SiO_2添加剂对铝电解用炭间糊性能的影响

以电煅煤、熟碎、沥青焦为骨料,改质沥青和煤焦油为混合粘结剂,添加SiO_2制备铝电解用炭间糊,研究SiO_2含量对制备炭间糊基本性能、膨胀/收缩过程及微观结构的影响。结果表明,随着SiO_2含量的增加,糊料的灰分含量逐渐提高,表观密度和导电能力逐渐下降,耐压强度在24.11~34.33 MPa区间内呈无规律变化;热膨胀程度明显下降,炭化过程提前;SiO_2添加剂主要分布于骨料颗粒表面和粘结焦中。当SiO_2含量为4%时,膨胀/收缩率最优。     

改质沥青粘结剂添加环氧树脂对铝电解用炭间糊性能的影响

以电煅煤、沥青焦、熟碎为骨料,改质沥青、环氧树脂为粘结剂制备铝电解用炭间糊,采用电阻率测试仪、万能试验机、捣固糊收缩测试仪、扫描电镜及同步热分析仪等设备对其性能进行表征,并与目前工业上广泛应用的炭间糊进行比较。结果表明,随着环氧树脂含量的增加,制备糊料的捣固温度逐渐降低,理化性能有所下降,失重速率增加,显微结构由无序层片状逐渐向有序纤维状转变。当环氧树脂添加量为50%时,制备炭问糊可在室温(15²5℃)捣固施工,同时具备较佳的综合性能。     

晶须对碳碳复合材料组织和力学性能的影响

添加硅灰石(CaO·SiO₂)晶须制备碳纤维预制体, 并在980 ℃下进行化学气相沉积, 高温石墨化处理后制备得到CaO·SiO₂晶须改性的C/C复合材料。利用SEM、金相显微偏光分析以及力学实验等方法研究了预制体结构对基体微观结构、物理性能和力学性能的影响。实验结果表明: 添加CaO·SiO₂晶须会诱导热解炭呈锥形生长, 同时在石墨化过程中会诱导热解炭的组织结构发生有序性转变, 与基体反应生成SiC二次纤维。添加CaO·SiO₂晶须使得复合材料的石墨化度由31.6%提升至41.1%, 导热和导电性能相比于未添加晶须时分别增加了71.7%和14.3%, 复合材料的弯曲强度相比于未添加晶须时提升了5%。     

阻燃玻纤增强尼龙6复合材料的制备及性能研究

制备了三聚氰胺磷酸盐(MP)、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)以及改性三聚氰胺聚磷酸盐(mMPP), 并制得了添加mMPP的阻燃玻纤增强PA6复合材料。采用FTIR、SEM、XRD和TG对MPP和mMPP进行了表征, 采用万能拉伸试验机、氧指数仪和垂直燃烧仪对阻燃玻纤增强PA6复合材料的力学和阻燃性能进行了测试。结果表明, mMPP颗粒比MPP颗粒小, 呈斜方晶型结构; SiO₂溶胶对MPP实现了较好的改性。随着SiO₂溶胶添加量增加, mMPP热稳定性先增加后降低; 复合材料拉伸强度呈先增加后降低的趋势, 当SiO₂溶胶添加量为mMPP的6%时, 复合材料拉伸强度最大, 较MPP阻燃复合材料提高了7%; 冲击强度呈先减小后增加的趋势。当复合阻燃剂含量为18%时, 阻燃复合材料达到了UL 94-V0级, 极限氧指数均大于28。     

复合型抗氧化剂对预焙阳极材料抗氧化性能的影响

首次提出了在预焙阳极材料用煤沥青输送至熔化槽脱水前直接添加抗氧化剂的方法并制备了新型预焙阳极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)检测和抗氧化性能分析等方法表征了预焙阳极材料的显微结构、氧化度以及添加抗氧化剂前后沥青的微观结构, 并探讨了预焙阳极材料的抗氧化机理。结果表明:添加1%的AlF₃/Li₂CO₃(AlF₃与Li₂CO₃质量比为2∶3)的预焙阳极材料的体积密度达到1.55 g/cm³, 经过900 ℃煅烧后其氧化度值仅为15.7%, 比不添加抗氧化剂的预焙阳极材料的氧化度值降低了10.6%。在沥青炭化成焦过程中, 这种复合型抗氧化剂镶嵌在炭质本体中, 使得沥青焦与石油焦的活性状态趋于一致, 直接降低了沥青焦中不饱和键的活性点数量, 阻挡O₂、CO₂等氧化性气氛与阳极接触面微孔的接触, 从而减少预焙阳极材料的过量消耗。     

冶金球团用膨润土半干法钠化改性试验

以阜新某钙基膨润土为原料,采用半干法对其进行钠化改性试验,并考察了改性前后膨润土对所制备球团性能的影响。结果表明:在Na₂CO₃添加量为2.5%、补加水量为25%、挤压次数为2次条件下,改性后膨润土的膨胀容和胶质价分别由原土的8.3 mL/g和1.1 mL/g提高到55 mL/g和5.2 mL/g。在母球生成时间为2 min、母球长大时间为15 min、生球紧密时间为3 min条件下,钠化后膨润土添加量为1.7%时所制备球团的各项指标均高于原土添加量为2.0时所制备球团的指标。钠化后膨润土添加量为1.7%时,生球的落下强度为4.1次、爆裂温度为510 ℃、抗压强度为9.70 N/个,可以满足冶金用球团的需要。采用半干法制备钠化膨润土可以有效降低生产冶金球团时膨润土的添加量。     

用高锰酸钾改性提高竹炭对Cu2+ 的吸附能力

采用KMnO₄溶液在回流状态下对竹炭进行改性,得到改性竹炭。比较研究了 KMnO₄浓度对Cu²⁺ 在竹炭上的吸附率-pH曲线的影响,并研究了KMnO₄改性对竹炭吸附和解吸Cu²⁺ 性能的影响。静态吸附试验表明, KMnO₄ 改性使竹炭对Cu²⁺ 吸附率-pH曲线及pH₅₀向低pH偏移,当 KMnO₄溶液浓度为0.04 mol/L时,改性效果最好; KMnO₄ 改性使其投加量节省约2倍; 竹炭对Cu²⁺ 的吸附均遵循Langmuir单分子层吸附规律, 在相同Cu²⁺ 平衡浓度下,改性后的竹炭对Cu²⁺ 的吸附量提高约53%,升高温度能明显提高改性竹炭对Cu²⁺ 的吸附能力,40 ℃的饱和吸附量是25 ℃的1.69倍。KMnO₄ 改性提高了竹炭从水中吸附重金属离子的能力,并改善了其解吸再生性能。     

氧化铝修饰液对煤基多孔陶瓷性能的影响研究

采用不同浓度的Al₂O₃修饰液对煤基多孔陶瓷材料进行改性处理,并开展材料的性能测试与微观形态分析。结果表明,烧结温度越高,多孔陶瓷的气孔率与吸水率越小,强度和表观密度越大;但过高的烧结温度对多孔陶瓷微观颗粒形态不利,烧结温度控制在1 100℃为宜。随着修饰液浓度从0增至50 mol/L,改性多孔陶瓷的饱和吸附量增加了5.5倍,同时密度和强度大幅增加,颗粒间孔隙显著减少,结构致密程度提高;煤基多孔陶瓷材料主要晶相为钙长石、氧化铝和氧化硅;Al₂O₃修饰液的改性作用促进钙长石晶体形成,从而增强多孔陶瓷材料的强度和吸附性能。     

高锰酸钾改性对颗粒活性炭吸附Cu2+的影响

采用KMnO₄溶液在回流状态下对颗粒活性炭进行了改性。考察了KMnO₄ 溶液浓度对Cu²⁺吸附率-pH曲线及pH的影响,并研究了KMnO₄ 改性对颗粒活性炭吸附和解吸Cu²⁺性能的影响。结果表明,KMnO₄ 改性使颗粒活性炭对 Cu²⁺吸附率-pH曲线及pH向低pH偏移。当KMnO₄溶液浓度为0.03 mol/L时,改性颗粒活性炭效果最好;KMnO₄ 改性提高了颗粒活性炭对Cu²⁺的吸附速率,使其投加量节省约3倍;Cu²⁺在改性及未改性活性炭上的吸附遵循Freundlich等温吸附方程,在相同Cu²⁺平衡浓度下,KMnO₄改性活性炭对 Cu²⁺的吸附量提高约 2.7倍;使用 0.35 mol/L的HCl溶液作解吸液,Cu²⁺从KMnO₄改性活性炭上的解吸率为 91.1%,而Cu²⁺从未改性活性炭上的解吸率仅为8.8%。KMnO₄ 改性提高了颗粒活性炭从水中吸附重金属离子的能力,并促进了其解吸再生性能。     

电化学脱嵌法盐湖提锂多孔LiFePO4电极的制备

电化学脱嵌法盐湖提锂技术因其选择性高、吸附量大、绿色无污染等优点,越来越受到人们的关注,但盐湖卤水矿化度高、黏度大,导致实际提锂速率较低。基于此,以NH₄HCO₃为造孔剂,制备了具有良好渗透性和传质性能的多孔LiFePO₄电极,以改善提锂过程动力学性能。结果表明:造孔改性后电极表面具有微裂纹-微孔的复合结构,可显著强化溶液的传质过程,降低电化学极化。以多孔电极进行电化学脱嵌法提锂,其嵌锂容量由传统电极的25.6 mg（Li）/g（LiFePO₄）增加至多孔电极的35.2 mg（Li）/g（LiFePO₄）,且提锂过程的平均电流密度由8.7 A/m2提高至17.9 A/m2,提锂效率显著提高。此外采用多孔电极循环提锂30次后容量保持率高达98%,表现出良好的循环性能。      

The use of thermomechanical analysis to characterise Söderberg electrode paste raw materials

Continuous self-baking electrodes, i.e. Söderberg electrodes, are commonly employed in the industrial operation of submerged arc furnaces to conduct electrical energy from a transformer(s) to the smelting zone inside the furnace. Söderberg electrodes are formed from Söderberg electrode paste consisting of two components, i.e. a binder that is mostly a coal tar pitch and a solid filler that can be either coke or calcined anthracite. In this paper it is demonstrated how thermomechanical analysis can be used to characterise the thermal dimensional behaviours of Söderberg electrode paste raw materials. Two case study coal tar pitches, three anthracites and a pre-baked graphite electrode sample were characterised. Results indicated that the method applied can be used to determine the baking isotherm temperature more accurately than previously. Enhanced knowledge of the baking isotherm temperature is critical to ensure safe, profitable and continues furnace operation. The results also indicated that the coal tar pitches shrunk approximately 12% if exposed to temperatures above the baking isotherm temperature up to 1300 °C, while the anthracites calcined at 1400 °C expanded 0.6–1.0% in the same temperature range. The magnitude differences in thermal dimensional behaviour and difference in motion (shrinkage vs. expansion) indicates the vulnerability of a Söderberg electrode baked for the first time at temperatures exceeding the baking isotherm temperature. In contrast to the calcined anthracites, the uncalcined anthracite samples shrunk 6–8% if exposed to temperatures up to 1300 °C. This stresses the importance of the efficiency of the calcination process of the anthracite prior to Söderberg electrode paste production to enhance dimensional stability of the Söderberg electrode paste. The results also indicated that the method detailed in this paper can be used by Söderberg electrode paste producers to optimise the selection of raw materials and to do quality control on calcined anthracite.     

添加氧化石墨烯对煤沥青成焦行为的影响

采用TEM观察添加异氰酸苯酯改性的氧化石墨烯( i GONSs)的微观结构,采用TGA研究添加iGONSs前后煤沥青的热解行为,采用偏光显微镜研究添加 i GONSs前后煤沥青焦化产物的光学组织,采用XRD研究添加 i GONSs对煤沥青焦化产物微晶结构的影响。研究表明,添加 i GONSs后,煤沥青的热分解温度变大,热失重率变小,其耐热性能变好; i GONSs对煤沥青碳质中间相的形成起到成核和抑制生长的作用,这使得最终焦化产物的光学各向异性单元尺寸变小;随着 i GONSs添加量的增加,焦化产物的微晶层间距增大,平均微晶高度和平均微晶宽度减小。     

煤沥青的性质及应用

阐述了煤沥青的性质、组成和种类，介绍了煤沥青在黏结剂、浸渍剂、碳纤维、涂料及燃料油等方面的应用。     

无烟煤配入瘦煤和焦粉制备优质型焦

对无烟煤配入瘦煤和焦粉,用改性焦油洗油残渣做黏结剂,制备冷压型焦进行了试验研究。对成型压力、无烟煤、瘦煤和焦粉的配合比、改性焦油洗油残渣用量和煤料粒度等主要影响因素进行了探讨,确定了最佳工艺条件。结果表明,无烟煤、瘦煤和焦粉配合,可制备出优质的二级铸造型焦。     

树脂为黏结剂合成铝用冷捣糊

分别以呋喃树脂、酚醛树脂、环氧树脂为黏结剂,以电锻煤和石墨为骨料,合成了施工温度为20±5℃的铝用冷捣糊。通过对合成冷捣糊的电阻率和抗压强度等常规性能检测可知,以树脂为黏结剂合成的冷捣糊具有低电阻率及高抗压强度等,达到国内冷捣糊的标准,与国外冷捣糊相比,合成冷捣糊的电阻率接近国外通常标准的下限,而抗压强度均高于国外厂家的标准。     

粘接剂对铝电解用TiB2复合阴极电解膨胀率的影响

采用改进型阴极电解膨胀率测试仪,测试[K3AlF6/Na3AlF6]-AlF3-Al2O3熔体中沥青、呋喃、酚醛和环氧基TiB2-C复合阴极的电解膨胀率,研究粘结剂种类和用量对TiB2-C复合阴极电解膨胀率的影响。对电解后试样断面进行元素微区分析。结果表明,TiB2-C复合阴极的电解膨胀性能受到粘结剂种类和用量两方面共同作用的影响。沥青基TiB2-C复合阴极表现出较大的电解膨胀率,而环氧基TiB2-C复合阴极表现出的电解膨胀率较小。不同种类粘结剂均有一个最佳的粘结剂用量,沥青、呋喃、酚醛和环氧基TiB2-C复合阴极粘结剂的最佳使用量分别为16%,18%,14%和12%,所对应的电解膨胀率最小,分别为1.49%,1.26%,1.18%和0.92%。无论使用何种粘结剂,复合阴极均表现出良好的铝液润湿性。碱金属钾和钠由外至内渗透进入阴极内部,钾比钠有着更强的渗透能力。     

含钠磷酸盐对煤自燃抑制性能研究

为了探究含钠磷酸盐阻化剂对煤自燃氧化反应的抑制作用,以气煤作为实验煤样,选取磷酸二氢钠NaH₂PO₄和磷酸钠Na₃PO₄ 2种含钠磷酸盐化合物制备阻化剂。采用同步热分析实验和程序升温氧化实验分析含钠磷酸盐对煤自燃过程中热失重、热释放,以及气相特性的影响。结果表明:当煤自燃达到热解温度后,Na₃PO₄不再具有阻化作用;NaH₂PO₄可显著提高煤自燃的临界温度、干裂温度、着火温度等,此外,NaH₂PO₄有效提高了煤自燃初始放热温度和最大释热温度,且降低了煤自燃最大释热功率和放热量;NaH₂PO₄能够提高煤自燃过程中CO、CO₂及各烃类气体的初始生成温度,削弱其释放强度,其阻化率可达65.4%;相比于Na₃PO₄阻化剂,NaH₂PO₄阻化剂具有更好的阻化效果,且在煤自燃氧化全过程中均发挥了抑制作用。     

氮气对复采工作面遗煤复燃的防治效能

为探究不同体积分数N₂对复采工作面遗煤复燃过程的防治效果,采用自主研发的程序升温试验装置,对煤样分别通入体积分数为10%、20%、30%和40%的N₂,以氧化反应过程中耗氧速率V_O2、一氧化碳产生率V_CO和表观活化能E的变化情况来反映煤自燃的发展程度。试验表明:不同体积分数的N₂对煤氧化升温过程均具有抑制作用,相比于煤在纯空气条件下的氧化自燃,通入的N₂体积分数越大,煤初次自燃和二次氧化升温过程的V_O2和V_CO更低、E更高,说明通入的氮气体积分数越大,对煤氧化升温过程的抑制效率越好。其中,在煤初次自燃阶段,当N2体积分数C_N2≥20%时抑制效果更佳;在煤二次氧化复燃阶段,当N₂体积分数C_N2≥40%时抑制效果更佳。     

对苯二甲醛改性煤沥青的流变性能研究

为了研究对苯二甲醛(TPA)改性煤沥青的流变性能,采用旋转黏度计测定了煤沥青及TPA改性煤沥青的表观黏度,研究了表观黏度与温度的关系;采用示差扫描量热法（DSC）研究了TPA改性煤沥青的热行为.结果表明：TPA改性煤沥青的黏度与温度的关系曲线呈现W型,并且在200～225 ℃之间处于低黏流区,表观黏度值约200～400 mPa·s,可以作为浸渍剂煤沥青使用;TPA改性煤沥青在高于225 ℃时表观黏度值迅速上升,另外,TPA改性煤沥青在低黏度区域具有较低的活化能,这对煤沥青的浸渍工艺有益.