基于最小Gibbs自由能原理的铁氧化物气固还原热力学研究

基于最小Gibbs自由能原理建立了铁氧化物气固还原反应的热力学模型,由模型计算结果作出铁氧化物气固还原反应平衡图,与文献中实验数据吻合良好.与常用冶金学教材和热力学数据库中给出的参考数据进行了对比,不同来源的热力学数据差异较大.探究了铁氧化物逐级还原的热力学平衡情况.计算了CO和H2混合气体还原铁氧化物的热力学平衡,推导了平衡时气体总利用率η总 的计算公式,作出了CO和H2混合气体还原铁氧化物的三维平衡图,并与文献中实验数据对比,验证了结果的正确性.     

非化学计量对铁氧化物还原热力学平衡的影响

铁氧化物是具有非化学计量比的化合物,非化学计量对铁氧化物的还原过程带来一系列影响。本文采用Dieckmann缺陷模型和Weiss的浮氏体理想固溶体模型分别对非化学计量比的磁铁矿和浮氏体进行了热力学计算。同时根据电荷守恒和物质守恒,对铁氧化物固溶体的综合缺陷度δ与还原失重率和亚铁含量的关系进行了分析,以期对实验终产物的判定提供依据。通过理论分析与计算,最终明确了不同化学计量比的磁铁矿和浮氏体在不同温度下的平衡还原势PCO(H2),即相应的优势区图。在给定还原势的纯赤铁矿等温还原过程(未有金属Fe生成时),当失重率小于6%时,还原产物属于Fe3+占优势的磁铁矿区域;当失重率高于6%时,反应进入Fe2+占优势的浮氏体区域。     

氧化物型杂质或添加剂对铁氧化物还原动力学的影响

系统地顾铁氧化物还原动力学中氧化物型杂质或添加剂的影响,进行了必要的量化分析,其影响的特点与杂质含量,杂质存在形式和加入方法,样品的寝化学组成和物理性状,还原剂的种类反应温度,还原分类等多种因素有关。     

铁酸锌气体还原的热力学分析

根据热力学原理,计算并分析了含锌冶金粉尘中的重要成分ZnFe2 O4在CO- CO2气体还原过程中的热力学行为. ZnFe2 O4的气体还原遵循逐级还原规律,且ZnFe2 O4很容易被CO还原到ZnO和Fe3 O4.较高温度条件下,ZnO的气体还原易于FeO的还原.随着反应温度升高,锌完全反应和挥发所需要的CO含量不断降低,当反应温度从1100 K升高到1400 K时所需的CO体积分数由0.4降低到0.01以下.要达到还原分离金属锌的目的,不必将铁氧化物还原到金属铁,而只需将铁氧化物还原到Fe3 O4或FeO,同时满足锌的还原条件即可.在高炉炉身中上部,由于发生锌的还原反应和内部循环,给高炉生产带来危害,因此应减少和控制高炉的锌负荷.     

铁帽型含金复合矿直接还原过程铁氧化物行为

对铁帽型含金复合矿煤基直接还原过程的铁氧化物行为进行了研究，提出了将矿粉配入添加剂及煤混合压制团块直接还原－磁选分离－含金尾矿氰化浸出新工艺．采用该工艺处理某铁帽型含金复合矿，可直接从矿石中提取金和海绵铁两种产品，并用粉晶Ｘ射线衍射对其反应机理进行了验证．结果表明，直接还原过程中，不仅包含铁氧化物的还原相变，同时还存在铁氧化物同其它氧化物之间的固相反应．     

碱性氧化物酸碱性的热力学分析

基于化学反应中温度与吉布斯自由能变化量以及温度与平衡常数的关系,对部分碱性氧化物与水或酸性氧化物CO2反应体系进行了热力学分析,通过数据处理得出了碱性氧化物酸碱性变化规律,此项工作对碱性氧化物热稳定性和酸性氧化物变化规律的探讨有一定的参考价值。     

韩国丛毛单胞菌CY01的铁还原和腐殖质还原

从广东四会原始森林土壤中分离到一株能高效还原Fe(Ⅲ)和腐殖质(HS)的兼性厌氧菌,编号为CY01.该菌株被鉴定为Comamonas koreensis.厌氧条件下,能氧化的电子供体有:丙三醇、葡萄糖、蔗糖;能还原的Fe(Ⅲ)有柠檬酸铁、氢氧化铁、水铁矿、针铁矿,还可以还原HS的类似物AQDS(2,6-双磺酸蒽醌).在这些厌氧氧化还原过程中,Fe(Ⅲ)和AQDS是CY01的电子受体.结合菌株CY01的形态学、生理生化和分子生物学特性,将菌株鉴定为Comamonas koreensis.     

热力学能和焓的变化量求算公式的使用条件探讨

为了详细讨论热力学能和焓的变化量的计算公式ΔH=Cp(T2-T1)和ΔU=CV(T2-T1)的使用条件,本文比较了推导该公式的两种不同方法的差别,揭示了热力学变量之间的内在规律。此计算公式应用于理想气体的任何过程而没有等压等容条件的原因是由于理想气体的热力学能和焓只是温度的函数。     

风化壳中主要铁氧化物矿物的研究进展

铁氧化物是成土作用的最终产物,是古气候环境演化的良好信息载体,它们的成分结构、组合特征、相态转化和赋存形式等在一定程度上记录了形成时的沉积环境状况。本文在基于国内外有关铁氧化物研究的基础上,结合前人已取得的相关研究成果,综述了风化壳中铁氧化物矿物的主要类型、成因、常用定量分析方法、气候演变信息以及当前研究存在的不足之处。     

W-Ni-Fe复合氧化物粉末的还原工艺

利用两阶段还原法对W-Ni-Fe复合氧化物粉末进行还原,控制还原工艺的参数制得纳米级W-Ni-Fe复合粉末.采用XRD对粉末进行物相分析,并计算晶粒尺寸;采用高倍SEM观察粉末形貌;对复合粉末的费氏粒度、比表面面积、氧含量等进行测定与分析,研究还原温度和还原时间对粉末性能的影响.研究结果表明:当还原温度高于600℃时制得的复合粉末由W和(Ni,Fe)两相组成;粉末颗粒呈球形或近球形;还原温度和还原时间都对W-Ni-Fe复合粉末的性能有显著影响,当还原温度为700℃,还原时间为90 min时,制备的颗粒为平均费氏粒度低于0.65μm,平均BET粒度小于100nm,晶粒粒径小于30 nm,粉末氧含量小于0.23%的纳米级W-Ni-Fe复合粉末.     

一株腐殖质和铁还原菌的分离和鉴定

从广东四会原始森林土壤中分离到一株能高效还原Fe(Ⅲ)和腐殖质(HS)的兼性厌氧菌,编号为CY01.菌株CY01细胞壁革兰氏染色为阴性,细胞为杆状,大小为(1.2～1.5)μm×(0.3～0.4)μm,没有鞭毛,没有运动性,在有氧条件下氧化酶和接触酶均呈阳性反应,最适生长温度为25～30℃C,最适生长pH为6.5～7.0.16S rDNA基因序列分析结果表明:菌株CY01与其亲缘关系最近的属为Comamonas(丛毛单胞菌属),该属内和CY01亲缘关系最近的种Comamonas Koreensis(韩国丛毛单胞菌)的16SrDNA序列相似值为98%,DNA G+C物质的量百分含量为64.8.用Biolog GN2系统鉴定的结果显示,有氧条件下,在提供的96种不同碳源中,CY01只能利用其中的38种.结合菌株CY01的形态学特征、生理生化特性和分子生物学特性,将菌株鉴定为Comamonas Koreensis.该菌所具有的Fe(Ⅲ)和HS还原特性为首次报道.     

还原剂对高磷鲕状赤铁矿直接还原过程铁还原的影响

采用添加脱磷剂直接还原焙烧--磁选的工艺制备直接还原铁,研究了不同还原剂对高磷鲕状赤铁矿直接还原过程铁还原的影响.实验结果和扫描电镜分析表明,还原剂中固定碳和挥发分含量对于焙烧产物中金属铁晶粒的聚集、增多和长大以及所得还原铁指标影响较大.焦炭和无烟煤所得焙烧产物中金属铁晶粒与脉石矿物结合较紧密,难以在磨矿过程中实现单体解离.褐煤所得焙烧产物中金属铁晶粒出现明显的连接和长大,且与脉石矿物界限分明,嵌布粒度较粗,有利于铁颗粒与脉石矿物的解离,从而其铁回收率较其他还原剂高.     

氧化亚铁颗粒氢还原过程的结构演变

采用热重法实验研究了773~1273 K氧化亚铁的等温氢还原动力学,发现873 K温度以上,反应动力学曲线有明显转折,说明反应机理发生了变化.在973~1073 K的温度范围,出现了反常的温度效应,即反应速率随温度升高而减小.为讨论产物结构对反应动力学的影响,分别对不同温度的反应产物,以及一定温度不同还原状态(不同反应时间)的产物进行形貌观察.结果显示,随着反应温度升高,还原产物表面的孔洞增多,枝状特征显著增加,而973 K和1023 K时表面的烧结现象明显.一定温度下,随着反应进行,表面的孔洞增多,并逐渐出现烧结.973 K和1023 K温度条件下反应产物大体保留原来的大颗粒外形,而1173 K时还原2 min开始,就大量出现枝状产物,并逐渐烧结.结合产物形貌变化和反应动力学曲线,反应前期为界面化学反应控速,随着反应进行,还原的金属铁发生烧结现象,致密的结构阻碍了产物气体向外扩散,反应控速环节转变为产物气体的外扩散,还原速率也随之降低.     

氯化物中黄钠铁矾除铁的热力学与动力学

对氯化物体系中锰结核浸出溶液采用黄钠铁矾净化除铁的热力学与动力学进行了研究．热力学分析表明，氯化物溶液中氯离子浓度升高能增大黄钠铁矾的溶解度，但在一般情况下（如ｃＣｌ－＜１０ｍｏｌ／Ｌ），完全可以将溶液中的铁以铁矾形式降到理想的程度；黄钠铁矾生成的最佳ｐＨ值范围为１．０～３．０；溶液中钠离子浓度升高有利于铁矾沉淀．动力学研究表明，氯化物中黄钠铁矾形成的表观活化能为９４．６６ｋＪ／ｍｏｌ，沉矾过程受化学反应控制．这些研究结果对锰结核浸出液中铁的分离以及氯化物体系中铁矾的沉淀具有指导作用．     

锰钒铈复合氧化物选择性催化还原反应的催化性能及热失活特性

采用浸渍法制备Ti O2负载的锰钒和锰钒铈系列复合氧化物催化剂,并研究金属成分投放量及老化处理对催化剂比表面积和选择性催化还原反应(SCR)催化性能的影响.结果表明:Mn O2和V2O5都会恶化锐钛矿型Ti O2的热稳定性,且Mn O2的恶化作用更强,氧化铈具有稳定锐钛矿型Ti O2晶相结构的作用.Mn O2投放量越高,系列催化剂的低温SCR催化性能越好,但高温SCR催化性能越差,而V2O5投放量对催化活性的影响规律与之相反.Ti O2负载的锰钒系列催化剂经老化处理后,其SCR催化活性大幅降低,而老化处理对锰钒铈系列催化剂的催化性能影响不大.锰钒铈系列催化剂中,V2O5-1.50和V2O5-2.25催化剂在老化实验后都具有较宽的高活性温度窗口.     

SrSO4含碳球团还原过程的 热力学及动力学

将矿粉与还原剂混合制成含碳球团是强化矿物还原过程的有效途径之一.前期实验研究证实含碳球团方案可有效提高天青石(SrSO_4)的还原效率.本文进一步对其还原过程的热力学及动力学展开研究,通过热力学计算结果表明,足量的还原剂可以有效抑制O_2对SrSO_4还原过程的影响; C/O摩尔比和还原温度共同影响SrSO_4还原后的产物构成,在适宜的C/O摩尔比和还原温度下,SrSO_4的还原产物仅为Sr S.通过对SrSO_4含碳球团还原过程的动力学参数的拟合表明,含碳球团中的SrSO_4还原过程遵循界面反应模型,其反应表面活化性为105.4 k J/mol.     

NbCl5氢还原制备金属铌粉的热力学模拟

基于过程模拟开发组件库SimuSage开发了通过氢气还原氩气气氛中的NbCl5制备超细铌粉的热力学模拟程序,讨论了蒸发温度、载气用量(Ar(g))、还原反应温度、H2(g)用量、收集区温度等关键参数的影响.研究表明:NbCl5(s)的蒸发率以及气相中NbCl5(g)的浓度取决于蒸发温度及氩气的用量;还原温度为1000℃时固相产物为Nb(s)单一相所需的最小H2(g)用量为20 mol/1 mol NbCl5;提高收集区温度有利于获得高纯度固相Nb粉产物.     

Mn掺杂Co氧化物用于碱性氧还原与氧析出 反应双功能催化剂

寻找具有氧还原(ORR)/氧析出(OER)双功能活性的非贵金属催化剂是突破可再生能源装置材料瓶颈的关键,本研究基于简单水热法对Co-Mn氧化物的有效制备途径进行探讨,并分析其性能与双金属成分、多价态、晶体结构间的关系.当Co/Mn摩尔比为3或2时,可以得Mn掺杂的单一立方晶相结构.XPS分析发现Mn的加入不仅作为活性位点,并且可以有效调控Co的电子结构,提供了更多活性更优的Mn~(3+)及Co~(3+)离子,从而提升了电催化性能.通过比较发现,Co_(0. 75)Mn_(0. 25)O具有最佳的ORR及OER催化活性,其ORR的半波电势(E_(1/2))为0. 73 V,电流密度10 mA·cm~(-2)时的OER超电势(η_(OER))为469 mV,OER与ORR电势差ΔE为0. 97 V,相对于单金属CoO有明显提升(E_(1/2)为0. 61 V,η_(OER)为503 mV).     

基于MATLAB的通用数据拟合方法

介绍了在实验数据处理、统计数据分析等场合使用的一种基于MATLAB的通用数据拟合方法。首先设计了通用的多项式数据拟合方法,并揭示了多项式数据拟合方法的拟合准则为最小二乘法、理论依据是函数逼近论。最后通过两个具体实例验证了所提拟合方法能获得满足拟合精度的多项式函数。