机械化学法获得单相Fe3O4颗粒的热力学条件

为了给采用机械化学法从Fe₂O₃或粗粒Fe₃O₄获得单相Fe₃O₄纳米颗粒提供理论参考,探讨了机械力储能对铁氧化物机械化学反应热力学的影响规律。结果表明,在空气中,铁氧化物的机械化学分解温度随储能的增加而线性下降,导致反应体系中的各物相在热力学上稳定存在的温度范围发生变化。据此,在储能-温度坐标系上确定了以Fe₂O₃或Fe₃O₄为起始反应物的机械化学反应体系中期望物相Fe₃O₄的热力学稳定区,从而得出了获得单相Fe₃O₄颗粒的热力学条件。     

机械活化石墨-Fe2O3体系碳热还原反应的热力学分析

为揭示石墨的机械活化对石墨-Fe₂O₃体系碳热还原反应热力学的影响机理, 以机械力储能作为活化程度的量度, 探讨了石墨的储能对气化反应热力学、Fe₂O₃碳热还原反应热力学的影响。结果表明, 随着储能的增加, 石墨气化反应的平衡CO压力分数增大, 从而影响石墨-Fe₂O₃体系的碳热还原热力学, 具体为: 石墨储能导致铁氧化物的碳热还原温度降低, 使Fe₂O₃的各还原产物的热力学稳定区此消彼长。以临界储能19.05 kJ/mol为界限, 石墨-Fe₂O₃体系中Fe₂O₃的碳热还原遵循两种不同顺序: 储能低于19.05 kJ/mol时:Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe; 储能高于19.05 kJ/mol时:Fe₂O₃→Fe₃O₄→Fe。     

机械活化铁氧化物气基还原热力学再探

鉴于以往研究中引用了不准确的铁氧化物气基还原反应标准摩尔吉布斯自由能变化表达式,在自行导出的新的表达式基础上,重新探讨了机械力储能对铁氧化物气基还原热力学的影响规律。除纠正了以往研究中4个方面的错误结果外,还发现：FeO本身的气基还原并不受起始温度的限制,但在Fe₃O₄气基还原体系中,FeO的还原具有与Fe₃O₄还原方式转折温度一致的起始温度;由于Fe₃O₄还原方式的转折温度随Fe₃O₄储能的增加而线性下降,故当Fe₃O₄储能时,Fe₃O₄和FeO的还原将在低于570 ℃的温度下发生,同时,与该温度对应的平衡CO压力分数或平衡H₂压力分数前者下降而后者提高,即CO还原叉形曲线向低温、低CO压力分数方向移动而H2还原叉形曲线向低温、高H₂压力分数方向移动。     

机械活化铁氧化物的碳热还原热力学

为了从理论上揭示机械活化对铁氧化物碳热还原的影响规律,分析了机械活化铁氧化物的储能构成,并建立了铁氧化物机械力储能与碳热还原热力学之间的联系。研究结果表明：对铁氧化物碳热还原热力学产生显著影响的机械力储能形式是位错吉布斯自由能和无定形化吉布斯自由能;铁氧化物的碳热还原温度随机械力储能的增加而降低（其中Fe₂O₃的碳热还原温度降低不显著）;另外,Fe₃O₄从按照1/4Fe₃O₄+CO=3/4Fe+CO₂发生还原转为按照Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂发生还原的转折温度随Fe₃O₄机械力储能的增加而线性下降。     

MgO-Fe3O4比例对磁铁矿氧化动力学的影响机制

采用氧化镁纯试剂和磁铁矿纯矿物研究不同MgO和Fe₃O₄摩尔比对焙烧样品物相转化的影响,进而采用非等温法对Fe₃O₄-MgO混合样品氧化焙烧过程进行动力学分析。结果表明：较高Mg/Fe摩尔比例有利于生成Mg_xFe_3-xO₄,Mg²⁺的存在会抑制Fe₂O₃晶粒连接,不利于Fe₂O₃晶粒长大。Fe₃O₄-MgO混合样品氧化过程分为三个阶段：在低温阶段(250～420℃)受化学反应和气体内扩散反应共同控制,此温度范围内磁铁矿氧化率约30%;中温阶段(420～720℃)由化学反应控制,氧化率提高至55%左右,MgO含量变化对表观活化能影响不大,为35.67～43.23 kJ/mol;高温阶段(720～980℃)主要为气体内扩散控制,此阶段Fe₃O₄...     

CO还原气氛下铁酸锌选择性分解过程研究

为将电炉粉尘中铁酸锌选择性分解为Fe₃O₄和ZnO,采用热力学软件分析了铁酸锌在CO气氛下还原分解的热力学过程和分解特征,讨论了反应温度和气体组成对铁酸锌分解行为的影响。结果表明: 铁酸锌的气体还原遵循逐级还原规律,很容易被CO还原为Fe₃O₄和ZnO,也易过还原为FeO和Fe,甚至可将ZnO还原为锌蒸气;控制P_CO/(P_CO+P_CO2)在0.05~0.20之间,温度在600~700 ℃范围内,可实现铁酸锌的高效分解、抑制铁氧化物的过还原;对CO还原气氛下铁酸锌分解过程进行了热力学模拟,计算出铁酸锌还原初期时的CO利用率约为35%。     

O3/H2O2去除选矿废水中丁基黄药的研究

用臭氧类高级氧化剂O₃/H₂O₂对含有丁基黄药的模拟选矿废水进行了处理。考察了O₃和H₂O₂的用量、溶液pH值、丁基黄药初始浓度、常见难免离子对废水COD_Cr去除效果的影响;并通过紫外-可见光谱和添加叔丁醇试验,探讨了O₃/H₂O₂工艺去除丁基黄药的反应机理。结果表明：丁基黄药初始浓度为400 mg/L、pH=6.8的模拟废水1 000 mL,投加100 L/h 的O₃和1 000 mg/L 的H₂O₂,反应2 h后COD_Cr的去除率可达60.25%;CO^2-₃和SO^2-₄有抑制废水中COD_Cr去除的作用,而Cu2+和Zn2+可以提高废水COD_Cr的去除率;O₃/H₂O₂工艺去除废水COD_Cr反应遵循羟基自由基反应机制。     

高铁氧化锰矿还原过程中铁锰氧化物同步还原动力学研究

分别采用气基(CO)和煤粉为还原剂,在管炉中进行了高铁氧化锰矿还原焙烧试验,探究了焙烧温度和焙烧时间对高铁氧化锰矿中锰和铁氧化物同步还原的影响。结果表明,气基还原焙烧条件下,Mn₂O₃还原过程受化学反应控制,还原反应表观活化能为42.64 kJ/mol; Fe₂O₃还原过程受内扩散控制,还原反应表观活化能为21.30 kJ/mol。与煤基焙烧相比,气基还原焙烧过程中Mn₂O₃和Fe₂O₃还原反应更容易进行,且锰氧化物由Mn₂O₃直接还原为MnO,不需要先还原为Mn₃O₄中间产物。     

Fe-TiO2可见光催化H2O2降解水溶液中的阿特拉津

以负载Fe(Ⅲ)的金红石型TiO₂(Fe/TIO-R)为光催化剂, 以内分泌干扰物阿特拉津作模型污染物, 研究了Fe/TIO-R可见光催化H₂O₂降解阿特拉津的反应特性。结果表明, Fe/TIO-R能可见光催化H₂O₂降解阿特拉津, 反应60 min, 阿特拉津的降解率达96%, 明显大于金红石型TiO₂与Fe₂O₃单独作用的加和;通过对反应体系的荧光光谱分析显示, 阿特拉津的降解涉及羟基自由基(·OH)的产生与参与。     

Fe/Al2O3金属陶瓷复合材料的研究进展

介绍了Fe/Al₂O₃金属陶瓷复合材料的制备方法,重点从粉末冶金的角度阐述了Fe/Al₂O₃金属陶瓷复合材料制备过程中铁基和陶瓷相的结合机理、制备工艺和材料性能的优化措施,最后就Fe/Al₂O₃金属陶瓷复合材料的未来研究方向进行了展望。     

机械力储能对石墨-磁铁矿体系碳热还原热力学的影响

分析了石墨和磁铁矿的机械活化能, 并就其对碳气化反应及磁铁矿碳热还原反应热力学的影响进行了理论探讨。研究结果表明, 石墨或磁铁矿的储能均可使磁铁矿碳热还原温度降低。磁铁矿的储能对还原热力学的影响方式是直接的, 而石墨的储能对还原热力学的影响是间接的: 石墨储能导致气化反应平衡常数增大, 从而间接影响磁铁矿的碳热还原热力学。另外, 磁铁矿的两个还原反应1/4Fe₃O₄+CO=3/4Fe+CO₂和Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂的转折温度随磁铁矿储能的增加而线性下降, 但不受石墨储能的影响。     

钒钛磁铁精矿含碳球团直接还原工艺分析

采用煤基直接还原技术研究了钒钛磁铁矿含碳球团直接还原工艺, 考察了还原工艺条件及硼砂添加量对球团金属化率的影响, 并通过对不同温度下所得还原产物进行XRD分析, 得出了钒钛磁铁矿直接还原过程的相变历程。研究结果表明, 适当提高还原温度、配碳比和反应时间均有利于提高球团金属化率。在自然碱度下, 还原温度1 300 ℃、还原时间30 min、C/O=1.4时, 金属化率达到96%。向含碳球团中添加适量硼砂, 可以促进钒钛磁铁矿的还原。XRD分析结果表明, 铁氧化物主要经历Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe的还原过程, 而钛氧化物主要经历Fe₂TiO₅→Fe₂TiO₄→FeTiO₃→Ti₂O₃、TiO₂、Ti₃O₅、TiO的还原过程。     

高值化利用含Sb(Ⅲ)废水制备Fe3O4/Sb2O4@C复合材料及其性能研究

采用液相还原法制备纳米零价铁(nZVI),以其吸附废水中的Sb(Ⅲ),得到nZVI/Sb颗粒; 将其在500 ℃下氧气煅烧8 h,制得Fe₃O₄/Sb₂O₄材料; 再以葡萄糖为碳源、600 ℃氮气热处理,制备了Fe₃O₄/Sb₂O₄@C复合材料,并对其性能进行了研究。结果表明,nZVI吸附含Sb(Ⅲ)废水的适宜条件为:中性溶液Sb(Ⅲ)初始浓度100 mg/L,nZVI投加量1.2 g/L,室温下吸附50 min,该条件下废水中Sb(Ⅲ)去除率为73%; 引入Sb₂O₄后,铁基负极的首次放电比容量高达1065.6 mAh/g; 包覆碳后,Fe₃O₄/Sb₂O₄@C复合材料电化学性能明显改善,100 mA/g电流密度下,循环150圈后放电比容量仍可保持在483.7 mAh/g,电流密度2000 mA/g时,放电比容量仍有118.2 mAh/g。     

海砂矿的深度还原研究

基于煤基深度还原技术,采用SEM和XRD等方法,考察了还原温度、还原时间及碳氧比的变化对海砂矿含石墨粉压块在还原过程中微观形貌的影响,并探讨了海砂矿还原体系中渣铁的分离聚合行为及金属矿物的还原效果,明确了海砂矿的微观还原机理。结果表明：在还原温度为1 300 ℃、还原时间为30 min、碳氧比为1.1的条件下,球团的铁金属化率和抗压强度分别可达94.23%和243.3 N/个;还原温度升高和还原时间延长,产物的铁金属化率和抗压强度上升,内部形成更多的铁连晶和渣相连接,有利于提高压块的强度;合适的碳氧比可为海砂矿深度还原提供充足的还原剂,且不因石墨粉过剩而造成压块抗压强度下降;固态还原海砂矿过程中的物相转变过程为Fe_3-xTi_xO₄→Fe+FeTiO₃→Fe+Fe₂TiO₅。