CaO-SiO2-MgO-Al2O3四元渣系Al2O3活度预测模型

高炉渣系各组元活度对高炉冶炼和产品质量具有重要的影响作用. 基于分子-离子共存理论,建立CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型;结合试验测定值对其进行验证与修正,最终建立了修正的CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型;同时,依据模型计算结果探究R(w(CaO)/w(SiO₂)),w(MgO)/w(Al₂O₃)和w(Al₂O₃)对Al₂O₃活度的影响. 研究结果表明:修正后的CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型具有较高的预测精度,能够很好地预测熔渣Al₂O₃活度;当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.40,w(Al₂O₃)=20%时,随着R增加,Al₂O₃活度逐渐减小;当R=1.25,w(Al₂O₃)=20%时,随着w(MgO)/w(Al₂O₃)增加,Al₂O₃活度逐渐减小;当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.40,R=1.25时,随着w(Al₂O₃)增加,Al₂O₃活度逐渐增大.     

CaO-SiO2-Al2O3-Na2O-MgO系模铸保护渣微观结构解析

为明晰化学成分变化对模铸保护渣物性的影响机制,采用Raman光谱对CaO-SiO₂-Al₂O₃-Na₂O-MgO系熔融模铸保护渣的微观结构进行了解析.熔体结构解析结果表明,熔渣中存在Q_Si⁰,Q_Si¹,Q_Si²,Q_Si³,Q_Si⁴五种硅氧四面体结构和Q_Al²,Q_Al³,Q_Al⁴三种铝氧四面体结构,随着碱度升高和Al₂O₃质量分数减小,高聚合度四面体结构向低聚合度转变,熔渣非桥氧数增多,聚合程度降低.物理性质测试结果表明,黏度随Al₂O₃质量分数增大而升高,随碱度的升高...     

高铝熔渣物相析出演变规律研究

以改善高铝渣浸出性能为目标,采用DSC实验和SEM-EDS检测方法,研究了高铝渣控温冷却过程中物相析出规律,考察了降温速率、n(CaO)/n(Al₂O₃)和MgO含量对铝酸钙渣物相析出演变规律的影响.结果表明:当降温速率加快时,熔渣凝固过程趋于更大程度的偏析,C₂S相变愈不充分,粒度粗化,劣化了自粉行为和浸出条件;随着调高渣中n(CaO)/n(Al₂O₃),C₁₂A₇的析出温度升高,物相析出活性按照CA→C₁₂A₇→C₃A逐渐增强;当渣中含有MgO时,物相中出现C₂MS₂,不利于C₂S物相转变,更为重要的是MgO富集在含铝物相中形成Q相,显著恶化氧化铝浸出率和收得率.     

CaO–SiO2–Al2O3–4.6wt%MgO–Fe2O3废汽车催化剂熔炼渣系的冶金特性研究

本文系统地研究了废汽车催化剂（SAC）与含铜电镀污泥（CBES）协同熔炼过程中形成的CaO?SiO₂?Al₂O₃?4.6wt%MgO?Fe₂O₃五元渣系的冶金特性。通过傅立叶变换红外吸收光谱、拉曼光谱、FactSage热力学计算和粘度测试研究了该渣系的熔渣结构、熔化温度和粘度特性。实验结果表明,Fe₂O₃含量（3.8wt%?16.6wt%）、CaO/SiO₂质量比（0.5?1.3）和SiO₂/Al₂O₃质量比（1.0?5.0）的提高可以促进硅酸盐网络的解聚,同时以四面体和八面体单元形式存在的大量Fe₂O₃确保了Al3+离子的电荷补偿,使得Al₂O₃仅表现为酸性氧化物。热力学计算和粘度测试结果表明,随着Fe₂O₃含量、CaO/SiO₂比和SiO₂/Al₂O₃比的增加,熔渣中发生硅酸盐网络结构解聚和低熔点相变,促进了熔点和粘度的降低;而进一步增加会导致新的高熔点物相形成,反而导致粘度和熔点回升。根据实验分析,优选的低聚合度、粘度和熔点炉渣组成为:Fe₂O₃含量为10.2wt%?13.4wt%,CaO/SiO₂比为0.7?0.9和SiO₂/Al₂O₃比为3.0?4.0。本研究为SAC和CBES协同熔炼过程中的炉渣设计提供了理论支持。     

Al2O3含量变化对CaO–SiO2–Cr2O3–Al2O3熔渣粘度及结构的影响

熔渣粘度对冶炼过程中渣金反应的传质有着至关重要的作用，适当的熔渣粘度能够有效促进渣金反应，提升传质效率。为了促进含铬熔渣中铬的回收利用，本文使用柱体旋转法研究了Al₂O₃含量变化对CaO-SiO₂-Cr₂O₃-Al₂O₃渣粘度和结构的影响规律。熔渣在高温下表现出良好的牛顿流体行为。当Al₂O₃含量从0%增加到10wt%时，酸性渣的粘度首先从0.825增加到1.141 Pa·s，然后当Al₂O₃含量进一步增加到15wt%时，粘度降低到1.071 Pa·s。当Al₂O₃含量从0增加到15wt%时，碱性炉渣的粘度首先从0.084增加到0.158Pa·s，然后当Al₂O₃含量进一步增加到20wt%时，粘度降低到0.135 Pa·s。此外，含Cr₂O₃的炉渣比无Cr₂O₃的炉渣需要更少的Al₂O₃才能达到最大粘度；对于酸性和碱性炉渣，熔渣粘度达到最大值所需的Al₂O₃含量分别为10%和15%。熔渣的活化能变化规律与粘度结果一致。拉曼光谱表明，熔渣中仅有少量Al₂O₃时，Al以[AlO₄]四面体形式出现，随着Al₂O₃含量的逐渐增加，[AlO₄]四面体被[AlO₆]八面体所取代，对硅酸盐结构的分峰解谱结果也与粘度结果一致。     

1623 K时SiO2饱和的MnO–SiO2渣和Al2O3饱和的MnO–SiO2–Al2O3渣中NiO的活度系数

MnO–SiO₂二元系作为废旧锂离子电池、海洋锰结核还原熔炼过程中的基础渣型,测定有价金属（如镍）在渣中的溶解度、活度及活度系数热力学数据十分必要。为此,本文测定了温度1623 K、氧分压10?7,10?6,和10?5 Pa时SiO₂饱和的MnO–SiO₂渣和Al₂O₃饱和的MnO–SiO₂–Al₂O₃渣中NiO的溶解度和活度系数。结果表明:在试验条件下,镍在MnO–SiO₂渣和MnO–SiO₂–Al₂O₃渣中主要以NiO形式存在,且渣中NiO的溶解度随着氧分压增加而增加;向MnO–SiO₂渣中加入Al₂O₃可以降低渣中镍的溶解度,增加NiO的活度系数。此外,SiO₂饱和的MnO–SiO₂渣和Al₂O₃饱和的MnO–SiO₂–Al₂O₃渣中NiO的活度系数（γ_NiO,以纯固体NiO为参考态）可分别按如下公式计算:γ_NiO = 8.58w(NiO) + 3.18; γ_NiO=11.06w(NiO) + 4.07, 其中,w(NiO)为渣中NiO的质量分数。     

Al2O3对高炉渣物化性能影响的理论分析

随着优质铁矿资源的消耗,钢铁企业可利用的铁矿原料品位逐渐降低。因此,高铝质铁矿资源越来越受到钢铁企业的关注,但高铝原料在高炉冶炼过程中会带来渣铁黏稠、炉温偏低、冶炼安全等一系列问题。本研究中采用FactSage热力学软件分析Al₂O₃质量分数对高炉渣平衡物相、熔化温度、相析出温度的影响以及高铝渣液相区变化和黏度变化,旨在为高炉冶炼高铝原料提供一定的基础支撑。研究发现：炉渣为低铝（5%～10%）含量时,随着Al₂O₃含量增加,炉渣熔化温度升高,析出相为黄长石相和纯物质相,高炉渣黏度变化不大,炉渣中SiO₂含量高,炉渣黏度过高,不适合高炉冶炼;炉渣为中铝（10%～15%）含量时,随着Al₂O₃含量增加,炉渣熔化温度升高,析出相为尖晶石相、黄长石相和纯物质相,高炉渣黏度增加幅度略有提高,Al₂O₃含量对高炉渣性质影响较小,增加炉渣二元碱度对炉渣黏度降低效果较明显;炉渣为高铝（15%～30%）含量时...     

CaF2对CaO-Al2O3-CaF2熔体结构影响的分子动力学研究

采用分子动力学的方法研究了不同CaF₂含量下CaO-Al₂O₃-CaF₂三元渣系熔体结构的变化规律,包括熔渣的短程结构、中程结构和键角的变化.结果表明:Ca—F,Al—F,Ca—O,Al—O的平均键长分别为0.2345,0.1895,0.2325,0.1745nm.随着CaF₂的加入,Ca²⁺与配位的阴离子(O^2-,F^-)存在动态平衡现象,总配位数维持在6~7之间.研究体系中Al—O四面体结构存在由复杂(Q⁴和Q³)向简单(Q²和Q¹)的转变,同时还会发生Al—O四面体［AlO₄］^5-向［AlO₃F］^4-结构的转变,两种转变的综合作用使熔体的网络结构解聚,为CaF₂改善CaO-Al₂O₃-CaF₂熔渣的流动性提供了合理的微观解释.键角分析表明F^-在体系中更多的是替换原来O^2-的位置,以Al³⁺为核心的网络结构依然为四面体结构,没有引起大规模的原子重新排列.     

Activity coefficient of NiO in SiO2-saturated MnO–SiO2slag and Al2O3-saturated MnO–SiO2–Al2O3slag at 1623 K

As a part of the fundamental study related to the reduction smelting of spent lithium-ion batteries and ocean polymetallic nodules based on MnO–SiO₂slags,this work investigated the activity coefficient of NiO in SiO₂-saturated Mn O–Si O₂slag and Al₂O₃-saturated Mn O–SiO₂–Al₂O₃slag at 1623 K with controlled oxygen partial pressure levels of 10^-7,10^-6,and 10^-5Pa.Results showed that the solubility of nickel oxide in the slags increased with increasing oxygen partial pressure.The nickel in the Mn O–Si O₂slag and Mn O–Si O₂–Al₂O₃slag existed as Ni O under experimental conditions.The addition of Al₂O₃in the Mn O–Si O₂slag decreased the dissolution of nickel in the slag and increased the activity coefficient of Ni O.Furthermore,the activity coefficient of Ni O(γN_(i O)),which is solid Ni O,in the Si O₂saturated Mn O–Si O₂slag and Al₂O₃saturated Mn O–Si O₂–Al₂O₃slag at 1623 K can be respectively calculated asγN_(i O)=8.58w(Ni O)+3.18 andγN_(i O)=11.06w(Ni O)+4.07,respectively,where w(Ni O)is the Ni O mass fraction in the slag.     

Al2O3/LiAlO2表面包覆改性LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元正极材料研究

三元正极材料因比容量高、成本低和较为环保而备受研究者的关注和青睐,但其循环稳定性与倍率性能较差。通过固相包覆法制备了纳米Al₂O₃以及LiAlO₂包覆的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料,对所制备材料的结构及形貌进行系统表征,结果表明,两种包覆均在保持正极材料结构的基础上成功形成了表面包覆层。电化学性能测试表明,用质量分数为1%的Al₂O₃包覆时,其初始放电容量从原始材料的159 mA·h·g^-1提升至162.57 mA·h·g^-1,循环35次的容量保持率由74.38%提升至94.89%;用质量分数为3%的LiAlO₂包覆时,初始放电比容量提升至164.85 mA·h·g^-1,前35次的容量保持率较未包覆材料均有所提高。此外,经包覆后正极材料循环性能和倍率性能均有所提高,电压衰减和电化学阻抗降低,...     

基于热丝法对CaO-SiO_2-Al_2O_3保护渣结晶性能与凝固分数的研究

针对髙铝包晶钢连铸设计了Ca O-Si O2-Al2O3系保护渣.采用单丝法研究w(Ca O)/w(Al2O3)对保护渣结晶性能的影响;采用双丝法模拟了保护渣渣膜形成及凝固过程,研究了w(Ca O)/w(Al2O3)对保护渣固相体积分数φ的影响.结果表明:实验保护渣系结晶能力随w(Ca O)/w(Al2O3)增大而增强,按结晶能力分为两个区间,w(Ca O)/w(Al2O3)1.30时保护渣结晶能力强于w(Ca O)/w(Al2O3)≤1.30的保护渣;在等温结晶过程中,w(Ca O)/w(Al2O3)=1.00的实验保护渣中析出枪晶石,w(Ca O)/w(Al2O3)=2.50时渣中析出硅酸二钙;w(Ca O)/w(Al2O3)增大使保护渣渣膜双丝间固相体积分数增大,结晶层增厚,不利于保证结晶器内润滑.与浇注常规包晶钢的Ca O-Si O2系保护渣性能对比表明,Ca O-Si O2-Al2O3系保护渣在w(Ca O)/w(Al2O3)≤1.30时的结晶能力和固相体积分数都与对照渣相近,设计的Ca O-Si O2-Al2O3系保护渣适用于高铝包晶钢连铸.     

镁铝比对高炉渣脱硫能力的影响

利用双层石墨坩埚,模拟铁液滴下穿过炉渣的过程,主要研究渣中Mg O,Al2O3质量分数对炉渣硫质量分数的影响,探索镁铝比与高炉渣硫质量分数的关系.结果表明渣中Mg O质量分数由6%提高到12%时,炉渣脱硫能力逐渐提高,由12%提高到14%,脱硫能力逐渐降低;渣中Al2O3质量分数由9%提高到15%时,炉渣脱硫能力逐渐降低,但降低幅度较小,当Al2O3质量分数由15%提高到17%时,炉渣脱硫能力大大降低;Mg O质量分数小于12%,Al2O3质量分数小于15%,提高炉渣镁铝比可以显著提高炉渣脱硫能力.     

真空铝热炼锂还原渣回收氢氧化铝的研究

碳酸锂、氧化铝和氧化钙混合常压煅烧可获得LiAlO₂熟料,经真空铝热还原可得金属锂,同时得到铝酸钙系还原渣,主要成分为CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃.为综合利用该还原渣,通过混合碱液溶出、碳酸化分解回收氢氧化铝.研究溶出温度、溶出时间、还原渣粒度、碳酸钠质量浓度、氢氧化钠质量浓度、金属锂还原率对氧化铝溶出率的影响.结果表明:以锂还原率97%的炼锂还原渣为原料,粒度分布d_○90 74μm、溶出温度95℃、溶出时间120min、碳酸钠质量浓度240g/L及氢氧化钠质量浓度8.9g/L的条件下,氧化铝的溶出率为80.73%.溶出的铝酸钠溶液经碳分可获得体积平均粒径6.50μm及白度值96.9的氢氧化铝.     

氧化钙对高铁铝土矿烧结-分选效果的影响

采用还原烧结-磁选法处理高铁铝土矿,考察了氧化钙对烧结及烧结产品铝铁分离效果的影响,借助于X射线衍射仪、扫描电子显微镜,研究了不同氧化钙用量下还原烧结产品的物相组成及微观特性.结果表明,当氧化钙的质量分数为70%时,烧结物料的金属化率达到了93.95%,磁选精矿中铁的质量分数为83.10%,富铝渣的Al2O3浸出率为61.14%,Ca O分别与Al2O3和Si O2全部生成了12Ca O·7Al2O3和Ca2Si O2,铁元素得到较好的还原,同时非铁物质能够与铁颗粒分离.     

Ti对Sn-xTi/Al2O3润湿性的影响

针对添加活性元素Ti有利于改善金属/Al₂O₃体系的润湿性、但润湿机制仍不明确问题,研究采用改良座滴法,研究了熔融Sn-(原子分数为0%、2%、5%)Ti合金在973~1 273 K高真空中在Al₂O₃表面的润湿性.研究结果表明:Ti原子分数的增加会显著改善Sn-xTi/Al₂O₃体系的润湿性,润湿性改善的原因在于Ti在界面处的吸附降低了固/液界面自由能,而并非界面析出的反应产物.对此结论,应用吸附的统计热力学模型验证了实验结果,并证明Sn-xTi/Al₂O₃体系的铺展动力学在很大程度上受控于吸附动力学.     

锐钛矿型氧化钛在高钙体系下的反应行为

对锐钛矿型Ti O2在高钙体系下的反应进行了热力学和动力学分析,确定了理论上能发生的反应,计算了活化能和反应级数并判断出反应控制类型.通过实验研究了锐钛矿型Ti O2在Ti O2-Ca O-Na Al O2体系下的反应行为.结果表明,在Ti O2与Ca O物质量的比为1,反应1 h,铝酸钠溶液中Na2O的质量浓度为220 g/L,Na2O与Al2O3物质量的比为3.1的条件下,随着温度的升高,首先Ti O2与Na OH反应生成Na2Ti O3,Ca(OH)2和Na Al(OH)4反应生成3Ca O·Al2O3·6H2O,反应产物3Ca O·Al2O3·6H2O与Na2Ti O3反应最终可以得到稳定的Ca Ti O3.锐钛矿型Ti O2可在220℃以上完全转型为Ca Ti O3,升高温度能促进钛向最终物相Ca Ti O3的转型.     

锰酸锂动力锂离子二次电池中主要化学元素的回收研究

介绍了锰酸锂废旧锂离子电池经放电处理后, 再对其进行拆解→活性物质剥离→酸溶→沉淀回收Mn、Li等工艺处理, 有效地回收了其中的锰和锂。实验结果表明：用2mol·L^-1的HNO₃+1mol·L^-1的H₂O₂体系,在固液比为65g·L^-1的情况下对经过600℃处理的锰酸锂进行酸溶效果最佳,LiMn₂O₄的溶解率为100％,锰的回收率达98％,所得Li₂CO3沉淀纯度可达97％以上。     

纳米Al2O3/膨胀石墨的制备及吸附性能

针对Al₂O₃和膨胀石墨（EG）单独作为吸附剂时存在不易分离和吸附性能较差等问题, 以EG为骨料、  Al(NO₃)₃9H₂O为铝源、  NH₃H₂O为沉淀剂、  无水乙醇为分散剂制备纳米Al₂O₃/EG, 并用Fourier变换红外光谱(FT-IR)、  X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等方法对吸附剂进行表征; 以Al₂O₃/EG为吸附剂, 对刚果红溶液进行吸附, 并考察加氨水方式、  活化温度、  活化时间、  Al₂O₃与EG质量比和浸渍时间对吸附性能的影响. 结果表明：  纳米级Al₂O₃成功负载在EG上; 逐滴加入氨水、  活化温度170 ℃、  活化时间3 h、  Al₂O₃与EG质量比为0.06∶1、  浸渍时间为20 min时, 吸附效果最好, 脱色率约为86%;  Al₂O₃/EG明显优于EG的吸附效果, 其脱色率是EG的2倍以上; 与Al₂O₃相比, 在吸附后的分离操作中, Al₂O₃/EG更易分离.