肯尼亚天然金红石矿流化床氯化率的研究

对肯尼亚金红石矿加碳氯化体系的热力学和动力学进行了研究,分析表明,C在固相中过量,体系处于平衡态时,TiCl4和CO是仅有的2个稳定的产物,增加C/TiO2比对产物组成影响不大;高温时,TiO2与C和Cl2生成CO的方程是占主导地位的。本实验提出了一个反应速率模型,得到金红石氯化率的公式,与实验数据吻合较好。反应速率与颗粒初始半径和天然金红石密度有关,在900℃到1000℃温度范围内,表观活化能为10.569 kJ/mol,扩散是反应的主要控制步骤。得到了C-Cl2体系中氯气反应率表达式,氯气反应率取决于反应程度、氯气浓度和焦炭粒径。     

富钛料加碳氯化制取TiCl_4的热力学和动力学研究进展

富钛料加碳氯化工艺技术是热力学和动力学理论研究的产物,高钛型高炉渣高温碳化低温氯化技术是氯化冶金的典型代表。通过TiCl_4加碳氯化过程Gibbs自由能分析和反应速率与机理探讨,综述了熔盐氯化过程的多种热力学研究和富钛料加碳氯化过程制备TiCl_4的动力学模型,指出了加碳氯化反应的热力学趋势大小、反应产物CO_2/CO气体的临界温度点以及氯化反应符合未反应核缩减模型的共性,提出了深入研究高温碳化低温氯化过程动力学和热力学的建议。     

Bi2S3-ZnO-Na2CO3体系热力学分析及应用

对Bi2S3-ZnO-Na2CO3低温熔盐体系进行热力学分析,计算了在700～1 500 K温度下体系中各反应的标准吉布斯自由能变化值(ΔG TΘ),并绘制了相应的ΔG TΘ—T图。热力学分析结果表明,在700～1 100 K温度范围内,Bi2S3中的Bi会被C还原成金属Bi进入金属相中,S将以ZnS形式进入固体物渣中。根据分析结果,在700～1 100 K温度下,以Na2CO3等钠盐为熔剂、ZnO为固硫剂、粉煤为还原剂,开展了验证试验。试验得到了直收率达98%的粗铋,S几乎100%以ZnS的形式固定在渣中,与热力学分析结果一致。     

Al-Er和Si-Er二元合金的热力学性质

以Miedema混合焓模型为基础,计算Al-Er和Si-Er二元合金的部分热力学函数,如混合焓-H,过剩熵SE以及过剩吉布斯自由能GE以及各组元的活度.结合Al-Er和Si-Er二元相图计算了Al3Er和Er5Si3相析出反应的吉布斯自由能.结果表明:Al-Er和Si-Er二元合金的混合焓、过剩自由能与过剩熵在整个浓度范围内均为负值,各组元活度计算结果相对于理想熔体有较大的负偏差,说明Er原子与Al原子和Si原子都有很强的相互作用; Al3Er和Er5Si3相反应的吉布斯自由能均为负值,且Er5Si3相的反应吉布斯自由能比Al3Er相的小,因此Er加入到Al-Si合金中会优先与Si生成Er5Si3相,过剩的Er才与Al生成Al3Er相.     

含硼铁精矿还原过程中硼矿物的热力学行为

依据广泛应用的同族化合物线性递变规律,通过拟合钙、镁化合物生成反应标准吉布斯自由能之间的线性关系,由不同温度条件下Ca3(BO3)2和Ca2B2O5生成反应的标准吉布斯自由能求得相应温度条件下Mg3(BO3)2和Mg2B2O5生成反应的标准吉布斯自由能,进而基于化学反应的标准吉布斯自由能与温度之间的近似线性关系,推导Mg3(BO3)2和Mg2B2O5生成反应标准吉布斯自由能,并通过试验进行了验证与探讨。热力学计算及XRD物相分析结果表明:在还原焙烧过程中,含硼铁精矿中的硼镁石(Mg2[B2O4(OH)](OH))分解为遂安石(Mg2B2O5),遂安石进一步与蛇纹石的分解产物镁橄榄石或顽火辉石反应最终转变成小藤石(Mg3(BO3)2)。     

Cr-Nb-Fe-C体系二元相的热力学稳定性分析

以高温合金普遍含有的金属元素为基础,进行二元相热力学分析与计算,得到各可能反应生成物的吉布斯自由能随温度的变化,通过分析可知控制冷却温度可得到所需的物质相.Cr3C2吉布斯反应焓的变化(△G)在升温过程中的负值最小,在升温过程中一直存在,可看出,Cr3C2是最稳定的,生成该相的可能性较其他物质更大.结果显示,C首先和Cr反应,然后剩余的C再和Nb、Fe等反应;在反应过程中加入不同量的Cr、Nb影响了生成物相;Cr、Nb含量的增加促进了Cr3C2、Cr4C和Cr7C3等化合物相的生成.     

钛铁矿选择氯化制取人造金红石的研究

本文叙述了以国产钛铁矿为原料,在沸腾炉内通入空气或氧气,用选择氯化法分离钛和铁,制取人造金红石的系统性工艺研究。由钛、铁选择氯化分离的反应过程进行热力学的理论分析,得出选择氯化反应受炉内温度和一氧化碳、二氧化碳分压比的影响关系。在钛铁矿原料中配加适量的过剩炭和在炉内通入适量的空气或氧气,可以解决选择氯化反应自热使之持续进行的关键问题。对反应的各种工艺参数,如温度、配炭量、通氧量以及氯气流量、氯化时间、原料粒度等,均经过实验室、半工业性和工业化生产的条件试验。获得的粗金红石又进行了精选试验。全部试验结果表明:这种选择氯化新工艺,不但流程短,而且产品成本低、质量高,还同时可以生产优质副产品三氯化铁。     

A TECHNOLOGICAL INVESTIGATION OF SYNTHETIC RUTILE BY SELECTIVE CHLORINATION OF ILMENITE

本文叙述了以国产钛铁矿为原料,在沸腾炉内通入空气或氧气,用选择氯化法分离钛和铁,制取人造金红石的系统性工艺研究。由钛、铁选择氯化分离的反应过程进行热力学的理论分析,得出选择氯化反应受炉内温度和一氧化碳、二氧化碳分压比的影响关系。在钛铁矿原料中配加适量的过剩炭和在炉内通入适量的空气或氧气,可以解决选择氯化反应自热使之持续进行的关键问题。对反应的各种工艺参数,如温度、配炭量、通氧量以及氯气流量、氯化时间、原料粒度等,均经过实验室、半工业性和工业化生产的条件试验。获得的粗金红石又进行了精选试验。全部试验结果表明:这种选择氯化新工艺,不但流程短,而且产品成本低、质量高,还同时可以生产优质副产品三氯化铁。     

Ni含量对Co-8.8Al-9.8W合金相影响的热力学

为了研究Ni元素对新型钴基高温合金析出相的影响,基于JMatPro热力学模拟计算软件对不同Ni含量下Co-8.8Al-9.8W合金(摩尔分数,%)中平衡相析出的热力学行为进行研究。结果表明:随着Ni含量的增加,合金中γ相的析出温度有降低趋势,析出量减少;与0Ni合金相比,25Ni合金γ相析出温度降低了11.63℃,600℃时35Ni合金γ相的析出量较0Ni合金的减少了20.63%。μ-Co7W6相的析出温度升高;与0Ni合金相比,35Ni合金析出温度升高303.73℃,η-Co_3Al相则会消失,而γ′相的析出温度升高,析出量增加;与5Ni合金相比,35Ni合金γ′相析出温度升高392.85℃,600℃时35Ni合金析出量较0Ni合金的增加40.9%。从Ni对平衡相中各元素的影响以及各物相的析出角度来看,随着Ni含量的增加,当γ相析出时固相和液相中各元素的含量相差越来越多,要满足γ相的析出和长大,只有通过降低温度或增加过冷度来实现。从而导致γ相的含量越来越少,析出温度也越来越低。合金中加入的Ni元素以形成γ′相的形式抑制η-Co_3Al相的形成与生长,从而导致η相最后消失。从γ相中析出的W和Al元素分别为μ-Co_7W_6和η-Co_3Al提供形核及生长的条件,但η-Co_3Al相消失以后,从γ相中析出的Al和Ni元素却为γ′相的生成提供了条件,γ′相开始形成并增加。     

Fe-Ti-C-Al体系中二元相的原位生成热力学计算

用溶液热力学方法研究了在1 400～1 600℃温度范围内,Ti、C、Al等元素对Fe-Ti-C-Al体系的影响。计算结果表明,在1 600℃时,TiC能在Fe溶液中直接反应生成,并且Al能促进各反应生成吉布斯自由能变的降低。在1 400～1 600℃温度范围内,Ti含量的增加能促进Ti Al3和Fe2Ti的降低,Fe3C的升高;C含量的增加能够促进Fe3C、TiC和Ti Al3的降低;此外,过量的C能促进Fe2Ti的升高。     

Mathematical Simulation on Oxidation of Ilmenite in Fluidized Bed

ＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＩｌｍｅｎｉｔｅｉｎＦｌｕｉｄｉｚｅｄＢｅｄＳｕｎＫａｎｇ（孙康）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓ，ＮｏｒｔｈｅａｓｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙ...     

Parameters affecting reaction rate and conversion of TiO2 chlorination in a fluidized bed reactor: Experimental and modeling approach

Pilot scale chlorination of TiO₂ was carried out with CO as reducing agent. The experimental analysis and modeling of chlorination process of TiO₂ in the presence of CO and Cl₂ in a semi-continuous fluidized bed reactor were aimed. Chlorination process was continuously monitored by measuring the amount of produced TiCl₄ with time. The effects of different operating parameters including chlorination temperature, feedstock particle size and size distribution, amount of feedstock and Cl₂ and CO flow rates on the conversion were systematically investigated. A gradual increase in chlorination temperature led to monotonous increase of conversion rate. Conversion decreased with increased particle size of feedstock. An increase in loaded feedstock led to a decrease in reaction conversion. A model was proposed to predict conversion, particle size distribution and mole fraction of components in gas phase as reaction proceeds. A good agreement between conversions predicted by the model and experimental data under various operating conditions was observed.     

埋置沸腾床中管件耗损与HCl影响的实验室模拟

采用实验室流态床燃烧器模拟装置评定氯化物对埋管耗损的影响．该模拟装置能重现埋管底部遭受密集颗粒的冲刷，其运行参数可控，以接近沸腾流态床所遇工况．HCl被选为Cl源加入流态化空气中，其含量在50～400均间可调．试验温度范围由室温至400℃．以1018低碳钢棒代表埋管，床体为平均粒度800μm的工业用SiO2砂．结果表明，HCl明显地加剧材料的耗损，且其随HCl浓度的增加而加剧．本研究所获HCl加剧耗损程度的数量级与报道的现场结果相当．     

多级复合流化床制备四氯化钛

为了解决四氯化钛制备过程中的粘结问题,采用复合流化床新工艺进行中试试验制备四氯化钛,可以有效利用镁钙含量大于2.5％的高钛渣原料.对氯气流量、流态化温度等参数的影响进行研究,并对反应产物的形貌进行分析,同时计算了反应效率.结果表明:TiO2的转化率达到90％,通过检测发现收尘渣表面富集MgCl2和CaCl2,而流化床中未出现粘结,说明该流化床具有一定的抗粘结能力.     

Composition of off-gas produced by combined fluidized bed chlorination for preparation of TiCl_4

The effects of carbon/slag molar ratio, chloride amount and temperature on equilibrium molar ratio (REq) of CO to CO2 for off-gas produced by carbochlorination of titanium slag were firstly investigated by thermodynamic calculation of equilibrium components of off-gas. The experimental CO/CO2 molar ratio (REx) was then obtained to be 0.2-0.3 by the carbochlorination experiment using a novel combined fluidized bed as chlorination reactor. To further investigate the reaction effect of the novel process mentioned above, REx, REq and corresponding reference data (RRe) were compared. The results indicate that REx is similar to RRe (0.5-1.2) but different from REq (≥4.3), which is consistent with anticipation of REx for the novel combined fluidized bed. The difference between REx and corresponding REq is mainly attributed to short retention time (about 1 s) of materials in combined fluidized bed and carbochlorination of oxide impurities contained in titanium slag, such as CaO, MgO and SiO2.     

海绵钛副产品氯化镁高温气相氧化反应器内流场的模拟研究

本文研究基于利用“原位热解—热法还原炼镁”海绵钛清洁生产新工艺,即还原蒸馏产生的气态氯化镁直接氧化热解制备高纯氧化镁及氯气,氧化镁经热法炼镁返回TiCl₄还原环节、氯气返回沸腾氯化环节作为原料,实现海绵钛生产中新的镁、氯循环。,并针对“海绵钛生产中新的镁、氯循环”中的关键步骤—气态氯化镁与氧气的均相热解反应的反应器进行研究。采用数值模拟和物理模拟方法研究了反应器模型内的浓度场和速度场,在氮气与二氧化碳流量比为6：1时,二氧化碳采用环向四口进气方式,气体混合不均匀度为0.02,气体混合程度最佳。     

碳化攀钢高炉渣低温选择氯化的热力学分析

从热力学角度对碳化攀钢高炉渣的氯化反应进行了分析，指出氧气参与氯化反应是保证实现TiC选择性氯化的重要条件，不仅可降低氯气的耗量，而且对解决氯化残渣的出路有重要意义。对碳化渣低温氯化和高钛渣高温加碳氯化的热平衡进行了计算和比较，指出解决大型氯化设备上的热平衡和局部过热以及氯化反应的可控制性是决定碳化渣低温氯化成败的关键所在。     

铝热还原法合成TiN／刚玉复合陶瓷的研究

以金属铝粉和钛白粉为原料，在流动氮气和匣钵埋碳保护气氛下采用铝热还原氮化法制备了TiN／刚玉复合陶瓷。采用XRD-SEM和TEM等分析手段，研究了铝热还原氮化法制备TiN／刚玉复合陶瓷在不同气氛和温度下的物相组成、晶格常数、显微结构。研究结果表明：在流动氮气和埋碳气氛下铝热还原法均可以制备TiN／刚玉复合陶瓷；处理温度和气氛明显影响着铝热反应的程度及产物的形貌，在埋碳条件下处理后的产物中TiN含量、晶粒大小、晶格常数明显低于流动氮气氛下处理产物中上述各项值。热力学计算发现埋碳条件下铝除参与铝热还原反应外，还与碳粉床中氧发生反应，导致参与铝热反应的金属铝不足，造成产物中有剩余的金红石存在。