钛纤维多孔材料传热及高温吸声性能研究

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1、西安建筑科技大学硕士研究生学位论文开题报告学号姓名李东峰学院冶金工程学科专业冶金物理化学研究生类型学术型硕士专业学位硕士□导师姓名张朝晖填报日期2014年1月日一、课题名称：钛纤维多孔材料传热及高温吸声性能研究国家级科研项目省（部）级科研项目横向课题自选课题√二、课题研究的依据及意义：1.研究的背景及意义1.1石煤提钒的前景石煤是我国一种独特的低碳、高硫、高灰分并伴生钒、镍、钼、铀等多种有价金属的炭质页岩，我国10多个省（区）都有钒矿物，已经探明的储量为618.8亿吨，石煤钒矿的含钒量与世界非石煤钒钒矿资源总储量相当[1-4]。金属钒作为一种重要的稀有金属，以其良好的

2、物理化学性能，获得了“金属的维生素”的美誉。添加少量的钒即可大大提高钢铁的强度、韧性和耐磨性能；金属钒对钛合金性能的优异改良使其在航空领域的有了广泛的应用，推动着我国航空航天事业飞跃性的发展。钒能够提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性[5-7]。钒广泛用于冶金、宇航、化工、电子、陶瓷等工业部门[8]。我国钒资源丰富，随着汽车产业，高性能建材以及其他新的领域对钒的需求增大，钒及钒产品有很大的消费潜力。石煤作为我国所特有的一种含钒矿石，其中的含钒量占我国钒资源总量的37.0%，超过了其他各国V2O5的含量之和[9-13]。如今，随着国际市场需求的日益增加，利用石煤进行高效、

3、清洁的提钒必将成为我国提钒的重要发展方向。1.2课题研究意义陕西省商洛地区的石煤钒矿储量十分丰富，主要分布于山阳县和商南县，而且矿石中五氧化二钒含量在1.0%左右，但发热量比较低（约800千卡/Kg左右），不能够直接作为燃煤进入锅炉发电，可在利用石煤中碳质燃烧发热的基础上进行配煤以达到我国工业发电的要求进行发电[14-18]。石煤发电后飞灰仍可作为钒矿资源对其中的V2O5进行富集和提取利用；石煤燃烧过程中产生的SO2烟气可进行收集制硫酸，可减少烟气排放对环境造成的污染；发电飞灰提钒后的矿渣还可以用来制造建筑用砖和水泥等建材[19]。我们已经在实验室已经自行设计并制造了

4、石煤飞灰专用炉，课题拟采用“制取石煤飞灰-浸出-离子交换-沉钒工艺”获得五氧化二钒产品[20-24]，进而得到精钒。因为钒浸出液的浓度较低、且杂质多，若直接沉钒，沉钒不完全、沉淀剂用量大、生产成本高，且产品质量无法得到保障，需要先对浸出液进行分离富集。分离富集的工艺主要有萃取和离子交换两种[25-26]。萃取法使用有机相作萃取剂，需经过多级萃取和反萃取，且有废水萃余水相的产生，还会损失部分萃取剂，劳动条件差。相对萃取法来说，离子交换法更优越，大大简化工艺流程，降低生产成本，改善工作环境，而且得到的富集液中杂质含量更低。离子交换法适用于酸性、中性及碱性溶液，可以从浸出液

5、中提取钒，具有很好的应用前景。本课题则采用一种阴离子交换树脂对石煤含钒浸出液进行分离富集，通过对多种树脂筛选并控制影响因素，并从热力学和动力学方面进行理论探讨，对离子交换法处理石煤浸出液的工艺研究具有重要的指导意义。2.研究现状2.1浸出由于石煤钒矿的物质组成较复杂，钒的赋存价态及赋存状态变化多样，且分散细微，不同的石煤钒矿，浸取工艺也不同。常见的浸出方法有水浸法、酸浸、碱浸[27-29]。我国最早采用钠化焙烧-水浸工艺，焙烧使石煤中钒转化为水溶性钒酸钠，水浸后钒的浸出率超过60%；酸浸包括焙烧-酸浸及湿法酸浸，通过酸浸用V（V）取代硅铝盐矿物中云母晶格中的Al（II

6、I），V(IV)被直接浸出，付自碧[30]通过无盐焙烧-低酸浸出提钒，900-950℃下焙烧1.0-1.5h，加入硫酸2.5%，常压浸出1h，浸出率为78.45%，此外，还有采用氢氟酸分解石煤生产五氧化二钒的研究；石煤中V（III）难浸出，氧化焙烧采用碱浸出，陈芝华采用此工艺在95℃下浸出2h，氢氧化钠浓度2mol/L，经过三次浸出后浸出率高达83.7%。针对陕西省商洛地区的石煤钒矿特点，本课题对石煤飞灰在实验室进行“制取石煤飞灰-酸浸-离子交换-沉钒工艺获得五氧化二钒产品”工艺流程的参数研究如图1，确定最佳技术路线。酸浸时由于已溶解形成的多钒酸根离子和溶解的杂质生成

7、不溶性的多钒酸盐或杂多酸盐，降低钒的浸出率，所以需要进一步选用用离子交换法实现分离富集处理。图1石煤飞灰提钒工艺流程图2.2离子交换法离子交换法在国外起步较早，通常采用焙烧、酸浸、碱浸等工艺将钒渣中的钒转化成水溶性含钒离子，例如V4O124-(因溶液pH值不同，钒阴离子也不同)；再根据物料的不同采用不同的离子交换剂(例如717树脂)，调节溶液pH值，在离子交换柱上发生吸附反应；再经洗脱，使钒转入洗脱液中[31-32]。用于分离和提钒的离子交换树脂一般为强碱性季胺型阴离子交换树脂，可用D301R、901树脂、Am-berliteIRA-400、IRA-