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Segregation behaviors of Sc and unique primary Al3Sc in Al-Sc alloys prepared by molten salt electrolysis

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Journal of Materials Science & Technology 2019年第7期35卷 1422-1431页

作者： Xuan Liu jilai xue Zhichao Guo Cheng Zhang School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technology Beijing

This work mainly deals with the segregating behaviors of Sc and the growth of unique primary Al3Sc in AlSc alloys prepared by molten salt electrolysis. The alloys contain 0.23–1.38 wt%Sc where Sc segregation is observed. It is found that a high current density and long electrolysis time are in favor of high Sc content, and so do the high temperature and the addition level of Sc2O3. Sc content at the edge of Al based alloy(average Sc content: 0.75 wt%) can be as high as 1.09 wt%, while it is merely 0.24 wt% at the central area. The cooling rates have a strong impact on the morphology and particle size of primary Al3Sc,but a weak influence on Sc segregation. The cusped cubic and dendritic primary Al3Sc can precipitate in the prepared Al-Sc alloys. In a slightly hypereutectic Al-0.67 wt%Sc alloy, a large and cusped dendrite grows from the edge into the center. The primary and secondary dendritic arms can be as long as 600 and 250 μm, respectively. The Sc segregating behaviors in Al-Sc alloys is due to the mechanism controlled by the limited diffusion rate of Sc in liquid Al. This can involve the establishment of a near spherical discharge interface between liquid Al and the electrolyte. The Sc rich layer near Al-molten salt interface may provide the potential primary nuclei and sufficient Sc atoms for the growth of large dendritic primary Al3Sc.

关键词： Al-Sc alloys Electrolysis Segregation Primary Al3Sc Discharge reaction

Hydrogen as a carrier of renewable energies toward carbon neutrality:State-of-the-art and challenging issues

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2022年第5期29卷 1073-1089页

作者： Xuan Liu Gaoyang Liu jilai xue Xindong Wang Qingfeng Li Department of Energy Conversion and Storage Technical University of DenmarkFysikvej 3102800 Kgs.LyngbyDenmark School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China

Energy storage and conversion via a hydrogen chain is a recognized vision of future energy systems based on renewables and,therefore,a key to bridging the technological gap toward a net-zero CO_(2)emission *** paper reviews the hydrogen technological chain in the framework of renewables,including water electrolysis,hydrogen storage,and fuel cell *** electrolysis is an energy conversion technology that can be scalable in megawatts and operational in a dynamic mode to match the intermittent generation of renewable *** concerns include a robust diaphragm for alkaline cells,catalysts and construction materials for proton exchange membrane(PEM)cells,and validation of the long-term durability for solid oxide *** storage via compressed gas up to 70 MPa is optional for automobile *** cells favor hydrogen fuel because of its superfast electrode *** fuel cells and solid oxide fuel cells are dominating technologies for automobile and stationary applications,*** technologies are at the threshold of their commercial markets with verified technical readiness and environmental merits;however,they still face restraints such as unavailable hydrogen fueling infrastructure,long-term durability,and costs to compete with the analog power technologies already on the market.

关键词： carbon neutrality hydrogen energy water electrolysis hydrogen storage fuel cells

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粉煤灰硫酸焙烧熟料溶出液的除铁过程研究

中南大学学报（自然科学版） 2016年第10期47卷 3295-3301页

作者：刘康薛济来朱骏谭奇伟北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 中国核工业集团核工业北京化工冶金研究院北京101149 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

对粉煤灰硫酸焙烧熟料溶出液空气和双氧水两段协同除铁过程进行研究。研究结果表明:当恒定空气流速为50 m L/min和全程搅拌速率为500 r/min时,在空气氧化时间为7 h,空气氧化温度为85℃,H_2O_2的氧化时间为30 min及其氧化温度为25℃,质... 详细信息

对粉煤灰硫酸焙烧熟料溶出液空气和双氧水两段协同除铁过程进行研究。研究结果表明:当恒定空气流速为50 m L/min和全程搅拌速率为500 r/min时,在空气氧化时间为7 h,空气氧化温度为85℃,H_2O_2的氧化时间为30 min及其氧化温度为25℃,质量分数为14%、用量为5 m L等优化条件下可使综合除铁率达99.25%,溶出液铁质量浓度可由1.185 g/L降至8.800 mg/L;除铁后获结晶硫酸铝煅烧所得Al_2O_3品位(质量分数)为98.71%。

关键词：粉煤灰硫酸化焙烧氧化沉淀除铁

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白钨矿络合浸出液净化除杂及制备仲钨酸铵

湿法冶金 2015年第6期34卷 478-482页

作者：刘亮薛济来北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

研究了采用氯化铵沉淀、氨水溶解两步法从白钨矿的盐酸-磷酸络合浸出液中净化去除杂质铁、磷、钼及制备仲钨酸铵。结果表明:氯化铵沉淀后得到(NH_4^+)_3[PW_(12)O_(40)]·9.5H_2O固体,用去离子水对其调浆后加氨水溶解,然后在一定条件下... 详细信息

研究了采用氯化铵沉淀、氨水溶解两步法从白钨矿的盐酸-磷酸络合浸出液中净化去除杂质铁、磷、钼及制备仲钨酸铵。结果表明:氯化铵沉淀后得到(NH_4^+)_3[PW_(12)O_(40)]·9.5H_2O固体,用去离子水对其调浆后加氨水溶解,然后在一定条件下加氧化剂除铁、加氯化镁除磷、加硫酸铜除钼,最后蒸发得到仲钨酸铵(NH_4^+)_3[PW_(12)O_(40)]·9.5H_2O晶体。研究为白钨矿络合浸出液的净化除杂及生产仲钨酸铵提供了一种可供选择的方法。

关键词：白钨矿浸出液净化磷钨杂多酸仲钨酸铵

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盐酸-磷酸络合浸出人造白钨矿试验研究

湿法冶金 2015年第2期34卷 109-113页

作者：刘亮薛济来北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

研究了以盐酸-磷酸络合体系浸出人造白钨矿制备磷钨杂多酸。试验结果表明:以盐酸-磷酸络合浸出人造白钨矿,盐酸初始浓度、反应温度、钨磷物质的量比、搅拌速度等因素对钨浸出率均有显著影响;浸出产物为H3[PW12O40],反应过程受界面化学... 详细信息

研究了以盐酸-磷酸络合体系浸出人造白钨矿制备磷钨杂多酸。试验结果表明:以盐酸-磷酸络合浸出人造白钨矿,盐酸初始浓度、反应温度、钨磷物质的量比、搅拌速度等因素对钨浸出率均有显著影响;浸出产物为H3[PW12O40],反应过程受界面化学反应控制,表观活化能Ea=60.652kJ/mol;在HCl初始浓度0.72mol/L、反应温度50℃、钨磷物质的量比7/1、搅拌强度600r/min条件下,钨浸出率在98%以上。

关键词：人造白钨矿盐酸磷酸浸出

阴极铝液法制备Al-M-Sc合金组织及其力学性能研究

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稀有金属 2022年第4期46卷 419-427页

作者：朱常伟刘轩曹战民薛济来郭志超北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

铝合金在现代工业、交通、航空航天等领域广泛应用,微量添加合金元素钪可进一步改善其加工和使用性能。采用阴极铝液法熔盐直接制备Al-M-Sc合金,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Sc含量、金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察含Sc... 详细信息

铝合金在现代工业、交通、航空航天等领域广泛应用,微量添加合金元素钪可进一步改善其加工和使用性能。采用阴极铝液法熔盐直接制备Al-M-Sc合金,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Sc含量、金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察含Sc相形貌以及X射线衍射(XRD)、显微硬度测试研究,发现在相同电解条件下,以二元合金阴极铝液电解合金的Sc含量大于高纯铝阴极电解合金Sc含量(0.41%,质量分数),且Al-5Li阴极电解合金中Sc含量可达1.25%。Al-M-Sc合金中含Sc形式以二元Al_(3)Sc相、三元W-(Al,Cu,Sc)相和AlSi_(2)Sc_(2)相为主。这与添加合金元素增大阴极铝液过热度而有利于与强化其扩散有关。Al-5Mg-Sc,Al-7Zn-Sc和Al-5Li-Sc合金中Sc以Al_(3)Sc相形式存在;Al-4Cu-Sc合金中以Al_(3)Sc和W-(Al,Cu,Sc)相两种形式存在;AlSi_(2)Sc_(2)相存在于Al-7Si-Sc合金中。Al_(3)Sc相形态为立方体、三角锥形和星形;W-(Al,Cu,Sc)相呈絮状,由丛生的棒状互连接而成;块状AlSi_(2)Sc_(2)相周围存在针状AlSi_(2)Sc_(2)相。Al_(3)Sc相、三元W-(Al,Cu,Sc)相和AlSi_(2)Sc_(2)相硬度显著高于合金基体硬度,其硬度分别达到289.9,114.2和162.0 kg·mm^(-2)。

关键词：钪 Al-M-Sc合金 Al_(3)Sc 硬度熔盐电解法

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粉煤灰浓硫酸焙烧过程及其非等温动力学

化工学报 2015年第4期66卷 1337-1343页

作者：刘康薛济来刘亮罗文博缪骏朱骏北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

粉煤灰浓硫酸焙烧法提取Al2O3工艺中焙烧过程十分重要,研究发现适当提升硫酸浓度、酸灰质量比和温度可增大Al转化率,而延长焙烧时间影响并不显著;在硫酸浓度80%、酸灰质量比1.5：1、温度270℃和时间60 min条件下,Al转化率可达92%~95%。T... 详细信息

粉煤灰浓硫酸焙烧法提取Al2O3工艺中焙烧过程十分重要,研究发现适当提升硫酸浓度、酸灰质量比和温度可增大Al转化率,而延长焙烧时间影响并不显著;在硫酸浓度80%、酸灰质量比1.5：1、温度270℃和时间60 min条件下,Al转化率可达92%~95%。TG/DSC与XRD分析表明,焙烧过程反应主要分为3个阶段：80~206℃时形成中间产物Al（HSO4）3及H2O气化;206~241℃时生成Al（HSO4）3及Al2（SO4）3·H2O;241~304℃时由Al2（SO4）3·H2O和Al（HSO4）3二者分解转化成Al2（SO4）3。由Kissinger微分法与Ozawa积分法分别计算出3个阶段表观活化能后取二者平均值,分别为52.61、74.11、96.08 k J·mol-1,并获得频率因子、反应级数和动力学方程,所获结果可为粉煤灰硫酸焙烧法提取Al2O3焙烧工艺设计和过程优化提供理论参考和基础数据。

关键词：硫酸化焙烧粉煤灰氧化铝反应动力学化学过程

铝电解阳极CO_2气泡传质速率及其对电流效率影响的模拟研究

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中国科技论文 2015年第6期10卷 710-715,719页

作者：李吉刚薛济来朱骏北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

构建铝电解阳极CO2气泡生长、脱离阳极后在冰晶石熔液内上浮与CO2传质过程耦合模型,研究CO2气泡传质速率及其对二次铝损失反应的影响。计算结果表明,气泡长大过程CO2传质速率（10-6 mol/s）远大于气泡上浮中数值（10-8~10-9mol/s）。当... 详细信息

构建铝电解阳极CO2气泡生长、脱离阳极后在冰晶石熔液内上浮与CO2传质过程耦合模型,研究CO2气泡传质速率及其对二次铝损失反应的影响。计算结果表明,气泡长大过程CO2传质速率（10-6 mol/s）远大于气泡上浮中数值（10-8~10-9mol/s）。当CO2气泡传质速率与铝损失速率相近时,减少电解槽极距对电流效率影响并不明显。电流密度i对气泡传质速率影响较大,当i从0.15A/cm2增至0.75A/cm2时,CO2气泡在电解质冰晶石熔液中传质速率可增大至1.96×10-6 mol/s,但电流密度越高,铝生成量越大,CO2气泡传质引起的电流效率降低趋势反而减小。在阳极加载超声可使气泡脱离阳极时粒径变小,同时亦使CO2气体在阳极底部停留时间减少,其综合作用使电流效率升高。正常电解条件下实验结果与模拟研究基本一致。

关键词：有色金属冶金气泡生长传质速率铝损失电流效率

Cyanex272浸渍树脂萃取色层法分离铥、镱、镥

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稀有金属 2007年第6期31卷 824-828页

作者：廖春发梁勇焦芸芬薛济来江西理工大学材料与化学工程学院江西赣州341000 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

研究了不同温度、淋洗液酸度、稀土负载量、淋洗液流速及装柱树脂高度对Cyanex272浸渍树脂萃取色层法分离Tm,Yb,Lu的影响和柱参数。结果表明,在温度为30℃,梯度淋洗酸度为0.5,0.6,1.5 mol.L-1,稀土负载量为0.3%,淋洗液流速为1.0 ***-1,... 详细信息

研究了不同温度、淋洗液酸度、稀土负载量、淋洗液流速及装柱树脂高度对Cyanex272浸渍树脂萃取色层法分离Tm,Yb,Lu的影响和柱参数。结果表明,在温度为30℃,梯度淋洗酸度为0.5,0.6,1.5 mol.L-1,稀土负载量为0.3%,淋洗液流速为1.0 ***-1,装柱树脂高度为480 mm(柱内径为16 mm)的条件下,对Tm,Yb,Lu富集物分离效果较好。

关键词： Cyanex272浸渍树脂萃取色层法 Tm-Yb-Lu富集物