碳热还原法制取碳化铬、金属铬的热力学分析

分析了以Cr2O3和C为原料用碳热还原法制取Cr3C2和金属铬的热力学原理.结果表明, Cr2O3的碳热还原反应机理有2种,即主要依靠CO/CO2传质的气-固反应以及碳与Cr2O3之间固相扩散传质的固-固反应.前者的反应温度低于后者,何种反应机理占主导地位取决于Cr2O3和C的初始混合态.无论制取Cr3C2还是金属铬,最好都在真空气氛下进行,制取Cr3C2的反应温度比制取金属铬的低,制取金属铬的真空度不宜太高.     

真空碳热还原炼镁的研究

金属镁和镁合金是装备轻量化的重要材料,但是皮江法的高成本、高能耗及环境污染问题制约了金属镁的发展。本文系统阐述了近20年真空冶金国家工程实验室在真空碳热还原炼镁方面所取得的研究进展,其中包括了还原的热力学研究、实验的探索和设备的改进、CaF2的催化机理、碳热还原的逆反应规律、金属镁蒸气冷凝规律等。     

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。     

真空碳热还原处理铅锌烟尘实验研究

以铅冶炼厂烟化段生产的铅锌烟尘为原料利用真空碳热还原法综合回收铅锌。采用X射线衍射、扫描电镜和化学分析等手段研究了铅锌烟尘原料性质、还原产物的物相和显微结构的变化规律。通过热力学计算得出当系统压力从105Pa依次降为104,103,102,10 Pa时,ZnO用碳还原的临界温度从1179.35 K依次降为990.97,854.48,751.03,669.93 K,而PbO用碳还原的临界温度则从554.92 K依次降为499.75,454.56,416.86,384.94 K。通过实验研究不同配碳比,还原温度,保温时间,得出当系统压力为20 Pa,配碳比为2.5,还原温度为1173 K时,真空碳热还原处理铅锌烟尘60 min能获得较高纯度的铅锌混合物,锌和铅的回收率分别74.99%和42.28%。     

碳热还原氮化法制备β′-Sialon粉体的热力学过程

本文分析了以天然高岭土为原料，经碳热还原氮化反应制备β‘－Ｓｉａｌｏｎ粉体过程中出现的化学反应，从热力学角度研究了反应温度及气体分压对产物组成的影响。通过实验结果与热力学分析相结合，寻找出制约反应进行的速度控制步骤，并讨论了获得较高β’－Ｓｉａｌｏｎ粉体转化率所需的温度范围。     

真空碳热还原制镁工艺的研究进展

碳热还原炼镁工艺是采用廉价的碳及碳化物还原氧化镁或者其他镁矿的炼镁新工艺,是一种潜在的能够代替现有工业生产中传统热法炼镁工艺的低能耗、高产出的炼镁技术。重点介绍了碳热还原炼镁技术的起源、反应原理、试验设备、工艺路线,以及真空碳热还原炼镁技术的发展现状和碳热还原的动力学研究进展。     

氧化铝碳热还原氯化法制低价氯化铝反应的热力学研究

对氧化铝碳热还原氯化法制低价氯化铝的反应进行了热力学研究。经过热力学计算得到：在常压下，该反应发生的起点温度为2121．21K。而当系统压力下降时。该反应的起点温度也会下降；经过计算得到了该反应起点温度与系统压力间的关系，也得到了不同系统压力下反应吉布斯自由能与系统温度间的关系。     

真空碳热还原法炼铝的研究进展

综述了目前氧化铝碳热还原法及碳热还原-卤化法炼铝的研究进展,重点总结了上述炼铝法的机理及研究现状,讨论了金属铝的制备方法及其影响因素,并指出了制约上述各炼铝法金属铝直收率提高的影响因素。结果表明:常压及真空直接碳热还原法炼铝过程,由于氧化铝碳热还原过程生成的碳化铝,导致碳化铝、氧化铝和金属铝三元系在高温下相互熔解,以致气相不能分离,致使铝的提取率较低,且难以与渣相分离。真空碳热还原-硫化法炼铝存在低价硫化铝歧解得到的产物金属铝与硫化铝(Al2S3)的分离困难,且硫化铝易吸水潮解,生成剧毒物质H2S,造成环境污染;真空碳热还原-氯化法炼铝,虽产物金属铝与冷凝物氯化铝易于分离,但该法存在氯化铝对设备的腐蚀及含六个结晶水的氯化铝脱水处理问题,若能克服上述问题,则该过程就存在连续化作业的可能;而真空碳热还原-氟化法炼铝过程存在机理研究不清及炉型结构设计不合理,从而导致产物金属铝的直收率不高。     

真空碳热还原处理氧化锌矿理论分析及实验研究

通过热力学计算和理论分析表明,在真空条件下可有效降低氧化锌矿中氧化物碳热还原反应的临界温度;将蒸馏出的气体进行分段冷凝,可将Pb,As,Cd与Zn分离。实验证实,在多级冷凝真空炉内,可以降低氧化锌的还原温度,在温度1173 K,压强50 Pa条件下真空蒸馏还原1 h,氧化铅锌矿中约96.82%的Zn被还原蒸馏出来,Zn的纯度达到99.95%以上。     

氧化镁真空碳热还原行为研究

本文在真空条件下碳还原氧化镁行为的热力学和动力学进行研究.热力学研究表明,氧化镁真空碳热还原反应是C直接还原MgO,动力学研究表明,氧化镁真空碳热还原反应机理符合界面化学反应模型,动力学方程为1-(1-α)1/3=0.192e-221400/RTt,表观活化能E=221.4kJ·mol-1.     

微波碳热还原钛铁矿扩试研究

在小试已获得最佳工艺条件的基础上,通过微波推板窑设备,进行微波碳热还原钛铁矿的扩大实验。钛铁矿、复合还原剂、添加剂混合物料依次经过微波推板窑的预热段、加热段、保温段,到达冷却段时,完成还原反应。实验结果表明:碳热还原温度1150℃,还原时间80min,腔体内微负压条件下,FeTiO3中的氧化铁90%被还原成Fe,TiO2含量提高至60%~65%,TiO2、FeO、C、S、P含量都符合制备焊条药皮原料标准,微波推板窑的利用系数为25.8ψt/(m3·d),采用复合还原剂还原每吨钛铁矿成本可降低184~490元,并且微波推板窑可以实现连续生产。     

氧化铝真空碳热还原炉瞬态温度场模拟计算

以昆明理工大学真空冶金国家工程实验室氧化铝真空碳热还原炉为研究对象,依据传热学理论和氧化铝真空碳热还原炉的结构特点,分析了氧化铝真空碳热还原炉的加热和散热过程,并用有限元法建立了真空碳热还原炉瞬态温度场数值模拟计算模型,运用ANSYS软件对还原炉在持续加热下的瞬态温度场分布进行了数值模拟计算并得出了还原炉温度场的三维分布状况,同时分析了瞬态温度场的变化情况。经过具体实验验证,模拟计算结果与实验所测的局部各点测量值误差均在2%以内,实际所测的平均值与模拟结果误差在1%以内。     

钛铁矿碳热反应原位合成GT35钢结硬质合金的热力学分析

充分利用天然矿物钛铁矿(FeTiO3)中的铁和钛,采用原位合成反应烧结技术,成功制备了TiC基钢结硬质合金GT35.在真空炉中实现了合成与烧结一体化,为钢结硬质合金的低成本制备进行了有益的探索研究.对钛铁矿-碳体系的热力学过程进行了详细的理论分析,研究表明:体系主要发生碳热还原反应,中间产物为多种钛的氧化物,热力学上最为稳定的物相为TiC和Fe固溶体.通过实验证实,获得了界面结合良好、组织致密的钢结硬质合金.     

钛铁矿原位碳热还原合成TiC/Fe的热力学过程及合成条件研究

以天然矿物钛铁矿（ＦｅＴｉＯ_３）、Ｃ（石墨）为原料,采用原位碳热还原法,实现合成与烧结一体化,真空烧结制备了ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料,探索了一条低成本合成高性能ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料的新途径．对反应的热力学过程进行理论分析和实验研究,探讨了产物的合成条件．研究表明,ＴｉＣ的反应形成机理是：首先,ＦｅＴｉＯ_３被Ｃ还原生成Ｔｉ_ｘＯ_ｙ和α－Ｆｅ;然后,Ｃ继续与Ｔｉ_ｘＯ_ｙ反应,将氧一步一步还原出来,直至生成ＴｉＣ;ＴｉＣ颗粒长大的过程是,先形成富Ｔｉ缺Ｃ的ＴｉＣ_ｘ,然后ＴｉＣ_ｘ继续与Ｃ反应形成接近化学计量比的ＴｉＣ．烧结温度范围在１５００～１６００℃之间,随温度的升高,产物的硬度和密度稍有提高．Ｍｏ的加入可以改善金属相对ＴｉＣ的润湿性．产物中有少量游离碳存在．     

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。     

二次烧结气氛对La0.7Sr0.3MnO3氧还原催化活性的影响

采用溶胶一凝胶法结合二次高温烧结技术,制备了锰系钙钛矿催化剂.利用XRD和EDS对催化剂的物相与元素组成进行了分析,并利用电化学分析方法研究了催化剂的氧还原催化性能.XRD与EDS结果表明,N2气氛二次烧结不改变La0.7Sr0.3-MnO3物相组成,但NH3气氛二次烧结会造成Lao.7 Sr0.3MnO3分解.电化学结果表明,N2气氛二次烧结催化剂的氧还原催化活性高于NH3气氛二次烧结催化剂,其氧还原起始电势与极限电流分别为0.028 V(vs.Hg/HgO)和2.181 mA.cm-2(2 000 r/min).     

TiO2电解制取Ti的热力学研究

钛作为一种重要的金属越来越为人们所重视,因此降低钛的生产成本势在必行.TiO2的直接电化学还原法是一种低能耗、无污染的绿色生产新工艺.目前国内外研究较多的制取钛的新工艺有:FFC剑桥法、EMR法和OS法等.通过TiO2电解实验得到了Ti,并进行了相关的热力学分析与计算,证明TiO2的还原是逐级进行的;同时分析了实验的主要影响因素及其控制方法,为进一步研究TiO2电解制取Ti的机理与工艺提供了一定的依据.     

Atomic Layers of MoO2 with Exposed High‐Energy (010) Facets for Efficient Oxygen Reduction

Although 2D nanocrystals with exposed high‐energy facets are highly desired in the field of catalysts due to their anticipant high catalytic activities, they are difficult to be gained. Here, atomic layers of metallic molybdenum dioxide (MoO₂) with primarily exposed high‐energy (010) facet are achieved via a facile carbothermic reduction approach. The resultant MoO₂ exhibits single‐crystalline, monoclinic, and ultrathin features with nearly 100% exposed (010) facet, which can significantly reduce reaction barriers toward the oxygen reduction reaction. As a consequence, the atomic layers of MoO₂ exhibit high electrocatalytic activity, excellent tolerance to methanol, and good stability for the oxygen reduction reaction in alkaline electrolyte, superior to commercial Pt/C catalysts. It is believed that such new transition metal oxide catalysts with exposed high‐energy facets have broad applications in the areas of energy storage and conversions.