CaO-SiO2-FeO-MgO体系钢渣的氧化改质动力学研究

通过高温煅烧的方式对工业BOF钢渣进行氧化改质.借助热力学分析,利用XRD、SEM-EDS和湿式磁选对改质前后钢渣矿物相进行研究,证实了氧化改质后钢渣中无磁性氧化亚铁向磁性尖晶石相转变并可通过湿式磁选选出,氧化改质最佳温度为1 100℃.对CaO-SiO2-FeO-MgO体系钢渣的氧化进行进一步热力学和动力学分析,并与文献中已有CaO-SiO2-FeO体系钢渣研究进行对比.结果表明,成分中镁的添加有益于磁性尖晶石相在空气中生成.钢渣的氧化过程可以被分为三个阶段:初始阶段、化学反应阶段和扩散阶段.     

SiO2基酸化剂高温消解转炉钢渣中游离CaO的研究

转炉钢渣中游离CaO的水化膨胀是导致转炉钢渣体积安定性不良的重要原因。通过高温配加SiO_2基酸化剂,改变w(SiO_2)/w(CaO)对转炉钢渣进行稳钙改质处理。利用化学检测分析、X射线衍射和场发射扫描电子显微镜对SiO_2基酸化剂高温消解转炉钢渣中游离CaO的效果和特征进行研究。结果表明,改质后的转炉钢渣的w(SiO_2)/w(CaO)在0.37以上,就能满足钢渣中f-CaO低于3%的水泥和混凝土行业使用标准,且消解率达到60%以上,而当w(SiO_2)/w(CaO)为0.67时,f-CaO低于1%,且消解率达到90%以上;改质前后转炉钢渣的矿相组成有明显差异,改质后转炉钢渣以硅酸二钙、镁黄长石、镁铁尖晶石、磁铁矿和铁铝酸钙相为主,并且镁黄长石相随着w(SiO_2)/w(CaO)的增大而增多;转炉钢渣酸化稳钙前f-CaO被紧密包裹在矿相基体中,高温酸化改质后,团簇状聚集的f-CaO颗粒会嵌在硅酸盐相间,无明显包裹现象,尺寸为0.5~2μm。     

SiO2基酸化剂高温消解转炉钢渣中游离CaO的研究

转炉钢渣中游离CaO的水化膨胀是导致转炉钢渣体积安定性不良的重要原因.通过高温配加SiO2基酸化弃,改变w(SiO2)/w(CaO)对转炉钢渣进行稳钙改质处理.利用化学检测分析、X射线衍射和场发射扫描电子显微镜对SiO2基酸化剂高温消解转炉钢渣中游离CaO的效果和特征进行研究.结果表明,改质后的转炉钢渣的w(SiO2)/w(CaO)在0.37以上,就能满足钢渣中f-CaO低于3％的水泥和混凝土行业使用标准,且消解率达到60％以上,而当w(SiO2)/w(CaO)为0.67时,f-CaO低于1％,且消解率达到90％以上;改质前后转炉钢渣的矿相组成有明显差异,改质后转炉钢渣以硅酸二钙、镁黄长石、镁铁尖晶石、磁铁矿和铁铝酸钙相为主,并且镁黄长石相随着w(SiO2)/w(CaO)的增大而增多;转炉钢渣酸化稳钙前f-CaO被紧密包裹在矿相基体中,高温酸化改质后,团簇状聚集的f-CaO颗粒会嵌在硅酸盐相间,无明显包裹现象,尺寸为0.5～2 μm.     

化学共沉淀法制备MnZn铁氧体前驱物微粉及其性能

首先对Me(Me=Fe2+、Mn2+、Zn2+)在Me-NaOH-H2O体系中的沉淀行为进行了必要的热力学分析,在此基础上,通过化学共沉淀法制备了尖晶石型的MnZn铁氧体前驱物微粉。利用XRD、SEM对前驱物粉料的粒度分布、物相以及表面形貌进行了表征与测试,并结合TG-DSC(热重与差热扫描分析)对前驱物微粉的煅烧温度进行了分析。前驱物微粉的磁性能由振动样品磁强计(VSM)来表征。实验表明Me在Me-NaOH-H2O体系中共沉范围为10.0～10.7。在此pH范围内,配以一定的盐溶液流速及搅拌速度下,可直接制备出具有尖晶石结构的前驱物微粉,并有效地解决了共沉淀制粉中的洗涤困难的问题。前驱物粉的磁性能测试表明,比饱和磁化强度σs≈64.09A.m2/kg,比剩余磁化强度σr≈3.08A.m2/kg,矫顽力Hc≈0.51A/m。     

磁性多孔尖晶石铁氧体制备及催化臭氧性能

为了提高臭氧氧化水中难降解有机物性能,采用溶胶–凝胶法合成了磁性多孔尖晶石铁氧体NiFe2O4和MnFe2O4.通过SEM、XRD、VSM和XPS对其性能进行表征,对催化剂不同存在条件下催化臭氧降解水中邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的效果、催化臭氧化机理及催化剂的稳定性进行了探讨.结果表明:两种催化剂均为磁性、多孔状、尖晶石结构铁氧体,NiFe2O4和MnFe2O4对催化臭氧化DBP具有良好的强化能力,比单独臭氧化体系对DBP去除率可分别提高54%和47%,NiFe2O4催化臭氧化能力强于MnFe2O4.两种催化剂催化臭氧降解DBP的反应均遵循羟基自由基机理,反应过程中水中金属离子溶出均低于0.06 mg/L,结构稳定,易于回收处理.     

钢渣超微粉/橡胶复合材料的性能及补强-阻燃机制

以磁选热闷渣、未磁选热闷渣、电炉渣和风淬渣作为研究对象,以乙二醇、三乙醇胺和无水乙醇制备钢渣助磨剂,钢渣助磨剂与钢渣进行复合获得钢渣超微粉。将钢渣超微粉与炭黑N220、促进剂、硫磺、 ZnO、硬脂酸、天然橡胶进行复合,制备钢渣超微粉/橡胶复合材料。研究钢渣种类和钢渣助磨剂用量对钢渣超微粉/橡胶复合材料力学性能和阻燃性能的影响。利用XRF、 XRD、 LPSA和FTIR对化学成分、矿物组成、粒度分布和组成结构进行测试。结果表明,以电炉渣制备的钢渣超微粉/橡胶复合材料的力学性能最佳,以磁选热闷渣或未磁选热闷渣制备的钢渣超微粉/橡胶复合材料的阻燃性能最佳。钢渣助磨剂可以减小钢渣超微粉的粒度尺寸,改善钢渣超微粉的粒度分布均匀程度。随着钢渣助磨剂用量的增加,钢渣超微粉的粒度分布均匀程度改善,钢渣超微粉/橡胶复合材料的力学性能提高,阻燃性能降低。     

钢渣粉性能优化及制备无熟料混凝土的试验研究

为提高固体废弃物综合利用率,通过钢渣分段除铁优化试验和钢渣粉对无熟料混凝土抗压强度影响试验,研究以钢渣-矿渣-脱硫石膏作为胶凝材料制备无熟料全固废混凝土。结果表明,经分段磁选可获得金属铁含量低于0.5%的高性能钢渣粉;当钢渣粉比表面积为640m~2/kg,m(钢渣)∶m(矿渣)=1∶2.5时,无熟料混凝土同时获得较优的3d和28d强度。XRD、TG-DSC、IR和FE-SEM分析表明,在脱硫石膏的激发作用下钢渣和矿渣可以相互促进水化,水化产物以AFt(钙矾石)和C-S-H(水化硅酸钙)凝胶为主。早期钢渣水化促进矿渣的解聚并结合脱硫石膏生成AFt网状结构,随着水化反应的进行胶凝体系生成的C-S-H凝胶充填于AFt网络中使硬化浆体结构致密从而保证强度的增长。     

石墨烯基催化剂处理焦化废水的研究

随着工业化的发展，水污染已经成为当今世界上普遍存在的问题。而以石墨烯为载体的复合材料广泛应用于废水处理中。分别采用水热法、共沉淀法和Hummers法制备了石墨烯基二氧化钛复合材料(TiO₂/RGO)、磁性石墨烯及氧化石墨烯这3种催化剂。考察了3种催化剂的催化活性并分析了3种体系处理焦化废水的最优条件。结果表明：在TiO₂/RGO、磁性石墨烯及氧化石墨烯这3种体系中，COD和色度的去除率最高分别可达到69.2%和98.89%、76.99%和98.26%、78.1%和98.11%。氧化石墨烯的处理效果最佳，次之为磁性石墨烯，而TiO₂/RGO的处理效果较差。再对3种材料进行BET测试，并对处理前后二沉水进行红外以及气相-质谱联用的表征，与优化实验处理结果相对应。     

平炉尘合成MnFe2O4的磁性分析

包头钢铁厂的平炉尘含铁量高,粒径微细,并以γ-Fe2O3为主。经过提纯分级可以作为生产超细磁性材料的原料。在有二价Mn^2 离子存在及避免氧化的条件下,将平炉尘转化为超细尖晶石型铁酸盐MnFe2O4并对其磁性进行了研究,测定了磁滞回线。     

含硫碱渣废水处理中湿式氧化法的应用

文章通过对含硫碱渣废水的特性以及湿式氧化技术进行了论述,并对湿式氧化法在该类废水处理中的应用进行了分析,在此基础上对二级湿式氧化法的步骤流程进行了论证,经过一系列的讨论,最终得出结论,含硫碱渣废水中的硫化物可以通过湿式氧化法最终完全的降解,同时对于水中的环烷酸以及酚类物质能够有效的回收利用。     

碳酸化钢渣和矿渣作硅酸盐水泥混合材水化性能研究

通过对钢渣碳酸化前后的硅酸盐相提取及水化放热性能和将碳酸化钢渣和矿渣作为混合材的硅酸盐水泥的胶砂强度和水化产物种类的测定,以及对它们微观形貌的观察,研究了碳酸化钢渣对胶凝体系水化性能的影响.结果表明,碳酸化使钢渣中硅酸盐相的含量由47.06％下降至14.38％;碳酸化促进了钢渣的早期水化,抑制其后期水化;在配比相同的条件下,碳酸化钢渣-矿渣-硅酸盐熟料体系试样的3、28d抗压强度较未碳酸化钢渣-矿渣-硅酸盐熟料体系试样的高;碳酸化生成的CaCO3促进了熟料的水化;碳酸化钢渣促进了胶凝体系中AFt的生成,且生成水合碳铝酸钙.     

铁矿石物相分析检测方法的研究与应用

本文将系统分析法与单项分析法相结合,对物相分析方法进行了改进,并对各个环节影响分析精密度的因素进行研究。确定了磁性铁底部研磨圆周循环法进行磁性铁分离,从而避免磁选不彻底及非磁性矿物夹杂带来的影响,并确定了磁性选别过程应不少于4次;确定了碳酸铁直接过滤的方式进行小体积处理,提高了检测效率及方法稳定性;确定了硅酸铁磁场强度96~104k A/m为最佳磁选场强;本文采用系统分析法得出赤褐铁与硅酸铁和量,再与硅酸铁单项分析结果相结合,利用差减法得出赤褐铁含量,消除了二者不易选择分离的影响。经过试验验证,该方法各相测定结果接近于标准值,精密度RSD均小于5%,能够满足铁矿石加工工艺的检测需要。     

CrO3对Fe2O3+Al铝热反应系统反应过程的影响

用铝热-重力分离法制备了不含铁铝尖晶石（FeAl2O4）的陶瓷内衬复合钢管，并通过热力学计算分析了有关反应的优先顺序，结果表明，在Fe2O3-Al系统中强氧化剂CrO3与Al的反应并不是一步完成而是分步反应，FeAl2O4优先于Cr2O3与Al反应，因而加入CrO3添加剂可有效地去除陶瓷层中的尖晶石相，从而提高复合钢管的耐蚀性能。     

计算材料热力学与镁合金设计

计算材料学经过近30年的发展,已形成针对材料不同层次和尺度的理论模型,包括第一性原理计算、分子动力学、蒙特卡洛模拟、相场理论、CALPHAD技术及有限元分析等。其中计算材料热力学在多层次跨尺度材料设计中占据重要的地位。通过计算材料热力学获得的多元合金体系的相关系、相组成和相对量、相转变驱动力及其它热化学数据等基础性研究成果,将直接服务于相关材料的设计与研发。简要介绍了计算材料热力学的发展历程及其基本原理,结合Mg基合金设计过程,基于建立的部分Mg合金体系的热力学数据库,从固溶强化、时效强化、析出强化、晶粒细化、非晶形成能力等方面,对Mg合金体系的热力学评估方法和研究现状进行了概述,并根据Mg合金热力学数据库中关于Mg-Zn-Zr/Ca体系的热力学特征函数,计算相平衡关系,示例分析了Mg-Zn合金中Zr和Ca的合金化作用。     

ZrB2-SiC超高温陶瓷氧化过程中ZrSiO4相形成机制研究

研究了ZrB2-20vol%SiC超高温陶瓷在空气气氛中的氧化行为,分析了氧化温度、氧分压和氧化时间等对硅酸锆形成和晶体生长过程的影响,提出了ZrB2-SiC超高温陶瓷氧化过程中硅酸锆相的形成机制.热力学计算结果表明,硅酸锆相的形成与高温下SiC的活性氧化有关.实验结果表明,常压氧化过程中,硅酸锆的形成可分为两个阶段,(I)形核,这一过程与SiC的活性氧化有关;(II)晶体生长,随着氧化时间的延长,氧化后形成的富硅玻璃相与氧化锆在硅酸锆晶核处反应,晶粒进一步长大.研究表明,在1500℃氧化90min后,硅酸锆的晶粒尺寸达到100μm左右.     

TiO2对连铸三元无氟CaO-SiO2-TiO2渣系特性的影响

采用热力学软件对三元无氟CaO-SiO_2-TiO_2渣系中TiO_2含量选择进行宏观计算,结合黏度测试仪及热丝法结晶测定仪开展了TiO_2含量对连铸三元无氟CaO-SiO_2-TiO_2渣系渣黏度和结晶特性的影响规律的实验研究,进一步模拟计算了实际组分实验渣的热力学规律,深入探讨了该渣系中TiO_2性质及对保护渣冶金特性影响的机理。结果表明:(1)CaO-SiO_2-TiO_2三元无氟渣系TiO_2含量在3%~9%(质量分数,下同)之间,保护渣黏度随着TiO_2含量增加而降低;TiO_2含量在9%~11%之间,黏度随着TiO_2含量增加而升高。(2)CaO-SiO_2-TiO_2三元无氟渣系结晶性能随着TiO_2含量的增加而增强,渣系主要析出晶体为钙钛矿(Ca-TiO3)。(3)TiO_2含量对保护渣网络结构的影响显著,TiO_2含量在3%~7%范围内,作为破网物存在,TiO_2含量大于7%时,以结网物存在。     

NiFe2O4尖晶石烧结过程阳极试样力学性能的影响

以NiO和Fe2O3为主要原料,研究了其在合成镍铁尖晶石反应烧结过程中的热力学及合成的镍铁尖晶石粉料烧结过程的动力学条件,利用球模型推导的扩散机制的烧结方程测算出不同合成温度烧结试样的烧结机制.同时对在不同烧结温度下合成的尖晶石粉料经二次烧结制备的阳极试样的抗折强度进行了测量.结果表明,NiO和Fe2O3固相反应的热力学条件具备,不同烧结温度烧结的NiFe2O4尖晶石粉料初期烧结由体积扩散和界面扩散共同控制,且当合成尖晶石温度为900℃时,惰性阳极试样气孔率达到一个最小值,此时强度值最大.     

完全氧化和部分氧化反应中CuMnO_x的不同活性相

完全氧化和部分氧化反应的目标产物完全不同,而铜锰复合氧化物催化剂(CuMnO_x)不仅可以催化燃烧挥发性有机物(VOCs)这样的完全氧化反应,也可以催化醇类选择氧化制醛酮这样的部分氧化反应。CuMnO_x结构复杂,且对制备方法具有高度敏感性,制备方法的微小差别就可导致催化剂结构的显著差异。CuMnO_x中存在不同价态的CuO_x 、MnO_x 物种,还可生成尖晶石型或者无定形的铜锰复合氧化物。CuMnO_x中的这些物种在完全氧化反应和部分氧化反应中都可能存在一定的催化活性,研究者对CuMnO_x的活性相还没有完全统一的认识。在醇类部分氧化反应中,CuMnO_x所含的尖晶石型铜锰复合氧化物能提供移动性强的表面吸附氧物种、具有吸附-活化分子氧功能的表面氧空位以及晶格氧等多种活性氧物种。在VOCs完全氧化反应中,富含具有吸附反应物能力的Mn~(4+)的尖晶石型铜锰复合氧化物,具有较强的氧化还原能力,表现出高催化活性。含有丰富的Mn~(3+)的无定形铜锰复合氧化物也具有高催化活性,无定形铜锰复合氧化物表面发生Cu~(2+)+Mn~(3+)→Cu++Mn~(4+)氧化还原反应是其具有高催化活性的原因。尖晶石型铜锰复合氧化物和氧化铜/氧化锰形成的复合物也可能是完全氧化反应的活性相,其中MnO_x 由于具备较强的储氧/释氧能力可以为尖晶石型铜锰复合氧化物提供充足的氧物种,而高度分散的CuO_x 能提高活化分子氧的能力,从而提高催化剂在完全氧化反应中的催化能力。本文归纳了CuMnO_x在部分氧化醇类及完全氧化VOCs反应中的活性相的研究进展,对尖晶石Cu_xMn_(3-x)O_4物种作为部分氧化醇类活性相进行介绍,并分析其在部分氧化反应中的氧化机理。分别对无定形Cu-Mn-O物种在完全氧化反应中的作用、尖晶石Cu_xMn_(3-x)O_4物种在完全氧化反应中的作用、尖晶石Cu_xMn_(3-x)O_4物种和氧化铜或氧化锰的复合体在完全氧化反应中的作用进行介绍,为开发高效的完全氧化和部分氧化催化剂提供参考。     

醋酸盐-葡萄糖体系溶液燃烧合成尖晶石型LiMn2O4研究

以醋酸锂和醋酸锰为原料,葡萄糖为燃料,研究和分析了在550℃溶液燃烧合成尖晶石型LiMn2O4物质的过程、葡萄糖用量对合成LiMn2O4物质的影响,并从热力学的角度探讨了其过程.实验结果表明,仅有醋酸锂和醋酸锰的溶液燃烧合成反应为无焰燃烧,加入燃料后为有焰燃烧;在醋酸盐体系中加入葡萄糖为燃料,燃烧产物LiMn2O4的结晶程度随葡萄糖量增多而逐渐提高,但燃料太多,会使LiMn2O4发生部分热分解.当x(Li):x(Mn):x(glucose)=1:2:x,x=1.0～2.0时溶液燃烧合成可得到纯相LiMn2O4物质,x≥3.0得到主晶相为LiMn2O4的产物,x=4.0产物主晶相为贫锂尖晶石Li1-xMn2O4.     

溶胶凝胶-熔盐法制备Cd1-xCoxFe2O4及磁性研究

通过溶胶凝胶-熔盐法以NaCl为熔盐制备了掺杂(Co2+的Cd1-xCOxFe2O4(x=0～0.5)尖晶石型铁氧体.利用XRD、SEM和VSM等手段对样品进行了结构、形貌和磁性表征,并详细讨论了Co2+对Co1-x-CdxFe2O4(x=0～0.5)铁氧体结构和磁性的影响.结果表明:在研究范围内掺杂后仍然能得到单相尖晶石结构铁氧体;样品均为正八面体;比饱和磁化强度随x的增大而增加.