鈦纖維多孔材料傳熱及高溫吸聲性能研究

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1、西安建筑科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文開題報告學(xué)號姓名李東峰學(xué)院冶金工程學(xué)科專業(yè)冶金物理化學(xué)研究生類型學(xué)術(shù)型碩士專業(yè)學(xué)位碩士□導(dǎo)師姓名張朝暉填報日期2014年1月日一、課題名稱：鈦纖維多孔材料傳熱及高溫吸聲性能研究國家級科研項目?。ú浚┘壙蒲许椖繖M向課題自選課題√二、課題研究的依據(jù)及意義：1.研究的背景及意義1.1石煤提釩的前景石煤是我國一種獨特的低碳、高硫、高灰分并伴生釩、鎳、鉬、鈾等多種有價金屬的炭質(zhì)頁巖，我國10多個省（區(qū)）都有釩礦物，已經(jīng)探明的儲量為618.8億噸，石煤釩礦的含釩量與世界非石煤釩釩礦資源總儲量相當(dāng)[1-4]。金屬釩作為一種重要的稀有金屬，以其良好的

2、物理化學(xué)性能，獲得了“金屬的維生素”的美譽。添加少量的釩即可大大提高鋼鐵的強度、韌性和耐磨性能；金屬釩對鈦合金性能的優(yōu)異改良使其在航空領(lǐng)域的有了廣泛的應(yīng)用，推動著我國航空航天事業(yè)飛躍性的發(fā)展。釩能夠提高鋼的強度、韌性、延展性和耐熱性[5-7]。釩廣泛用于冶金、宇航、化工、電子、陶瓷等工業(yè)部門[8]。我國釩資源豐富，隨著汽車產(chǎn)業(yè)，高性能建材以及其他新的領(lǐng)域?qū)︹C的需求增大，釩及釩產(chǎn)品有很大的消費潛力。石煤作為我國所特有的一種含釩礦石，其中的含釩量占我國釩資源總量的37.0%，超過了其他各國V2O5的含量之和[9-13]。如今，隨著國際市場需求的日益增加，利用石煤進行高效、

3、清潔的提釩必將成為我國提釩的重要發(fā)展方向。1.2課題研究意義陜西省商洛地區(qū)的石煤釩礦儲量十分豐富，主要分布于山陽縣和商南縣，而且礦石中五氧化二釩含量在1.0%左右，但發(fā)熱量比較低（約800千卡/Kg左右），不能夠直接作為燃煤進入鍋爐發(fā)電，可在利用石煤中碳質(zhì)燃燒發(fā)熱的基礎(chǔ)上進行配煤以達到我國工業(yè)發(fā)電的要求進行發(fā)電[14-18]。石煤發(fā)電后飛灰仍可作為釩礦資源對其中的V2O5進行富集和提取利用；石煤燃燒過程中產(chǎn)生的SO2煙氣可進行收集制硫酸，可減少煙氣排放對環(huán)境造成的污染；發(fā)電飛灰提釩后的礦渣還可以用來制造建筑用磚和水泥等建材[19]。我們已經(jīng)在實驗室已經(jīng)自行設(shè)計并制造了

4、石煤飛灰專用爐，課題擬采用“制取石煤飛灰-浸出-離子交換-沉釩工藝”獲得五氧化二釩產(chǎn)品[20-24]，進而得到精釩。因為釩浸出液的濃度較低、且雜質(zhì)多，若直接沉釩，沉釩不完全、沉淀劑用量大、生產(chǎn)成本高，且產(chǎn)品質(zhì)量無法得到保障，需要先對浸出液進行分離富集。分離富集的工藝主要有萃取和離子交換兩種[25-26]。萃取法使用有機相作萃取劑，需經(jīng)過多級萃取和反萃取，且有廢水萃余水相的產(chǎn)生，還會損失部分萃取劑，勞動條件差。相對萃取法來說，離子交換法更優(yōu)越，大大簡化工藝流程，降低生產(chǎn)成本，改善工作環(huán)境，而且得到的富集液中雜質(zhì)含量更低。離子交換法適用于酸性、中性及堿性溶液，可以從浸出液

5、中提取釩，具有很好的應(yīng)用前景。本課題則采用一種陰離子交換樹脂對石煤含釩浸出液進行分離富集，通過對多種樹脂篩選并控制影響因素，并從熱力學(xué)和動力學(xué)方面進行理論探討，對離子交換法處理石煤浸出液的工藝研究具有重要的指導(dǎo)意義。2.研究現(xiàn)狀2.1浸出由于石煤釩礦的物質(zhì)組成較復(fù)雜，釩的賦存價態(tài)及賦存狀態(tài)變化多樣，且分散細微，不同的石煤釩礦，浸取工藝也不同。常見的浸出方法有水浸法、酸浸、堿浸[27-29]。我國最早采用鈉化焙燒-水浸工藝，焙燒使石煤中釩轉(zhuǎn)化為水溶性釩酸鈉，水浸后釩的浸出率超過60%；酸浸包括焙燒-酸浸及濕法酸浸，通過酸浸用V（V）取代硅鋁鹽礦物中云母晶格中的Al（II

6、I），V(IV)被直接浸出，付自碧[30]通過無鹽焙燒-低酸浸出提釩，900-950℃下焙燒1.0-1.5h，加入硫酸2.5%，常壓浸出1h，浸出率為78.45%，此外，還有采用氫氟酸分解石煤生產(chǎn)五氧化二釩的研究；石煤中V（III）難浸出，氧化焙燒采用堿浸出，陳芝華采用此工藝在95℃下浸出2h，氫氧化鈉濃度2mol/L，經(jīng)過三次浸出后浸出率高達83.7%。針對陜西省商洛地區(qū)的石煤釩礦特點，本課題對石煤飛灰在實驗室進行“制取石煤飛灰-酸浸-離子交換-沉釩工藝獲得五氧化二釩產(chǎn)品”工藝流程的參數(shù)研究如圖1，確定最佳技術(shù)路線。酸浸時由于已溶解形成的多釩酸根離子和溶解的雜質(zhì)生成

7、不溶性的多釩酸鹽或雜多酸鹽，降低釩的浸出率，所以需要進一步選用用離子交換法實現(xiàn)分離富集處理。圖1石煤飛灰提釩工藝流程圖2.2離子交換法離子交換法在國外起步較早，通常采用焙燒、酸浸、堿浸等工藝將釩渣中的釩轉(zhuǎn)化成水溶性含釩離子，例如V4O124-(因溶液pH值不同，釩陰離子也不同)；再根據(jù)物料的不同采用不同的離子交換劑(例如717樹脂)，調(diào)節(jié)溶液pH值，在離子交換柱上發(fā)生吸附反應(yīng)；再經(jīng)洗脫，使釩轉(zhuǎn)入洗脫液中[31-32]。用于分離和提釩的離子交換樹脂一般為強堿性季胺型陰離子交換樹脂，可用D301R、901樹脂、Am-berliteIRA-400、IRA-