电热法生产铝硅合金的理论研究

从理论角度系统研究了Al2O3-C系、SiO2-C系、Al2O3-SiO2-C系热力学。结果表明,在Al2O3-C系中,碳热还原氧化铝过程的中间产物Al4C3,它与A12O3、A1之间有很大的溶解度,导致铝的提取率较低,给利用电热法直接制备金属纯铝带来了困难。在Al2O3-SiO2-C系中,硅在很大程度上改善了铝还原的热力学条件,其中间产物Al4C3、SiC等碳化物分别与SiO2、Al2O3反应进而生成铝-硅合金,使电热法生产铝-硅合金得以实现。动力学研究结果表明,在电热法生产铝-硅合金中,Fe的存在使铝-硅合金生成反应的起始温度大大降低,且Fe与Al、Si在熔融状态下可以无限互溶,Fe还有助于破坏碳热还原过程中容易生成的碳化物。     

碳热法炼铝

碳热法还原氧化鋁包括五个方面:(1)杂质还原仅制取純氧化鋁,(2)氧化鋁-碳反应的化学,(3)氮化物和氰化物的生成,(4)合金的形成,(5)由直接还原产物中提取铝。首次用碳热法制得的是銅铝合金,后来制得的是硅铝合金,近来制得的是鋁铁硅等合金。用碳热法炼铝的原料是粘土或其它合铝矿石。究竟用何种原料,取决于由电爐合金提取铝的方法是否經济。     

Li2MnSiO4正极材料合成过程的热反应动力学

采用热重-差示扫描量热技术研究了高温固相法合成Li2MnSiO4正极材料的反应过程。结果表明:Li2MnSiO4前驱体在加热升温过程中的两个失重区主要归因于原料的脱水和分解;在不同升温速率条件下测得的差示扫描量热曲线主要由5个吸热峰组成;利用Doyle-Ozawa法和Kissinger法对前驱体分解失重阶段中三个吸热峰(>200℃)的反应活化能计算结果分别为:384.12、120.63、263.43 kJ/mol和350.78、117.16、227.59 kJ/mol;基于Kissinger法进一步确定了相关反应阶段的反应级数、频率因子和动力学速率方程。XRD测试说明:基于热力学结果的分步优化工艺能够减少终产物的杂质,改善合成质量。     

铝热法炼镁反应过程及其产物的研究

一、前言硅热法炼镁由于反应温度较高(1200℃),致使反应罐在高温、高真空条件下工作寿命较短。为了降低反应温度可用纯铝、含铝较高的铝硅合金代替硅铁作还原剂与煅烧白云石反应生产镁。但是,从文献报道看,对于纯铝或铝硅合金还原煅烧白云石的反应过程及其产物存在不同见解。目前国内流行的观点认为,铝还原煅烧白云石的反应为:     

铝电解过程中干式防渗料中的铝热还原反应

电解过程中,干式防渗料中除了存在电解质的渗透反应外,还存在着金属铝的渗透,金属铝会与防渗料发生铝热还原反应。本论文通过X射线衍射物相分析与扫描电镜分析对大修电解槽废防渗料的组成及铝热还原后防渗料的组成进行研究,探讨了防渗料中铝热还原反应的影响因素。研究结果表明,在工业电解槽运行过程中,渗透进入防渗料中的铝很容易与防渗料中的SiO_2发生还原反应生成单质硅或含硅合金,这种铝热还原反应速率随着温度的升高和防渗料中硅铝比的升高而升高;当干式防渗料中存在NaF或Na_3AlF_6时,会促进铝热反应的进行,但当防渗料中存在熔融的氟化物电解质时,反应速率会降低。     

电热法生产高铝的铝硅合金

第一部分:电热法生产铝硅合金及其目前发展状况;电热法的优点和缺点;制取高铝的铝硅合金来改善电热法。第二部分:在温度1600～2200℃范国内的 Al—Si—C—O 四元系状态图是电热还原粘土的理论基础;四元系的研究,生产不含碳化物的高铝的铝硅合金;建立一种新型电炉应用于用碳还原高岭土—氧化铝混合物,以生产70%Al 以上的铝硅合金。     

碳热还原条件下二氧化铈与碳的反应过程

将二氧化铈和石墨粉以１∶９的摩尔比配料,均匀混合并制团,在１５００～２０００℃的温度范围内及氩气保护下,于碳管炉内在不同温度下恒温反应１～４ｈ。利用ＸＲＤ和化学分析法确定反应产物的物相组成和二氧化铈的还原率,以探讨碳热还原过程中二氧化铈与碳的反应过程。结果表明：在本实验研究条件下,在１５００～１７００℃温度范围内,ＣｅＯ２被碳还原的产物为Ｃｅ２Ｏ３;１７５０～１８００℃温度范围内,ＣｅＯ２被碳还原的产物为Ｃｅ２Ｃ２Ｏ２;１８５０℃时,ＣｅＣ２即可迅速生成。ＣｅＯ２与碳的作用要经历ＣｅＯ２→Ｃｅ２Ｏ３→Ｃｅ２Ｃ２Ｏ２→ＣｅＣ２的反应过程。     

真空下以煤还原氧化铝的实验

研究真空下以煤为还原剂进行碳热还原氧化铝。结果表明:压力为10-2Pa~10Pa的条件下,温度在1450℃~1650℃范围内,氧化铝与煤中的碳反应生成碳化铝和铝,温度越高,反应程度越大。煤中的硅、铁也被还原。还原产物铝、硅、铁蒸发出来,部分硅、铁冷凝在温度较高的位置,形成碳化硅、硅铁合金。铝与另一部分硅铁冷凝在温度较低的位置,一部分金属铝形成碳化铝和铝硅铁合金。     

氢化钛-石墨制备Al-Ti-C母合金机理与组织性能研究

采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）等研究了由氢化钛-石墨法制备的Al-Ti-C母合金的组织性能。结果表明：由氢化钛-石墨与铝液反应制备Al-Ti-C母合金的机理是由氢化钛、石墨分别作为钛源、碳源,氢化钛受热分解为钛和氢,钛与铝、石墨反应生成钛铝、钛碳或者铝碳化合物。由铝钛化合物、碳铝化合物、钛碳化合物组成具有细化作用的Al-Ti-C母合金。合金的物相组成包括：α（Al）、铝钛、碳铝、钛碳化合物等物相,金相为等轴晶或者树枝晶组织,平均晶粒尺寸20～40μm。合金基体中存在针状、棒状的初晶相,晶界上存在含钛、碳、铁、硅的花瓣状初晶,钛、碳组元沿晶界、晶内分布大体均匀,在初晶相附近存在明显的钛、碳富集、偏聚现象。冰晶石有利于碳与铝润湿、反应,生成的第二相在晶内扩散更充分、分布也更均匀。     

氢化钛-石墨制备Al-Ti-C母合金的机理与组织

采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等研究了由氢化钛-石墨法制备的Al-Ti-C母合金的组织性能。结果表明:由氢化钛-石墨与铝液反应制备Al-Ti-C母合金的机理是由氢化钛、石墨分别作为钛源、碳源,氢化钛受热分解为钛和氢,钛与铝、石墨反应生成钛铝、钛碳或者铝碳化合物。由铝钛化合物、碳铝化合物、钛碳化合物组成具有细化作用的Al-Ti-C母合金。合金的物相组成包括:α(Al)、铝钛、碳铝、钛碳化合物等物相,金相组织为等轴晶或者树枝晶,平均晶粒尺寸20～40μm。合金基体中存在针片状、长条状的初晶相,晶界上存在含钛、碳、铁、硅的花瓣状初晶,钛、碳组元沿晶界、晶内分布大体均匀,在初晶相附近存在明显的钛、碳富集、偏聚现象。冰晶石有利于碳与铝润湿、反应,生成的第二相在晶内扩散更充分、分布也更均匀。     

Preparation of primary Al-Si alloy from bauxite tailings by carbothermal reduction process

Effects of various reaction parameters such as atmospheric pressure, treating temperature, sintering time and bituminite content on the preparation of primary Al-Si alloy by carbothermal reduction of bauxite tailings were investigated by XRD,XRF, infrared absorption carbon-sulfur analysis unit and SEM coupled with EDS. Meanwhile, the mechanism of carbothermal reduction of Al2O3 and SiO2 was discussed. It is found that pressure and temperature are major factors that influence the carbothermal reduction of bauxite tailings. The appropriate conditions for preparation of primary Al-Si alloy are as follows: atmospheric pressure of 0.1 MPa, heating temperature of 1 900 ℃,bituminite content of 95% (mass fraction) of theoretic bituminite content and sintering time of 1 h. Among four mechanisms of carbothermal reduction of Al2O3 and SiO2, the theory of the formation and decomposition of carbides might be the best one to interpret the reaction process.     

氧化铝的真空碳热还原—氯化—歧化反应(英文)

通过XRD物相分析和热力学分析研究氧化铝的真空碳热还原—氯化—歧化反应。以氧化铝和石墨为原料,在真空下、1643-1843K的温度范围内进行实验。结果表明,AlCl3(g)与氧化铝碳热还原产生的Al2O(g)或Al(g)反应生成AlCl(g),该AlCl(g)在较低温度下歧化分解为金属铝和AlCl3(g);当压力为100Pa、温度为980K时,AlCl(g)的歧化反应率达到90%。生成的金属铝可以吸附催化CO歧化为C和CO2,并可以与CO二次反应形成Al4C3、Al2O3、C和CO2,导致铝产物中含有C、Al4C3和Al2O3。产物铝中所含的这些杂质随着AlCl(g)歧化反应温度的降低而减少。AlCl3(g)在接近室温的温度下冷凝下来。     

真空下碳热还原氧化铝的二次反应

通过热力学分析和实验研究了真空条件下碳热还原氧化铝的二次反应.热力学分析表明:低温、高压有利于碳热还原氧化铝的产物Al2O、Al与CO的二次反应.分别绘制了Al2O和Al在一定分压下,与CO的二次反应平衡曲线图,给出了各二次反应的CO平衡分压与温度的关系,根据CO的分压和温度、利用二次反应平衡曲线图分析二次反应的产物.氧化铝与石墨的真空碳热还原实验研究证实:Al2O与CO降低温度首先生成Al4O4C和C,Al与CO降低温度首先生成Al4O4C和Al4C3,符合根据二次反应平衡曲线图分析得到的结论,说明二次反应平衡曲线图的合理性.     

TiB2合成反应机理的优势区相图分析

随着碳热还原反应的进行,B2O3被C还原生成B2O2,B2O2进一步被碳还原生成B4C.碳热还原TiO2和B2O3合成TiB2的反应机理如下在1200～1300℃温度下,TiO2被C还原成中间产物Ti3O5;在1250～1300℃温度范围,B2O3被C还原生成中间气相产物B2O2;当还原反应温度达到1300℃以上时,中间产物Ti3O5与B2O2一起被C还原生成TiB2.     

真空下碳热还原氧化铝的热力学

对真空条件下碳热还原氧化铝进行热力学研究.结果表明:在1 643～1 843 K的温度范围内,真空碳热还原氧化铝生成气体产物,该气体在温度降低时发生二次反应形成冷凝物,反应过程中体系压力保持在5～150 Pa.热力学分析表明:当体系压力为1～100 Pa时,在1 200～1 900 K的温度范围内,碳热还原氧化铝生成Al2O、Al和CO;生成Al2O的初始反应温度低于生成Al的初始反应温度,但反应温度高于一定值时,更易生成Al气体,该温度取决于体系的压力;当CO的分压分别为1、10和100 Pa时,Al2O稳定存在的温度分别高于1 462、1 560和1 674K,Al气体稳定存在的温度分别高于1 514、1635和1 777K.     

碳热还原法合成AlN粉(工艺)研究

通过对碳热还原法合成AlN粉的研究,揭示反应温度、反应时间、Al2O3／C、Al2O3。粉末粒度对产物AlN质量的影响,对工业化生产A1N有重大意义。     

多种氧化物原位反应制备的Al2O3/Al复合材料

提出了多种氧化物与Al原位反应制备陶瓷颗粒增强铝基复合材料的新方法，并通过3种反应体系CuO／Al，(CuO SiO2)／Al，(CuO SiO2 TiO2)／Al制备了3种铝基复合材料。对原位反应过程进行了热力学分析。对复合材料的显微组织、硬度和力学性能进行了分析和研究。结果表明，多种氧化物与Al的原位反应能发生并自动进行下去，其反应状况良好。(CuO SiO2)／Al，(CuO SiO2 TiO2)／Al原位反应所获得的增强相颗粒分别是Al2O3和Al2O3 Al3Ti，增强相颗粒在复合材料中均匀分布，并且其所制得的复合材料的硬度与力学性能明显好于单一氧化物CuO所制得的复合材料。     

用菱镁矿和铝矾土碳热还原氮化制备Spinel-Sialon复相耐高温材料及其性能

以菱镁矿和煅烧二级铝矾土为主要原料、焦炭为还原剂,在氮气气氛下,通过碳热还原氮化法(CRN)合成复相Spinel-Sialon粉体,并制备出Spinel-Sialon复相耐高温材料.应用XRD和SEM等技术,研究了原料配比和粉体的预合成温度对复相耐高温材料抗折强度的影响.结果表明,所制备的Spinel-Sialon复相耐高温材料的物相为MgAl_2O_4和Si_3Al_3O_3N_5,其平均抗折强度可达239 MPa;粉料在1500 ℃下预合成比在1600 ℃下预合成更有利于试样烧结致密和提高材料的抗折强度,并且随菱镁矿添加量的增加,试样的显气孔率降低、体积密度增加、平均抗折强度增加.     

FCB法三丝单面埋弧自动焊焊接冶金反应分析

借助XRF、XRD、EPMA等测试手段,对FCB法三丝单面埋弧自动焊表面焊剂NSH-55E的焊接冶金反应进行了初步分析。结果表明,熔敷金属中存在少量夹渣物,主要由SiO2、FeO、CaO及CaSiO3构成;焊剂和熔渣中存在的主量物质为MgO、SiO2、CaO、Al2O3、CaF2、TiO2、Na2O、MnO、Fe2O3,另外因焊接高温化学冶金作用,熔渣中新生成了CaO·MgO·2SiO2、CaO·Al2O3·2SiO2物相;熔渣中MnO、TiO2的含量明显高于焊剂,这与焊剂中加入了一定量的锰铁和钛铁作为合金剂和脱氧剂有关。     

Al_2O_3/Al基颗粒增强复合材料的凝固组织

本文利用旋涡制造颗粒增强铝基复合材料 ,探讨了增强颗粒的添加对基体凝固组织的影响 ,对比了添加SiO2 (SiO2 和铝液发生下式反应 :3SiO2 4Al—→ 3Si 2Al2 O3 )和Al2 O3 复合材料的增强颗粒分布。实验结果表明 ,由于颗粒的存在 ,晶体的生长受到影响 ,导致组织细化。添加SiO2 复合材料的增强颗粒分布比添加Al2 O3 复合材料的增强颗粒分布更易均匀