CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3渣系与碳饱和铁液间硫分配比的热力学模型

CaO-SiO2-MgO-Al2O3渣系中结构单元或离子对的质量作用浓度能够像传统意义上的活度一样表征其反应能力.基于离子与分子共存理论,通过计算高炉炉渣中结构单元或离子对的质量作用浓度,建立了计算CaO-SiO2-MgO-Al2O3高炉渣系与碳饱和铁液间硫分配比的通用热力学模型.计算出的总的硫分配比与脱硫实验实测的硫分配比结果相吻合.此外,通用热力学模型能够定量地计算出渣中自由CaO和自由MgO各自对炉渣脱硫的贡献.1773K时,自由CaO对炉渣脱硫有97%的贡献,而自由MgO的贡献只有3%.     

碱金属/（FeO+CaO+MgO）对硅酸盐灰熔渣结构和黏度的影响机理

熔渣在高温液态炉侧壁的流动情况强烈影响高温炉的平稳运行。熔体中碱性金属对熔融灰渣的流动特性有着重要影响，且不同碱性组分对熔体的特性影响不同。通过FactSage热力学计算和分子动力学模拟，研究在SiO₂和Al₂O₃含量不变的情况下，Na₂O、K₂O和FeO、CaO、MgO的相对比例对煤灰熔体黏度和微观结构的影响。研究发现，随着M₂O/MO的增加，熔体中的高聚合度单元Q⁴占比增大，同时桥氧(BO)增加，非桥氧(NBO)减少，使熔体的聚合度增大。碱性氧化物对熔体的电荷补偿能力由大到小依次为K₂O>Na₂O>MO。当碱金属氧化物(Na₂O、K₂O)替换FeO、CaO、MgO后部分M⁺脱离NBO充当电荷补偿离子，生成BO；脱离的M⁺解聚用于维持电荷平衡的三簇氧(TO)，生成BO。这种结构上的变化增大了...     

B2O3改性Na2CO3催化剂用于甲醇脱氢制无水甲醛

以B₂O₃为助催化剂,采用研磨混合法改性Na₂CO₃催化剂,在固定床反应器中催化甲醇脱氢制备无水甲醛,考察催化剂的组成和反应条件等对催化反应的影响,采用XRD、TG-DTG、N₂吸附-脱附、SEM和CO₂-TPD等对催化剂进行表征。结果表明,以B₂O₃为助催化剂采用机械研磨混合法改性的Na₂CO₃催化剂,增加了催化剂的比表面积,在(10～30) nm增加了大量的孔道,平均孔径达18.44 nm,比表面积为1.65 m²·g^-1,且B₂O₃分布均匀,改性后的催化剂碱性降低,在催化甲醇脱氢制备无水甲醛的反应中,催化活性明显高于Na₂CO₃催化剂,表明B₂O₃改性Na₂CO₃催化剂能提高甲醇转化率和甲醛选择性。在B₂O₃/Na₂CO₃催化剂中B₂O₃质量分数为30%、甲醇进料质量分数为26%、反应温度为650 ℃和甲醇重时空速为2.94 h^-1条件下,甲醇转化率达59.97%,甲醛选择性达83.28%。     

采用响应面法降低湿法氧化脱硫中Na2S2O3生成量

Na₂S₂O₃是湿法脱硫过程外排废液中最主要的副盐,降低Na₂S₂O₃的生成量对绿色生产具有重要意义。首先采用Plackett-Burman实验筛选出影响Na₂S₂O₃生成量的关键因素,即pH、单质硫浓度、温度。在此基础上运用响应曲面法,以Na₂S₂O₃生成量为目标函数,进行三因素三水平的优化设计分析。研究结果表明,pH对Na₂S₂O₃的影响最大,其次是温度和单质硫浓度,因子间交互作用的影响很小。得到最优的操作条件为pH 8.25,单质硫浓度0.47 g/L,温度31.80℃,PDS浓度90 mg/L,氧硫比1.2 mmol/mmol,此时Na₂S₂O₃生成量为1.838 mmol/L。从Na₂S₂O₃反应动力学和多硫离子的平衡反应两方面对各因素的影响规律进行了解释。最后对实际生产过程进行分析,发现实验得出的pH过低,不利于吸收过程的稳定,现有单质硫熔融分离方法不利于降低脱硫液中的单质硫含量,加速了副盐的生成等问题,对此提出了改进意见,并取得了显著效果。     

基于KTH模型的CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系成分优化研究

为了研究CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元渣系的脱硫能力,通过KTH模型及Factsage热力学软件计算了CaO-SiO2-Al2O3-MgO的硫容量Cs,采用Ohta和Suito经验公式及硫分配比与硫容量之间的关系计算了42CrMoA钢在LF精炼时用CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系脱硫的硫分配比Ls,并分析了碱度、CaO/Al2O3、MgO等因素对Cs和Ls的影响,优化出Cs和Ls较大时最佳的成分.     

Na2O掺杂铝酸钙化合物物相转化与浸出性能

以分析纯试剂CaCO₃、Al₂O₃和Na₂CO₃为原料,在1350℃烧结1 h合成了Na₂O掺杂铝酸钙熟料,并采用XRD、SEM和EDS等方法研究了Na₂O掺杂CaO-Al₂O₃体系铝酸钙化合物的物相演变规律及熟料浸出性能。结果表明:当CaO和Al₂O₃的摩尔比为1.0时,CaO-Al₂O₃体系铝酸钙由CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃组成,而Na₂O掺杂铝酸钙熟料由CaO·Al₂O₃、12CaO·7Al₂O₃、Na₂O·Al₂O₃和Na₄Ca₃(AlO₂)₁₀组成。除形成含Na₂O化合物外,熟料中掺杂的Na₂O固溶于12CaO·7Al₂O₃中,而CaO·Al₂O₃中几乎不含Na₂O。随着熟料中Na₂O掺杂量的升高,12CaO·7Al₂O₃和Na₄Ca₃(AlO₂)₁₀的含量逐渐增加,CaO·Al₂O₃的含量逐渐降低;12CaO·7Al₂O₃和Na₄Ca₃(AlO₂)₁₀的结晶度逐渐降低,CaO·Al₂O₃的结晶度逐渐升高。Na₂O的掺杂提高了熟料在碳酸钠溶液中的浸出性能,并且使浸出渣中CaCO₃的空间群由R-3CH、P63/MMC两种转变为只含有R-3CH一种。     

Na2O对锂铝硅微晶玻璃析晶及性能的影响

采用熔融法制备了不同Na₂O含量的透明锂铝硅微晶玻璃,通过DSC、XRD、FESEM等测试方法研究了不同Na₂O含量对玻璃析晶及性能的影响。结果表明：Na₂O的引入能显著降低玻璃的转变温度和析晶温度,抑制LiAlSi₄O₁₀晶相的析出。但Na₂O的引入促使微晶玻璃中析出Li₂Si₂O₅新相,并且随着Na₂O引入量的增加,Li₂Si₂O₅转变为主晶相。由于晶体尺寸均为纳米级,主晶相的转变对透过率影响较小,微晶玻璃的可见光透过率均高于85%。主晶相的转变有效增强了微晶玻璃的机械性能,其弯曲强度由300 MPa提升至331 MPa。Na₂O的引入有效增强了Na-K交换,Na₂O含量为4%(质量分数)的Li₂O-Al₂O     

添加Y2O3对CaO-MgO-SiO2体系中CMS的影响

为了提高镁质耐火材料的高温性能,以分析纯化学试剂MgO、CaO、SiO₂、Y₂O₃等为主要原料,研究了添加Y₂O₃对CaO-MgO-SiO₂体系中钙镁橄榄石(CMS)的生成和转化的影响,以及转化生成物Ca₄Y₆O(SiO₄)₆的耐火度。结果表明：1)Y₂O₃的添加不仅能够显著减少CaO-MgO-SiO₂体系中低熔点相CMS的生成量,而且能够从CMS中捕获CaO和SiO₂使CMS转化为高熔点相Ca₄Y₆O(SiO₄)₆、MgO和Y₂Si₂O₇,有利于提高镁质材料的高温性能。2)Ca₄Y₆O(...     

硫修饰的多孔Co3O4活化过一硫酸盐降解亚甲基蓝

以Na₂S₂O₃为硫源，采用改进的草酸盐-热解法制备了一系列硫修饰的Co₃O₄多孔催化剂[S_x@Co₃O₄,x=0.25、0.50、0.75、1,x为硫的修饰量，以Co(NO₃)₂·6H₂O的物质的量为基准，下同]。以亚甲基蓝(MB)为降解模型，考察了不同催化剂活化过一硫酸盐(PMS)的性能。探讨了催化剂用量、PMS浓度、反应温度、常见阴离子种类在S_x@Co₃O₄-PMS体系下对MB降解率的影响，并评价了催化剂的循环稳定性。结果表明，随着硫修饰量的增加，Co₃O₄的催化性能逐渐升高，S₁@Co₃O₄表现出最佳的催化性能。硫元素以SO₄^2–     

含Nb2O5非晶光子结构色釉的制备及其色彩调控机制

在Na₂O–K₂O–MgO–CaO–Al₂O₃–SiO₂系陶瓷釉中，通过引入2%～7%(质量分数)的Nb₂O₅，制备出蓝、青色的非晶光子结构色釉。采用紫外–可见反射光谱、Fourier变换红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等研究Nb₂O₅加入量对釉色、分相结构及元素分布的影响，并揭示其对非晶光子结构色的调控机制。结果表明：随着Nb₂O₅加入量的增多，釉中[NbO₄]四面体转变为[NbO₆]八面体，其作为网络修饰体存在于釉中，使得高温下釉熔体的黏度降低，分相液滴长大。并且，富集于分相液滴中的Nb元素提高了其与基相的相对折射率差，促使非晶光子结构色的波长向长波方向移动，釉色由蓝色向青色发展。     

Na2O/SiO2比对脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼渣结构和性能的影响

卡尔多炉熔炼是目前火法处理脱铜阳极泥的重要工艺之一。针对国内某企业脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼中渣熔化性能差、渣含贵金属损失大等问题,本工作利用热力学分析以及炉渣物性检测,结合XRD、拉曼光谱等结构表征手段,开展了脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼渣钠硅比调控优化研究。根据PbO-Na2O-SiO2-BaO四元体系液相区图及性能测定结果,在不改变渣率及熔剂添加总量前提下,适当提高Na2O/SiO2比可有效降低炉渣熔点和黏度;随着还原熔炼渣Na2O/SiO2比由0.42提高至0.60,由于Na2O的网络修饰剂作用,更多的桥氧转变为非桥氧,炉渣结构由Si2O76-硅酸盐二聚体结构为主,向SiO44-硅酸盐四面体结构过渡,其中的Si2O64-链状结构与Si2O52-片状结构也相应减少,含铅硅酸盐聚合度降低,桥氧Qn分析结果与熔渣硅酸盐结构相契合。同时,提高钠硅比后,炉渣熔化温度从1178℃降至950℃,在1100℃冶炼温度下,还原熔炼渣黏度可降低45.2%,流动性得到显著改善,从宏观角度也验证了熔渣结构变化规律。结果表明,对脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼,通过调控炉渣Na2O/SiO2比来降低桥氧数及复杂阴离子聚合度,从而改善炉渣物化性能的思路是可行的。     

炉渣组分对CaO-Al2O3-SiO2-TiO2-MgO-Na2O渣系粘度的影响

针对高碱度高氧化铝含氧化钠的CaO-Al2O3-SiO2-TiO2-MgO-Na2O六元渣系,采用有限制的混料均匀设计方法设计实验,在1773 K温度熔融还原条件下测定了该渣系的粘度. 利用偏最小二乘法回归分析,建立了炉渣组分与粘度的回归方程,利用回归方程分析了炉渣碱度[w(CaO)/w(SiO2)], MgO, TiO2, Al2O3及Na2O对炉渣粘度的影响. 结果表明,回归方程拟合的关联系数RC2为0.9945,方程可很好地预测该渣系的粘度. 在实验范围内,炉渣粘度随碱度的增加而增加. 碱度一定时,炉渣粘度随MgO, Al2O3, Na2O含量的增加而逐渐降低,随着TiO2的增加先降低后增加. 当炉渣碱度小于3.1、MgO质量含量大于4%、Al2O3大于20%、TiO2在3.1%~6.1%、Na2O大于0.75%时,1773 K温度下炉渣粘度均小于2 Pa×s,此时渣系粘度完全满足实际冶炼要求.     

CaO-SiO2-FeO-B2O3-MnO脱磷渣熔化温度和粘度特性

采用FactSage模拟软件和修正后的Einstein?Roscoe公式计算了无氟型CaO?SiO2?FeO?B2O3?MnO预熔脱磷渣的熔化温度和粘度,考察了碱度和各成分配比对脱磷渣熔化温度和粘度的影响,得到合理的脱磷渣成分配比及控制区间和适宜的熔池温度,采用正交法进行了实验验证,通过直观分析、方差分析和主效应分析优选出最佳配比. 结果表明,该渣系粘度随碱度、FeO含量和助熔剂含量提高而降低,1400℃时最佳配比为碱度R?4.0, B2O3含量9wt%, MnO含量10wt%, FeO含量45wt%. 计算的熔化温度为1195.51℃,粘度为0.207 Pa×s,实验所测熔化温度为1192.21℃,粘度为0.199 Pa×s,计算值与实测值相近,表明正交法优选方案可靠.     

低氟CaF2-CaO-Al2O3-MgO-SiO2系精炼渣的性能

设计了精炼铜-铬合金用低氟CaF2-CaO-Al2O3-MgO-SiO2五元渣系,并研究了其粘度、密度、表面张力及熔化温度等性能. 结果表明,该渣系的熔化温度在1336~1402℃之间;高温下该渣系的密度和表面张力均随温度升高而减小,且随CaF2含量和MgO含量增加逐渐降低;增加CaF2添加量可降低渣系粘度;CaF2含量较低时,MgO含量增加也可降低渣系粘度,CaF2含量较高时,渣粘度在MgO含量为6%时最小,MgO含量续增加到9%时粘度反而上升. 该渣系粘度较低,表面张力较小,具有良好的精炼效果.     

铁钙比对煤灰中耐熔矿物生成的抑制机理研究

铁基助熔剂和钙基助熔剂能有效降低煤灰熔融温度,为了研究铁钙比(Fe2O3/CaO)对煤灰中耐熔矿物生成的抑制机理,根据煤灰化学成分组成,在三种不同系列的煤中加入含铁助剂,调整煤中的铁钙比,对煤灰进行灰熔融温度、煤灰成分分析,对还原性气氛下制备的煤灰渣进行X射线衍射分析(XRD).结果表明:加入含铁助剂可降低煤灰熔融温度,在相同铁钙比下,加入Fe助剂的煤灰熔融温度低于加入FeS2助剂的煤灰熔融温度,硫在煤灰中起增加煤灰熔融温度的作用;煤灰中铁钙比不同对高熔点矿物的生成影响不同,当铁钙比在1~2间时,灰渣中仅有钙长石,当铁钙比在3.5~5.5间时,灰渣中既有钙长石的也有耐熔矿物莫来石的存在,煤灰中铁质矿物和钙质矿物的含量对耐熔矿物的生成有很大影响.     

Na-Ti-Si氧化物Ti元素的化学状态分析

利用熔融方法制备了Na2O-TiO2-SiO2系统玻璃样品，用IR以及XPS等测试手段对系统玻璃样品结构进行了分析。结果表明：Na2O-SiO2-SiO2系统玻璃中Ti^4 离子可以部分地取代Si^4 离子的位置而以网络形成体的形式参与成玻。此外，通过对该系统玻璃的XPS钛元素的化学状态分析，认为该系统玻璃中Ti^4 离子存在[TiO4],[TiO6]等几种不同的微结构单元，并且随着玻璃中TiO2含量的增加，该系统玻璃中四方双锥结构的[TiO6]与正四面体结构的[TiO4]之比增大。     

水泥结合铬刚玉浇注料抗危废炉渣侵蚀行为研究

铬刚玉浇注料是重要的危废焚烧炉炉衬材料之一,但危废来源广泛,成分复杂,导致炉渣的成分存在差异,从而影响炉衬的使用寿命。本文以铝酸钙水泥结合铬刚玉浇注料为研究对象,选取了富含CaO、Fe₂O₃和SiO₂的三种典型危废炉渣,研究了上述危废炉渣对铬刚玉浇注料烧成前后的侵蚀/渗透行为和Cr(Ⅵ)形成的影响。结果表明,材料的抗渣侵蚀和渗透性能与渣的黏度、渣与材料的界面反应以及材料的孔隙结构有关。就渗透性而言,高SiO₂渣和高Fe₂O₃渣与材料界面反应后形成了低熔点的霞石等物相,促进了渣渗透;高CaO渣与材料反应后形成了高熔点的六铝酸钙等物相,减缓了渣渗透,造成渣渗透深度顺序为高SiO₂渣>高Fe₂O₃渣>高CaO渣。相比之下,将材料进行烧成处理可以显著降低基质中CaO的反应活性,而且可以实现微孔化,渣的渗透行为受到抑制,尤其是高SiO₂渣的渗透显著降低。静态坩埚抗渣侵蚀性与渣液的渗透行为有关,由于渣的显著渗透行为,反而降低了渣的侵蚀指数。高CaO渣与试样反应后渣液黏度上升,且生成高熔点的铝酸钙相减缓渣液渗透,渣作用在材料界面时间增长,导致高CaO渣的侵蚀指数略高。     

Investigation on slags of CaO-CaF2-SiO2- Al2O3 based electrode coatings developed for power plant welds

In this article physicochemical and thermo-physical properties of slags obtained from CaO–CaF₂–SiO₂–Al₂O₃ based shielded metal arc welding electrodes were investigated. The extreme vertices design methodology was used to prepare twenty-one coating compositions. Multi-pass beads were applied on the P22 low alloy steel plate. The welding slag for each weld bead was collected. Experimentation's on welding slags have been performed to estimate the weight loss, density, specific heat, enthalpy, thermal conductivity and diffusivity. X-Ray Diffraction (XRD) and Fourier transformation infrared spectrometry (FTIR) was performed to analyses the different phases present in slag. Thermogravimetric Analyzer (TGA) and hot disc apparatus have been used to characterize the slag's thermal properties. The regression analysis has been used to study the effect of coating constituents on the slag properties. The obtained output of properties has been further optimized using multi-response optimization.     

FeO-SiO2-MnO(-TiO2)渣系与铁液间钒的分配行为及影响因素

实验研究了V在FeO-SiO2-MnO(-TiO2)渣系与铁液间的分配行为,以及温度、渣成分、渣铁比、铁水初始[Si]、[Ti]含量的影响趋势. 结果表明,在FeO-SiO2-MnO渣系中,铁水中V的入渣率、V在渣-金两相的分配比以及渣的钒容量均随温度升高而降低,而铁水中C的氧化损失随温度升高而增加;渣铁比较低的情况下,V的入渣率明显降低,但两种渣铁比的情况下,V的最大入渣率均落在MnO含量13%~25%,SiO2含量12%~24%的成分范围内. 在FeO-SiO2-MnO-TiO2渣系中,随渣中TiO2含量增加,铁水中V的入渣率、V在渣-金两相的分配比以及渣的钒容量随之降低,V2O3在渣中的活度系数随TiO2含量升高而升高. 实验条件下,各因素对铁水中V的入渣率的影响程度按以下顺序依次降低：终渣成分>温度>铁水初始[Si]、[Ti]等元素含量.     

CaO-Al2O3-SiO2系球晶结构微晶玻璃装饰板材的研制

以水淬磷矿渣为主要原料，加入适当的化工原料，采用熔融法制备了F-CaO-Al2O3-SiO2系球晶结构微晶玻璃。借助XRD、偏光显微镜对其晶相组成、微观结构进行了表征，并探讨了晶核剂对晶化的影响及玻璃化学的稳定性能。