贫铀表面激光氮化层的结构和氧化动力学研究

为了研究激光氮化对金属铀表面结构和性质的影响,利用X射线衍射结合原位高温反应器,研究了不同激光氮化工艺后的贫铀表面结构,并对不同温度下UN的氧化过程进行了原位XRD实验分析,获得了相应条件下的氧化动力学曲线。结果显示,激光扫描速率对贫铀表面氮化层的相结构有显著影响,较快的扫描速率能够获得单一的UN结构,较慢的扫描速率将获得UN和U_2N_3的双相混合层。氧化动力学实验表明,表面激光氮化制备的UN层对基材有很好的保护作用,能够显著降低金属铀的氧化腐蚀速率。较低的温度下UN层的氧化非常缓慢,温度升至180℃以上时氧化速率明显加快,其氧化动力学曲线与贫铀有明显差异,文中对此现象和氮化层的氧化机制进行了分析和讨论。     

Zn元素对直接氮化法制备AlN粉体的影响

为解决直接氮化法制备AlN粉体过程中存在的问题,采用具有高饱和蒸气压的Zn元素作为原料铝合金的合金元素,研究了Zn元素对Al-Zn以及Al-Mg-Zn合金直接氮化制备AlN粉体的影响。结果表明:Zn元素的挥发可以在反应初期破坏合金熔体氮化形成的氮化膜,避免熔体结块,提高转化率;另一方面,试验及热力学分析表明Zn元素的脱氧作用较差,而Mg元素可以在氮化过程中脱去气氛中的氧,避免Al2O3的形成。因此,采用Al-Mg-Zn三元合金进行直接氮化能够得到低含氧量、低金属杂质残留的纯相AlN。     

氮化硅粉添加剂对反应烧结氮化硅的影响

以Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O和Al(OH)3为烧结助剂,在起始原料硅粉中添加等轴状α-Si3N4和纤维状β-Si3N4,通过调整原料配比,采用反应烧结制备了不同气孔率和抗弯强度的氮化硅陶瓷.考察了氮化硅粉体形貌和添加量对多孔氮化硅陶瓷微观组织和力学性能的影响.借助X射线衍射(XRD),扫描电子显微(SEM)和三点弯曲法对氮化硅陶瓷的微观组织和力学性能进行了研究.XRD分析表明适量氮化硅的添加有利于提高硅粉氮化率,但同时抑制了新生成的氮化硅从α相向β相的转变.SEM表明β-Si-N4纤维的添加造成了陶瓷显微结构不均匀,因而导致陶瓷抗弯强度下降.     

还原氮化法制取Si_3N_4粉末相的研究

本文介绍了用碳还原二氧化硅氮化法制取高质量Si_3N_4粉末的工艺过程,讨论了加热温度、反应时间、氮气流速和反应物浓度及添加剂对所获得的Si_3N_4粉末相的影响。结果表明,过量的碳能有效地控制SiO的挥发,提高氮化速度和氮化率。添加剂可以有效地限制β-Si_3N_4相的生成。一定的温度是反应进行的保证,足够的时间是充分反应的条件,氮气流速是氮化的前提。如果严格控制这些工艺条件和影响因素,就可以获得高α相含量的Si_3N_4粉末。     

原位直接氮化法制备片状AlN粉体

片状AlN粉体作为热界面材料的填料应用前景广阔,但制备工艺难度大、成本高限制了其实际应用。本文以球磨处理后得到的片状Al粉为铝源,在氮气气氛中通过原位直接氮化法成功制备出由等轴状微米颗粒结合而成的片状AlN粉体,并研究了球磨处理、氮化温度和升温速率对产物物相组成及显微形貌的影响。结果表明,球磨处理可增强Al粉的反应活性、提升氮化速率。升高氮化温度可提升Al粉的氮化率,但过高的氮化温度则会导致产物无法保持片状形貌;提高升温速率会增大等轴状微米颗粒的粒径。当氮化温度为640℃、升温速率为5℃/min时,制备的片状AlN粉体表面最为致密、平整,有望作为热界面材料的填料使用。     

二氧化硅碳还原法制取Si3N4粉的研究

报导了用二氧化硅碳还原氮化法制取高性能Ｓｉ３Ｎ４粉的研究结果。研究了氮化温度、氮化时间、氮气流量等工艺因素对氮化产物的颜色、颗粒形状、粒度和粒度分布以及相结构的影响；分析了非晶态、ＳｉＯ２、ＳｉＣ产物的形成条件。结果表明：氮化工艺因素对氨化产物的性能有明显的影响，采用１４５０℃氮化温度，氮化时间２ｈ，Ｎ２流量２．５Ｌ／ｍｉｎ的工艺条件，能制得高α相比例，颗粒微细和粒度分布均匀的优质Ｓｉ３Ｎ４粉。     

低成本燃烧合成氮化硅的工艺研究

采用硅/氯化铵为反应剂，在2MPa的较低氮气压力实现了燃烧合成氮化硅。研究结果表明，对硅，氯化铵反应剂进行机械活化处理，可以有效提高反应剂活性，从而促进硅粉在低氮气压力下的快速燃烧氮化。随着原料中氯化铵加入量的增加，产物中α相氮化硅含量逐步升高，最高可达90．6％（质量分数）。应用简单的分析模型计算了料坯中心与表面的温度差，结果表明，以热辐射为主的散热方式导致的粉坯内外温度差是决定产物中不同部位的相组成和形貌产生差异的原因。模型计算和实验检测的结果都证明了这种温度差异的存在。     

富氧硫酸体系中硫化锌精矿的常压直接浸出动力学

采用常压浸出与加压浸出相结合的方法,研究硫化锌精矿在富氧硫酸体系中的常压直接浸出动力学。结果表明:锌浸出受界面化学反应控制,浸出反应表观活化能为(44.28±4.28)kJ/mol。浸出槽底部锌的浸出速率远高于浸出槽上部锌的浸出速率,且随槽底矿浆压力的增大,锌的浸出速率明显提高。进一步基于收缩核模型,通过二次回归方法,建立浸出槽底部锌的浸出动力学方程。在硫化锌精矿常压富氧直接浸出中,对于位于浸出槽底部的锌浸出,温度的影响明显大于矿浆压力的影响。     

直接氮化法制备Si3N4粉体过程研究

采用直接氮化的工艺方法,以Si粉为初始原料,采用Fe粉为催化剂,在高温下直接进行氮化,制备了Si3N4粉体.着重讨论了催化剂含量和氮化工艺条件对粉体的氮化率、粒径、形貌和相含量等方面的影响.实验结果表明催化剂含量,球磨工艺,烧结制度是影响Si3N4粉体最终性能的3个主要因素,并且在掺杂Fe为0.5%,球磨时间为2h,采用分阶段保温升温的方法,在氮化温度为1400～1350℃下氮化2～3 h,制备了氮化率95%左右,α相含量接近90%,形状为等轴状的Si3N4粉体.     

湿法炼锌废渣中硫脲浸出银的动力学

探讨了从湿法炼锌废渣中用硫脲浸出回收银的浸出反应动力学,从这种难浸的含银炼锌废渣中用硫脲浸出回收银,浸出反应是一种典型的氧化还原反应并可充分进行,同时,通过动力学推导得出,从湿法炼锌废渣中用硫脲浸出银的反应动力学模型为收缩核动力学模型,同时计算出浸出活化能为13．26kJ/mol。该模型反映了浸出过程中控制整个反应速率的决定步骤是固膜扩散速率,并较好地说明了浸出机理。     

Kinetics of zinc sulfide concentrate direct leaching in pilot plant scale and development of semi-empirical model

The direct leaching kinetics of an iron-poor zinc sulfide concentrate in the tubular reactor was examined. All tests were carried out in the pilot plant. To allow the execution of hydrostatic pressure condition, the slurry with ferrous sulfate and sulfuric acid solution was filled into a vertical tube (9 m in height) and air was blown from the bottom of the reactor. The effects of initial acid concentration, temperature, particle size, initial zinc sulfate concentration, pulp density and the concentration of Fe on the leaching kinetics were investigated. Results of the kinetic analysis indicate that direct leaching of zinc sulfide concentrate follows shrinking core model (SCM). This process was controlled by a chemical reaction with the apparent activation energy of 49.7 kJ/mol. Furthermore, a semi-empirical equation is obtained, showing that the order of the iron, sulfuric acid and zinc sulfate concentrations and particle radius are 0.982, 0.189, ?0.097 and ?0.992, respectively. Analysis of the unreacted and reacted sulfide particles by SEM–EDS shows that insensitive agitation in the reactor causes detachment of the sulfur layer from the particles surface in lower than 60% Zn conversion and lixiviant in the face with sphalerite particles.     

低钒转炉钢渣提钒湿法工艺的动力学研究

为了提高湿法浸出低钒钢渣中钒的浸出效率,并对湿法浸出低钒钢渣中钒提供理论依据,从动力学角度分析整个浸出过程。考察温度、液固比、硫酸质量分数和搅拌速率对浸出过程的影响。研究结果表明:在90℃、液固比为10?1以及硫酸浓度6.0mol/L时,浸取9h,低钒钢渣中钒的浸出率可达到95.3%。通过正交实验和动力学推导,得到描述浸出过程的经验方程,低钒钢渣湿法浸出钒的动力学模型为收缩核动力学模型,浸出过程的表观活化能为12.794kJ/mol,该模型表明浸出过程中的控制步骤取决于固膜扩散速率。提高温度、液固比和硫酸质量分数,均可加速钒的浸出速度,提高钒的浸出率。     

氯化浸取钢渣中钒的动力学研究

为了提高湿法浸出低钒钢渣中钒的浸出率,并为湿法浸出低钒钢渣中钒提供理论依据,从动力学角度分析整个浸出过程,并考察温度、液/固比、浸出时间和搅拌速度对浸出过程的影响。结果表明,在90℃,液/固比为10:1以及4.0mol/L盐酸,过氧化氢8.0mL,浸取90min条件下,低钒钢渣中钒的浸出率可达到98.8%。通过正交实验和动力学推导,得到描述浸出过程的经验方程。低钒钢渣湿法浸出钒的动力学模型为未反应收缩核模型,浸出过程的表观活化能为7.21kJ/mol。该模型表明浸出过程中的控制步骤取决于边界层的扩散速度。提高温度、液/固比和浸出时间,均可增加钒的浸出速度,提高钒的浸出率。     

Kinetics of acid-oxygen leaching of low-sulfur Ni-Cu matte at atmospheric pressure

The leaching of low-sulfur Ni-Cu matte in acid-oxygen (CuSO4-H2SO4-O2) solution at atmospheric pressure was researched. This matte was obtained from high grade Ni-Cu matte by magnetic separation, which mainly contained Ni-Cu alloy and a small quantity of sulfides. The effects of temperature, agitation speed, oxygen flow rate, particle size, acid concentration and concentration of copper ion were studied. It is found that the matte particles are leached by shrinking core mechanism and the leaching process is electrochemically controlled. In a temperature range of 30-60 ℃, the surface reaction is rate-limiting step, with an apparent activation energy of 41.9 kJ/mol. But at higher temperature (70-85℃), the rate process is controlled by diffusion through the product layer, with an apparent activation energy of 7.3 kJ/mol.     

金红石型TiO2的氧化硅膜包覆及其动力学研究

目的 研究以液相沉淀法制备硅包膜钛白粉(SiO2@TiO2)及氧化硅在TiO2粒子表面的沉积成膜过程动力学,从而指导钛白粉表面改性工艺的优化。方法 以硅酸钠为包膜剂在TiO2表面包覆氧化硅膜层,通过比表面积、Zeta电位、SEM和酸溶率分析,研究包膜温度、包膜pH、熟化时间等工艺条件对SiO2@TiO2膜层结构的影响。采用动力学模型对氧化硅在TiO2粒子表面的反应成膜过程进行计算拟合。结果 在包膜温度368 K、包膜pH=9.0以及反应熟化时间180 min时,获得的SiO2@TiO2氧化硅膜层致密性好,酸溶率稳定在14%的较低水平,比表面积保持在10.58 m²/g,等电点维持在2.34。氧化硅在TiO2粒子表面的成核点形成阶段的活化能为16.31 kJ/mol,生长成膜阶段的活化能为25.80 kJ/mol。结论 提高反应温度、在弱碱性条件下、延长熟化时间可使制备的SiO2@TiO2膜层致密性提高;SiO2@TiO2的比表面积、等电点与反映SiO2@TiO2膜层致密程度的酸溶率具有高度的相关性;氧化硅膜层在TiO2表面的包覆过程分为成核点形成以及氧化硅沉积成膜两个阶段,均符合三级反应动力学特征。     

Ca-Dy2O3-Fe体系反应的动力学研究

分析了Ｃａ－Ｄｙ２Ｏ３－Ｆｅ体系高温还原－扩散制备ＤｙＦｅ２热力学可能性,应用收缩核模型确定扩散是该体系反应的控制步骤,并进行了ＸＲＤ,ＥＤＸ与ＳＥＭ分析,得知在高温下可用Ｃａ还原Ｄｙ２Ｏ３生成Ｄｙ,Ｄｙ向Ｆｅ中扩散生成ＤｙＦｅ２,同时求得ＤｙＦｅ２的表观活化能为２１０ｋＪ／ｍｏｌ。     

Si3N4陶瓷材料的高温氧化理论及其抗氧化研究现状

从热力学、动力学和整体控速过程探讨了氮化硅陶瓷材料高温氧化理论和氧化性质,在空气中的热化过程, 因为PO2>Psio, 是纯化氧化过程,氧化产物为SiO2和N2.氧扩散是控制氧化速度的主导因素.氧在Al2O3中的高温扩散系数为10-15~10-14量级,而在SiO2中扩散系数为10-8量级,因此人们探索各种方法在Si3N4陶瓷表面改性以提高其抗氧化性能,其中, 制备金属氧化物的效果显著.在试验沉积Al2O3薄膜的基础上,讨论了Al2O3薄膜对氮化硅陶瓷抗氧化性能的作用,并且展望了精密氮化硅陶瓷表面形成具有良好结合力的金属氧化物-氧化硅混合结构表层的表面改性技术.