红土镍矿选择性还原焙烧过程中的相变转化

针对传统选矿方法难以回收低品位红土镍矿中有价金属镍的问题,采用选择性还原焙烧法研究了不同焙烧温度以及不同焙烧时间条件下红土镍矿(Ni品位为1.49％)中发生的微观结构变化以及相变转化.通过X射线衍射、扫描电镜及X射线能谱分析等测试手段分析表明,在不同焙烧温度及不同时间条件下经选择性还原后的红土镍矿中,镍氧化物逐渐被还原成镍铁合金相,铁氧化物主要转变成浮氏体相,硅酸盐主要以橄榄石形式存在.最后通过还原焙烧磁选试验证实,还原剂为烟煤,添加剂为NCS,两者用量分别为原矿质量的2％和7％,在1200℃条件下焙烧50 min,磁选分离得到镍铁产品中镍品位为9.78％,镍的回收率为92.06％,镍铁回收率差为62.51％,实现了红土镍矿中镍铁的选择性还原.     

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.     

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 .     

从低品位红土镍矿中高效回收镍铁

以低品位红土镍矿(w(Ni)=1.52%,w(Fe)=14.08%)为原料,采用一步还原焙烧-磁选工艺制取镍铁合金。考察反应温度、反应时间、还原煤量和复合添加剂对红土镍矿焙烧效果的影响。研究结果表明:在还原煤为20%、复合添加剂为12%、焙烧温度为1 200℃、通N2保护条件下焙烧180 min,原矿中的大部分氧化镍和少量氧化铁得到选择性还原;焙砂水淬急冷后常规磁选,得到Ni质量分数为10.74%,Fe与Ni的质量分数之比为4.5,Ni回收率为86.23%的镍铁精矿,达到从红土镍矿中高效回收镍铁的目的。     

红土镍矿原矿性质及其对直接还原焙烧的影响机理

以两种红土镍矿为研究对象,通过光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射等手段对试样进行了分析,对比其异同点,并进行选择性还原焙烧实验,研究红土矿原矿性质对其还原焙烧的影响.结果发现,两种试样所含主要矿物相同,载镍矿相同,镍在原矿中分布规律也相似,但由于Fe、Si和Mg含量的差异造成其选择性还原焙烧-磁选结果有很大差异.其原因可能是焙烧过程中铁、镁、钙等阳离子和硅氧离子形成不同硅酸盐,影响了焙烧矿的熔融性和镍的反应活性.     

Fe对Ni-Mn-Ga形状记忆合金相变和力学性能的影响

研究了Fe含量对Ni56Mn25 xFexGa19(x=0～10)合金的微观组织结构、相变行为、力学性能和记忆特性的影响规律.当x 4时,Ni56Mn25–xFexGa19合金仍然保持着单一的四方结构马氏体相;当x 6时,合金呈现为马氏体相和面心立方γ相组成的双相结构.相对于马氏体相,γ相为富Ni和富Fe相,其含量随Fe含量的增加而增加.随着Fe含量增加,合金的马氏体相变温度逐渐降低,其峰值温度从x=0时的356℃降低至x=10时的170℃,这主要归因于马氏体相尺寸因素和电子浓度的综合作用.通过添加Fe替代Mn在合金中引入的γ相可提高合金的强度和塑性,但最大形状记忆回复应变从x=0时的5.0%降低到x=6时的2.0%.     

红土镍矿选择性还原-熔分制备镍铁合金

以硅镁型红土镍矿为原料,采用金属化焙烧-熔分工艺,通过正交试验制备金属化球团,将所得金属化球团在1500℃条件下熔融分离30min提取镍铁合金,考察影响因素对实验结果的影响.结果表明:在选择性还原制备金属化球团过程中,对金属化率的影响程度从大到小的因素依次是C/O摩尔比、焙烧温度、焙烧时间和碱度;实验可获得镍品位19%的镍铁合金;在碱度为0.8~1.2范围内,S和P分配比随着碱度的升高而增大.利用X射线衍射和扫描电镜对金属化球团及熔融分离出的渣进行微观分析,发现加入的石灰石与复杂矿相反应可释放出简单镍氧化物和铁氧化物,促进还原反应的进行,当石灰石不足时,少量铁以Fe3+的形式存在于铁金属化率70%的金属化球团中.     

煤种对红土镍矿中镍选择性还原的影响机理

以某含镍1.86%(质量分数)、铁13.24%(质量分数)的红土镍矿为对象,分别采用石煤和无烟煤作为还原剂,考察了煤种对红土镍矿中镍的选择性还原的影响.结果表明,用石煤作为还原剂能够达到镍选择性还原的目的.X射线衍射及扫描电镜分析研究表明,还原过程中镍、铁先以镍纹石形式存在,随着煤用量增加,逐渐变为以铁纹石形式存在.同时随着煤用量的增加,焙烧后生成的含镍铁矿物中镍的比例逐渐递减,而铁的比例逐渐递增.石煤为还原剂时焙烧产物中主要以镍纹石的形式存在,同时金属铁的生成量比无烟煤作还原剂时低,因此采用石煤作还原剂比无烟煤作还原剂对镍还原具有更强的选择性,可以得到更高镍品位的镍铁精矿.     

铁磁形状记忆合金Mn_(50)Ni_(36)Sn_9Co_5中的动力学阻止和去阻止

用甩带快淬的方法制备了Mn50Ni36Sn9Co5合金.X射线衍射实验结果表明,Mn50Ni36Sn9Co5甩带合金在室温下为B2结构.磁性测量结果显示,当冷却场高于10 k Oe时,Mn50Ni36Sn9Co5甩带合金的磁结构相变在50 K时会发生动力学阻止.通过计算10 K时冻结的奥氏体相的成分比例发现,在0~90 k Oe范围内调节冷却场的大小,在低温被冻结的奥氏体相所占的比例可以在0%~50%范围内变化.此外,磁性测量结果还表明经过高场冷却冻结到低温的奥氏体相在给定温度下降低磁场或降低磁场后升温,这两个过程都能产生去阻止现象,但是两者都不能使其完全去阻止.     

褐铁矿和菱铁矿悬浮磁化焙烧反应行为及非等温动力学

为实现褐铁矿资源的低碳开发利用,本研究提出以菱铁矿作为清洁还原剂用于褐铁矿的磁化焙烧。在菱铁矿用量40wt%、焙烧温度700°C、焙烧时间10 min的最佳悬浮磁化焙烧条件下,磁选可以获得铁精矿铁品位65.92wt%、铁回收率98.54wt%的良好指标。磁性分析表明,悬浮磁化焙烧实现了弱磁性铁矿物向强磁性铁矿物的转化,从而实现了通过弱磁选回收铁矿物。相变分析表明,在悬浮磁化焙烧过程中,褐铁矿首先脱水并转化为赤铁矿,然后菱铁矿分解生成磁铁矿和CO,其中CO将新形成的赤铁矿还原为磁铁矿。微观结构演化分析显示,新生磁铁矿颗粒疏松多孔,颗粒结构明显破坏,有利于后续磨矿。非等温动力学分析结果表明,褐铁矿和菱铁矿之间的主要反应符合二维扩散机制,表明反应过程主要受CO扩散控制。试验结果为使用菱铁矿作为悬浮磁化焙烧的清洁还原剂提供了理论依据。     

高温稀土永磁合金Sm2(Co,Cu,Fe,Zr)17

利用粉末冶金的方法研制了3种成分为Sm(Cobal Fe0.24 Cu0.08 Zr0.027)70,Sm(Cobal Fe0.27 Cu0.05 Zr0.027)7.0,Sm(Cobal Fe0.36 Cu0.05 Zr0.026)7.0的高温永磁合金,并对其磁性能、温度稳定性和显微结构进行了分析.研究结果表明常温时,3种永磁合金都具有较高的磁性能,其中,合金样品Sm(Cobal Fe0.27 Cu0.05 Zr0.027)7.0的内禀矫顽力(2 165.6kA.m-1)和磁能积(212.0 kA.m-3)最大;200℃时,3种合金的磁性能降低,但仍具有较大值;增加Co和Fe的含量,可提高材料的剩磁,当Zr的含量较大时,合金的矫顽力较高;3种磁体的温度系数都较低,最高使用温度均在400℃以上,大大高于一般商用磁体的使用温度;增加Sm,Co,Cu的含量和减少Fe的含量可以提高材料的温度稳定性;合金中含有Sm2(Co,Fe)17主相、Sm(Co,Cu)5相、Zr的化合物等;Sm(Co,Cu)5相、单质Zr、晶粒边界等钉扎畴壁,使合金具有较高的矫顽力.     

锂离子电池正极材料LiNixCo1 - xO2局域结构的研究

对合成制备的LiNixCo1 - xO2正极材料及其稀土金属Ce元素添加改性的正极材料进行了X射线衍射(XRD)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)表征.结果表明,随着焙烧温度的升高,物相组成趋于单一,晶格趋向完整,800 ℃时完全形成LiNiO2、LiCoO2晶相结构.LiNixCo1 - xO2样品中Ni/Co摩尔比不影响LiNiO2晶相的形成,而只影响其晶相组成;掺杂的稀土金属Ce元素以CeO2状态存在于产物中,CeO2对LiNiO2晶相形成有一定的影响;LiCoO2的焙烧温度不能大于900 ℃,否则Co被氧化为Co3O4;样品中Ni与Co原子的局域结构,除Ni与Co原子相互影响外,掺杂Ce后对它们的局域结构也有较大影响.     

MnFe_(1-x)Z_xP_(0.77)Ge_(0.23)(Z=Co,Ni)系列化合物的结构与磁性

利用高能球磨法和粉末烧结法制备了MnFe_(1-x)Z_xP_(0.77)Ge_(0.23)(Z=Co,Ni)系列化合物,研究了样品的物相结构、磁热效应及电子状态.X射线衍射结果表明,该系列化合物均形成Fe2P型六角结构,空间群为P62m.用Co和Ni分别替代Fe,随着Co和Ni含量的增加,晶格常数a逐渐减小,c逐渐增加.磁性测量结果表明,MnFeP_(0.77)Ge_(0.23)化合物的居里温度为360K,用Co和Ni分别替代Fe后,随着Co和Ni含量的增加,化合物的居里温度、热滞和等温磁熵变均降低.FeL_3边XANES分析结果表明,用Co和Ni分别替代Fe后,Fe的+3价态减弱,Fe的+2价态增强.     

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     

红土镍矿焙烧过程中的矿相转变及其对气体还原的影响

研究了印度尼西亚红土镍矿焙烧过程中的矿相转变过程以及焙烧温度对混合气体 (V (CO) : V (O₂)=50 : 50)还原的影响. 采用差热/热重分析(differential scanning calorimeter/thermal gravimetric, DSC/TG)、比表面积分析法(Brunauer Emmett Teller, BET)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)等方法综合考察了各因素对红土镍矿焙烧过程及其对后续还原的影响. 结果表明: 在焙烧阶段, 红土镍矿中的针铁矿在 300°C 左右脱除结晶水形成赤铁矿, 600~700 °C时蛇纹石分解形成无定形态硅镁酸盐, 且当温度继续升高时无定形态硅镁酸盐会结晶形成橄榄石; 利用混合气体 (V (CO) : V (O2)=50 : 50)还原红土镍矿时, 随着焙烧温度的升高, 镍和铁的金属化率也逐渐升高, 经700°C焙烧后, 还原产物镍的金属化率最高可达86.81%, 但是当焙烧温度超过橄榄石结晶温度时则不利于红土镍矿的还原, 镍的金属化率降至66.73%.     

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。     

从原子结构探讨贵金属在提取冶金过程中的行为

从原子结构特征分析了第Ⅷ族和IB族中Fe、Co、Ni、Cu 3d贱金属元素与其余8个贵金属元素化学性质的差异,以及Ru、Rh、Pd、Ag 4d贵金属与Os、Ir、Pt、Au 5d贵金属化学性质的差异。指出横向比较时,它们的化学稳定性都是从左到右增大;纵向比较时,化学稳定性是3d<4d<5d。以从硫化铜镍矿中提取富集贵金属为例,讨论了焙烧-还原熔炼-氧化吹炼等火法过程及电解富集、阳极泥硫酸化处理、湿法氯化、加压氧化、选择性还原等湿法过程中贵金属的行为。     

TiFe_(0.9-x)Ni_xZr_(0.1)Mn_(0.2)(x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金的贮氢性能研究

采用高频感应熔炼法制备TiFe0.9-xNixZr0.1Mn0.2(x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金,系统地研究Ni部分取代Fe对TiFe0.9-xNixZr0.1Mn0.2(x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金相组成与贮氢性能的影响。XRD分析结果表明:合金主要由NiTi,FeTi和(Fe,Ni)相组成,在x=0.1~0.2时,有少量的FeZr2相,随着Ni含量的增加,FeZr2相消失,同时有TiMn2相产生。压强—成分—温度(PCT)测试结果表明,TiFe0.6Ni0.3Zr0.1Mn0.2合金的贮氢量最高,其吸氢量为1.46 wt%。电化学测试结果显示,合金电极放电容量随着Ni含量的增加而增大,TiFe0.8Ni0.1Zr0.1Mn0.2合金的放电容量为34 mAh/g,而TiFe0.5Ni0.4Zr0.1Mn0.2合金电极的放电容量则达156 mAh/g。     

CaO在红土镍矿直接还原焙烧中的作用机理

以Ni和Fe质量分数分别为1.46%和26.68%的红土镍矿为研究对象,进行直接还原焙烧-磁选试验研究,并对焙烧矿进行X线衍射(XRD)与扫描电镜(SEM)分析以研究CaO的作用机理。研究结果表明:使用含CaO的组合添加剂能够达到磁选精矿中镍质量分数为8.58%、回收率为88.15%的最佳试验效果。在直接还原焙烧过程中,添加的CaO能够在焙烧过程中与硅酸盐矿物反应生成辉石、提高含镍硅酸盐的反应活性、促进镍的还原并且能够降低还原过程中NiO与SiO2结合的概率,提高镍的回收率。     

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.