关键词： 明矾石   氢氧化钾   氧化铝   浸出动力学  

摘要： 我国明矾石矿产资源储量丰富,已探明约3亿吨,世界位居前列。明矾石主要含有铝、钾和硫元素,提取其中有价元素综合利用明矾石是行业研究热点之一。我国作为农业生产大国,钾肥始终供不应求,属于缺钾国家;同时,作为氧化铝生产大国,我国每年依旧需要大量进口铝土矿,以满足工业生产需求。因此,如何更有效的综合利用明矾石制备钾肥、氧化铝具有实际应用价值。本文围绕明矾石高附加值综合利用,以明矾石为原料通过单因素实验得到钾、铝元素分步提取的工艺条件。研究工艺条件对钾和铝提取率的影响。采用响应曲面法对明矾石提取钾元素进行了优化。通过研究明矾石钾浸出过程动力学确定该反应受化学反应控制。将提取铝后得到的含硫酸铝铵的溶液与碳酸氢铵反应,经沉淀、焙烧工序制备出超细氧化铝粉体材料主要研究结果如下:(1)提高浸出温度、时间、氢氧化钾浓度、明矾石与氢氧化钾物料摩尔比对钾元素提取率均有显著增加作用。响应曲面法表明,浸出温度为86℃、浸出时间为90 min以及氢氧化钾浓度为11%的条件下,钾元素的提取率达到99.15%。此浸出过程动力学表观活化能为76 k J/mol。(2)在浸出温度为95℃、浸出时间为2 h、硫酸氢铵浓度为60%、硫酸氢铵与提钾产物摩尔比为3的条件下,铝元素提取率达到95.46%。最终制备氧化铝粉体材料中位径为5.538μm,属于超细粉体材料。

关键词： NO   催化氧化   溶胶凝胶   氧化锰   高铝粉煤灰  

摘要： 氮氧化物（NOx）减排是我国当前面临的重大环境问题之一。现在各行业普遍采用的选择性催化还原（SCR）脱硝技术存在成本高、氨逃逸、脱硝温度高等难题,因此,选择性催化氧化（SCO）脱硝技术成为近年来研究热点。但目前SCO脱硝技术存在催化剂成本高、氧化条件苛刻、抗水抗硫差等问题。针对以上需要解决问题,本论文以多孔结构的预脱硅高铝粉煤灰（HAFA）为催化剂载体,采用溶胶凝胶法制备了MnOx/HAFA、MnOx-Ce O2/HAFA、MnOx-Ce O2-Cu O/HAFA系列NO催化氧化粉煤灰基催化剂,并开展了其对模拟真实烟气的催化氧化性能和对催化剂的抗水抗硫性能研究,初步探索了催化反应机理。论文取得如下创新性研究成果:（1）以硝酸锰为活性组分,制备了MnOx/HAFA催化剂。系统考察了锰负载量、凝胶煅烧温度、载体粒径、催化反应温度对催化剂性能影响。结果表明,当锰负载量为8wt%、凝胶煅烧温度为500℃、载体粒径为100～200目时催化剂的催化活性最高;当NO进口浓度为600 ppm、空速为8000 h-1,O2浓度为10 vol%的烟气条件下,在催化反应温度为290℃时达到最高NO氧化率78%,与现有技术水平相当。（2）为提升催化剂的催化性能,探究了铈的引入对催化剂活性的影响。研究发现,当其他条件不变的情况下,锰铈摩尔比为3:1时,催化反应温度为270℃时达到最高NO氧化率81%。在此基础上,为进一步提升催化剂的催化性能,考察了铜掺杂对锰铈催化剂活性的影响,结果显示,当铜掺杂比例为20%时,在催化反应温度为270℃达到最高NO氧化率89%,且稳定性良好。（3）初步揭示了锰基催化剂的反应机理。SEM分析结果显示,氧化锰粒子大小在100-200 nm之间且与铈、铜等组分均匀负载在载体上。N2物理吸附测试结果表明,催化剂的孔结构主要为介孔,并呈现H3型回滞环。采用XPS分析了锰基催化剂上化学吸附氧含量的变化规律,结果显示,Oβ的占比和Mn4+浓度随着锰负载量的增加先增大后减小,此趋势与NO催化氧化率变化趋势一致,表明Oβ和Mn4+是影响NO催化氧化效果的决定因素。（4）考察了铜掺杂后锰铈催化剂的抗硫抗水性能。结果显示,烟气中的H2O对催化剂的性能影响不大,且催化剂的活性在停止通入H2O后又得以恢复。烟气中通入SO2后,在较长的反应时间内活性有降低,在烟气中SO2浓度200 ppm、H2O浓度4 vol%的条件下NO的转化率为52%,仍然可以满足NO催化氧化后碱液吸附工艺的要求,表明催化剂具有一定的抗水抗硫性能。

关键词： 氮化铝   无机改性剂   磷酸二氢盐   表面改性   抗水解性   烧结性能   导热性能  

摘要： 氮化铝（AlN）具有高的热导率,较低的介电常数和介电损耗,与硅、砷化镓等一些半导体相匹配的热膨胀系数,被认为是新一代高性能陶瓷基板、电子封装等散热器件的首选材料。高纯度AlN粉末是制备高性能AlN功能陶瓷的必要前提,但由于AlN粉末易在空气中发生水解,氧含量升高会严重影响AlN的高导热性能。因此需要对AlN粉末表面进行改性,并对改性后AlN粉末的烧结性能进行探讨。本论文分别使用磷酸（H3PO4）、磷酸二氢铝(Al（H2PO4）3)和磷酸二氢镁(Mg（H2PO4）2)三种无机表面改性剂对AlN粉末进行表面修饰,对比分析了改性剂种类和含量对AlN粉末表面改性效果的影响以及改性机理;使用快速热压烧结的方法制备了AlN陶瓷材料,对材料的微观组织进行分析,对物理和力学性能进行了测试。得到了以下结论:（1）在等温改性条件下,Mg（H2PO4）2改性粉末（MP-AN）的抗水解性能表现最好;经60℃水解试验后,磷酸改性AN粉末（HP-AN）的初始氧含量表现最低;Al（H2PO4）3改性AN粉末（AP-AN）的高温控氧能力表现最好;Mg（H2PO4）2改性AN粉末（MP-AN）的氧含量表现稳定,兼具H3PO4和Al（H2PO4）3的改性特点。H3PO4和Al（H2PO4）3主要改性机制表现为表面化学吸附和物理粘性吸附;Mg（H2PO4）2以单一的表面化学吸附为主要改性机制。（2）无论在等温条件下还是利用温度梯度加热法,MP-AN粉末的抗水解性能均随Mg（H2PO4）2用量的提高而增强,用量为7 wt%时改善效果最佳;利用温度梯度加热法,综合对比所有表面改性方案中得到的AlN粉末的抗水解行为,得出最佳工艺参数:温度梯度加热法,Mg（H2PO4）2的处理用量7 wt%,处理时间2 h。（3）Mg（H2PO4）2改性AlN粉在烧结过程中的晶粒长大行为会受到抑制;7T40陶瓷的断裂方式在不同烧结温度下均表现为沿晶断裂;经Mg（H2PO4）2表面改性处理后,AlN粉末的烧结性能得到提高,在烧结温度1700℃时,陶瓷致密度达到99.73%,在烧结温度1800℃时,陶瓷硬度达到618.93 HBS,弯曲强度达到329.93 MPa,热导率达到107.29 W/（m·K）。

关键词： 重金属污染   氟污染   吸附   高铝粉煤灰   介孔γ-Al2O3  

摘要： 频繁的农业和工业活动使得水体中的的重金属污染和氟污染愈发严重,威胁着人体健康和生态稳定。探索绿色、经济、高效的吸附剂处理水中有害离子一直是广大科研工作者的重点和热点。粉煤灰作为煤燃烧产生的副产物,其大量堆放不仅占用了宝贵的土地资源,还对空气的质量?土壤的组成和功能?地下水的质量?人类的健康带来了负面影响。因此开发粉煤灰资源化利用途径十分必要。其中高铝粉煤灰中的氧化铝含量高达30～50%,是开发利用价值极高的非铝土矿资源。本文综合考虑了水体中重金属和氟污染的危害和现状,及高铝粉煤灰资源化利用的现状,使用高铝粉煤灰作为吸附剂原料,提取其中的铝资源制备介孔γ-AlO,并将其用于去除水体中的重金属离子和氟离子,不仅实现了高铝粉煤灰的高值资源化利用,而且极大降低了介孔γ-AlO吸附剂的制造成本和水体中重金属离子、氟离子的去除成本。因此,本文通过碳酸钠高温熔融活化高铝粉煤灰,以不同的酸溶液浸取其中的铝资源,考察了合成条件对制备介孔γ-AlO的影响并确定了最佳合成条件;使用最佳合成条件制备的介孔γ-AlO作为吸附剂,选取Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)为典型的重金属阳离子、选取F为典型的阴离子,考察了介孔γ-AlO对水体中Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)和F的吸附去除行为和吸附特征并在此基础上探讨了介孔γ-AlO的吸附机理。研究成果如下:1、考察了酸浸种类、P123模板剂浓度、沉淀pH、结晶温度、煅烧温度对粉煤灰合成件对制备介孔γ-AlO的影响,并考虑工艺的易操作性和节能性,最终确定了粉煤灰合成介孔γ-AlO吸附剂的最佳制备条件:硝酸作为浸出剂,P123加入量为5.2 g,沉淀pH=7,结晶温度为40℃,焙烧温度为600℃。最佳制备条件下得到的介孔γ-AlO比表面积为326.35 m/g。2、考察了吸附质初始浓度、吸附液pH、接触时间对介孔γ-AlO吸附去除Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)和F的影响。结果表明:(1)对于一元Cd(Ⅱ)溶液,最佳pH=7,最佳接触时间为60 min。吸附过程主要是单层吸附和化学吸附,且平衡吸附量为28.43 mg/g,最大吸附量为88.26 mg/g;(2)对于一元Cr(VI)溶液,最佳pH=4,最佳接触时间为60 min。吸附过程主要是多层吸附和化学吸附,且平衡吸附量14.49 mg/g,最大吸附量为55.99 mg/g;(3)对于一元F溶液,最佳pH范围为4～10,最佳接触时间为60 min。吸附过程主要是多层吸附和化学吸附,且平衡吸附量18.66 mg/g,最大吸附量为52.58 mg/g;(4)对于Cd(Ⅱ)和F二元溶液,最佳pH=6,最佳接触时间为60 min。竞争吸附和离子交互作用是去除率整体下降的主要原因。3、考察了不同解吸液对吸附后的介孔γ-AlO的解吸。介孔γ-AlO吸附Cd(Ⅱ)和F二元溶液后,使用单一解吸液无法完全解吸,故实验中先使用0.01 mol/L的NaOH溶液作为第一次解吸液,再使用3 mol/L的NaCl溶液作为第二次解吸液,可有效解吸介孔γ-AlO上的Cd(Ⅱ)和F。

关键词： 氧化铝   除杂   结晶氯化铝   氯化亚铁  

摘要： 我国是氧化铝生产大国,产量和产能均高居世界首位,我国也是铝资源需求大国,但优质铝土矿资源却相对缺乏,主要依赖于国外进口。作为用电大国,我国超70%的发电量由火力发电提供,随之而来的是粉煤灰排放量的激增。内蒙古和山西部分地区生产的煤燃烧后产生高铝粉煤灰,其中Al2O3含量可达50%以上,是一种潜在的含铝资源。近年来以高铝粉煤灰为原料的盐酸法提取氧化铝工艺一直是国内研究的热点,主要原理是AlCl3·6H2O发生热解反应生成Al2O3,工艺主要由配料溶出、沉降分离、净化、蒸发结晶、焙烧,以及酸回收工序组成。粉煤灰溶出时多数金属元素以离子形式进入溶出液中,其中以Na、K、Mg、Ca、Fe居多,它们会对氧化铝在铝电解工业中的应用产生不利影响。 本文使用两种粗结晶氯化铝物料(杂质含量不同),分别采用不同方法对高铝粉煤灰盐酸法制备氧化铝中部分杂质的去除工艺进行了研究。使用热力学模拟计算软件FactSage和热重分析等手段,对作为物料主体的结晶氯化铝和部分杂质在100-600℃范围内的热解反应进行了热力学分析,获知结晶氯化铝在升温过程中主要的水解反应是一步完成,350℃时失重率接近理论值;MgCl2·6H2O可能随升温水解成Mg(OH)Cl;CaCl2·6H2O水解程度微小,产物为易溶于水的CaC12;NaCl,KCl不会发生水解反应;FeCl2·4H2O在低氧气氛下氧化程度微小,主要产物为易溶于水的FeCl2,温度高于400℃后出现FeO,但可溶于稀酸。通过氯化铝低温热解-水解产物高压水洗的方法,研究杂质Na、K、Mg、Ca的去除机制和效果,焙烧阶段探究了时间和温度对产物的影响,确定焙烧条件350℃ 6h下的产物作为高压水洗的原料,采用正交实验研究了温度、时间、固液质量比对去除率的影响,得到最佳除杂条件为温度140℃,时间20min,液固比1:10,该条件下Na、K、Mg、Ca的脱出率分别为93.94%、99.60%、95.72%、86.47%。通过氯化铝低温热解-水解产物常压酸洗的方法研究杂质Fe的去除过程,焙烧阶段探究了时间和温度对产物的影响,确定焙烧条件250℃ 6h和350℃ 6h下的产物作为常压酸洗的原料,分别采用正交实验研究了时间、pH、固液质量比对去除率的影响,以250℃6h条件下的产物为原料,得到最佳除Fe条件为时间120min、pH=2,固液质量比1:15,该条件下Fe的去除率为91.78%,Al的保有率为75.45%,最佳保铝条件为时间40min、pH=4,固液质量比1:20,该条件下Al的保有率为88.74%,Fe的去除率为85.74%;以350℃ 6h条件下的产物为原料,得到最佳除Fe条件为时间120min、pH=2,固液质量比1:10,该条件下Fe的去除率为65.37%,Al的保有率为85.76%,最佳保铝条件为时间40min、pH=4,固液质量比1:10,该条件下Al的保有率为95.34%,Fe 的去除率为 54.73%。

关键词： 旋转化学气相沉积   γ-Al_(2)O_(3)   SiO_(2)包覆   高温稳定性  

摘要： γ-Al_(2)O_(3)具备高分散度、高比表面积和良好的吸附性,是催化剂领域应用最广泛的载体之一,但其高温相变引发性能大幅降低的问题成为推广应用的制约因素.采用新型旋转化学气相沉积(RCVD)技术,以正硅酸乙酯(Si(OC_(2)H_(5))_(4),TEOS)为原料,用氧气加速热分解的方式实现了非晶SiO_(2)纳米层在γ-Al_(2)O_(3)粉体表面厚度可控的均匀包覆,具有工艺简单、应用方便等优点.研究了不同温度煅烧条件下对SiO_(2)包覆层的形貌和厚度的影响,结合微观形貌、相成分以及傅立叶红外光谱分析等测试结果,阐明了SiO_(2)纳米层在γ-Al_(2)O_(3)粉体表面包覆行为.结果表明,通过控制TEOS的流量,在γ-Al_(2)O_(3)表面均匀包覆了厚度在3~24 nm的非晶SiO_(2)纳米层,并将γ-Al_(2)O_(3)晶格重构转变温度从1200℃提升至1400℃.处于悬浮状态的γ-Al_(2)O_(3)基体和SiO_(2)包覆物之间通过化学反应产生的牢固化学键形成均匀致密的包覆层,而SiO_(2)包覆层能够阻滞Al-O键的移动使包覆后的γ-Al_(2)O_(3)开始相变温度提升了200℃.机理分析表明,由于在γ-Al_(2)O_(3)表面包覆的非晶SiO_(2)能够对过渡态氧化铝表面阳离子空位进行有效填充,抑制了离子扩散,从而提高了γ-Al_(2)O_(3)的稳定性.

关键词： 聚合氯化铝铁   粉煤灰   酸浸   絮凝   盐基度  

摘要： 为有效回收和利用高铝粉煤灰除钙除铁后的酸浸废液,提出了利用酸浸废液制备聚合氯化铝铁(PAFC)的方法。首先,研究碱化剂种类、溶液初始pH、铝铁物质的量比、聚合温度和时间等因素对PAFC生成行为及其絮凝效果的影响;其次,研究模拟水样pH以及絮凝剂添加量对絮凝效果的影响;最后,利用XRD,FTIR和SEM等方法表征PAFC产品的结构。研究结果表明:在反应初期,随着溶液初始p H、铝铁物质的量比、聚合温度以及时间增加,PAFC产品的盐基度增大,聚合程度增加,其网状结构趋于稳定,絮凝性能也逐渐增强;盐基度继续增加,铝、铁高度聚合形成沉淀,导致PAFC的电中和能力以及网捕能力下降,絮凝效果降低。酸浸废液制备PAFC产品的最佳条件如下:氢氧化钠为碱化剂,铝铁物质的量比为15,溶液初始pH为3.0,反应温度为85℃,反应时间为3.0 h。在高岭土模拟废水样初始p H为6~8,PAFC加入量为100~150 mg/L时,PAFC具有良好的絮凝效果,水样的浊度去除率可达到90%以上。制备的PAFC产品存在羟基络合铝、羟基络合铁聚合物,其微观形貌为链网状的立体结构,且存在较多孔隙,吸附捕集污染物的能力强,絮凝效率高。

关键词： 非真空雾化   铁硅铝粉   压制成型   磁性能  

摘要： 传统的铁硅铝粉采用破碎法制备,粉末球形度差,制备的磁粉芯产品直流偏置特性较低,损耗偏高。本文采用气雾化法制备软磁铁硅铝粉,再经绝缘包覆、压制成型、热处理等工艺制备磁粉芯产品。重点研究了雾化粉末粒度特性、成分及后端磁粉芯制备工艺参数对产品性能的影响。研究表明,采用非真空法制备铁硅铝粉软磁粉末,产品氧含量能控制在200ppm以内,磁粉芯直流叠加特性DC值58%、损耗值Pv小于220mW/cm3。

关键词： 聚焦离子束(FIB)   微纳加工技术   高分辨透射电镜   梯度分布   氧化层厚度   微末铝粉  

摘要： 为直观地研究金属铝核/氧化层的界面结构,以聚焦离子束微纳加工技术为基础,成功建立了2~8μm铝粉颗粒的切片方法。对于尺寸2~8μm的铝粉颗粒,可通过结合聚焦离子束(FIB)直接切割与剖面减薄获得切片。所制备的切片样品的界面结构清晰完整,氧化层未被破坏;通过进一步联用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、能谱线扫描及元素面分布等多种表征手段,获得了不同老化条件下铝颗粒“核‐壳”界面的微观结构、结晶性和元素分布等信息。发现铝颗粒表面氧化层中Al和O元素的化学计量比偏离于标准Al2O3,呈现梯度分布特征;定量地获得了铝颗粒氧化层厚度与老化温度之间的正相关关系,未经热老化样品的氧化层厚度约5.4 nm,75℃和95℃老化样品的氧化层厚度分别增加至(34.1±2.1)nm和(51.3±2.2)nm。