大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目從石煤釩礦堿浸液中制備納米白炭黑的研究申報(bào)書

1、安徽工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申報(bào)書項(xiàng) 目 編 號 項(xiàng) 目 名 稱 從石煤釩礦堿浸液中制備納米白 炭黑的研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 華中寶 聯(lián)系電話所在學(xué)院 冶金工程學(xué)院 學(xué) 號 139014008 專業(yè)班級 礦物加工工程131班 e-mail 1050450831 指導(dǎo)教師 龍思思 e-mail lssheb 申請日期 2014-03-20 起止年月 2014年5月至2015年5 月 項(xiàng)目級別：a 國家級b 省級c 校級 重點(diǎn) 一般二一四年三月填寫說明1. 本申請書所列各項(xiàng)內(nèi)容均實(shí)事求是，認(rèn)真填寫，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)，簡明扼要。2. 申請人可以是個人，也可以為創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，首頁只填負(fù)責(zé)人

2、?！绊?xiàng)目編號”一欄不填。3. 項(xiàng)目所屬一級學(xué)科：項(xiàng)目內(nèi)容所屬的一級學(xué)科，3位代碼，按照中華人民共和國學(xué)科分類與代碼簡表（國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t13745-2009）。4. “項(xiàng)目來源”欄填寫“學(xué)生自主選題”、“學(xué)生來源于教師科研項(xiàng)目選題”、“學(xué)生承擔(dān)社會、企業(yè)委托項(xiàng)目選題”。 “來源項(xiàng)目類別”欄填寫“863項(xiàng)目”、“973項(xiàng)目”、“國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目”、“省級自然科學(xué)基金項(xiàng)目”、“教師橫向科研項(xiàng)目”、“企業(yè)委托項(xiàng)目”、“社會委托項(xiàng)目”以及其他項(xiàng)目標(biāo)識。5. 本申請書用a4紙正反面打印，左側(cè)裝訂成冊。可網(wǎng)上下載、自行復(fù)印或加頁，但格式、內(nèi)容、大小均須與原件一致。6. 負(fù)責(zé)人所在學(xué)院須認(rèn)真審核，經(jīng)初評

3、和答辯，簽署意見后，將申請書（紙質(zhì)版）報(bào)送工創(chuàng)中心創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)科，電子版發(fā)至：cxjy。一、基本情況項(xiàng)目名稱從石煤釩礦堿浸液中制備納米白炭黑的研究所屬學(xué)科440 礦山工程技術(shù)項(xiàng)目來源學(xué)生自主選題來源項(xiàng)目類別無申請金額6000元起止年月 2014年 5 月 至 2015 年 5 月項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及團(tuán)隊(duì)成員信息姓名性別學(xué)號院系專 業(yè)年級聯(lián)系電話項(xiàng)目中的分工華中寶男139014008礦物加工工程大獻(xiàn)收集與整理、項(xiàng)目方案確定李振男139014010礦物加工工程大液化學(xué)計(jì)算潘騰男139014014礦物加工工程大料制備、數(shù)據(jù)分析胡志

4、成男139014007礦物加工工程大分試驗(yàn)邱浪男139014015礦物加工工程大炭黑材料制備與表征指導(dǎo)教師基本情況姓名性別年齡院系（課部）職稱職務(wù)聯(lián)系電話e-mail龍思思女27冶金院講師教ssheb負(fù)責(zé)人曾經(jīng)參與科研的情況無指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況無指導(dǎo)教師對本項(xiàng)目的支持情況指導(dǎo)教師在指導(dǎo)項(xiàng)目組完成該項(xiàng)目方面有充分的時間和精力、足夠的科研與實(shí)踐能力，并可將辦公室（冶金樓312）和學(xué)院分配的試驗(yàn)場所提供給項(xiàng)目組使用，以進(jìn)行場地和設(shè)備支持。二、立項(xiàng)依據(jù)（可加頁）（一） 研究目的 石煤釩礦是我國一種重要的低品位含釩資源。

5、在石煤堿法浸出提釩的過程中，會有大量的硅化合物進(jìn)入浸出液中，嚴(yán)重影響后續(xù)提釩工藝操作，因此在浸出液提釩之前必須將其中的硅進(jìn)行凈化處理。本研究旨在利用碳分法實(shí)現(xiàn)含釩浸出液中硅的凈化，并通過研究碳分過程中二氧化硅微核形成與生長的基本規(guī)律，建立二氧化硅的選擇性沉淀與微核控制生長理論體系，最終形成石煤堿浸液中高比表面積白炭黑納米顆粒制備技術(shù)，使硅沉淀渣得到重新利用，提升產(chǎn)品附加值，對完善石煤資源綜合利用也具有重要的意義。（二） 研究內(nèi)容 課題的主要研究內(nèi)容分以下三個部分：（1）石煤堿浸液中各元素的溶液化學(xué)行為研究：首先研究單一堿性體系中釩、硅、鋁各元素的存在形式以及隨溶液ph改變而變化的規(guī)律，繼而研究

6、混合體系下硅的析出以及其它可溶離子對硅析出的影響。（2）考察溫度場、動力場、添加劑、難免離子等因素對二氧化硅微核形成與生長的影響規(guī)律，形成二氧化硅的選擇性沉淀與微核控制生長理論。（3）從石煤提釩堿浸液中制備出納米白炭黑產(chǎn)品并對其進(jìn)行性能表征。（三） 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài) 石煤釩礦是我國獨(dú)有的含釩資源，我國對石煤提釩的研究也比較多，研究重點(diǎn)為優(yōu)化石煤提釩工藝流程，目前從石煤中提釩主要采用火法與濕法相結(jié)合的方法，石煤提釩原則流程包括焙燒浸出釩的富集與沉淀。浸出液中釩富集的目的是將浸出液中雜質(zhì)去除，同時獲得高含量的含釩溶液，為釩酸銨的制備做準(zhǔn)備，目前研究最多的是離子交換和萃取。采用萃取或者離子交

7、換的方法從溶液中分離和富集釩的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，通過萃取或離子交換可以除去石煤提釩浸出液中絕大部分雜質(zhì)成分，但對于溶液中影響萃取或離子交換過程進(jìn)行的雜質(zhì)成分則需要提前進(jìn)行除雜處理。酸浸選擇性差，在石煤酸浸過程中除釩被浸出外，還會使浸出液中鐵、磷、硅等雜質(zhì)成分含量高，在酸性溶液中除鐵主要有黃鉀鐵礬法、赤鐵礦法和針鐵塊法；除磷常用鎂鹽法；除硅主要是控制溶液ph值的快速沉淀法。石煤堿浸過程中浸出的雜質(zhì)種類少，但硅會被大量浸出而進(jìn)入浸出液中，在循環(huán)堿浸過程中，浸出液中硅的含量可以達(dá)到釩含量的幾倍甚至數(shù)十倍，從堿浸液中除硅主要是調(diào)節(jié)溶液ph值的中和沉淀法，常采用硫酸、鹽酸等強(qiáng)酸作為ph值調(diào)整劑。通常情況

8、下，堿浸液中的硅常被當(dāng)成雜質(zhì)脫除，對其進(jìn)行綜合利用的研究較少。白炭黑即水合二氧化硅，是一種白色、無毒、無定形的微細(xì)粉狀物，其分子式為sio2nh2o。白炭黑主要應(yīng)用于橡膠工業(yè)，是一種優(yōu)良的橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，具有超強(qiáng)的粘附力、耐熱、抗老化和抗撕裂性能。目前，市場上常見的白炭黑種類按生產(chǎn)工藝不同有氣相法白炭黑和沉淀法白炭黑兩種。氣相法白炭黑是將四氯化硅在高溫下氣化后與一定量的氫和氧進(jìn)行氣相水解產(chǎn)生二氧化硅分子凝集成的顆粒。沉淀法白炭黑是采用水玻璃與酸反應(yīng)，經(jīng)沉淀、過濾、洗滌、干燥和煅燒而制得的白炭黑產(chǎn)品。氣相法生產(chǎn)的白炭黑純度高、比表面積大、表面羥基少，但由于其生產(chǎn)成本高、操作控制困難、產(chǎn)品價格昂貴而在

9、應(yīng)用上受到限制，一般僅用于精細(xì)填料。沉淀法生產(chǎn)白炭黑的研究重點(diǎn)為新型硅源的尋找和產(chǎn)品性能的提升。傳統(tǒng)沉淀法白炭黑主要以水玻璃為硅源，產(chǎn)量不大且生產(chǎn)成本高，尋找更加廉易得的白炭黑硅源對于降低生產(chǎn)成本、提高市場競爭力十分必要。近年來出現(xiàn)了以非金屬礦及其衍生物或工業(yè)固體廢棄物為硅源制備白炭黑的研究，例如國內(nèi)外許多學(xué)者分別以硅灰石、蛋白石、粉煤灰、蛇紋石、橄欖石、高嶺土為硅源，制備出了不同檔次、不同用途的白炭黑產(chǎn)品，還有許多將白炭黑作為副產(chǎn)品產(chǎn)出的工藝出現(xiàn)。另外，傳統(tǒng)沉淀法白炭黑產(chǎn)品親和力差、活性較小、粒徑較大、補(bǔ)強(qiáng)性能低。隨著沉淀法工藝的不斷改進(jìn)和對產(chǎn)品研究的不斷深入，目前沉淀法白炭黑已經(jīng)由傳統(tǒng)的白

10、炭黑發(fā)展到了“高比表面積白炭黑” 、“高分散性白炭黑”和“獨(dú)特結(jié)構(gòu)高分散性白炭黑”等分散性和補(bǔ)強(qiáng)性能更好的產(chǎn)品。（四） 創(chuàng)新點(diǎn)與項(xiàng)目特色（1）系統(tǒng)研究了石煤堿浸液即釩、硅、鋁復(fù)雜混合溶液體系中二氧化硅的選擇性沉淀與微核控制生長理論。（2）從石煤堿浸液中制備納米級高比表面積白炭黑產(chǎn)品，豐富了白炭黑的硅源，也完善了石煤資源的綜合利用。（五） 技術(shù)路線、擬解決問題及預(yù)期成果 本項(xiàng)目研究主要分為兩大部分：釩、硅分離試驗(yàn)和白炭黑制備。對于釩、硅分離過程研究方案為：首先通過循環(huán)堿浸工藝獲得浸出液，采用碳分法進(jìn)行浸出液中的釩、硅分離，并通過控制分離溫度、攪拌強(qiáng)度、充氣速度、添加劑用量等實(shí)現(xiàn)在釩、硅分離的基礎(chǔ)

11、上納米級二氧化硅沉淀的生成；繼而對碳分反應(yīng)獲得的沉淀渣進(jìn)行凈化處理以獲得白炭黑產(chǎn)品，并結(jié)合xrd、ft-ir、激光粒度測試、比表面積測試、白度測試、sem分析等手段對產(chǎn)品進(jìn)行表征。 項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題在于實(shí)現(xiàn)堿性溶液中二氧化硅微核的可控形成和生長，以確保獲得純度高、比表面積大、粒度細(xì)、穩(wěn)定性好的白炭黑產(chǎn)品。 在研究過程中，擬發(fā)表學(xué)術(shù)論文12篇或申請專利1項(xiàng)。（六） 項(xiàng)目研究進(jìn)度安排 項(xiàng)目預(yù)期一年完成，具體時間安排為：（1）2014.52014.7。文獻(xiàn)收集與整理、完成石煤堿浸液體系溶液化學(xué)計(jì)算、進(jìn)行碳分試驗(yàn)前期準(zhǔn)備。（2）2014.82015.2。完成浸出液中釩硅分離過程及白炭黑制備的研

12、究。（3）2015.32015.5。發(fā)表學(xué)術(shù)論文、完成結(jié)題報(bào)告。（七） 已有基礎(chǔ)1. 與本項(xiàng)目有關(guān)的研究積累和已取得的成績 本項(xiàng)目組成員都是礦物加工工程專業(yè)的大學(xué)生，擁有良好的數(shù)學(xué)和化學(xué)基礎(chǔ)，并對礦物加工技術(shù)的應(yīng)用有著濃厚的興趣。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人不但學(xué)習(xí)成績名列前茅、勤于思考，而且具有良好的創(chuàng)新能力和組織能力。經(jīng)過指導(dǎo)老師啟發(fā)與項(xiàng)目成員的集體努力，項(xiàng)目組已收集了大量研究材料、完成了完整的項(xiàng)目構(gòu)想。 項(xiàng)目指導(dǎo)教師在過去7年期間，一直從事石煤中釩硅資源綜合利用研究工作，作為主要技術(shù)負(fù)責(zé)人參與了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目-石煤中釩硅資源綜合利用基礎(chǔ)理論研究和綠色石煤提釩新技術(shù)、洪江石煤提釩技術(shù)開發(fā)試驗(yàn)、廢鋁基觸

13、媒綜合利用試驗(yàn)、石煤中鉬鎳浸出試驗(yàn)等多項(xiàng)橫向課題研究。對于含釩物料中釩的提取以及石煤堿浸液中硅產(chǎn)品的制備具有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)。發(fā)表的代表性論文有：1 long ss, feng qm,zhang gf, et al. recovery of vanadium from alkaline leaching solution from roasted stone coalj. scienceasia, 2014, 40:69-72.2long ss, zhang gf, fengqm, et al. desiliconisation of alkaline leaching solution of

14、roasted stone coal with carbonation methodj. transactions of nonferrous metals society of china, 2010, 20:132-135.3 long ss, zhang gf, feng qm, et al. extraction of vanadium from alkaline leaching solution of roasted stone coalc.5th international conference on hydrometallurgy,july 6-8,2009, p227.2.

15、已具備的條件，尚缺少的條件及解決辦法（1）已具備的條件：安徽工業(yè)大學(xué)圖書館藏有大量冶金礦冶行業(yè)紙質(zhì)圖書資料，而且所購買的數(shù)據(jù)庫能夠?yàn)楸卷?xiàng)目組提供豐富的國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊、報(bào)刊、電子圖書等資料。指導(dǎo)教師能夠?yàn)轫?xiàng)目組提供技術(shù)指導(dǎo)以及場地和設(shè)備支持。（2）尚缺少的條件及解決辦法：缺少經(jīng)費(fèi)，通過申請項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的方法解決。缺少企業(yè)合作，通過項(xiàng)目進(jìn)行過程中申請專利獲得自主知識產(chǎn)權(quán)，然后以為企業(yè)解決生產(chǎn)實(shí)際問題的方法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。三、經(jīng)費(fèi)預(yù)算開支科目 預(yù)算經(jīng)費(fèi)（元）主要用途階段下達(dá)經(jīng)費(fèi)計(jì)劃（元）前半階段后半階段預(yù)算經(jīng)費(fèi)總額6000300030001.業(yè)務(wù)費(fèi)（1）計(jì)算、分析、測試費(fèi)2500碳分實(shí)驗(yàn)中釩、硅化學(xué)分析及白炭黑產(chǎn)品性能表征12001300（2）能源動力費(fèi)200浸出、碳分200（3）會議、差旅費(fèi)500取樣郵寄費(fèi)、交通費(fèi)500（4）文獻(xiàn)檢索費(fèi)（5）論文出版費(fèi)1500論文版面費(fèi)15002.儀器設(shè)備購置費(fèi)3.實(shí)驗(yàn)裝置試制費(fèi)4.材料費(fèi)1300試驗(yàn)藥劑及充氣設(shè)