镍铁矿选择性还原焙烧相变研究

对镍铁矿原料及不同温度还原焙砂进行矿物学研究,探究镍铁矿选择性还原焙烧发生的相变.研究结果表明:镍铁矿主要金属矿物为褐铁矿,其次为赤铁矿;Ni在不含锰的铁矿物中分布较均匀,而在含Mn的铁矿物中分布相对集中,并与Mn伴生.镍铁矿在还原焙烧过程中Fe、Ni和Co随温度升高逐渐发生还原、相转化和迁移富集的过程.选择性还原焙烧必须严格控制焙烧温度,要达到Ni、Co和Fe的选择性还原并形成Ni高、Fe低的合金相和磁铁矿,焙烧温度采用750℃较合适,在该温度下形成的合金相组成为55.55%Ni、9.86%Co及33.99%Fe,Ni的金属转化率为88.49%,铁氧化物主要为磁铁矿.     

利用二元钠盐体系处理钒渣的清洁焙烧工艺

试验研究了利用二元钠盐(NaOH-Na₂CO₃)对钒渣进行焙烧,并分析了相关动力学参数对焙烧效果的影响.结果表明:在二元钠盐焙烧过程中,焙烧温度、焙烧时间及NaOH与Na₂CO₃质量比对渣中钒、铬的浸出率影响重大;焙烧过程中,Fe₃O₄被氧化为Fe₂O₃,V₂O₅和Cr₂O₃分别被氧化为β钒酸钠型结构的Na₃VO₄与正交晶系结构的Na₂CrO₄;最佳焙烧条件下,NaOH与 Na₂CO₃质量比为1.5∶1,焙烧温度为600℃,焙烧时间为60min,此时钒与铬的浸出率分别为98.66%与83.57%;浸出尾渣的主要金属元素为Fe.     

机械活化硫铁矿还原Fe 3+反应动力学

硫铁矿烧渣是生产硫酸时产生的固体废弃物.在50%的硫酸溶液中加入硫铁矿烧渣,于115 ℃反应4 h后过滤得到硫铁矿烧渣酸浸液.当酸浸液中Fe 3 和Fe 2 的浓度分别为2.016 mol/L和0.138 mol/L时,取酸浸液500 mL,加入40 g硫精矿,在90 ℃下反应240 min,Fe 3 被还原成Fe 2 的转化率只有26.30%;加入40 g机械活化硫精矿,在90 ℃下反应240 min,Fe 3 被还原成Fe 2 的转化率达到76.75%.实验结果表明:通过机械活化,硫铁矿反应活性大大提高;机械活化硫铁矿与硫铁矿烧渣酸浸液中Fe 3 反应符合收缩未反应芯模型,属化学控制;反应动力学方程为1-(1-x) 1/3=kt,其活化能E-0为35.12 kJ/mol.     

采用焙烧-水浸法从报废锂离子动力电池中回收金属

锂离子动力电池在新能源汽车中已获得广泛应用,其报废后Li、Ni、Co、Mn等金属清洁高效回收对促进有色金属循环利用具有重要意义.从LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂为正极材料的锂离子动力电池中回收Li、Ni、Co、Mn,并采用TG-DSC、XRD、ICP-OES、XPS、热力学分析等研究了回收过程物相演变规律及影响金属回收率的主要因素.结果表明:由LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂与NaHSO₄·H₂O组成的混合物,经过焙烧后Li、Ni、Co、Mn元素的赋存状态发生改变,从不溶于水的复杂金属氧化物形式,转化为可溶于水的金属硫酸盐形式.焙烧产物在一定条件下用水浸出后,Li、Ni、Co、Mn元素以金属离子的形式转移到水溶液中获得回收.混合物的组成、焙烧温度对Li、Ni、Co、Mn元素在焙烧产物中的赋存形式呈现制约关系,也是影响Li、Ni、Co、Mn金属回收率的主要因素.     

废旧三元正极粉的氢碳协同还原提锂机制

针对废旧三元正极粉,选用氢气和碳作为共还原剂,通过调控还原产物组成,达到高效优先提锂的效果,研究氢和碳在正极粉还原过程中的协同提锂机制。研究结果表明：在气体流量0.3 L/min、碳含量1.88%、焙烧温度600℃、焙烧时间1 h的最优条件下,废旧三元正极粉被还原为Ni、Co、MnO和LiOH,碳含量和焙烧温度参数的调控对正极粉的还原以及锂物相的转变至关重要。在反应温度为25℃、液固比为5:1(mL/g)、反应时间为20 min的条件下,锂的浸出率达到93.4%,而其他金属均留在渣相中。基于不同锂盐溶解度的不同,采用碳化沉淀的方法处理提锂液,得到了纯度为99.7%的Li₂CO₃产品。     

镍负载量对自热转化催化剂Ni/γ-Al2O3性能的影响

利用常压固定床微反色谱联用装置、X 射线衍射 (XRD)以及程序升温还原等分析手段 ,考察了镍负载量对自热转化催化剂Ni/γ Al2 O3 的活性和还原性能的影响。实验结果表明 ,对于 10 0 0℃下焙烧的模型催化剂Ni/γ Al2 O3,用XRD检测均未发现NiO(2 0 0 )特征峰 ;而当镍含量达到 8.1%时 ,XRD可检测到以尖晶石形式存在的镍。模型催化剂中NiAl2 O4 的还原性能低于NiO。催化剂中镍的负载量在一定范围内增加 ,可使起始还原温度下降 ,催化剂转化活性升高。分析结果表明 ,镍负载量为 7.7%的催化剂还原温度低 ,转化活性很好 ,能有效地抑制催化剂的积炭 ,具有最佳的综合性能     

含铝钛合金电渣重熔中的渣系设计及脱氧热力学

以炉渣离子、分子共存理论为基础,1Cr21Ni5Ti钢为研究对象,Al为脱氧剂,根据熔渣-金属中各个组元的平衡反应和质量守恒,建立了脱氧热力学模型,并在脱氧基础上设计了渣系.在脱氧剂Al不同的加入量条件下对1Cr21Ni5Ti钢中的Si,Al,Mn的平衡质量分数和渣中Ti O2的需求量进行了计算,Ti O2的加入保证了钢中Ti的含量.结果表明:随脱氧剂Al的增加,Si,Al,Mn,Al2O3的平衡质量分数呈上升的趋势,Si O2,Fe O,Mn O以及渣系中Ti O2的设计量呈下降的趋势;当Al加入量达到0.2%后,渣中不稳定氧化物含量很低,大部分Al进入到钢液中,造成钢液增[Al].根据1Cr21Ni5Ti的Si,Al,Mn的成分要求,得到Al的最大加入量为0.15%/吨钢,此时渣系中Ti O2的设计量为4%,达到保钛的目的.     

Fe,Co,Ni/MgO对氨还原SO_2到单质硫的催化性能

采用固定床流动反应装置研究了高温焙烧的负载型催化剂 Me/ Mg O(Me为 Fe,Co,Ni)对氨还原 SO2 到单质硫反应的催化性能 ,活性评价结果表明 ,Fe/ Mg O催化剂对该反应SO2 的转化率 C%和生成硫的产率 Y%都明显高于其它两种催化剂 .TPR、XRD结果表明 ,催化剂的活性大小与其还原行为及载体表面和活性组分的相互作用密切相关 ;Co/ Mg O和 Ni/Mg O催化剂在反应前后都有新物相 (Co,Mg) O和 Mg Ni O2 固溶体形成 .     

大洋多金属结核与低品位硫化镍矿耦合浸出特性

基于低品位硫化镍矿的还原活性和大洋多金属结核的氧化活性,提出复杂低品位多金属矿的耦合酸浸处理工艺。主要考察Mn与S矿石质量比、硫酸浓度、温度对主金属元素浸出的影响,并采用XRD和SEM-EDS及电化学极化、循环伏安等分析耦合酸浸处理过程中主金属元素的浸出特性。研究结果表明:在最佳条件即Mn与S矿石质量比为0.55、初始硫酸浓度为1.3 mol/L、温度为355 K时,Ni,Mn,Cu,Co和Fe的浸出率分别为96.8%,97.3%,92.2%,97.9%和28.9%;金属硫化物还原MnO_2而溶出结核中Ni,Cu和Co,同时自身被氧化腐蚀成S0,SO_4~(2-)和金属离子而溶解;将Fe以铁矾或氧化矿物形式沉淀在渣相中,选择性浸出Ni,Mn,Cu和Co可行;耦合酸浸工艺利用矿石的氧化还原活性,实现了不同类型的复杂低品位矿石中有价金属的高效提取。     

白云鄂博尾矿一步法焙烧实验研究

采用差热分析(TG-DTA)和X射线衍射(XRD)方法研究了C-Ca(OH)₂-NaOH体系焙烧白云鄂博尾矿的过程,考察了焙烧温度、焙烧时间、煤用量、Ca(OH)₂用量及NaOH用量对尾矿中稀土矿分解和赤铁矿还原的影响.结果表明:在焙烧温度为650℃,焙烧时间为60min,煤加入量为2%,Ca(OH)₂加入量为4%,NaOH加入量为2%的条件下,赤铁矿可以有效地还原为磁铁矿,还原磁化率为2.37;同时,稀土矿有效地分解成稀土氧化物,稀土浸出率达98.39%.     

土壤Cr(Ⅵ)稳定化修复材料的野外应用研究

以河南某铬渣堆Cr(Ⅵ)污染严重的土壤为研究对象，选取腐殖酸(HA)、多硫化钙(CPS)、FeSO₄、Na₂S、Na₂S₂O₃、抗坏血酸(VC)6种稳定剂开展Cr(Ⅵ)污染土壤稳定化实验，通过考察土壤及其浸出液中的Cr(Ⅵ)含量和pH在3～28 d内的变化情况，筛选出适合实际场地修复的最佳稳定剂。结果表明：CPS对Cr(Ⅵ)污染土壤的稳定化修复具有良好的效果，极大地降低土壤Cr(Ⅵ)及其浸出液Cr(Ⅵ)含量，但造成了土壤碱性问题；将酸性稳定剂FeSO₄和碱性稳定剂CPS按照质量分数3%和2%制成的混合稳定剂(T3稳定剂)作用于Cr(Ⅵ)污染土壤，表现出显著稳定化效果同时几乎不影响土壤pH；将T3稳定剂应用于野外Cr(Ⅵ)污染场地的稳定化修复，修复后的土壤及其浸出液的Cr(Ⅵ)含量均低于相关标准限值。研究显示，该技术可为后期Cr(Ⅵ)污染场地大规模土壤修复应用提供工作方法和技术支撑。     

稀土系贮氢三元合金的生成焓计算

利用 Miedema理论和几何模型计算了合金 La- M,Ni- M( M=La,Ni,Co,Mn,Al,Cr,Fe,Cu,Ga)和稀土系贮氢三元合金系统 La Ni5- x Mnx( M=Co,Mn,Al,Cr,Fe,Cu,Ga)的生成焓 ,计算结果与已有实验结果符合得较好 .结果表明 ,添加合金组元 Mn,Co,Cr,Fe和 Cu,三元合金 La Ni5- x Mx 的生成焓有不同程度的增大 ,而添加Al,Ga生成焓则明显减小 .讨论了生成焓对高温氢化时合金发生歧化反应的影响 ,合金的生成焓愈大 ,对歧化反应愈有利 .计算得到的生成焓数据与实验获得的合金歧化反应趋势和程度相符合     

Fe,Co,Ni／MgO对氨还原SO2到单质硫的催化性能

采用固定床流动反应装置研究了高温焙烧的负载型催化剂Me/MgO(Me为Fe,Co,Ni)对氨还原SO2到单质硫反应的催化性能,活性评价结果表明,Fe/MgO催化剂对该反应SO2的转化率C％和生成硫的产率Y％都明显高于其两种催化剂,TPR,XRD结果表明,催化剂的活性大小与其还原行为及载体表面和活性组分的相互作用密切相关,Co/MgO和Ni/MgO催化剂在反应前后都新物相（Co,Mg)O和MgNiO2固溶体形成。     

沉淀法回收对二甲苯氧化母液中Co、Mn催化剂

采用化学沉淀法回收对二甲苯(PX)氧化母液中的Co、Mn离子,分别采用草酸溶液和草酸与NaOH混合溶液使Co、Mn离子以草酸盐的形式沉淀分离出来.考察了草酸用量、反应温度、反应时间对Co、Mn离子回收率的影响.研究结果表明,草酸法回收时,适宜的反应条件为:草酸与(Co+Mn)离子摩尔比为1,反应温度40 ℃,反应时间60 min,在此反应条件下,Co、Mn离子的回收率分别为99.8%、99.2%.草酸与NaOH复合回收时,适宜的反应条件为:草酸与NaOH的摩尔比为1,草酸与(Co+Mn)离子摩尔比为1,反应温度40 ℃,反应时间45 min,在此反应条件下,Co、Mn离子的回收率分别为99.8%和99.9%.     

Mo-Ni/γ-Al2O3甲烷化催化剂研究(Ⅱ)制备条件及还原条件对催化剂结构的影响

用程序升温还原 ( TPR)、程序升温脱附 ( TPD)、X射线粉末衍射 ( XRD)及透射电子显微镜 ( TEM)等法对分步浸渍法制备的一系列 Mo-Ni/ γ-Al2 O3甲烷化催化剂的结构进行了表征 .考察了浸渍液的 p H值、焙烧温度及还原温度对催化剂的表面结构的影响 .结果表明∶先浸 Mo时 ,调 ( NH4 ) 6Mo7O2 4 溶液的 p H=3、浸 Mo后 50 0℃焙烧的催化剂易于还原 ,而且能抑制后浸 Ni时 ,难还原铝酸盐的形成 ;浸 Ni时 ,调 Ni( NO3) 2 溶液的 p H=8,浸后 4 30℃焙烧的催化剂易于还原 ;浸 Mo后 ,650℃焙烧易形成难还原的 Al2 ( Mo O4 ) 3,浸 Ni后 530℃焙烧的催化剂易形成难还原的 Ni Al2 O4 与类 Ni Al2 O4 铝酸盐 .催化剂于 50 0℃还原时 ,还原态的 Ni最多 ,4 50℃还原时有利于 Mo-Ni合金的形成     

不锈钢冶炼电炉渣结构性质及浸出行为研究

研究电弧炉(EAF)渣的结构性质及渣中重金属离子的浸出行为.结果表明,EAF渣呈碱性,渣中Fe、Cr和Ni等金属元素主要以金属颗粒、(Cr,Al)2O3和(Fe,Mn,Mg)(Cr,Al)2O4晶体形式存在,具有较高的回收价值;电炉渣中可浸出重金属离子含量未超出国家标准,但存在Cr(III)再氧化为Cr(VI)的可能;Cr(VI)浸出量随浸出时间延长而增加,且Cr(VI)在蒸馏水中的浸出能力较冰醋酸中强.因此,EAF渣应尽量避免堆放或填埋在低pH场所,以防止其中重金属离子浸出.     

L1_0-TiAl金属间化合物3d过渡金属合金化力学性能计算

采用第一原理赝势平面波方法研究了TiAl-X(X为3d过渡金属)超胞合金体系的几何、能量与弹性常数.通过计算、比较、分析Ti7Al8X与Ti8Al7X超胞的合金形成能,得出3d过渡金属在L10-TiAl合金中的占位情况:Sc、V和Cr主要优先占据Ti原子位,Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn则主要优先占据Al原子位.合金化超胞模型的晶体正方度(c/a)显示Mn、Fe和Co明显有利于改善TiAl合金的室温塑性.而比较其G/B值,V、Mn、Co和Ni具有韧化TiAl金属间化合物的作用.两者与实验结论不一致的原因可能在于合金化原子的浓度.     

TSR 反应中地球化学条件的热力学估算

从化学热力学的角度, 通过热力学计算和绘制热力学相图, 针对硫酸盐热化学还原反应(TSR反应)和H₂S对碳酸盐岩的溶蚀两个化学反应过程, 判别其发生的可能性、方向和物理化学条件, 求取不同温度下CaSO₄ (或SO₄²⁻)被直接还原为H₂S的离子浓度、pH和氧化还原条件; 指出在地质体系中, 当CaCO₃处于沉淀–溶解的边界时, 少量酸性流体的加入就会使沉淀转为溶解, 而当Ca²⁺和CO₃²⁻浓度升高时, 又达到新的沉淀–溶解平衡。H₂S对CaCO₃的溶蚀在深度约为1000 m时达到最佳效果, 长期、多次的TSR反应才能产生充足的酸性流体(即H₂S), 这是溶蚀改造碳酸盐岩储层达到明显效果的必要条件。     

磷酸铵强化硫化蓝铜矿及其对浮选的影响

蓝铜矿是一种重要的氧化铜矿物,采用常规的硫化–黄药浮选法回收蓝铜矿时浮选效果不理想。本研究通过微浮选试验、飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)、Zeta电位、接触角、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱和紫外–可见光(UV–Vis)光谱检测研究了(NH₄)₃PO₄和Na₂S对蓝铜矿表面的强化硫化效果。微浮选试验表明,(NH₄)₃PO₄和Na₂S同时加入可提高蓝铜矿的可浮性;ToF-SIMS和XPS分析表明,与蓝铜矿–Na₂S体系相比,(NH₄)₃PO₄和Na₂S处理后的蓝铜矿表面硫组分含量较高,Cu(I)组分含量也得到增加;硫化前采用(NH₄)₃PO₄预处理后,蓝铜矿表面Zeta电位呈负偏移,且矿物表面的接触角增大,即(NH₄)₃PO₄的加入增强了蓝铜矿表面的硫化,促进了黄药的吸附;FT-IR和UV–Vis分析表明,在蓝铜矿浮选过程中,(NH₄)₃PO₄的加入增加了矿物表面黄药的有效吸附量,降低了黄药的使用量。因此,(NH₄)₃PO₄有利于蓝铜矿的硫化浮选。     

Al含量对Fe?10Mn?xAl (x = 0.035wt%, 0.5wt%, 1wt%, 2wt%)合金体系和CaO?SiO2?Al2O3?MgO精炼渣反应的影响

轻量化是世界汽车发展的方向,中高锰钢因高强、高塑、高加工硬化率等优异的力学性能引起了人们的很大关注。除Mn含量高外,该钢种通常含有较高的Al以降低材料密度、防止氢延迟断裂等。因合金含量高,钢液中的溶质元素和顶渣会发生较强的渣/钢反应,进而对钢液、顶渣、洁净度等产生重要影响。本文旨在研究不同Al含量的中锰钢与精炼渣的反应及其影响。本文采用渣/钢平衡的实验方法研究了不同Al 含量(0.035wt%, 0.5wt%, 1wt%, 2wt%)的Fe?10Mn?xAl 合金体系与CaO?SiO₂?20wt%Al₂O₃?6wt%MgO (CaO/SiO₂ = 4)精炼渣之间的反应,及其对钢液和炉渣成分、非金属夹杂物的影响;在实验基础上,对钢液和炉渣成分变化以及夹杂物转变进行了热力学分析与讨论。研究结果表明,渣/钢反应后,钢中Al含量显著降低,初始Al含量对反应后钢、渣的成分有重要影响。随着初始Al含量增加,钢中的Si和渣中的Al₂O₃逐渐增加,而渣中的SiO₂和MnO逐渐减少。造成该变化的原因是:随着初始Al含量增加,钢液中的Al逐渐替代Mn与渣中SiO₂反应,即渣/钢之间的主控反应由2[Mn] + (SiO₂) = 2(MnO) + [Si]转变为4[Al] + 3(SiO₂) = 2(Al₂O₃) + 3[Si]。随着初始Al含量增加,钢中夹杂物类型也发生很大变化,转变路线为:MnO → MnO?Al₂O₃?MgO → MgO → MnO?CaO?Al₂O₃?MgO 和 MnO?CaO?MgO,相应的夹杂物形状由球形变为不规则状,最后又变为类球形。其转变机理是:随着初始Al含量增加,钢中Al逐渐替代Mn与渣中SiO₂反应,且Mg、Ca依次从渣中还原进入钢液,故而夹杂物类型发生上述转变。