【CN110016563A】一种高温碳还原黑钨渣高值化利用的方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910331091.X

(22)申请日 2019.04.24

(71)申请人 江西理工大学

地址 341000 江西省赣州市章贡区红旗大

道86号

(72)发明人 王旭　赵宝军　焦芸芬　郭超　

(74)专利代理机构 赣州凌云专利事务所 36116

代理人 曾上

(51)Int.Cl.

C22B 7/00(2006.01)

C22B 5/10(2006.01)

C22B 34/36(2006.01)

C22B 47/00(2006.01)

C22B 34/24(2006.01)

C22B 34/12(2006.01)

C22B 30/06(2006.01)C03C 1/00(2006.01)C04B 7/147(2006.01)

(54)发明名称

一种高温碳还原黑钨渣高值化利用的方法

(57)摘要

本发明涉及黑钨渣处理技术，具体是一种高

温碳还原黑钨渣高值化利用的方法。本发明包括

以下步骤：(1)配比原料；(2)压制成型－预烧；

(3)高温碳还原；(4)产物收集。本发明采用高温

碳还原方法将碱煮黑钨渣进行资源化利用，产物

合金为W－Fe－Mn－(Nb、Ti、Bi ),渣系为CaO－

SiO 2－Al 2O 3,很好地解决了黑钨渣处理的能耗及

成本问题，且环境友好。高温碳还原处理钨渣力

求在高温低能耗下还原钨渣，高效分离有价金属

制成中间合金，二次渣作为玻璃、水泥制备的原

料而使得钨渣得到高值化利用和无危害化处理。权利要求书1页 说明书2页CN 110016563 A 2019.07.16

C N 110016563

A

权　利　要　求　书1/1页CN 110016563 A

1.一种高温碳还原黑钨渣高值化利用的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)配比原料：

以脱水黑钨渣、石墨、无水硅酸钠为原料，原料中质量百分含量配比：脱水黑钨渣占80～85％，石墨为10～13％，无水Na2SiO3占2～10％；

(2)压制成型－预烧：

将步骤(1)中的原料充分混合，在压力5MPa～10MPa条件下压制成型；在氮气保护，温度600～800℃条件下活化预烧1h；

(3)高温碳还原：

对步骤(2)预烧产物，在氮气保护，温度1300～1500℃下还原2～3h；

(4)产物收集：

将步骤(3)还原后的液态合金及二次渣分离，其中合金铸锭，合金为W－Fe－Mn－(Nb、Ti、Bi)；二次渣经空冷收集，渣系为CaO－SiO2－Al2O3。

2.根据权利要求1所述的一种高温碳还原黑钨渣高值化利用的方法，其特征是：将质量百分比分别为81％、11％、8％的脱水黑钨渣、石墨、无水Na2SiO3充分混合，在压力7Mpa条件下压制成型，在氮气保护，温度650℃条件下活化预烧1h；在温度1350℃，氮气保护条件还原2.5h；还原后液态合金及二次渣分离，合金铸锭，合金为W－Fe－Mn－(Nb、Ti、Bi)；二次渣经空冷收集，渣系为CaO－SiO2－Al2O3。

2

初三化学碳及含碳还原性2012年一模试题教师版

初三花絮模拟试卷（含碳以及还原性物质）汇编 （2012宝山区）将石灰石、氧化铜和木炭经研磨混合均匀，放入试管中加热至高温，试管内共能发生的反应有 （） A．2个 B．3个 C．4个 D．5个 （2012宝山区）一气体可能有CO、CO2、H2、H2O(水蒸气)中的一种或几种组成。为了探究该气体的组成，某化学兴趣小组的同学设计如下实验装置并进行实验： 实验现象：A中无明显现象；B中白色粉末变成蓝色； C中黑色粉末变成红色；D中澄清石灰水变浑浊。 实验结论：该气体中肯定含有①，肯定不含有②。 写出装置C、D中一定发生反应的化学方程式③、④。问题与思考：有同学认为上图实验方案不合理，请你指出存在的问题是：⑤ （2012奉贤）将足量的二氧化碳气体持续不断地通入澄清石灰水中时，通入的二氧化碳与产生沉淀的质量变化符合下列图像中的（） （2012虹口）右图中“→”表示甲在一定条件下可以转化成乙，“—”代表相连的两物质间在一定条件下可以发生反应，甲、乙、丙、丁分别表示一氧化碳、 碳、氧气、二氧化碳中的某一物质，请分析下列结论正确的是（) A、甲一定是一氧化碳 B、乙一定不是二氧化碳 C、丙可能是碳或二氧化碳 D、丁可能是碳或氧气 甲乙 丙丁

（2012虹口）如图A所示是用白磷（着火点为40℃）验证质量守恒定律的装置，其中细玻璃管的底端刚好与白磷接触。 实验步骤现象将装置A放在（8）（填仪器名称）上称量。示数为158.4 g。 取下带有细玻璃管的橡皮塞，用酒精灯加热细玻璃管下端至红热，迅速塞紧锥形瓶并引燃白磷。白磷燃烧，产生大量（9），并放出热量，气球膨胀。 冷却至室温如图B所示，再次称量装置气球变瘪，质量为158.4 g ①仪器a的名称是（10） ②白磷燃烧的化学方程式是（11），由上述实验知，剩余气体的化学性质是（12）。 用具体的反应物和生成物分析两次称量质量不变的原因（13）。 ③另一名同学在其实验结束后发现第二次称量的质量减小了，可能的原因是（14）。 Ⅰ.白磷的量不足Ⅱ.白磷过量Ⅲ.反应中气球膨胀了Ⅳ.装置密闭性不好 ④反应结束时（如图B所示），气球变瘪的原因是（15）。 ⑤拓展实验：应用质量守恒定律验证石墨的元素组成。 实验步骤：称量m1 g石墨；放入盛有足量氧气的密闭容器中引燃；反应结束后，用足量的m2 g石灰水吸收生成的气体（吸收完全）；称量石灰水的质量变为m3 g； 数据分析：根据（16）可知石墨中含有碳元素；根据（17）可知石墨中只含有碳元素。 （2012黄浦）如图所示，水槽中漂浮着充满CO2气体的密闭的锥形瓶，(瓶底铺有适量的沙粒，以使其能正立于水中)瓶口橡皮塞上有一装满Ca(OH)2溶液的胶头滴管，将胶头滴管里的Ca(OH)2溶液轻轻地挤入瓶中，充分反应后水槽中水面将会（) A．上升B．下降 C．不变D．先上升后下降 （2012黄浦）化学实验中有时会出现意外情况，这是锻炼我们善于发现 和解决问题的能力，提升学科 素养的良好机会。例如： (1)做细铁丝在氧气中燃烧的实验时，集气瓶底部破裂。相应的改进措施是___________。 (2)采用排水法收集氧气，收集到的氧气不纯。原因是________________________。 (3)盛有石灰水的滴瓶瓶壁上发现有白色固体。针对此现象，某同学通过实验发现该石 灰水已变质?

碳化钛

碳化钛 钛的碳化物也很多，其中最重要的是TiC。 制取方法 熔化的金属钛(1800～2400℃)直接与碳反应生成TiC。一般在高温(1800℃以上)真空下用碳还原TiO2制取TiC，反应按式2—l07进行。 在高于1600℃下碳和氢(或CO十H2)的混合物与TiCl4反应也生成TiC： TiCl4十2H2十C＝TiC十4HCl (2—182) TiCl4十CO十3H2＝TiC十4HCl十H2O (2—183) 物理性质 TiC是一种具有金属光泽的钢灰色结晶，晶型构造为正方晶系，晶格常数a ＝0．4329nm，20℃时密度为4．91 g/cm3。TiC具有很高的熔点和硬度，熔点为3l50℃士l0℃，沸点4300℃，升华热为l0．1 kJ/g，莫氏硬度为9．5，显微硬度为2．795GPa，它的硬度仅次于金刚石。TiC具有良好的传热性能和导电性能，随着温度升高其导电性降低，这说明TiC具有金属性质。它在1．1K时具有超导性。TiC是弱顺磁性物质。 化学性质 在常温下TiC是稳定的，在真空加热高于3000℃时会放出含钛量比TiC更多的蒸气。在氢气中加热高于1500℃时它便会慢慢脱碳。高于1200℃时TiC与N2反应生成组成变化的Ti(C、N)化合物。致密的TiC在800℃时氧化很慢，但粉末状TiC在600℃时可在氧中燃烧： TiC十2O2＝TiO2十CO2 (2—184)

TiC在400℃时可与氯反应生成TiCl4。TiC不溶于水，在高于700℃时与水蒸气反应生成TiO2： 2TiC十6H2O＝2TiO2十2CO十6H2 (2—185) TiC不溶于盐酸，也不溶于沸腾的碱，但能溶于硝酸和王水中。 TiC在1200℃下可与CO2反应生成TiO2： TiC十3CO2＝TiO2十4CO (2—186) TiC在1900℃下与MgO反应生成TiO： TiC十2MgO＝TiO十2Mg十CO (2—187) 用途 碳化钛是已知的最硬的碳化物，是生产硬质合金的重要原料。TiC与其他碳化物如WC、TaC、NbC等比较，它的密度最小，硬度最大，还能与钨和碳等形成固溶体。WC—TiC合金、WC十(WC—Mo2C—TiC)固溶体、TiC—TaC合金等已成为重要的切削材料。 TiC还具有热硬度高、摩擦系数小、热导率低等特点，因此含有TiC的刀具比WC及其它材料的刀具具有更高的切削速度和更长的使用寿命。如果在其他材料 (如WC)的刀具表面上沉积一层TiC薄层时，则可大大提高刀具的性能。TiC 薄层可在高温(1000℃以上)真空中由TiCl4与甲烷反应制得。

【CN110016563A】一种高温碳还原黑钨渣高值化利用的方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910331091.X (22)申请日 2019.04.24 (71)申请人 江西理工大学 地址 341000 江西省赣州市章贡区红旗大 道86号 (72)发明人 王旭　赵宝军　焦芸芬　郭超　 (74)专利代理机构 赣州凌云专利事务所 36116 代理人 曾上 (51)Int.Cl. C22B 7/00(2006.01) C22B 5/10(2006.01) C22B 34/36(2006.01) C22B 47/00(2006.01) C22B 34/24(2006.01) C22B 34/12(2006.01) C22B 30/06(2006.01)C03C 1/00(2006.01)C04B 7/147(2006.01) (54)发明名称 一种高温碳还原黑钨渣高值化利用的方法 (57)摘要 本发明涉及黑钨渣处理技术，具体是一种高 温碳还原黑钨渣高值化利用的方法。本发明包括 以下步骤：(1)配比原料；(2)压制成型－预烧； (3)高温碳还原；(4)产物收集。本发明采用高温 碳还原方法将碱煮黑钨渣进行资源化利用，产物 合金为W－Fe－Mn－(Nb、Ti、Bi ),渣系为CaO－ SiO 2－Al 2O 3,很好地解决了黑钨渣处理的能耗及 成本问题，且环境友好。高温碳还原处理钨渣力 求在高温低能耗下还原钨渣，高效分离有价金属 制成中间合金，二次渣作为玻璃、水泥制备的原 料而使得钨渣得到高值化利用和无危害化处理。权利要求书1页 说明书2页CN 110016563 A 2019.07.16 C N 110016563 A

碳还原氧化铜实验

碳还原氧化铜实验 一、教材分析 1、“木炭还原氧化铜”是中学教学中一个非常重要的固固高温放热反应实验，该实验验证了C的还原性，从而进一步了解氧化还原反应的本质，在固定的条件下，还原剂能够夺取氧化物中的氧，自身被氧化。 2、该实验成功的标志： （1）有鲜明现象证明反应生成铜单质，最好效果是得到紫红色铜块。（2）有鲜明现象证明反应生成了二氧化碳（石灰水浑浊）。（3）反应放热，应发现反应启动后停止加热仍继续红热燃烧。 二、学情分析 木炭还原氧化铜在初中阶段是一个很重要的实验。学生是从这个实验开始接触氧化还原反应,为九年级化学下册金属的冶炼等知识做铺垫。 三、教学目标 1、知识与技能: a、知道碳单质的化学性质 b、掌握木炭还原氧化铜的实验方法 2、过程与方法： a、学习对实验的探究以及创新 b、通过本次实验对其他类似实验有初步认识 3、情感?态度?价值观： a、通过本次实验培养学生的自主探究能力 b、通过实验培养学生的科学素养 四、教学重、难点 1、本次实验中对碳单质还原性的理解是重点也是难点

五、教学过程 教学环节教师活动学生活动活动目的 情景引入通过回顾课本知识进行情景引 入积极互动 通过引入把学生 的思维引进课堂 介绍实验原理 实验原理 主要反应： C+2CuO =高温= 2Cu+CO2↑ （置换反应） 副反应： C +CuO =高温= Cu + CO↑（炭 过量） 碳氧化铜铜一氧化碳 C + 4CuO =高温= 2Cu2O + CO2↑（氧化铜过量） 认真 听课 在实验之前给学 生系统介绍实验 原理 介绍实验仪器实验仪器：试管、试管夹、铁架 台、水槽、氧化铜粉末、碳粉、 药匙、研钵、研杵、坩埚、泥三 角、酒精灯、火柴、坩埚钳、酒 精喷灯、试管、澄清石灰水、玻 璃导管、单孔橡胶塞、托盘天平 （带砝码盒和镊子）、称量纸。 思考、记忆 让学生充分了解 本次实验所需仪 器、试剂

碳化钛中化合碳含量分析方案的设计

0000本科毕业设计（论文）摘要 摘要 通过文献检索，未见到针对碳化钛中化合碳分析测定的研究报道。本文设计用到碳硫仪燃烧气体容量法来测量碳化钛中的化合碳，由于在碳化钛中存在少量的游离碳，测量时会对化合碳的分析进行干扰，因此本文设计采用高温燃烧来分离游离碳，再次残留取样测量化合碳，又因为碳硫仪测量碳时对于助溶剂，用量及配比上的选择，所以本文对碳硫仪燃烧气体容量法所用助溶剂进行了设计。 通过这次设计确定碳化钛中化合碳分析测定的参数的大致范围，建立了化合碳测定分析的方案，为研究建立化合碳分析方法奠定了基础。 关键字碳化钛，化合碳，设计，分析

ABSTRACT Through the literature retrieval, not seen for carbonation in titanium compound carbon determination research report. This paper used design capacity method to measure the gas combustion of titanium carbide compound carbo n, because in carbonization titanium in small amounts of free carbon, measurement of compound carbon when the analysis on interference, so this paper design of high temperature burning to separate free carbon, and once again the compound carbon residue sampling measurement, and because carbon sulfur instrument for measuring carbon when reagent, the dosage and ratio of the choice, so this paper burning sulfur gases carbon instrument capacity method was used to help solvent design. This design determine titanium carbide in the determination of the compound carbon the Outlines of the process parameters, establishes the combined carbon analysis plan, for the study and establish the compound carbon analysis method lay the foundation. Key words titanium carbide, compound carbon, design, analysis

炽热碳还原技术讨论总结

炽热碳还原技术讨论总结 1、采用廉价碳体替代氨具有重要意义, 脱硝工艺应满足耐尘、耐硫、温降低或 低温、阻力小的特点 2、炽热碳还原技术需要在高温下500-900℃进行，对于不同体系(发电、供热及 化工生产)工艺流程及锅炉结构均相同、差异较大，脱硝反应器的位置选取必须合适，具有一定难度，但如果选对具有重要的实际推广价值。 3、根据脱硝反应机理: C+2NO=CO2+N2 2C+2NO=2CO+ N2 2C+2NO2=2CO2+ N2 4C+2NO2=4CO+ N2 2CO+2NO=2CO2+ N2 4CO+2NO2=4CO2+ N2 (1)在相同的环境下，C+NO X和CO+NO X对脱硝的贡献非常重要,需要进行研究判断。 (2)CO与NO X在高温500-900℃无催化剂下是否反应及反应时间及脱硝率需要探讨。 (3)如果(2)成立,适宜的炽热碳还原脱硝技术的脱硝剂气体CO比固体碳要有优势。 5、是否能够在燃煤锅炉中，调整过量空气系数大小，调节过氧指数、使NO X的产生量减少，同时调节条件利用烟气中CO还原NO X。 6、开发低温催化剂，使碳或CO在低温条件下,可以与氮氧化物反应，解决脱硝位置难选问题，但催化剂需要耐硫、防尘。 7、若采用CO还原脱硝，需要解决CO的来源，可以采用小型煤气发生炉提供CO, 如有外供CO最经济 8、采用碳或CO脱硝，均需选择适宜脱硝反应器。 9、已对旭阳焦化脱硝进行了调研，旭阳焦化脱硝的是炉顶燃烧后的荒煤气，出

口温度800-900℃，原先该部分热量没有回收利用，现已设置废热锅炉产蒸汽回收热量，这部分最大的优点是荒煤气是脱硫后燃耗，烟气含硫量很低，不需要再设置脱硫装置，现排放量为900ppm，利于催化脱硝。 根据以上讨论，可以开展工作; 1、建立一套炽热碳还原实验装置，对C和CO脱硝反应进行研究，分为气固和气气两个体系，具体问题需进一步讨论。 2、依据已有文献及实验结果进行脱硝工艺设计。 3、根据旭阳荒煤气脱硝特点进行脱硝工艺设计。 拟安排1名研究生和4名本科生完成上述工作：

铝热还原法+碳热还原法+氢还原法冶炼金属钒

铝热还原法+碳热还原法+氢还原法冶炼金属钒（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池） 原创邹建新李俊翰教授等 1 铝热还原法 1.1 铝热还原法基本原理 铝热还原法制取金属钒通常采用五氧化二钒或三氧化二钒两种原料。 铝还原五氧化二钒的还原反应如下： 3V2O5+2Al=3V2O4+ Al2O3 3V2O4+2Al=3V2O3+ Al2O3 3V2O3+2Al=6VO+ Al2O3 3VO+2Al=3V+ Al2O3 由以上四式可得如下总反应式：3V2O5+10Al=6V+5 Al2O3 上述总反应式反应的焓变为每6molV为-3735kJ或每1gV与Al2O3渣为-4.579kJ，属于高放热反应。另外，V、Al2O3的熔点分别为1910℃、2050℃，相对较低，有利于形成熔渣及金属钒锭。但当铝过量时，会形成Al-V合金，使脱出铝的难度加大。 铝还原三氧化二钒的还原反应如下： V2O3+2Al=2V+ Al2O3 该反应放热量较低，达不到渣熔化的温度，故只能制取粒状产品，而铝热法的渣不溶于水，故不适于用浸出法处理。变通的方法为加入助熔剂，如KClO3，反应如下： KClO3+2Al=KCl+ Al2O3 该反应放出较多热量，使渣熔化，冷却后便于与金属钒锭分离。 1.2 还原工艺 1966年，Carlson采用二步法用铝还原V2O5制取钒。第一步制取Al-V合金，第二步再精练制取高纯钒。采用Al2O3钢罐内衬，抽真空充氩气，用燃气炉外源加热至750℃，点燃反应，反应迅速，冷却后分离渣与合金，合金再用HNO3溶液浸洗，然后粉碎成6mm 的块。 Peerfect对两步法又作出改进，改用铜坩埚，并用夹套水冷，取代有内衬的钢罐，避免了内衬耐火材料带来的污染，铜坩埚也用高纯材料制成。抽真空充氩气，加入炉料V2O5 500g 、铝屑400g ，混匀压紧；上部添加启动料V2O5 90g、高纯铝粉50g 、I2 20g ，用一个金属钒丝盘条埋入启动料中，抽真空、排氮气、充氩气；钒丝充电启动点燃，升温至

Al2O3_C／Fe系统中氧化铝的碳热还原反应机理

https://www.wendangku.net/doc/30652141.html, DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2017.03.17 Al2O3–C/Fe系统中氧化铝的碳热还原反应机理 魏耀武，邵勇，熊玮，鄢文 (武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉430081) 摘要：对Al2O3–C/Fe系统在不同气氛下升温至1973K(1700℃)的反应进行了研究，并对实验后的试样形貌、微区成分以及相关热力学进行分析。结果表明：在流动氩气气氛条件下，金属样品中检测出铝元素，但在高温炉进行埋炭实验后，金属样品中没有发现铝元素的存在。气氛对Al2O3–C/Fe系统的反应有显著的影响。高温下Al2O3会微量溶解到铁液中形成[Al]和[O]，同时，Al2O3–C耐火材料中的石墨会溶于铁液中形成[C]，溶解于铁液中的[C]会和[O]反应生成CO气体。在流动氩气保护的实验条件下，生成的CO气体被流动的氩气迅速带出反应体系，从而促进Al2O3向铁液中的溶解；但在埋炭实验条件下，反应系统中存在的CO和CO2将抑制Al2O3向铁液中的溶解，实验后金属样品中只发现了碳而没有铝。 关键词：氧化铝–碳/铁系统；碳热还原反应；相互反应；气氛 中图分类号：文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2017)03–0441–05 网络出版时间：网络出版地址： Mechanism of Carbothemic Reduction of Alumina in Al2O3–C/Fe System WEI Yaowu, SHAO Yong, XIONG Wei, YAN Wen (State Key Laboratory of Refractories and Metallurgy, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China) Abstract: The interactions in Al2O3–C/Fe system at 1973K (1700℃) during heating in different atmospheres were investigated by field emission scanning electronic microscopy, X-ray spectrometry and thermodynamics analysis, respectively. The results show that massive aluminium appears in Fe sample after heated in argon atmosphere, but no aluminium occurs in the Fe sample after heated in a resistance furnace with coke protection. The interactions among Al2O3–C/Fe system are affected due to different atmospheres. When CO gas flows out of Al2O3–C/Fe system quickly by flowing argon, the dissolution process of alumina into iron melt is accelerated since [O] is consumed by [C] to form CO gas. [C] is generated by the dissolution of graphite in iron melt. However, the steady presence of CO gas and CO2 gas in Al2O3–C/Fe system can prevent alumina from dissolving into iron melt in a resistance furnace with coke protection, thus resulting in the increase of carbon content in Fe sample. Keywords: Aluminum–carbon/iron system; carbothemic reduction; interactions; atmosphere Al2O3–C耐火材料由于其具有较高的热导率、优异的热震稳定性及耐磨性被广泛用做连铸系统的滑动水口、整体塞棒和浸入式水口。为了延长Al2O3–C耐火材料的使用寿命，人们对其抗渣性进行了研究[1–3]。随着洁净钢冶炼技术的发展，Al2O3–C 耐火材料和钢液之间的相互作用以及其对钢质量的影响引起了人们的重视[4–8]，钢中的碳含量主要来自于耐火材料中的碳向钢中的溶解。近年来已有文献[9–12]报道了在炼钢温度下Al2O3–C/Fe系统中Al2O3与C之间的的碳热还原反应是有可能发生的。氧化铝碳热还原反应的反应式如下： Al2O3(s) + 3C(s) = 2Al(l) + 3CO(g) (1) 在空气中一个大气压下，反应式(1)要在温度高达2493K (2220℃) 时才能发生[9]，这个温度远高于炼钢的温度。因此，氧化铝与碳之间的固相反应在炼钢温度下往往被忽视。 收稿日期：2016–12–02。修订日期：2016–12–21。基金项目：国家自然科学基金(51572203)资助項目。 第一作者：魏耀武(1969—)，男，硕士研究生。Received date: 2016–12–02. Revised date: 2016–12–21. First author: WEI Yaowu(1969–), male, Ph.D., Professor. E-mail: weiyaowu@https://www.wendangku.net/doc/30652141.html,

碳化钛技术路径

碳化钛生产与应用路径 邹建新 1、碳化钛简介 碳化钛硬质合金，以Tic为主要成分、镍钼为粘结相制成的硬质合金。又称为金属陶瓷硬质合金。它具有高硬度、高耐磨性等特点，主要用于各种钢材的切削加工，也可用作耐磨、耐蚀零件。 碳化钛熔点高、碗度高、化学稳定性好，主要用来制造金属陶瓷，耐热合金和硬质合金。用碳化钛来制备的复相材料在机械加工、冶金矿产、航天领域、聚变堆等领域有着广泛的应用。 TiC有十分广泛的应用领域。随着微波合成纳米Tic粉体技术的进一步完善及产业化，应用纳米TiC粉体制备相应材料的性能将会有很大的改善和提高，有的可能有质的飞跃，前景诱人，用途广阔。 钛的碳化物很多，其中最重要的是TiC。TiC是一种具有金属光泽的钢灰色晶体，晶体结构属于典型的NaCl结构，晶格常数a=o.4320nm。20℃时TiC密度为4.91g/cm3，熔点为3150±10℃，沸点为4300℃，莫氏硬度9.5，是所有已知碳化物中硬度最高的，仅次于金刚石。TiC具有良好的传热性能和导电性能，随着温度的升高，其导电性能降低，这说明TiC具有金属的性质。它在1.1K时具有超导性，TiC是弱顺磁性物质。TiC还具有优良的抗氧化性、化学稳定性和热稳定性，可广泛应用于电子、化学和微电子工业。 常温下TiC是稳定的，在真空加热温度高于3000℃的时候会放出

钛含量比TiC更高的TiC蒸气；在氢气中加热温度高于1500℃时会慢慢脱碳；在氮气气氛中温度高于1200℃时与N2反应生成组分变化的Ti（C，N)；致密的TiC在800℃以下在氧气气氛中氧化很慢，疏松的TiC在600℃时可以在氧气中燃烧。 2、碳化钛的生产方法 合成TiC粉体有多种方法，每种方法合成的TiC粉体其粒子大小、粒度、分布、形态、团聚状况、纯度及化学计量各有不相同。 2．1碳热还原法 工业用TiC粉体最初是用碳黑还原TiO2来制备的，反应的温度范围在1700一2100℃，反应式如方程为： TiO2(s) +3C(s)=TiC(s)+2CO(g) 因为反应物以分散的颗粒存在，反应进行的程度受到反应物接触面积和炭黑在TiO2中的分布的限制，使产品中含有未反应的炭和TiO2，在还原反应过程中，由于晶体生长和粒子间的化学键力，合成的Tic粉体有较宽的粒度分布范围，需要球磨加工。反应时间较长，约在l0一20小时.反应中由于受扩散梯度的影响使合成的粉体常常不够纯。 2．2直接碳化法 直接碳化法是利用Ti粉和炭分反应生成7nC，反应式如方程：Ti(s)+C(s)=TiC 由于很难制备亚微米级金属Ti粉，该方法的应用受到限制，此

实验十 碳热还原法合成LiFePO4

实验十碳热还原法合成LiFePO4/C复合材料随着全球能源与环境危机的不断加剧，作为新型清洁能源的锂离子电池，以其独特的优点而倍受人们的关注。锂离子电池具有电压高、比能量大、无污染、无记忆效应和寿命长等优点，已被广泛应用于移动电话、数码相机和笔记本电脑等便携式电器装置，同时作为石油的替代能源在电动车及混合电动车上也将大规模应用。 橄榄石型磷酸铁锂（LiFePO4）自1997年被Padhi等[1]发现以来，许多学者对其进行了深入的研究。磷酸铁锂与其它正极材料相比具有以下优点[2-5]：不含贵重元素，原料廉价，资源丰富；工作电压适中（3.4V），平台特性好，电压平稳；理论容量较大（170mAh/g）；结构稳定，安全性能好；高温性能和热稳定性高；循环性能好；与大多数电解液系统兼容性好，储存性能好；无毒。被认为是极有应用潜力的锂离子电池正极材料，尤其适合动力电池的要求。 一、实验目的 1、学习复合材料的制备过程和原理。 2、了解碳热还原的基本原理。 3、学习固相法合成复合材料的基本过程。 二、实验原理 在高温下用碳还原金属氧化物制取金属的方法。例如，在高温下用碳还原氧化亚铁可得金属铁：FeO+C─→Fe+CO 其热力学依据是：金属氧化物的生成自由能变化ΔG(MO)是随温度的升高而逐渐增高（负值变小），而一氧化碳的生成自由能变化ΔG(CO)却是随温度的升高而明显降低（负值变大），所以当温度升高到ΔG(CO)-ΔG(MO)＜0时，原来在低温下不能进行的反应变得能够进行。 在合成LiFePO4/C复合材料中，我们可以以有机化合物为碳源，在整个升温合成过程中，有机碳源在一定温度下分解、碳化生成碳，从而提供了还原剂，使得整个反应环境为还原气氛，保证了Fe2+不会被氧化，从而得到纯度很高的磷酸铁锂。 三、实验试剂和仪器 1、实验试剂：三氧化二铁；碳酸锂；磷酸二氢铵；乙醇；柠檬酸，以上均为分析纯。 2、仪器设备：恒温干燥箱；管式炉；行星球磨机；球磨罐；天平；各种玻璃容器等。 四、实验步骤 1、按照化学计量比称取能合成5g复合材料的原料。柠檬酸添加量为40%。 2、将上述称取的试剂放在球磨罐中，加入适量的无水乙醇，放置行星球磨机上球磨4h，然后将球磨好的原料倒入烧杯于恒温干燥箱中干燥8h。 3、将干燥的后的原料再次在玛瑙研钵中研磨至细，放入陶瓷坩埚，盖盖后置于管式炉中。

碳热还原法合成TiB2的反应传质机理

第 23 卷第 6 期中国有色金属学报 2013 年 6 月 V ol.23 No.6 The Chinese Journal of Nonferrous Metals June 2013 文章编号：1004-0609(2013)06-1605-06 碳热还原法合成 TiB2 的反应传质机理 马爱琼，蒋明学，武志红 (西安建筑科技大学 材料与矿资学院，西安 710055) 摘 要：在 XRD、SEM、能谱分析、TEM、TG-DSC 等实验分析的基础上，对以 TiO2、B2O3、C 为原料，通过 碳热还原法合成 TiB2 粉末的反应传质机理进行了研究，阐明碳热还原法合成 TiB2 的反应传质机理，建立碳热还 原法合成 TiB2 的反应传质模型。研究表明：在碳热还原 TiO2 的过程中，由低温到高温，最稳定的还原产物分别 是 Ti4O7 和 Ti3O5，尤其当温度超过 1300℃以后，Ti3O5 为最稳定的还原产物。在碳热还原 TiO2 与 B2O3 合成 TiB2 的反应过程中，DDSC 曲线上有几个明显的吸热峰，这分别对应于 TiO2→Ti4O7→Ti3O5→TiB2 的反应阶段。碳与 氧化物颗粒之间是通过CO/CO2 气体偶实现质量传递的。 在反应体系中， B2O2(g)气相、 Ti3O5(s)固相分别是形成TiB2 的前驱体。 关键词：TiB2；碳热还原；传质机理；传质模型 中图分类号：TQ037 文献标志码：A Reactionary mass transfer mechanism of TiB2 synthesized by carbothermal reduction method MA Ai-qiong, JIANG Ming-xue, WU Zhi-hong (College of Materials and Mineral Resources, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China) Abstract: On the basis of experiment analysis such as XRD, SEM, energy spectrum analysis, TEM and TG-DSC, the reactionary mass transfer mechanism of synthesizing TiB2 by carbothermal reducing TiO2 and B2O3 was studied. The reactionary mass transfer mechanism of synthesizing TiB2 by carbothermal reduction method was analyzed, and the reactionary mass transfer model of synthesizing TiB2 by carbothermal reduction method was built. The results show that, during carbothermal reduction of TiO2, the most stable reduction products are Ti4O7 and Ti3O5 from low temperature to high temperature, respectively, when the reduction temperature is over 1 300 ℃, Ti3O5 is the most stable reduction product.There are several endothermic peaks on DDSC curve in the process of synthesizing TiB2 by carbothermal reducing TiO2 and B2O3, which correspond to reaction stage of TiO2→Ti4O7→Ti3O5→TiB2, respectively. The mass transfer from carbon to the oxide particle is realized by the CO/CO2 gas couple. In reactionary system, B2O2(g) and Ti3O5(s) are the precursors of formation TiB2 by carbothermal reduction. Key words:TiB2? carbothermal reduction? mass transfer mechanism? mass transfer model 硼化钛(TiB2)是 Ti-B 二元系中唯一稳定的化合 物 [1] ， 属六方晶系， 其晶体结构参数为： a=0.30236nm， c=0.322 04 nm [2] 。TiB2 的熔点高达3 225 ℃，这使其 成为超高温材料的首选，硼化钛具有多方面综合优异 性能，在许多领域均有广阔的应用前景。在结构材料 方面，由于其较高的强度与硬度，可制造硬质工具材 料和刀具、拉丝模、喷砂嘴等，同时可以作为各种复 合材料的添加剂，在功能材料方面，由于TiB2 具有与 纯铁相似的电阻率， 从而在功能材料应用上大有可为。 利用 TiB2 的电性能，还可制造 PTC 材料。利用 TiB2 基金项目：陕西省重点学科建设专项资金资助项目 收稿日期：2012-05-30；修订日期：2013-03-08 通信作者：马爱琼，副教授，博士；电话：029-82205798；E-mail: maaiqiong@https://www.wendangku.net/doc/30652141.html,

碳还原法制备鹏化工粉体的原理和特点

碳还原法制备鹏化工粉体的原理和特点：一般来讲，碳还原法所采用的还原剂大多数为碳或者碳化硼与氧化锆反应，其化学方程式分别为： ZrO2+B2O3+5C=ZrB2+5CO↑(2-1) 2ZrO2+B4C+3C=2ZrB2+4CO↑(2-2) Zr(ZrH4、ZrC)+B4C(+B2O3)→ZrB2+CO (2-3) 加入B2O3的目的是降低产物中碳化物的含量。比较常用的方法是在碳存在的情况下用金属氧化物同碳化硼作用，制备硼化物，在碳管炉中(如在H2气氛中需1800℃，如在真空气氛中需1700—1800℃)进行。在1995年H．Zhao[13]等对 ZrO2+B4C+C体系的热动力学计算和实验上的仔细研究，发现该反应在低温阶段(1400℃左右)按照硼化反应: ZrO2+5/6B4C→ZrB2+2/3B2O3+5/6C (2-4) 进行，在高温阶段(1600℃)按碳化反应： ZrO2+B2O3+5C=ZrB2+5CO↑(2-5) 进行。在这个反应体系中，由于受中间产物B2O3的汽化，反应前需掺加过量的B4C以弥补B的损失而得到高纯的ZrB2粉末。如果合成温度越高，保温时间越长，氧和碳的含量都会降低，但是合成粉末的粒度会长大。所以选择合适的合成温度和保温时间对制备高纯超细的ZrB2粉末来说很重要。 现代利用碳还原法合成硼化锆的主要是用氧化锆还原硼化的方法，还原剂可用碳或碳化硼(B4C)。用碳化硼比用碳好，因为用碳还原合成硼锆，作为硼的来源是硼酐，不管是采用电弧熔融合成或者固相反应合成工艺，由于硼酐沸点很低，1000℃以上就大量挥发，致使合成的硼化锆化学组成波动很大，并且熔融法的温度高，电熔速度极快，会造成石墨电极和石墨坩埚对产品的严重玷污，还可能产生大量的副产物碳化锆。而用碳化硼做还原剂，就可以制备出ZrB2的单相产物，其反应式为： 3ZrO2+B4C+8C+B2O3=3ZrB2+9CO↑(2-6) 由于碳化硼不易挥发，从而可以正确配方，工艺稳定，出料率也高，所以多用它