热分析技术在褐铁矿结晶水热分解中应用研究

  利用热分析 (TG、DTG、DSC)技术,在一定升温速率(β=10℃/min)下对褐铁矿结晶水热分解进行非等温动力学研究,采用Coats Redffen法求解了褐铁矿结晶水热分解过程的活化能。结果表明：褐铁矿结晶水热分解过程是一个缓慢—快速—缓慢的过程,其在烧结过程中吸收热量与结晶水含量不成正相关,而与热分解活化能成正相关。     

高碱度电炉粉尘碳热还原动力学及反应机制

为研究高碱度电炉粉尘碳热还原反应动力学和反应机制。通过不同温度条件下含碳高碱度电炉粉尘的物相(XRD)解析其物相转变过程。采用热重分析法对不同配碳量和碱度的高碱度电炉粉尘进行热重实验,实验结果表明,配碳量和碱度能促进电炉粉尘碳热还原反应,提高碱度能降低反应所需的温度。最后,通过非等温动力学分析法对高碱度电炉粉尘进行动力学分析,基于KAS法和Coats-Redfern法,确定了主要的动力学参数,根据转化率(α)高碱度电炉粉尘碳热还原过程分为3个阶段：α=0～0.082,α=0.082～0.5和α=0.5～1.0。第1阶段,平均活化能为380.68 kJ/mol,反应由一维扩散控制。第2阶段和第3阶段的平均活化能分别为318.79 kJ/mol和264.42 kJ/mol,其反应均由化学反应控制。     

硝酸高铈铵的热分解动力学研究

采用热重分析、差热分析及X射线衍射等技术研究了硝酸高铈铵的热分解过程 ,特别是用差热分析仪测试了不同升温速率下硝酸高铈铵在静止的空气气氛中的差热曲线 ,结合Kissinger法和Coats -Redfern法研究硝酸高铈铵的热分解动力学 ,计算了两个主要的反应阶段的表观活化能为 1 4 4 .61 ,1 2 4 .31kJ·mol- 1 ,并确定了反应级数、频率因子、速率常数 ,推导出每个反应阶段的动力学方程 ,控制反应过程的步骤分别为随机成核和随后生长 ,符合Arrami Erofeer方程。     

三氧化二钒的非等温氧压碱溶动力学研究

研究了化学纯V2O3在氧压碱浸过程中钒的非等温溶解动力学。考察了搅拌转速(200～1000 r.min-1)、氧分压(200～700 kPa)、NaOH浓度(0.1～2.0 mol.L-1)和升温速率(1.31～4.01 K.min-1)对钒溶解率的影响。实验结果表明,降低升温速率或增大氧气压力,可以提高钒浸出率;搅拌转速在800 r.min-1以上或NaOH浓度高于0.5 mol.L-1时对反应速率的影响可以忽略。采用一种非等温动力学模型来描述该反应过程,得到了4种不同升温速率下碱液浸取提钒的动力学方程式。动力学分析结果显示,在室温与423 K之间,该浸出过程的平均表观活化能E为36.62～37.52 kJ.mol-1。从而证实了在实验条件下,溶解过程的控制步骤为化学反应与扩散混合控制。反应中氧分压和NaOH浓度的反应级数分别为0.74和0。     

氧化铁皮非等温碳热还原动力学研究

采用热分析动力学方法，研究了不同升温速率条件下氧化铁皮的非等温碳热还原动力学，采用Flynn-Wall-Ozawa法和?atava-?esták法计算了反应动力学参数中的活化能，确定了反应机制函数。结果表明，随着升温速率的增大，反应的起始温度逐渐增加。当升温速率为15 K/min，反应起始温度为950℃左右，还原反应进行的最彻底，还原率几乎接近1。当还原反应进入平台期时，还原率不再随温度的变化而改变。用Flynn-Wall-Ozawa法计算的活化能为377.29 kJ/mol，碳的气化反应、化学界面反应和内扩散均在碳热还原过程中起限制作用。A_3/2是氧化铁皮碳热还原的机制函数，并根据得到的动力学参数建立了非等温还原模型，函数为g(α)=[-ln (1-α)]^2/3和f (α)=3/2(1-α)[-ln (1-α)]^1/3。     

非晶态高炉渣的非等温析晶动力学研究

 采用差示扫描量热法(DSC)对非晶态高炉渣的析晶过程进行研究,得出不同升温速率下非晶态高炉渣析晶过程的DSC曲线,并根据动态DSC曲线用Kissinger法求出了析晶反应的活化能、反应级数及动力学方程中的指前因子等参数,建立了非晶态高炉渣析晶反应动力学的数学模型。实验所用非晶态高炉渣的析晶反应活化能为376.466 kJ/mol,该反应为一级反应。非晶态高炉渣的DSC曲线在1130~1310 K的温度区间内呈现出单一的晶化放热峰,峰顶温度、析晶温度和反应级数随升温速率的提高而提高。     

利用Popescu法研究C-CO2气化反应机理

在非等温加热条件下采用热分析技术（热重法TG和微商热重法DTG）进行了C-CO2气化实验。利用Popescu法对C-CO2气化反应的机理函数进行了推断。结果表明,反应级数模型（n=1）是C-CO2气化的最概然机理函数。由Popescu法求得的C-CO2气化过程的活化能和指前因子分别为165.86kJ/mol和8.80×...     

粉末冶金Ti-1.5Fe-2.25Mo钛合金的热变形本构方程

采用元素粉末法制备Ti-1.5Fe-2.25Mo合金,在Thermec-Master Z热模拟机上对该合金进行等温压缩试验。实验温度为650～900℃,变形速率0.01～10 s-1。以经典的双曲正弦形式的模型为基础,对热模拟真应力-真应变曲线进行计算和分析,建立粉末冶金Ti-1.5Fe-2.25Mo合金高温本构方程。研究表明,β相区等温压缩时,合金流变应力快速达到峰值然后进入稳态流变变形阶段,应力指数n=4.24,应变激活能Q=378.01 kJ/mol。而在α+β两相区等温压缩时,合金在较低应变速率(≤0.1 s-1)下,曲线经过应力峰后出现不同程度的加工软化现象;在应变速率≥1 s-1条件下,呈现出1种稳态变形,热变形的应力指数n=6.77,应变激活能Q=257.73 kJ/mol。所得结果为粉末冶金钛合金锻造成形提供了一定的理论依据。     

长焰煤热解半焦气化反应动力学研究

为获得升温速率对长焰煤热解半焦气化反应的影响,利用热重分析仪对半焦在不同升温速率(5、10、20、30、40℃/min)条件下的气化反应进行了研究,并采用Flunm-Wall-Ozawa(FWO)和Friedman等转化率法进行半焦气化动力学参数的分析计算。结果表明,升温速率的增大不利于半焦的气化,升温速率越快、气化反应温度越高,且气化后期气化速率峰会出现重叠; 2种等转化率法求得的半焦气活化能分别为145.91±32 kJ/mol和149.21±7 kJ/mol;采用等转化率方法研究半焦气化动力学可行。     

硅粉直接氮化反应热力学分析及动力学机理研究

用TG-DSC热重同步热实验分析的方法,研究不同升温速率下,硅粉氮化机理及化学反应动力学.发现温度在1 000~1 300 ℃时:差示扫描量热曲线各出现一个吸热、一个放热峰,说明氮化机理已发生改变.在1 000~1 100 ℃温度范围内,氮化硅转化率显著增加,即温度是影响其转化率的主要因素.实验表明:氮化反应的限制性环节由反应开始阶段的界面化学反应控制和之后的界面化学反应与内扩散混合控制组成;通过动力学计算得到表观活化能E=404.5 kJ/mol,频率因子A=9.57×1015 m/s,反应级数n=0.95,最终得到反应的速率方程的数学表达式.      

聚丙烯腈纤维热稳定化反应动力学研究

采用"改进Coats-Redfern"法,通过差式扫描量热(DSC)研究了聚丙烯腈(PAN)纤维在惰性气氛中的热稳定化反应动力学,探索了PAN纤维在惰性气氛中的热稳定化反应机理.结果表明:在40～400℃范围内,PAN纤维在惰性气氛中的热稳定化反应总体上符合一级的反应级数模型,计算得到表观反应活化能Ea=177.1 kJ/mol;进一步分区通过分区研究和计算,提出了"三区域反应动力学模型",此模型的计算值与实验值相吻合,能很好地预测PAN纤维在不同升温速率时的热行为;初步提出了PAN纤维在惰性气氛中的热稳定化反应机理.     

真空碳热还原制备碳氧钛的动力学研究

采用非等温固相模型对碳热还原TiO2历程和动力学条件进行研究。结果表明,真空碳热还原TiO2可分为四个阶段,第一阶段(1 373~1 523K)主要物相为C和TinO2n-1(n≥5),第二阶段(1 523~1 673K)主要物相为C、TiC0.5O0.5和TinO2n-1(2≤n≤4),第三阶段(1 673~1 833K)主要物相为C、Ti2O3和TiC0.5O0.5,第四阶段(1 833~1 973K)主要物相为TiC0.5O0.5;第一阶段动力学方程为α2=kt,受一维扩散控制,表观活化能为113.55kJ/mol,第二阶段动力学方程为(1-α)-1-1=kt,受二级化学反应控制,温度对还原率影响较大,表观活化能为303.36 kJ/mol,第三阶段动力学方程为2[(1-α)-1/2-1]=kt,受1.5级化学反应控制,还原剂不足对反应影响较大,表观活化能为53.93kJ/mol,第四阶段动力学方程为1-2α/3-(1-α)2/3=kt,受三维扩散控制,物料疏松成为晶核长大的限制环节,表观活化能为99.22kJ/mol。     

FeS热分解动力学的热分析

FeS诱发含硫油品自燃的事故受到了业界的日益关注.通过在不同升温速率(2,5,8,10,15℃/min)下的热分析实验,应用模型和非模型拟合研究了FeS的热分解动力学机理,结果表明:FeS受热氧化是FeS与氧气物理吸附、化学吸附和化学反应过程,对FeS的模型拟合结果不稳定,可靠性较差;采用等转化率法得到FeS热分解的表观活化能E=(135.81±8.27)kJ/mol;通过Satava-Sestak方程确定了FeS的受热分解符合成核和生长模型函数A2:g(α)=[-ln(1-α)]1/2,其表观活化能E=148.43 kJ/mol,表观指前因子A=3.82×109K/s.     

LaCl3·7H2O晶体的热分解

采用TG-DTG方法,得到LaCl3*nH2O晶体在空气中热分解过程及相应分解反应的活化能,即在84～112℃时,LaCl3*7H2O失去4个结晶水,分解反应的活化能为133.2kJ/mol,在123.2～137.9℃时,LaCl3*3H2O失去2个结晶水,分解反应的活化能为153.9kJ/mol,在162.5～177.4℃时,LaCl3*H2O失去1个结晶水,分解反应的活化能为454.6kJ/mol,在397.7～464.5℃时,LaCl3气相水解为LaOCl,活化能为66kJ/mol.在温度低于900℃(最高测试温度)时,LaOCl能稳定存在.     

APT热分解动力学的研究

研究采用热重分析法,获得等速升温条件下APT失重变化与温度变化及反应时间的关系TG曲线。据APT的失重率,绘出DTG曲线,并以TG和DTG曲线为基础,采用非等温动力学的基本方程,对试验数据进行线性回归,建立了APT热分解动力学的数学模型。失重曲线表明APT的热分解是四个阶段进行,第一阶段为126.2℃左右时脱水,第二阶段为209.4℃左右时分解成无定型铵钨青铜(AATB),第三阶段为310.5℃左右时结晶成铵钨青铜(ATB),第四阶段为482.3℃左右时分解成"蓝钨"。试验结果表明:在不同的升温速率条件下,APT热分解的指前因子是随着热解温度的升高而逐渐减小。活化能在第二阶段达到最大值。反应级数在第一、二阶段在0.6⁰.76,第三阶段在0.90.76,第三阶段在0.9¹.37,第四阶段为1.0左右。生产中宜采取三段控温,其他阶段控速的方式,提高生产效率,减少能耗。     

钪锆陶瓷粉的制备及其热分解动力学参数

以Sc2O3、Zr(NO3)4·3H2O和NH3·H2O为原料制备出了钪锆陶瓷粉。运用差示/热重(DSC/TG)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段,对钪锆陶瓷粉前驱体的热稳定性、相结构、表观状态及脱水动力学参数进行了分析。通过多重速率扫描法记录样品在不同升温速率下的DSC/TG曲线,采用kissinger法对钪锆陶瓷粉前驱体的热分解动力学进行研究。结果表明,钪锆前驱体为无明显晶形,400℃完成脱水反应生成钪锆陶瓷粉,486℃开始晶型转变为立方相,前驱体脱水反应的表观活化能E为99.62 kJ/mol,指前因子A为3.53×107,反应级数为1.2。     

铁酸锌碳热还原动力学及反应机理

对铁酸锌非等温碳热还原反应动力学及其还原反应机理进行了研究.通过不同温度条件下还原后的铁酸锌团块物相分析(XRD)对其碳热还原的物相转变过程进行了解析,950℃时出现FeO0.85·x ZnO无定型物质,此时Fe³⁺被还原成Fe²⁺.探讨了铁酸锌碳热还原过程转化率与转化速率的关系,该还原过程可以划分为三个阶段,第二阶段的转化率变化最大(0.085～0.813).最后,通过等转化率法和主曲线拟合法对不同升温速率条件下铁酸锌碳热还原第二阶段的动力学进行了分析,可以得出第二阶段的平均活化能为362.16 kJ·mol^–1,且该阶段活化能为331.01～490.04 kJ·mol^–1,变化较大,说明这一阶段发生的反应较为复杂,且各反应之间的活化能差异明显,二级化学反应是这一阶段的主要控速环节,并确定了第二阶段的主要控速方程.     

外包法直接还原钛铁矿过程的动力学研究

采用外包还原剂的方法对钛铁矿进行直接还原试验,研究了直接还原钛铁矿的动力学。结果表明,半焦粉直接还原钛铁矿分为两个阶段,第一阶段是升温阶段和恒温的初始阶段,受界面化学反应控制,表观活化能为113.14kJ/mol;第二阶段为恒温阶段,受固相中气体的内扩散控制,表观活化能为180.13kJ/mol。温度对还原度和还原速率的影响显著。随着温度的升高,还原度随之升高,反应速率加快;延长恒温时间也可以提高还原度,但恒温阶段反应速率增加缓慢     

热重-质谱联用研究铁矿粉氢还原的动力学研究

采用热重-质谱联用技术,研究了1 023～1 373 K条件下H2还原铁矿粉的反应动力学。结果表明,铁氧化物的还原存在分段现象,两个阶段均符合界面化学控速的反应机制,表观反应活化能分别为37.40 kJ/mol和34.97 kJ/mol。由质谱分析数据可以计算得到反应的还原度和还原速率,与热重分析相比,结果基本一致,但存在细节丢失及迟后现象。     

废脱硝催化剂加盐焙烧-酸浸提钛的浸出动力学研究

采用加盐焙烧-酸浸法回收废脱硝催化剂中的钛,利用液-固多相反应的核收缩模型研究硫酸浸钛的浸出动力学,考察了硫酸浓度和酸浸温度对钛浸出反应速率的影响。结果表明,在温度低于60℃或硫酸质量分数小于45%时,浸出受化学反应和固膜扩散混合控制;升温和提高硫酸浓度浸出过程则转变为化学反应控制。低温受混合控制时的表观活化能为30.23 kJ/mol,升温后受化学反应控制时的表观活化能为92.92 kJ/mol,表观反应级数为4.932。提高反应温度和硫酸浓度均能加快钛的浸出速率,提高钛的浸出率。