为Fe₂O₃和少量单质S;浸出过程受混合模型控制，表观活化能为48.28 kJ/mol。     

过氧化氢氧化亚甲基蓝褪色催化光度法测定铝合金中痕量镍

基于在pH 5.6的Na₃C₆H₅O₇-NaOH缓冲溶液中,痕量镍对H₂O₂氧化亚甲基蓝(MB)的褪色反应具有催化作用且褪色的程度与镍的含量成线性关系,建立了催化动力学光度法测定痕量镍的新方法。研究了影响催化褪色反应的因素,并测定了一些动力学参数。结果表明,非催化反应体系与催化反应体系的最大吸收波长均在664 nm处,方法的线性范围为0.02～1.4 μg/mL,线性回归方程为lg(A₀/A_t)=0.776 5 ρ(μg/mL)+0.157 1,相关系数r =0.998 6,检出限为0.011 8 μg/mL,反应的表观活化能为25.14 kJ/moL。方法用于铝合金标准样品中痕量镍的测定,结果与认定值基本一致,相对标准偏差(RSD)为2.9%和2.8%(n=5),回收率在98%～104%范围。     

添加纳米二氧化硅对氧化铁颗粒表观黏度的影响

借鉴流体黏性的表征方式,引入粉体颗粒表观黏度的概念表征粉体颗粒间的相互作用力,基于能量耗散原理,利用旋转黏度计测定了含SiO₂纳米添加剂的Fe₂O₃颗粒在不同温度条件下的表观黏度.实验结果表明,Fe₂O₃颗粒表观黏度随温度升高而增大,纳米SiO₂的加入使颗粒表观黏度明显降低,主要原因是纳米SiO₂对Fe₂O₃颗粒形成了包覆,抑制了颗粒间的团聚和烧结.此外,本研究利用微型流化床研究了含纳米SiO₂的Fe₂O₃颗粒在流化还原过程中发生黏结失流的过程,进一步验证了纳米SiO₂对Fe₂O₃颗粒表观黏度的影响.结果表明,加入纳米SiO₂显著提高了还原样品的金属化率,延长了还原过程中的黏结时间;扫描电镜分析表明纳米SiO₂有效包覆在Fe₂O₃颗粒表面,降低了铁原子的扩散活性,并充分阻隔新鲜铁之间的接触,抑制新鲜铁的烧结,从而导致Fe₂O₃颗粒之间难以形成黏结点,由此证明纳米SiO₂对流化床内Fe₂O₃颗粒的还原过程中的黏结失流具有明显抑制作用.      

FeTiO3--Fe2 O3固溶体等温碳热还原

基于粉末煅烧技术合成FeTiO₃和FeTiO₃-Fe₂O₃固溶体体系,在热力学分析的基础上,选取1150℃,以固溶体合成物为原料研究FeTiO₃-Fe₂O₃固溶体体系等温碳热还原过程,并采用X射线衍射仪和扫描电镜-能谱仪对还原产物进行系统分析.研究结果表明:合成产物内部成分均匀.钛铁矿的摩尔分数x越小,xFeTiO₃-(1-x) Fe₂O₃固溶体碳热还原反应越易进行,并且反应速率最大值越大.在反应初期,假板钛矿相(FeTi₂O₅-Fe₂TiO₅(Fe₃Ti₃O₁₀))作为过渡相一直存在,至金属Fe和钛铁晶石Fe₂TiO₄生成后逐渐消失.      

钛精粉氧化过程中物相转变

采用热重分析和恒温实验法研究了攀枝花钛精粉氧化过程中相的存在形式及其转变规律.X射线衍射结果和微观形貌分析表明:温度低于500℃,钛精粉未发生氧化反应;600℃时产生Fe₂Ti₃O₉和TiO₂相,其和原相Fe₂O₃相衍射峰强度均随温度的升高而增强;900℃时,Fe₂Ti₃O₉相完全转变为Fe₂TiO₅相,且随温度的升高,TiO₂相和Fe₂O₃相衍射峰强度逐渐减弱;在整个氧化过程中存在四个化学反应,其与烧结作用相互关联,使得氧化产物表面形成较多孔隙,变得凹凸不平且疏松.      

含铝铁酸钙CFA的生成行为

 含铝铁酸钙(CFA)是生成复合铁酸钙(SFCA)的一种重要前驱化合物,为了揭示CFA的生成路径和反应机理,采用压块-焙烧法并结合XRD和SEM-EDS等检测方法,研究不同烧结温度下CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃三元系中的矿相生成和元素迁移规律。CFA生成行为研究结果表明,首先在低温条件下(＜750 ℃)生成铁酸二钙(C₂F),升温至800~950 ℃时C₂F与Fe₂O₃反应生成铁酸一钙(CF),然后在900~950 ℃的烧结温度区间内Al₂O₃与CaO反应生成铝酸半钙(CA₂),并在CF-CA₂-Fe₂O₃三元界面处开始生成CFA,最终对CA₂形成了具有针状结构的CFA产物包裹层。     

HRB400螺纹钢的高温氧化行为及动力学

为了优化HRB400螺纹钢氧化皮结构,以提高耐蚀性能,采用热重法研究了试验钢空气条件下在800、850、900、950、1000和1050℃温度下的氧化行为,建立了氧化动力学模型,计算出试验钢的氧化激活能,借助扫描电镜(SEM)分析和确定氧化皮结构和组成.结合螺纹钢的实际生产情况讨论了螺纹钢氧化皮形成规律,建立了螺纹钢...     

NaCl-CaCl2熔盐体系中电脱氧制备金属Fe的工艺研究

在NaCl-CaCl₂熔盐体系中采用FFC-剑桥工艺开展了Fe₂O₃电脱氧制备金属Fe的工艺研究。重点研究了烧结工艺和电解工艺等对熔盐中Fe₂O₃电脱氧过程的影响。采用SEM分析了烧结后Fe₂O₃的微观结构, 采用XRD分析了电解前后产物的物相组成, 得到了优化的电脱氧工艺条件为:槽电压为3.2 V, 电解时间为8 h, 烧结温度为800~900 ℃, 黏结剂用量为1.5%~2.5%和电解温度为680~722 ℃。同时, 在该熔盐体系中Fe₂O₃电脱氧机理为Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe。      

新型CeO2-Fe2O3联合催化剂用于催化CO还原NO

采用3种不同的方法合成新型的以Fe₂O₃颗粒为载体的Ce-Fe复合氧化物催化剂,探究不同制备方式的复合氧化物催化剂的催化CO还原NO性能,并通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氢气-程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)表征来对催化剂进行探究。结果证明Ce-Fe复合氧化物具有较高的催化活性,硝酸水热法Ce-Fe复合氧化物在900℃时脱硝率可达到99%以上。XRD中显示硝酸水热样品中CeO₂峰向高角度偏移,并且晶格常数变小。Raman结果说明硝酸水热样品CeO₂的振动峰向左大幅度偏移,结合XRD说明硝酸水热法可以形成Ce-O-Fe固溶体。H2-TPR说明氧化还原性:硝酸水热法>硝酸浸渍法>普通浸渍法。XPS结果说明硝酸水热法形成的Ce-O-Fe固溶体可以促进Fe³⁺向Fe²⁺、晶格氧向吸附氧的转换,这体现出复合催化剂Ce、Fe之间的联合作用。在整个反应过程中Fe₂O₃作为载体可以提供大量晶格氧,Ce-O-Fe固溶体的存在决定了复合催化剂的高催化活性。     

Pt涂层蜂窝金属和Ce改性Fe2O3催化CO的性能对比

铁矿石烧结烟气中含有较高浓度的CO（体积分数0.5%～2%）,因此对其进行CO脱除意义重大。为了探究不同类型催化剂的催化效果,采用浸渍法制备了Pt涂层蜂窝金属催化剂和铁铈氧化物催化剂,并通过X射线荧光光谱分析（XRF）对其组分含量进行了分析。二者在模拟烧结烟气中进行CO脱除性能的对比实验,活性测试表明,不同CO初始体积分数、烟气温度以及水汽含量对CO催化氧化的脱除效率影响较大。当模拟烟气中不含水汽的时候,二者在180 ℃及更高温度下对CO的脱除效率均能达到60%以上。反应温度为180 ℃,水汽体积分数为11.7%时,Pt负载型催化剂中的CO转化率为63.9%,而该条件下Ce改性Fe₂O₃催化剂的CO转化率仅为34.9%。当温度在180～300 ℃范围内,Pt负载型催化剂具有较好的抗水性,且继续升高温度,水汽体积分数增加对催化剂效率的负面影响更显著。如水汽体积分数从0增加到27.1%时,与180 ℃时的催化效率相比,Pt负载型催化剂在240 ℃时的催化效率由73.9%降至62.3%,降幅远远增大。另外,对这两种催化剂进行了抗硫性测试。当水汽体积分数为0时,Ce改性Fe₂O₃催化剂抗硫性更佳,但当SO₂和水汽同时存在的情况下,Pt负载型催化剂具有更好的抗硫性。因此,在实际烧结中建议采取高效的脱硫措施并布置脱水层以减少其对于催化剂的负面影响。      

焙烧铜渣中磁铁矿的物性转变研究

为探究熔融状态下,焙烧铜渣中磁铁矿的物性转变,对铜渣进行了CO/CO₂气氛下熔融氧化焙烧实验。考察了CaO添加量与焙烧温度对于渣中Fe₂SiO₄向Fe₃O₄转变过程和Fe₃O₄迁移并富集的影响。CaO的添加促进了渣中Fe₂SiO₄向Fe₃O₄转变和Fe₃O₄迁移富集,而选择适宜的焙烧温度才能最大程度让Fe₃O₄迁移富集。最后发现在CaO添加量为铜渣质量的25 %,焙烧温度1 300 ℃,保温时间2 h,CO₂和CO体积比为190:10的条件下焙烧铜渣,铜渣中的Fe₂SiO₄基本完成了向Fe₃O₄转化,且Fe₃O₄迁移与富集程度较好。      

烧结机除尘灰制备纳米氧化铁及其气体传感特性

烧结机机头除尘灰是炼铁过程中产生的高铁含量小颗粒粉末固体废弃物,如何处理机头除尘灰一直是冶金领域的难点问题.鉴于其较高的铁含量,开发了一种以烧结机除尘灰为原料,通过控制还原剂与铁元素的比例,制备高附加值的类球状α-Fe2O3、Fe3O4纳米颗粒以及Fe3O4/Fe2O3纳米复合物的方法.利用多晶X射线衍射仪(XRD)、...     

微波烧结工艺对6％Al2O3/Mo复合材料结构和性能的影响

以溶胶凝胶法制备的6% Al₂O₃/Mo复合粉末为原料,采用微波烧结技术制备了6% Al₂O₃/Mo复合材料.研究了微波烧结温度及烧结时间对复合材料的结构及性能的影响,并探讨了复合粉末的微波烧结动力学.结果表明:溶胶凝胶法制备的6% Al₂O₃/Mo复合粉末形貌呈平滑多边形和近球形;Al₂O₃/Mo复合材料的致密度及硬度均随着微波烧结温度及烧结时间的增加而增加;1 600 ℃下烧结30 min的6% Al₂O₃的复合材料致密度及硬度达到98.1%和2.969 GPa. Al₂O₃/Mo复合粉体微波烧结的致密化机制是体积扩散和晶界扩散共同作用结果,且随烧结温度升高,体积扩散逐渐占据主导地位,其微波烧结激活能在1 500~1 600 ℃范围内为201.93 kJ/mol.研究结果显示微波烧结是一种快速制备高致密Al₂O₃/Mo复合材料的有效方法.