有色金属科学与工程

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曾颜亮, 霍瑞浩, 邹建柏, 廖春发, 刘付朋

2023, 14(1): 1-7. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.001

摘要(190) HTML (43) PDF[6977](43)

摘要:
铜阳极泥复合浸出渣是铜阳极泥采用复合浸出砷锑铋后的产物，采用硫酸化焙烧选择性分离硒。针对其含硒物质在选择性分离过程中的反应历程不明晰，本文利用Factsage数据库中相关热力学数据及Equilib平衡计算模块对含硒物质在不同温度时反应的ΔG^θ及反应过程平衡分析，明晰反应过程中的物相变化规律。结果表明：Cu₂Se与H₂SO₄在低温下反应生成固态Se、CuSO₄·H₂O、SO₂及H₂SO₄吸水形成H₂SO₄·H₂O；然后固态Se融化变成液态Se，同时与H₂SO₄·H₂O反应生成SeO₂、SO₂和H₂O；高温下CuSO₄·H₂O会脱水生成CuSO₄和H₂O，CuSO₄会进一步分解生成CuSO₄·CuO和SO₃；Ag₂Se与H₂SO₄反应生成固态Se、Ag₂SO₄、SO₂及H₂SO₄吸水形成H₂SO₄·H₂O; 然后固态Se融化变成液态Se，同时与H₂SO₄·H₂O反应生成SeO₂、SO₂和H₂O; 另外高温下Ag₂SO₄会转变形态；Se与H₂SO₄反应生成SeO₂、SO₂和H₂O。考察了铜阳极泥复合浸出渣在不同焙烧温度、硫酸用量及焙烧时间对蒸硒率的影响，在焙烧温度为500 ℃、H₂SO₄加入量为0.2 mL/g、升温速率为10 ℃/min、反应时间为30 min的焙烧条件下，蒸硒率达到95.4%。

铁矾渣熔化-烟化过程中铅元素的挥发性质研究

张立志, 张玉姣, 马卫星, 杜雪岩

2023, 14(1): 8-15. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.002

摘要(125) HTML (20) PDF[7113](10)

摘要:
采用火法中的熔化-烟化法回收铁钒渣中的有色金属铅，并通过热力学计算在还原焙烧过程中金属铅所需的反应条件。探究回收铅过程中不同工艺参数对铅回收率的影响，并确定回收的较优工艺条件。用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射技术对收集到烟尘的形貌、成分和结构进行表征。结果表明：铁钒渣中的铅物相在熔化-烟化过程中，当温度高于1 000 ℃时，PbS最先开始挥发进入烟尘中；烟尘中回收的铅主要以PbO和PbS形式富集，其中PbO是单质铅挥发后被氧化的产物，呈四棱柱形状；在较优反应温度1 242 ℃下铅的回收率达99.70%。

从铜冶炼阳极炉精炼渣中提取铜工艺研究

唐超凡, 张荣良, 李聪, 曾加, 张威, 杨瑞祥, 贺一夫, 李佳骏

2023, 14(1): 16-23. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.003

摘要(149) HTML (61) PDF[7299](31)

摘要:
采用废酸氧化浸出、CaO焙烧浸出渣、废酸氧化浸出焙砂的火法—湿法联合工艺提取铜冶炼阳极炉精炼渣中的铜。详细研究了废酸直接氧化浸出精炼渣时，浸出温度、液固比、时间、通入空气量对Cu、Fe、As等浸出率的影响，以及焙烧温度、时间、浸出渣与CaO质量比（m（slag）/m（CaO））对Cu、Fe、As等浸出率的影响。结果表明：废酸直接氧化浸出时，浸出温度90 ℃、液固比9 mL/g、时间4 h、每升溶液通入空气量200 mL/min条件下，Cu、Fe、As的浸出率分别为85.32%、68.41%、44.97%。浸出渣与CaO混合后，在温度800 ℃、时间4 h、浸出渣与CaO质量比为5.1的条件下进行焙烧，得到的焙砂经过废酸氧化浸出，精炼渣中的Cu、Fe、As的总浸出率分别达98.10%、69.60%、50.48%。

典型碱金属氟盐黏度分子动力学模拟评估

孙凯磊, 王旭, 蔡伯清, 廖春发, 石忠宁

2023, 14(1): 24-29. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.004

摘要(120) HTML (30) PDF[5551](14)

摘要:
对碱金属氟化物LiF、NaF、KF熔盐黏度进行分子动力学计算，并利用实测值对计算结果进行评估，结果表明: 在范德华势的基础上，引入核壳模型库仑势，并加入极化能量后作为势函数，依据能量耗散原理，通过Gromacs软件对LiF、NaF、KF熔盐在温度1 100~1 700 K范围内选点进行黏度计算，能够准确表达温度、碱金属离子半径与黏度的定性关系；计算的结果有系统性负偏差，主要原因及解决方案包括：①LiF、NaF、KF熔盐体系黏度描述模型采用严格的牛顿流体模型，而实际LiF、NaF、KF熔盐体系为似牛顿流体，需要对体系离子加速度方程添加修正项；②库仑常数（β）、极化率（α）以及核电荷量（q_core）是决定计算精度的关键参数，库仑常数的基础值以及合理的核电荷量和极化率的匹配关系对计算结果有显著影响。

钕铁硼磁材二次废料制备高纯硫酸亚铁

卢雄雄, 熊道陵, 文明福, 欧阳少波, 李檬, 张灿文, 刘艳红, 阳金娟

2023, 14(1): 30-39. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.005

摘要(143) HTML (40) PDF[9720](13)

摘要:
钕铁硼磁材废料经回收稀土后产生大量的二次废料，针对该废料含铁量高的特点，对废料中的铁元素提取进行了相关研究，铁元素以硫酸亚铁产品形式回收。酸浸提铁阶段考察了酸浓度、浸提温度、反应时间、液固比（酸体积/废渣质量）、浸取次数等因素对铁离子浸出效果的影响，通过单因素实验得到较优的酸浸工艺参数：硫酸浓度6 mol/L、浸提温度80 ℃、反应时间120 min、液固比4∶1（mL/g）和浸取次数2次，在此条件下铁的浸出率约为97.8%。还原阶段考察了温度、反应时间及废铁屑过量系数等因素对Fe³⁺转化为Fe²⁺效果的影响，得到较优的还原工艺参数：还原温度为80 ℃、反应时间为120 min和废铁屑过量系数为1.2，在此优化条件下，Fe³⁺转化为Fe²⁺的转化率约为97.69%。最终采用浓缩、冷却结晶、重结晶的方法制得硫酸亚铁产品，产品纯度99.92%。

废旧特斯拉电池LiNi_0.815Co_0.15Al_0.035O₂正极物料选择性焙烧转型提锂

李铠镔, 刘付朋, 马帅兵, 陈飞雄

2023, 14(1): 40-50. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.006

摘要(193) HTML (36) PDF[13465](34)

摘要:
在“碳达峰碳中和”战略目标下，新能源产业受到国家政策的大力扶持，我国锂电新能源产业迅猛发展，作为新能源汽车核心部件的锂离子电池的产量及报废量持续增加。废旧三元锂电池含大量的有价金属和危险废物，对其综合回收利用兼具经济和环境效益。传统火法工艺存在能耗高、锂损失率大、污染重等缺点，而常规湿法工艺亦存在流程长、净化工序复杂、锂综合回收率低、废水量大等问题。现阶段研究多以LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM) 三元正极材料为研究对象，而针对新型含铝特斯拉电池物料的回收鲜有报道，因此以典型的特斯拉三元正极材料LiNi_0.815Co_0.15Al_0.035O₂（NCA) 为原料，以碳和氢气为还原剂，采用“还原焙烧转型-选择性提锂”工艺对废旧锂电池中的锂进行选择性提取回收，并从还原焙烧及浸出方式、能耗和环保等方面进行对比。结果表明：采用碳还原焙烧选择性提锂工艺，在碳含量为15.0%、温度为700 ℃、焙烧时间为90 min的条件下，Li、Ni、Co、Al的提取率分别为97.84%、0.45%、0.36%、0.75%；采用氢还原焙烧选择性提锂工艺处理NCA物料，转型温度较低，在相同焙烧时间下，在焙烧温度500 ℃、氢气流速300 mL/min的条件下，Li提取率为95.97%，Al的提取率为8.65%，Ni、Co提取率均小于0.5%，同时产物中无CO、CO₂等污染气体产生。因此，氢还原焙烧具有较大的工业应用潜力。

二氧化钛涂层改性锌负极及其在水系锌离子电池中的应用

刘涛, 赖中元, 李小成, 韩峰, 王剑秋

2023, 14(1): 51-56. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.007

摘要(231) HTML (45) PDF[2258](33)

摘要:
采用溶胶-凝胶法制备了锐钛矿型纳米二氧化钛粉体，将其涂覆在锌箔上制备了二氧化钛涂层改性锌负极。通过各种表征和测试手段，探究了涂层对锌负极的改善效果，评估了改性后的锌负极在水系锌离子电池中的电化学性能。结果表明，二氧化钛涂层可以诱导锌在负极均匀沉积，由改性锌负极组成的Zn/Zn对称电池可以在1 mA/cm²的电流密度下稳定循环500 h以上。此外，用改性锌负极组装的Zn/MnO₂全电池在0.5 A/g的电流密度下循环100次后容量保持率为82.53%，显著优于用未改性锌负极组装的Zn/MnO₂全电池。

LiClO₄预氧化Ni_0.8Co_0.17Al_0.03(OH)₂提升锂离子电池的循环稳定性

赖福林, 王玉琴, 马全新, 周翎飞, 杨梦倩, 钟盛文, DmytroSydorov

2023, 14(1): 57-66. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.008

摘要(132) HTML (49) PDF[4293](12)

摘要:
层状高镍正极材料（LiNi_0.8Co_0.17Al_0.03O₂）因为具有高的镍含量，相比于LiCoO₂拥有更高的比容量和更低的成本，受到了大众的欢迎。然而，循环过程中容量的快速衰退阻碍了LiNi_0.8Co_0.17Al_0.03O₂的进一步商业化使用。其中，Li⁺/Ni²⁺混排现象是造成材料不良循环性能的主要原因之一。本文中，使用具有强氧化性的LiClO₄对Ni_0.8Co_0.17Al_0.03（OH）₂前驱体进行预氧化处理。X射线衍射（XRD）测试和精修结果显示，LiClO₄处理后的LiNi_0.8Co_0.17Al_0.03O₂（LiClO₄-NCA）样品有着更低的Li⁺/Ni²⁺混排程度，这与X射线光电子能谱（XPS）测试得到的正极材料中Ni²⁺/Ni³⁺结果相一致。电化学测试结果显示，LiClO₄-NCA相比于原始样品LiNi_0.8Co_0.17Al_0.03O₂（NCA）具有更优异的循环性能，1 C倍率循环100圈后，LiClO₄-NCA的容量保持率（94.3%）明显高于NCA（82.4%）。LiClO₄-NCA优异的电化学性能归因于LiClO₄促进了材料中的Ni²⁺转化为Ni³⁺，减少了阳离子混排现象，保持了更完整的层状结构。因此，LiClO₄对Ni_0.8Co_0.17Al_0.03（OH）₂前驱体进行预氧化处理可以改善材料中的Li⁺/Ni²⁺混排现象，优化层状高镍正极材料的循环稳定性。

Ni元素对Al-Cu-Mn合金组织及力学性能的影响

杨玉萍, 苏睿明, 马思怡, 聂赛男, 李广龙

2023, 14(1): 67-73. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.009

摘要(102) HTML (42) PDF[2649](13)

摘要:
为研究添加Ni元素对Al-5.0Cu-0.6Mn合金组织及力学性能的影响，通过硬度试验、拉伸力学试验及摩擦磨损试验对合金力学性能进行研究；采用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜及透射电子显微镜对合金微观组织进行检测分析。结果表明：向Al-5.0Cu-0.6Mn合金中添加Ni元素后，由于Al₃CuNi相析出的强化作用，并且与基体结合良好的增强相颗粒能均匀分布于合金中，使得合金硬度和强度大幅提高，摩擦磨损深度显著降低，综合力学性能得到有效的提升。当Ni元素的添加量为0.3%（质量分数）时，由于T相（Al₂₀Cu₂Mn₃）和Al₃CuNi相分布比较均匀，合金综合性能较为理想，其HV硬度、抗拉强度、摩擦磨损系数分别为126.4 MPa、395.2 MPa、0.12。

双Z型异质结BiOI/MoO₃/g-C₃N₄的构建及其光催化性能研究

霍彦廷, 舒庆

2023, 14(1): 74-85. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.010

摘要(127) HTML (16) PDF[4188](8)

摘要:
通过简单的溶剂热法将半导体MoO₃、BiOI与g-C₃N₄复合，构建双Z型异质结BiOI（x）/MoO₃/g-C₃N₄（x=6.25%、12.50%、18.75%、25.00%，x为BiOI的质量分数）三元复合材料，从HRTEM结果可知样品出现了2种间距分别为0.28 nm和0.33 nm的晶格条纹，结合XRD表征结果可知分别属于BiOI（110）和MoO₃（021）晶面，且g-C₃N₄是非晶态物质，由此表明BiOI/MoO₃/g-C₃N₄复合材料成功复合。UV-Vis DRS分析表明复合样品的带隙变窄，光学响应范围增强，PL和光电化学测试表征说明异质结的存在有效延缓了电子和空穴的复合，在模拟太阳光条件下对染料甲基橙（MO）进行降解并研究其光催化活性，BiOI（18.75）/MoO₃/g-C₃N₄具有较优异的光催化性能和光学稳定性，120 min对30 mg/L MO的降解率达94%，是纯g-C₃N₄的3.6倍。ESR表征说明BiOI/MoO₃/g-C₃N₄光催化降解的主要活性物质组分为·OH和·O₂^-，并通过计算BiOI、MoO₃和g-C₃N₄的价带和导带位置，表明3种物质是能带交错结构，推测出三元复合物形成双Z型异质结。BiOI/MoO₃/g-C₃N₄可作为一种有效应用于有机染料污染物降解的可见光响应催化剂，具有应用前景。

钴铁镍复合黏结相超细硬质合金显微组织与性能

沈吴毅, 赵鸿金, 田海霞

2023, 14(1): 86-98. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.011

摘要(91) HTML (30) PDF[7737](9)

摘要:
钴作为硬质合金应用最广泛的黏结剂，存在资源稀缺、成本高昂以及WC-Co硬质合金耐腐蚀性能较差等问题，综合考量生产成本与改善性能，本研究采用铁镍部分代替钴组成复合黏结剂，以其制备超细硬质合金，研究其显微组织和力学、耐蚀耐磨性能的关系。结果表明，黏结相中Fe/Ni质量分数比增加，使得合金WC晶粒细化和黏结相分布不均，合金的硬度和抗弯强度分别提高与降低。合金在中性NaCl溶液中的耐腐蚀性能评估采用极化曲线测试与浸泡实验，黏结相添加Ni能提高合金耐蚀性，归因于Ni的钝化特性与促进腐蚀产物膜的形成。硬质合金摩擦系数和磨损率与Fe/Ni质量比呈负相关，合金耐磨性的提高主要归因于黏结相的强度增强和WC晶粒细化合金硬度提高。

热制度对铜渣微晶玻璃结构和性能的影响规律

赵新宇, 杨天, 杨金成, 李宇

2023, 14(1): 99-106. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.012

摘要(109) HTML (22) PDF[3140](7)

摘要:
一步法制备微晶玻璃是一种能够有效实现对冶金渣中“渣”和“热”同时利用的方法。以铜渣为研究对象，通过对铜渣重熔过程的研究，获得了接近现场铜渣矿相组成的重熔条件，在此基础上，探究了在不同的浇铸温度、不同的热处理温度对一步法生产的微晶玻璃结构和性能的影响。结果显示，在不同温度制度下，微晶玻璃中的晶相以不规则多面体形状的尖晶石和长条棒状的橄榄石为主。尖晶石矿物有利于微晶玻璃性能，而橄榄石大量析出不利于其性能，提高浇铸温度有利于尖晶石的析出。母玻璃中橄榄石和尖晶石析晶速率最大的温度分别为1 100 ℃和1 050 ℃。提高浇注温度≥1 500 ℃，降低析晶温度≤1 050 ℃，有利于抑制橄榄石并促进尖晶石析出，从而提高微晶玻璃性能。较优的一步法热制度为浇注温度1 500 ℃，析晶温度1 050 ℃，此时微晶玻璃的抗折强度达到78.06 MPa。

冲击荷载对具有轴向静应力红砂岩应力波传播速度的影响特性

金解放, 廖占象, 杨益, 徐虹, 赵奎

2023, 14(1): 107-117. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.013

摘要(88) HTML (32) PDF[4037](10)

摘要:
岩体工程爆破开挖时，距爆源不同距离处的围岩体承受不同大小的冲击荷载和地应力。为研究冲击荷载和地应力对岩石应力波传播速度的影响，利用改进SHPB试验装置对红砂岩进行应力波传播试验，设置7个等级的轴向静应力和冲击速度，分别模拟工程中的地应力和冲击荷载大小。基于试验得到入射波和透射波起跳点的时间差，计算岩石的应力波传播速度，得到静应力和冲击速度对应力波传播速度的影响规律。构建岩石应力波传播速度与冲击速度的关系经验模型，探索拟合参数随轴向静应力的变化规律。通过测量冲击试验后岩石的声波波速，得到受载后岩石声波波速随冲击速度的变化规律，探究动载荷对岩石应力波传播速度的影响机理。研究结果表明，具有轴向静应力岩石的应力波传播速度随冲击速度的增加先增大后减小，二者呈高斯函数的变化关系。轴向静应力显著影响应力波传播速度与冲击速度的变化关系，各个拟合参数随着轴向静应力的增大呈现不同的变化趋势。在不同的轴向静应力工况下，受载后岩石的声波波速随着冲击速度的增大呈现“平缓减小—急剧减小”的变化趋势。研究结果有助于分析深部工程岩体爆破开挖应力波的传播规律以及邻近结构的稳定性分析。

基于爆炸参数的硫化矿尘云爆炸风险评估

苏港, 饶运章, 田长顺, 向彩榕, 黄涛

2023, 14(1): 118-124. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.014

摘要(106) HTML (11) PDF[1612](8)

摘要:
基于20 L球形爆炸装置与G-G炉实验获得的不同硫化矿尘的爆炸特性参数，运用风险矩阵对矿尘爆炸严重程度及敏感性进行分级。根据分级结果建立矿尘爆炸危险性评估的二维矩阵模型，并对不同硫化矿尘样品进行危险性评价。结果表明，硫化矿尘爆炸危险性受粒径及含硫量的共同影响，其中含硫量对爆炸危险性影响效果更明显，当粒径为75 μm，含硫量由36.90%降低至17.12%时，爆炸危险性由A级下降至D级；含硫量在20%~35%，粒径由25 μm增加至75 μm时，爆炸危险性由B级下降至C级。硫化矿尘爆炸风险矩阵评价系统可对含硫矿山爆炸风险进行评估，为矿山粉尘爆炸预防及风险防控提供理论依据。

超重力强化金属铋提取废旧钕铁硼中稀土元素

李春江, 王哲, 郭占成

2023, 14(1): 125-134. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.015

摘要(153) HTML (32) PDF[3518](19)

摘要:
钕铁硼是应用最广泛的永磁材料，每年会产生大量达到使用年限的废旧钕铁硼。这些废料中含有20%~30%稀土元素，是宝贵的二次资源。文中以金属铋为提取剂，通过火法熔炼回收废旧钕铁硼中的稀土元素，并利用高温超重力技术将过量的铋分离，用于循环使用。考察了熔炼过程中铋废质量比对稀土提取效率的影响，以及超重力离心过程中温度和重力系数对铋的回收率的影响。结果表明，在铋废质量比大于1∶1时，铋相与铁相分层效果较好，废旧钕铁硼中的稀土元素几乎全部进入铋相中；在较优分离条件：T=500 ℃、G=1 000下，稀土回收率达99.8%，铋的回收率达72.7%。该工艺的成功开发为废旧钕铁硼中稀土元素回收利用开辟了一条新途径。

基于协同体系的磁性材料在稀土吸附中的应用研究

孔靖宇, 邱廷省, 邱森, 朱冬梅, 严华山, 周晓文

2023, 14(1): 135-143. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.016

摘要(92) HTML (29) PDF[3222](8)

摘要:
通过二氧化硅溶胶—凝胶法，将2-乙基己基膦酸单(2-乙基己基)酯（P507）与二(2，4，4’-三甲基戊基)膦酸（C272）的协同体系引入磁性固体吸附材料中，并将其用于吸附低浓度稀土离子。吸附剂的吸附试验结果表明，当溶液pH值为2时，吸附剂具有较优的协同效果，协同系数高达22，最大吸附量为0.07 mmol/g，但由于离子强度的增加会产生竞争吸附，使得稀土吸附量降低；吸附热力学分析表明，吸附为自发的吸热过程，且吸附量随着温度的升高而增大；动力学试验研究结果表明，吸附过程与二级动力学模型具有最高的拟合度，在吸附90 min后基本达到平衡。

稀土元素铈对精密模具用不锈钢组织性能的影响

冯路路, 罗惠, 杨艳君, 刘松, 乔文玮

2023, 14(1): 144-150. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.01.017

摘要(126) HTML (17) PDF[4386](12)

摘要:
为了提高精密模具用不锈钢的性能，在3Cr13马氏体不锈钢中添加质量分数为0.002%的稀土元素铈（Ce），经淬火+回火处理后，采用金相观察、SEM、拉伸试验、冲击试验和硬度测试等方法，研究了Ce对3Cr13马氏体不锈钢组织及力学性能的影响。结果表明：Ce能细化淬火+回火后的马氏体组织，使其晶粒大小趋于一致，“白块区”马氏体分布更加均匀，使试验钢屈服强度和抗拉强度提高了100 MPa以上，0 ℃低温冲击韧性提高了62 J/cm²，HV₁₀硬度值提高了48。同时Ce改变了试验钢低温冲击试样的断口形貌，减少了夹杂物引起的“孔洞”缺陷，阻碍了裂纹的扩展，提高了试验钢的低温冲击韧性。

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2023年第14卷第1期

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