SiO2对氟磷酸钙真空碳热还原反应的影响

采用热力学分析、X射线衍射及化学分析等手段,对真空下SiO2在氟磷酸钙碳热还原过程的行为以及siO2添加量对还原率的影响进行了研究.热力学结果表明,当压力为100 Pa和温度高于1075℃时,Ca5(PO4)3F与C、SiO2的反应满足反应发生的热力学条件.实验研究表明:在系统压力10～ 80 Pa,温度达到实验最高温度1550℃,siO2不能使氟磷酸钙发生脱氟反应,与热力学计算结果吻合.还原率随着温度升高而增大,低温下,添加SiO2有利于氟磷酸钙碳热还原反应;当硅钙摩尔比SiO2／CaO从0.3增至1,还原率随之增加.     

SiO_2/CaO比对中低品位磷矿真空碳热还原的影响

通过FactSage理论计算与实验相结合的方法研究了添加不同硅钙比时磷矿碳热还原反应体系的变化。热力学计算结果表明:在1 Pa的真空条件下,气相中磷单质的挥发率在1250℃时达到最大值,SiO_2/CaO比为0.4和0.8时,气相中磷单质挥发率相比未添加SiO_2时有所增大,继续添加SiO_2,会对磷的挥发起抑制作用。实验结果表明:在1 Pa、14%配碳量的条件下,氟磷酸钙不仅会与SiO_2发生脱氟反应,自身也在不断的分解脱氟。SiO_2的加入可以显著提高磷矿的还原率和磷的挥发率,当SiO_2/CaO摩尔比为0.8时,对磷还原的促进效果最为明显。当SiO_2过量时,会间接使矿中P_2O_5的品位降低,导致还原过程的驱动力减小,从而使磷的挥发率降低。     

红土镍矿真空碳热还原过程中硅的挥发行为

为了解红土镍矿在真空碳热还原过程中SiO2的还原特性和还原过程的主要影响因素,在系统压力2～200 Pa下,以分析纯的SiO2、Fe2O3以及煤炭为原料,在热力学分析的基础上,采用X射线衍射、扫描电子显微镜-能量散射谱和化学成分分析等手段,研究了Fe/Si摩尔比、配碳量对SiO2还原过程、硅的挥发率和还原反应速率的影响。通过热力学计算,得出Fe,Si氧化物被碳还原的化学反应自由能和还原反应临界温度,表明在100 Pa条件下SiO2的临界反应温度降低了477～584 K。实验结果表明:Fe/Si摩尔比的增大和配碳量的增加,均降低了Si的挥发率,提高了SiO2还原反应速率;SiO2发生了气化反应生成了SiO气体并在石墨冷凝系统歧化生成Si和SiO2,且有部分SiO气体与石墨或者CO反应生成SiC;反应残渣中的石英颗粒被Fe-Si合金和SiC包围,结合紧密。     

真空热还原氧化镁的理论分析与实验研究

通过对C、Si和Al热还原MgO的热力学计算,分析了不同条件下热还原吉布斯自由能和反应初始温度的变化.计算结果表明:在常压下C、Si和Al还原MgO时,反应初始温度分别高达1900,2200和1600℃;通过添加CaO造渣和使用真空,不但能提高MgO的还原率,而且使标准自由能降低;在系统压力为10 Pa时,碳热还原所需的初始温度为1100℃,加入CaO造渣的硅热还原、铝热还原所需的初始温度分别为800和690℃.在采用焦炭真空热还原MgO的验证试验中,发现在1500℃下还原120min,MgO的还原率高达84.59％.     

氧化镁真空碳热还原法炼镁的工艺研究

采用物料失重率、金属Mg还原率、X射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)等手段与方法,研究了真空条件下氧化镁碳热还原温度、物料造球成型压力、物料配比、碳热还原保温时间以及催化剂对氧化镁碳热还原法炼镁工艺的影响。研究结果表明,在30~100 Pa时,碳热还原温度高于1553 K,控制物料压块压力为8 MPa,此时物料失重率最大,最有利于氧化镁的还原。随着焦煤还原剂与氧化镁摩尔比以及碳热还原时间的增加,碳热还原反应速率加大,还原率提高,但是变化效果不明显,加入氟盐CaF2后,物料失重率明显提高,添加CaF2的质量超过物料总质量的3%时,物料失重率超过95%,还原率也相应大幅提高。因此,选择适当的焦煤还原剂与氧化镁摩尔比值以及碳热还原时间,添加超过3%CaF2,将有利于该法炼镁过程的顺利进行与金属Mg还原率的提高。此研究为真空碳热法从氧化镁中提取金属Mg工艺提供了很好的实验依据。     

碳化钙真空还原镁热力学分析及试验

本文通过对碳化钙还原MgO的化学反应热力学研究,计算得到:在常压下该反应的临界反应温度为2148 K;在真空条件时还原反应临界温度降低,当压力降低至1 kPa时,临界反应温度为1395 K.通过还原炼镁试验表明:随着反应温度升高,镁还原率提高;当在1150℃左右和1～2Pa真空条件下,可以获得80%以上的镁还原率.     

真空法从铟矿中制备铟的机理研究

在真空条件下,本文采用热力学分析方法计算真空下铟矿碳热还原反应过程中发生的反应的吉布斯自由能以及起始反应温度。结果表明,当压力为10 Pa、温度高于380 K时,In2O3与C的反应满足反应发生的热力学条件。在同一体系压力下,物料In2O3:C摩尔比为1:3时,反应生成单质In所需的温度是最低的。在碳量充足条件下In2O3可直接被还原生成单质铟,随着碳的消耗,In2O3的碳热反应会生成中间产物。由此,推算在真空碳热反应过程中,碳热还原In2O3的顺序首先生成In,随着碳耗及升温生成In2O,最后生成In O。In2O3热分解生成In2O,随着体系压力的降低,反应起始温度降至423 K;中间产物In2O热分解生成单质In,当体系压力降至10 Pa时,起始温度降为781 K;In O与生成物CO反应,随着体系压力降低,吉布斯自由能增加,因此,降压不利于In O与CO反应。本文从热力学角度探讨真空制备铟热力学可行性,为下一步实际生产提供相应的理论基础。     

真空硅浴熔融还原白云石炼镁的实验研究

通过往煅烧白云石中添加适量的Al2O3和SiO2,使其在1500～1600℃之间形成熔融炉渣,并在真空下采用硅铁还原液态渣中的MgO。研究了造渣剂对MgO还原率的影响,结果表明,在能够获得熔融炉渣的情况下,增大Al2O3/SiO2比能够极大地提高渣中MgO的还原率,理想的炉渣成分为32.0%CaO-23.0%MgO-35.0%Al2O3-10%SiO2。同时,对该炉渣进行了正交实验,通过分析得出影响MgO还原率因素的顺序依次是:反应温度、还原剂硅铁添加量、反应时间、催化剂CaF2添加量。在熔融还原工艺参数为:反应温度1600℃,还原剂硅铁添加量n(Si)/n(2MgO)=1.2,反应2h,催化剂CaF2添加量3%条件下,渣中的MgO还原率高达97.3%。     

氧化铝碳热还原—氯化法炼铝过程中冷凝区碳化铝的形成分析

采用热力学分析及X射线衍射(XRD)等方法与手段,研究了真空条件下氧化铝碳热还原—氯化法炼铝工艺中冷凝区碳化铝的形成原因.通过热力学研究,在10～100 Pa,温度低于973 K时,Al与C生成Al4C3的反应及Al与CO生成Al4C3与Al2O3的反应满足反应发生的热力学条件.在Al与CO生成Al4与CO2的反应中,...     

CaC_2还原MgO热力学分析与实验研究

本文对常压及真空条件下以碳化钙为还原剂制取金属镁的热力学分析,计算出平衡状态下镁蒸汽的露点,并进行真空热还原实验研究.结果表明:常压下临界反应温度为2095K;当系统压力降至10~3Pa和10Pa,临界反应温度依次降为1376K和1030K;达到平衡时,还原温度1316K时,镁蒸汽的露点为熔点,还原温度为1273K、1373K时,露点分别为901K、958K.升高还原温度或延长还原时间可提高镁收率和CaC_2利用率;理论配比的反应物料在1423K条件下还原2h的镁收率为83.1%.而当还原时间达到2.5h,镁还原率和CaC_2利用率均超过80%.     

工艺参数对淤泥沙合成O′-Sialon-SiC-Fe3Si粉的影响

以天然的可再生资源淤泥沙为主要原料,以固体废弃物金属矿尾矿为调剂料,利用炭黑作还原剂,采用碳热还原氮化法合成了O′-Sialon-SiC-Fe3Si粉。用X射线衍射法测定了产物相组成及相对含量,研究了合成温度和恒温时间对反应过程的影响。结果表明,合成温度对O′-Sialon-SiC-Fe3Si粉体的合成过程影响显著,随着合成温度的升高,产物中O′-Sialon相含量增大,1500℃时O′-Sialon相含量最大,是最佳的合成温度。恒温时间对产物相组成的影响不十分显著,但较长的恒温时间可以使还原氮化反应进行得更充分,恒温6h的试样中O′-Sialon相含量达到了83%,是较理想的恒温时间。合成过程中SiO的挥发导致试样较大的质量损失,且随着合成温度的升高和恒温时间的延长而增大。     

新法真空铝热还原炼镁的研究

对以煅后白云石和煅后菱镁石为原料,以铝粉为还原剂的新法炼镁技术的热力学进行了分析,并进行了真空热还原实验。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对还原渣的主要物相与物质形态进行了分析。实验结果表明:以煅后白云石和煅后菱镁石为原料,以铝粉为还原剂的新法真空热还原炼镁技术是可行的,在还原温度1200℃,还原时间2 h,铝粉过量5%和无氟盐添加剂的条件下,氧化镁的还原率可达90%,CaF2或MgF2的添加可大幅度地提高还原过程中氧化镁的还原率,降低还原温度。还原后还原渣主要物相为CaO.2Al2O3,还原渣中氧化铝的含量在65%以上,氧化硅含量低于2%,是一种非常适合生产氢氧化铝的原料。     

煤质碳化硅纳米颗粒的合成与表征

以廉价的煤和Na2SiO3.9H2O为原料,辅以Fe(NO3)3.9H2O为助剂,在1300℃氩气气氛下通过碳热还原反应制备出碳化硅纳米颗粒。采用X射线分析衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱仪(PL)和低温氮吸附-脱附对所制备的碳化硅样品进行了表征。结果表明,制得的β-SiC纳米颗粒尺寸介于20～60nm,当n(Fe)/n(Si)=0.01时,碳化硅颗粒比表面积最高,为32m2/g。     

苎麻形态SiC多孔陶瓷的制备及表征

以苎麻纤维为生物模板,经溶胶-凝胶和碳热还原过程制得具有苎麻纤维管状形态的SiC多孔陶瓷。研究了试样的物相构成、显微结构和孔特征,探讨了试样制备过程中的反应机理。结果表明SiO2溶胶与苎麻碳在真空环境、1500℃温度下的碳热还原反应主要为SiO2与C的固-固反应,也包括SiO与C及CO之间局部的气-固和气-气反应。经除碳后得到SiC多孔陶瓷保留了苎麻纤维的空心管状结构形貌,物相组成主要为β-SiC。经脱胶麻较之原麻所制备的试样管状纤维结构更为完整,试样孔结构主要为狭缝型孔隙,BET比表面积为12.97m2/g,BJH平均孔径为9.6nm,P/P0=0.97时的孔容为0.037731cm3/g,孔径分布呈多级分布特征。     

Synthesis of Vanadium Nitride by a One Step Method

Vanadium nitrides were prepared via one step method of carbothermal reduction and nitridation of vanadium trioxide. Thermalgravimetric analysis （TGA） and X-ray diffraction were used to determine the reaction paths of vanadium carbide, namely the following sequential reaction： V2O3→V8C7 in higher temperature stage, the rule of vanadium nitride synthesized was established, and defined conditions of temperature for the production of the carbides and nitrides were determined. Vanadium oxycarbide may consist in the front process of carbothermal reduction of vanadium trioxide. In one step method for vanadium nitride by carbothermal reduction and nitridation of vanadium trioxide, the nitridation process is simultaneous with the carbothermal reduction. A one-step mechanism of the carbothermal reduction with simultaneous nitridation leaded to a lower terminal temperature in nitridation process for vanadium nitride produced, compared with that of carbothermal reduction process without nitridation. The grain size and shape of vanadium nitride were uniform, and had the shape of a cube. The one step method combined vacuum carborization and nitridation （namely two step method） into one process. It simplified the technological process and decreased the costs.     

Thermodynamic calculation and experimental investigation on the products of carbothermal reduction of Al2O3 under vacuum

In this research, thermodynamic analysis and XRD were used to study the products in carbothermal reduction of Al₂O₃ under vacuum. Gaseous reduction product, Al(g) or Al₂O(g), was produced in carbothermal reduction of Al₂O₃ at 1623 K under 5-30 Pa, and carried out further reactions with CO(g) to produce Al₄O₄C, Al₄C₃, Al₂O₃ and C. Aluminum product was produced by carbothermal reduction of Al₂O₃ at low temperature 1623 K under 5-30 Pa, which was the condensate product of Al(g) or disproportionation product of Al₂O(g). Aluminum product in condensation tower would be reduced due to the reactions between Al(g) and CO(g) or Al₂O(g) and CO(g).     

沉淀-喷雾干燥法制备纳米晶碳化硅粉体

以廉价的水玻璃和炭黑为原料, 采用沉淀-喷雾干燥法制备反应前驱体, 经碳热还原合成碳化硅. 由于原料间混合均匀, 前驱体在1500℃下加热5h后就能实现完全反应. 对产物用XRD、IR、BET及SEM等进行了表征, 并对反应过程中温度、时间的影响进行了研究. 结果表明, 前驱体在1500℃下反应5h制得的产物为平均晶粒尺寸在37nm左右的β-SiC, 比表面积为12.4m²/g. 碳热还原过程中, 适当升高温度、缩短反应时间有利于得到高质量的SiC产物.     

Kinetic Study of SiO2/S Coating Deposition by APCVD

To alleviate catalytic coking on the inner surface of radiant tube for ethylene production in petrochemical plants,SiO2/S coatings were deposited on HP40 alloy specimens using dimethyldisulfide （DMDS） and tetraethoxysilane （TEOS） by atmospheric pressure chemical vapor deposition （APCVD）. A two-dimension mathematical model was made to predict the growth rate of SiO2/S coating and to study the effects of deposition parameters on the deposition rate. The results show that the predicted deposition rate is in good agreement with the experimental one. The deposition rate mainly depends on the concentrations of precursors in the total gas flow, concentrations of intermediates on the deposition surface, total gas flow rate and deposition temperature. The weight of SiO2/S coating linearly increases with the deposition time. When the gas flow rate is below 0.3 m/s, the rate-limiting step of SiO2/S coating deposition is the diffusions of intermediates.However, the surface reactions of intermediates will be the rate-limiting step after the gas flow rate is above 0.3 m/s. When the deposition temperature is below 780℃, the rate-limiting step of SiO2/S coating deposition mainly depends on the surface reactions of intermediates. When the deposition temperature is above 780℃,the rate-limiting step depends on the diffusions of intermediates. The deposition rate increases with increasing the concentrations of the intermediates. However, when the partial pressures of the intermediates reach 8 Pa,the deposition rate keeps constant.