活性炭碳热还原钛铁矿的动力学研究（英文）

研究氩气气氛下,钛铁矿与不同质量分数的活性炭在1373~1773 K温度区间内的等温碳热还原反应。通过红外气体分析仪得到了碳热还原过程中的动力学曲线。研究结果表明,除1473 K外,在其他反应温度下改变活性碳的添加量几乎不影响反应速率。当反应温度高于Fe-C二元系共晶温度1427 K时,部分碳会溶解在铁中形成液相。此时,碳能通过液态铁传输扩散到反应界面。当反应温度高于1573 K时,碳热还原钛铁矿符合收缩核模型。还原产物中碳化钛的质量分数可以通过标准添加法测量。     

锌焙砂的一氧化碳还原等温动力学（英文）

在600～800℃温度范围通过等温还原焙烧方法研究锌焙砂的CO还原动力学。用热重法(TG)测定锌焙砂的反应程度,并根据可溶锌和亚铁含量的变化分析锌焙砂中铁酸锌的分解机理。结果表明,锌焙砂中铁酸锌的还原反应受产物的形核过程控制,表观活化能为65.28 k J/mol。与CO强度(定义为P_CO/(P_CO+P_CO2))相比,CO的分压对反应速率的影响更大。在铁酸锌还原产物中,氧化锌的生成速率高于氧化亚铁的,表明氧化亚铁的形核过程为反应控制步骤。     

钛铁矿NaOH水热体系中浸出行为及动力学研究（英文）

为了解决硫酸法生产钛白存在严重的大量硫酸废水污染问题,提出了NaOH水热法分解钛铁矿以浸出钛的全新工艺,研究了钛铁矿在NaOH水热体系中的分解行为及动力学。确定最佳的反应条件为:反应温度240℃,NaOH浓度400 g·L~(-1),液固比3.5:1,氧分压0.5 MPa,反应时间2 h,搅拌速度600 r/min,粒度75μm,钛的浸出率可达到95%以上。通过XRD和SEM表征,确定了钛铁矿的分解行为及钛酸钠的物相组成。宏观动力学研究表明,钛铁矿中的钛在NaOH水热体系中的氧化分解过程符合未反应收缩核模型,过程速度受产物层扩散控制,计算得到浸出过程的表观活化能为47.39 kJ/mol;钛铁矿在NaOH水热体系中浸出动力学方程为:1-2X/3-(1-X)~(2/3)=[735.09exp(-47389.8/RT)]t。     

富氢气基还原钛铁矿及其气相组分的耦合作用

利用大载荷热重分析仪、质谱仪、碳分析仪、SEM和XRD测定不同还原条件下钛铁矿(FeTiO3)气基还原产物的质量损失率、钛和镁元素分布、微观结构及物相组成,研究富氢气体还原钛铁矿过程中各气体组分间的耦合作用机制。结果表明:在氢气还原过程中金属铁在颗粒外层聚集,并伴随着钛和镁两种元素的聚集形成致密层;富氢气体还原则不形成相应的致密层,金属铁以细小颗粒状较均匀地分布在颗粒内部,钛和镁也较为均匀地分散在整个颗粒内部。此外,富氢气体中的CO能在金属铁的表面形成一定量的表面碳,并能将H2O分子重新还原为氢气,从而提高了氢气在还原过程中的利用率。     

石灰存在条件下铁闪锌矿的碳热还原动力学（英文）

采用热重法研究石灰存在条件下铁闪锌矿的直接碳热还原,以确定生产Zn(g)而没有SO2(g)污染的技术可行性。部分反应的样品X射线衍射分析表明,还原反应是通过形成ZnCaOS和Ca₂Fe₂O₅中间产物进行的,最终产物为Zn(g)、固体Fe和CaS。温度对还原速率存在重要影响。在1100℃下,对于300 mg (Zn,Fe)S:CaO:C比为1:1:1的样品,10 min左右可实现铁闪锌矿的完全转化。用ln(1-X)=-kt模型分析总还原反应的动力学,发现在1000～1150℃、转化率不超过0.95时,该模型很好地描述试验数据,在此温度范围内确定的活化能为257 k J/mol。研究结果证实该方法生产Zn(g)而不产生有害的SO₂(g)排放的技术可行性。     

铟的还原浸出动力学及分步沉淀选择性分离（英文）

开展硫化锌精矿还原浸出高铁锌浸出渣高效浸铟及浸出液中铟选择性分离的研究。结果表明：在固体物料粒度74～105μm、反应温度90℃、浸出时间300 min、硫酸浓度1.4 mol/L的条件下,铟的浸出率达95%以上。采用收缩核模型对还原浸出动力学进行分析,不同条件下的浸出实验结果表明反应受穿过固体产物层的扩散控制,活化能为17.96 k J/mol,相对于硫酸浓度的反应级数为2.41。铁粉置换沉铜过程铜和砷的沉淀率均达99%以上。98%以上的铟从含高亚铁离子浓度的硫酸锌溶液中选择性分离,获得铟含量约为2.4%的富铟渣,经酸浸-萃取-电积工艺流程进一步处理后可得到纯铟。     

盐酸强化还原钛铁矿中金属铁的锈蚀动力学

研究盐酸对攀枝花还原钛铁矿中金属铁锈蚀反应速率和锈蚀法铁钛分离效果的影响,并对还原钛铁矿中金属铁的锈蚀反应动力学进行分析。结果表明:盐酸显著提高还原钛铁矿中金属铁的锈蚀反应速率及锈蚀法钛铁分离的效果;当盐酸用量由0增加到4%时,还原钛铁矿中金属铁的锈蚀率由43%提高到90%以上,锈蚀法钛铁分离后富钛料中TiO2的品位由64.92%提高到81.21%,总铁含量(FeT)由18.25%降到5.06%;还原钛铁矿中金属铁的锈蚀反应受内扩散控制,添加4%的盐酸,锈蚀反应的表观活化能由59.26kJ/mol降低到38.65kJ/mol,其作用机理是盐酸促进金属铁锈蚀过程的阴极反应,从而加快Fe2+的生成和扩散速率。     

表面溶解对从不同脉石矿物中浮选分离钛铁矿的动力学参数的影响（英文）

研究表面酸溶解对钛铁矿(IL)及其常见伴生脉石矿物(包括橄榄石-辉石(Ol-Px)、透闪石-斜绿泥石(Tr-Cch)和石英)浮选动力学的影响。结果表明,通过表面溶解,钛铁矿的吸附速率常数从5.272增大到8.441 mol/(g·min),而Ol-Px、Tr-Cch和石英的吸附速率常数分别从6.332、7.309和7.774mol/(g·min)减小为5.034、6.223和7.371mol/(g·min)。二元混合矿物的浮选实验结果表明,经表面溶解后,从Ol-Px、Tr-Cch和石英中浮选钛铁矿的修正速率常数值分别从36.15、36.52和47.86 min~(-1)增大到41.72、45.78和56.24 min~(-1),导致从脉石矿物中分离预处理过的钛铁矿过程的动力学选择性指数(SI)增大。ICP-MS分析证实,脉石矿物动力学参数的降低可能是由于其表面Fe~(2+)、Ca~(2+)和Mg~(2+)的去除,导致矿物表面缺乏足够的活性位点与捕集剂组分发生作用。接触角测量结果证实,表面溶解可防止矿物表面形成稳定的疏水层,从而可在矿物和气泡之间发生稳定的附着。一般来说,钛铁矿浮选动力学参数的提高与伴生脉石矿物中的铁含量呈负相关关系。     

捕收剂苯乙烯膦酸酯在钛铁矿浮选中的吸附机理（英文）

采用捕收剂苯乙烯膦酸酯(SPE)提高钛铁矿浮选效率,揭示相关作用机理并建立吸附模型。单矿物浮选试验结果表明,SPE在钛铁矿浮选中表现出比传统苯乙烯膦酸(SPA)更强的捕收能力。Zeta电位测定结果显示,SPE和SPA都能使钛铁矿的Zeta电位负向移动,而SPE的作用效果比SPA更加明显,表明SPE在钛铁矿表面的吸附更强。X射线光电子能谱分析证实了SPA和SPE在钛铁矿的Fe/Ti位点上的化学吸附作用。前沿轨道理论分析结果表明,SPE的化学活性比SPA的高。局部态密度分析结果表明,两种捕收剂的PO—H基团可与钛铁矿的Ti/Fe原子相互作用,从而在钛铁矿表面生成一个稳定的四元环。捕收剂与(104)钛铁矿表面的结合模型显示,SPE的吸附能量高于SPA的。综上所述,SPE对钛铁矿浮选的捕收能力和作用效果均优于SPA的,具有在工业上替代SPA的潜力。     

Cu-Be-Co-Zr合金时效析出动力学（英文）

研究了Cu-Be-Co-Zr合金480℃恒温时效条件下的时效析出动力学。根据导电率与析出相体积分数的关系,计算了Cu-Be-Co-Z合金不同时效时间(0,30,60,120,180,240,360,480,600 min)对应的析出相转变比率,建立了Cu-Be-Co-Zr合金480℃时效条件下的析出相变动力学方程和导电率方程,并在此基础上绘制了等温转变动力学S曲线;采用固态热分解反应机理的积分方程,揭示了Cu-Be-Co-Zr合金时效析出转变机制为受扩散控制的反应机理。     

气体选择性还原红土镍矿的热力学（英文）

由于硫化镍矿生产镍铁在经济和环境上不断出现的问题,采用红土镍矿生产镍铁越来越受到重视。但是红土镍矿制备镍铁的火法工艺中,在提高铁镍产品中的镍含量方面的理论研究仍存在许多不足。出于这方面的考虑,假设Fe2O3、Fe O和Fe3O4的活度为1,计算了CO2/CO、H2O/H2和CO2/H2三种气氛下选择性还原红土镍矿时,不同铁活度下铁-铁氧化物的平衡条件。从已有的热力学数据出发,利用Miedema二元合金生成热模型,计算了Ni-Fe固态二元合金中铁的活度系数。并以活度系数为纽带,最终计算出这三种还原气氛下,镍铁合金产物中的铁含量与还原气体分压、还原温度的关系。并用CO2/H2还原红土镍矿,得到的实验数据与理论值进行了对比分析与讨论,热力学计算结果很好地解释了选择性还原红土镍矿时铁金属化无法避免的原因,并较好地预测了红土镍矿还原产物中铁含量随温度和气体组分的变化趋势。     

硫酸钙高温分解的动力学模型（英文）

基于硫酸钙程序升温实验计算并得到其煅烧反应速率常数,综合考虑SO2与O2的表面扩散以及煅烧分解产物氧化钙的烧结过程,建立修正的硫酸钙分解未反应缩核模型。结果表明,硫酸钙的高温分解对温度非常敏感,提高SO2和O2的分压/抑制硫酸钙的高温分解。随着分解反应的进行,氧化钙烧结产物层的平均比表面积和平均孔隙率逐渐降低,同时未反应核表面SO2和O2浓度先增大后减小,在高SO2浓度(1100×10-6)条件下模拟计算结果与实验值吻合良好。     

超声变幅杆的动力学分析（英文）

超声变幅杆是功率超声振动系统的重要组成部分,它的主要功能是把机械振动位移放大并把能量集中在较小的辐射面上,变幅杆的放大系数是超声振动系统中的重要参数。用微元法建立圆锥形超声变幅杆纵向振动的波动方程,用分离变量法和连续振动体的边界条件求解超越波动方程,得到圆锥形超声变幅杆放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率3个变量之间的数学表达式。为研究变幅杆的放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率的关系,依次把3个变量中的2个变量设为常量,对另外一个变量进行抽样,计算变幅杆的放大系数。通过Matlab对超声变幅杆放大系数的样本计算数据进行曲线拟合,定性分析了圆锥形超声变幅杆放大系数随变幅杆大小端直径之比、长度、外激振动频率变化的关系。     

废三元锂离子电池正极材料脱锂渣的淀粉还原浸出动力学（英文）

以淀粉为还原剂从废三元锂离子电池(LIBs)正极材料脱锂渣中回收Ni、Co和Mn,并研究其浸出动力学和机理。系统地研究搅拌速率、浸出温度、H2SO4浓度和淀粉用量对Ni、Co和Mn浸出率的影响。结果表明,在搅拌速率为500 r/min、硫酸浓度为1.5 mol/L、淀粉用量为6 g/L、浸出温度为80℃和浸出时间为60 min的优化条件下,Ni、Co和Mn的浸出率分别达到98.07%、96.52%和98.06%。根据冶金过程液固反应动力学模型,脱锂渣的浸出动力学可以用化学反应控制的未反应收缩核模型很好地进行描述。在浸出反应中,Ni、Co和Mn的表观反应活化能分别为93.32、102.84和95.68 k J/mol,H₂SO₄的表观反应级数分别为0.9225、1.0335和1.1285。淀粉容易制取、成本低,可取代传统还原剂用于从废三元锂电池中提取有价金属。     

钛铁矿在捕收剂1,10-菲罗啉作用下的浮选行为（英文）

引入1,10-菲罗啉(Phen)作为钛铁矿与钛辉石选择性分离的新型捕收剂。浮选实验表明,与苯甲羟肟酸(BHA)相比,在pH 2～12之间,Phen是钛铁矿浮选更加有效的捕收剂,并且在pH 6时钛铁矿的回收率提高最大(约为20%)。在浮选过程中,钛辉石的可浮性保持在非常低的水平(回收率<5%)。FTIR和XPS分析表明,Phen和BHA以化学吸附的方式吸附在钛铁矿表面,并且钛铁矿与Phen之间的相互作用比BHA更强。XPS结果还表明,Phen在钛铁矿表面与铁(亚铁和铁)和钛发生反应,在Phen吸附到钛铁矿表面的过程中形成五元环结构。     

CaO对铁酸锌还原过程中锌迁移机制和动力学的影响（英文）

研究CaO、还原时间和还原温度对Zn迁移机制和动力学模型的影响。结果显示,CaO通过促进中间产物ZnO在Fe和CaO混合物表面的析出和富集,提高锌的挥发率。添加CaO后,ZnFe₂O₄还原步骤为ZnFe₂O₄→Ca₂Fe₂O₅→FeO→Fe。ZnFe₂O₄还原的挥发模型从一阶化学反应模型(不添加CaO)转变为三维扩散模型(添加CaO),表观活化能从313.9 kJ/mol降低到91.77 kJ/mol,为锌的高效还原和挥发提供有利条件。     

添加碳酸钙促进镍渣碳热还原（英文）

研究添加碳酸钙对镍渣碳热还原过程的影响,并分析其机理。结果表明,随着原料中碳酸钙添加量从0增加到8%(质量分数),还原反应初始温度和达到最大反应速率所需的温度分别从1100和1150°C降低到1000和1100°C,镍渣的还原率从58%增加到88%;还原后的渣中铁粒发生粗化,金属铁的衍射峰强度增加,表明添加碳酸钙有利于促进镍渣中铁化合物的还原回收。     

CO还原Fe2O3-NiO复合物形成Fe-Ni合金的非等温还原动力学（英文）

研究采用CO还原不同比例Fe2O3-NiO复合物的非等温还原动力学及机理。结果表明:随着NiO含量的增加,样品的还原程度不断提高,NiO的存在提高氧化铁还原率。在还原开始阶段,NiO优先被还原,Ni作为催化剂可以提高氧化铁的还原率。NiO含量的增加促进镍铁相(FeNi3)的增加,但导致铁纹石相(Fe,Ni)和镍纹石相(Fe,Ni)的减少。金属镍、金属铁及镍铁合金的形成导致微观颗粒具有均匀性。在还原初始阶段,气体产物中CO浓度大于CO2浓度,然后逐渐减小,当温度在400~500°C内,Fe2O3-NiO复合物的还原速率达到最大值,成核长大模型可以揭示还原机理。在温度低于1000°C的条件下,成核长大过程是还原反应速率的限制环节。     

TC4合金吸氢动力学研究（英文）

通过不同温度和初始氢压下的氢处理实验,研究了TC4合金的吸氢动力学,并研究了氢处理对TC4合金室温微观组织和相组成的影响。结果表明,随着氢处理温度的升高,TC4合金的反应速率常数升高,且反应达到平衡所需的时间逐渐缩短。通过求解阿伦尼乌斯方程,得出TC4合金吸氢反应的表观活化能为79.42 k J/mol。在置氢TC4合金中发现了δ氢化物和α′马氏体。     

氢氧化钠-磷酸盐浸出白钨矿精矿动力学（英文）

以低品位白钨精矿为研究对象,在高压反应釜体系中研究白钨精矿在氢氧化钠-磷酸盐溶液中的反应动力学,考察搅拌速度(300～600r/min)、反应温度(353～383K)、氢氧化钠浓度(1.69～6.76mol/L)和磷酸盐浓度(0.68～1.69 mol/L)对WO_3浸出率的影响。结果表明,WO_3浸出率与搅拌速度无关,但随着反应温度、氢氧化钠浓度和磷酸盐浓度的增加而升高。实验结果遵循收缩核模型,即浸出速率由原料和产物的表面化学反应控制。浸出反应的表观活化能为49.56kJ/mol,氢氧化钠浓度和磷酸盐浓度的反应级数分别为0.27和0.67。该浸出过程动力学方程可以根据相关结果和数据建立。