有色金属科学与工程

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霍瑞浩, 谢岁, 邓攀, 曾智勇, 廖春发, 王旭

2023, 14(3): 295-301. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.001

摘要(95) HTML (20) PDF[821](24)

摘要:
基于赤泥中含有碱煮黑白钨渣碳热还原所需助熔剂和铁等有价金属，本文采用碱煮黑白钨渣与赤泥协同碳热还原回收制备铁锰钨锡合金，并分离砷、铅、铋等有害元素。通过考察碱煮黑白钨渣与赤泥质量比、还原剂用量、还原温度、熔炼时间对金属合金化率的影响，确定较优的协同处置碳热还原工艺条件为：碱煮黑白钨渣与赤泥质量比为1∶1、还原剂用量为8%、熔炼温度为1 550 ℃、熔炼时间为120 min。在此条件下，铁、锰、铌、锡、钨、钽的合金化率分别为99.40%、23.75%、25.08%、89.46%、40.94%、17.53%；砷、铅、铋等有害元素还原进入烟尘。通过碱煮黑白钨渣与赤泥协同处置碳热还原的研究，既能回收有价金属，又减少了助熔剂等额外资源消耗，对资源化发展提供了新的研究方向。

CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃-FeO-Cr₂O₃渣系中铬尖晶石析出行为的热力学计算

苏丽娟, 许继芳, 左龙

2023, 14(3): 302-310. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.002

摘要(92) HTML (10) PDF[1303](10)

摘要:
不锈钢渣中铬赋存在尖晶石相中，可防止Cr⁶⁺浸出。将不锈钢中重金属Cr选择性富集、稳定化，有利于提高不锈钢渣综合利用率。本文基于熔渣非平衡凝固理论，研究了碱度、MgO及FeO含量对CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃-FeO-Cr₂O₃不锈钢渣体系凝固过程中尖晶石相析出温度、析出量及化学组成的影响。计算结果表明：CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃-FeO-Cr₂O₃渣析出相主要有Ca₂SiO₄、Ca₂MgSi₂O₇、Ca₂Al₂SiO₇、尖晶石相等。MgCr₂O₄尖晶石析出量随碱度增加而逐渐增大，提高碱度可抑制FeCr₂O₄析出。当温度降低至1 000 ℃，MgO含量为8%~12%时，渣中MgCr₂O₄尖晶石析出量最大，FeCr₂O₄尖晶石析出量随MgO含量的增加而降低。随着FeO含量升高，MgCr₂O₄尖晶石析出量降低，FeCr₂O₄尖晶石析出量增加，FeO不利于Cr在MgCr₂O₄尖晶石相中的富集。不锈钢渣中含铬尖晶石相析出的实验结果验证了热力学计算结果，碱度为1.5时，不锈钢渣中铬在尖晶石相中的富集率约为93%。

LiCl-KCl-MgCl₂熔盐体系中Li-Mg共沉积机理研究

张远景, 刘兆庭, 朱实贵, 路贵民

2023, 14(3): 311-317. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.003

摘要(92) HTML (13) PDF[1026](6)

摘要:
Li-Mg合金作为锂电池负极材料在新能源领域中具有广阔的应用前景，熔盐电解法制备Li-Mg合金极具优势。本文采用三电极体系研究了Mg²⁺在LiCl-KCl-MgCl₂熔体中钨电极上的电化学行为及Li-Mg共沉积机理，探究了MgCl₂浓度对电解共沉积Li-Mg的影响。方波伏安法与计时电流法实验结果表明：Mg²⁺在钨电极上一步两电子还原为金属Mg，属于瞬时成核过程，不受温度的影响。计时电位法实验结果表明：随着MgCl₂浓度的增加，LiCl-KCl-MgCl₂熔体电解共沉积Li-Mg所需的阴极电流密度逐渐增大。当LiCl-KCl-MgCl₂熔体中MgCl₂浓度为5%时，实现Li-Mg共沉积的最小阴极电流密度为0.287 A/cm²。恒电流电解结果表明：当MgCl₂浓度≤5%时，Li-Mg产品中金属Mg含量随着熔体中MgCl₂浓度的增加而增大，当MgCl₂浓度达到10%时，电解仅得到金属Mg。

铜底吹熔池熔炼炉多相流数值模拟

彭金鹏, 詹佳鑫, 张斌, 吴怡康, 李明周

2023, 14(3): 318-328. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.004

摘要(112) HTML (17) PDF[2252](14)

摘要:
在铜的富氧底吹熔池熔炼过程中，熔池内的多相流动决定了颗粒下料、传热传质及化学反应速率。本文建立了包含气泡、铜锍、渣的三相数学模型，并通过水力学模型实验对数学模型进行了验证。对不同气流速度、铜锍深度、渣层厚度进行了数值模拟，研究炉内渣眼尺寸、旋流强度及漩涡位置等情况。结果表明，随着气流速度增大，气泡流对熔池的搅拌程度逐渐强烈，气泡弥散程度降低，但气流速度过大容易造成熔体喷溅。铜锍深度越大，旋涡搅拌面积越大，旋流强度越大，渣层变短变厚，有利于排渣，但熔池深度增大到一定程度时渣眼直径急剧减小，并且铜锍卷渣程度增大。随着渣层厚度增加，铜锍层内气泡尺寸增大，渣眼尺寸急剧减小，甚至消失，漩涡同时出现在铜锍和渣层内，导致卷渣严重。

含砷金（精）矿预处理过程中砷的走向

王辉, 王剑, 王苹, 潘玥, 王瑞祥, 徐志峰

2023, 14(3): 329-337. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.005

摘要(115) HTML (8) PDF[1263](15)

摘要:
近年来，随着金矿矿床的大规模开采，高品位且易处理金矿资源已趋枯竭，以含砷金（精）矿为代表的复杂难处理金矿已成为我国黄金工业矿产金的主要原料。在含砷金（精）矿中，微细粒的金常以亚显微结构分布，并包裹于黄铁矿、砷黄铁矿（毒砂）等硫化矿物载体中，使得该类金矿无法直接浸出回收。含砷金（精）矿的预处理方法主要有生物氧化法、加压氧化法、化学氧化法和两段焙烧法等。本文在综述含砷金（精）矿主要预处理方法的基本原理及相关研究的基础上，重点讨论了砷在预处理过程中的走向，并对含砷金（精）矿预处理方法的研究方向进行了展望。

钨改性δ-MnO₂的制备及其在空气净化中的应用研究

方倩, 康建刚, 唐文武, 任彩, 张惠斌

2023, 14(3): 338-346. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.006

摘要(94) HTML (15) PDF[1237](11)

摘要:
为提高δ-MnO₂催化剂常温催化分解甲醛的活性和稳定性，以高锰酸钾、一水合硫酸锰、钨酸铵为原料，采用液相沉淀法及热处理方法制备钨改性δ-MnO₂。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、BET比表面积分析仪和X射线光电子能谱（XPS）对产物的物相、微观结构、化学态等进行表征；同时研究δ-MnO₂催化分解甲醛的活性和稳定性，并对其分解挥发性有机物（VOCs）和灭菌性能进行测试。结果表明，钨元素加入后得到了颗粒尺寸较小、钨元素均匀分布的花瓣状δ-MnO₂颗粒；通过200 ℃热处理可以显著提高δ-MnO₂催化活性，其催化分解甲醛的活化能仅为13.78 kJ/mol。钨改性提高了δ-MnO₂在高湿环境下的催化活性与稳定性，在7次循环测试中，甲醛去除率维持在91%以上。同时，钨改性δ-MnO₂在催化分解VOCs气体和灭菌方面均表现出优异性能，在空气净化领域展现出广阔的应用前景。

基于二硒化铂新型纳米器件高各向异性输运研究

李燕, 董先声, 刘国港, 廖健, 陈铜

2023, 14(3): 347-354. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.007

摘要(79) HTML (13) PDF[1756](11)

摘要:
低维材料是发展新一代电子技术和纳米器件的关键。低维二硒化铂（PtSe₂）材料因具有制备方法简单、稳定性高、载流子迁移率高等优点而备受关注，被视为最有希望的电子器件候选材料之一。本研究采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的第一性原理方法研究了低维PtSe₂材料的电子结构和输运性质，并沿不同的边界计算锯齿型和扶手椅型PtSe₂纳米带。结果表明，不同的条带宽度对锯齿型边界下的PtSe₂影响很小，其能带结构均为金属性；扶手椅型边界下表现出奇偶特性。同时，不同边界的PtSe₂纳米器件具有高各向异性，其中，锯齿型边界的PtSe₂纳米器件有更高的电流，并且表现出负微分电阻效应。

石墨烯和碳纳米管二元复合导电剂对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂锂离子电池性能的影响

黄锦朝, 郭子霆, 肖青梅, 钟盛文

2023, 14(3): 355-362. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.008

摘要(79) HTML (20) PDF[1532](11)

摘要:
主要以石墨烯（Gen）、碳纳米管（CNTs）及其二者的复合材料石墨烯/碳纳米管（Gen/CNTs）为研究对象，将其以不同的含量、比例添加在LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中，制备了一系列软包电池。通过XRD、SEM、电化学性能等测试研究了不同导电剂与正极材料结合情况，以及导电剂含量配比对锂离子电池性能的影响。结果表明：电池的性能与导电剂含量密切相关，并且复合导电剂的性能优于单一导电剂。在石墨烯/碳纳米管比例相同的情况下，随着导电剂添加量增加，电池的内阻显著降低，放电容量、倍率性能、循环性能均得到改善。导电剂为1.5% Gen/CNT（3/7，质量比）时，0.2 C下放电比容量可达163.2 mAh/g，在5 C下放电比容量仍可达85.5 mAh/g，其循环性能也最好，1 C循环200次后，容量保持率可达103.12%。

非饱和红砂岩风化土土水特征及降雨对其边坡稳定性的影响

袁心安, 温树杰, 孙自立, 宋亮亮

2023, 14(3): 363-371. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.009

摘要(70) HTML (6) PDF[1060](5)

摘要:
为防止非饱和红砂岩风化土边坡因水分状态的变化出现失稳破坏，对其开展土水特征及降雨作用下稳定性变化研究。首先，针对不同初始干密度、初始质量含水率条件下的非饱和红砂岩风化土进行脱湿试验，得到其土水特征曲线，通过分析其规律，提出改进指数函数模型，并与F-X模型进行对比。应用该模型进行数值模拟，分析降雨强度及时长对边坡稳定性的影响。结果表明：在参数更少、表达形式更简洁的条件下，改进的指数函数模型达到了与F-X模型相近的拟合精度，并且对残余含水率的估算结果更准确，对红砂岩风化土具有更好的适用性；在降雨持时相同时，降雨强度增大，坡体饱和度增加，边坡稳定性降低；随着降水持时延长，0~6 h段边坡稳定性显著降低，之后稳定性下降较小；短时间的强降雨对于红砂岩风化土边坡稳定性影响较大。

基于LOF-SMOTE算法的地下水影响下矿山岩溶塌陷风险预测研究

盛建龙, 乔宇, 王平, 俞栋华, 张彦文

2023, 14(3): 372-380. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.010

摘要(48) HTML (3) PDF[1283](5)

摘要:
矿山岩溶地表塌陷成因复杂，形式多样，为准确预测矿山岩溶塌陷，结合岩溶发育机理，本研究提出基于LOF和SMOTE算法的BP神经网络预测模型。首先通过LOF算法剔除因非自然原因而产生的异常数据，再通过SMOTE算法对剔除后的数据进行过采样，合成新数据，以增加样本数目，最后采用BP神经网络模型对矿山岩溶塌陷进行预测。结果表明，实际工程数据经过预处理后的预测模型，与部分小样本预测模型相比，具有更高的预测精度，可为在其他工程中应用提供参考。

湿法炼锌浸出渣的工艺矿物学研究

蒋桂玉, 夏洪应, 张奇, 徐英杰

2023, 14(3): 381-386. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.011

摘要(75) HTML (28) PDF[1665](13)

摘要:
以云南某厂锌浸出渣为研究对象，结合XRF、XRD、扫描电镜、物相分析等手段，对该浸出渣的化学元素组成、矿物中元素的主要存在形式、粒度分布等工艺矿物学参数进行了详细研究。结果表明，锌浸出渣的粒径大部分小于1.12 μm，渣中的主要有价金属包括锌、锗、铅和银，其品位分别为15.21%、216.50 g/t、6.48%和0.018%。其中，锌的主要存在形式是氧化锌、硫化锌和铁酸锌；铁主要以氧化铁和铁酸锌形式存在。铁酸锌性质稳定且不溶于稀酸，这是造成锌浸出渣中锌浸出率低的主要原因。同时，Fe³⁺的增加导致溶液电位增加，进而抑制铁酸锌的分解，有效减少Fe³⁺是提高锌浸出率的主要方法。锌浸出渣中锗主要以易溶于酸的GeO₂和锗酸盐形式存在。锌、锗和银有较高的可回收利用价值，可以综合回收。

污泥源腐殖酸的提取及沉淀低浓度稀土作用机制

麻欣宇, 李雪蓉, 叶松, 王俊峰, 陈云嫩, 钟常明

2023, 14(3): 387-399. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.012

摘要(48) HTML (5) PDF[5619](11)

摘要:
采用焦磷酸钠法和碱溶酸析法分别从剩余污泥中提取污泥源腐殖酸。利用扫描电镜、红外光谱和三维荧光光谱对2种腐殖酸进行表征分析，并对比了二者对低浓度稀土离子的沉淀效果。结果表明：2种腐殖酸中均含有大量的羧酸类、胺类、羟基类官能团，但焦磷酸钠法提取的S-HA-1中官能团的种类更多、含量更高；当沉淀稀土离子浓度为103.40 mg/L时，2种腐殖酸对稀土的沉淀率分别达97.30%和91.18%，沉淀物中稀土元素重量百分比总和分别为31.73%和28.64%，S-HA-1沉淀效果较优。采用S-HA-1为沉淀剂，稀土离子浓度为51.70 mg/L时，通过单因素实验与响应面优化实验确定了较优反应条件：腐殖酸浓度0.25 g/L，反应时间56.53 min，搅拌速率106.27 r/min，反应温度40 ℃，pH=5.90，在此条件下，稀土沉淀率≥ 98%。利用能谱和红外光谱分析稀土沉淀物发现，沉淀过程中稀土离子与S-HA表面的酚羟基和羧基等官能团发生了一系列物理化学反应，形成腐殖酸-稀土絮状体沉淀。研究结果表明，从剩余污泥提取腐殖酸低浓度稀土离子沉淀剂，既能实现沉淀剂再利用，又能回收稀土资源。

低强度超声波提升厌氧污泥对重金属Cu（Ⅱ）极限浓度调控效果

朱彦辉, 朱易春, 刘祖文, 田帅, 李鑫

2023, 14(3): 400-406. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.013

摘要(44) HTML (4) PDF[1815](4)

摘要:
以污泥基质降解速率（v_COD）、胞外聚合物（EPS）和酶活性（DHA）等变化为评价指标，探究了不同进水Cu（Ⅱ）浓度下低强度超声波提高厌氧污泥对重金属Cu（Ⅱ）耐受性影响的效应。结果表明，低强度超声波能够提高污泥微生物对Cu（Ⅱ）的耐受性。随着进水Cu（Ⅱ）浓度升高，超声组与对照组v_COD均下降，但超声组v_COD下降幅度更缓。超声组和对照组进水Cu（Ⅱ）浓度与污泥基质降解速率抑制百分比之间的关系拟合得到IC₅₀分别为94.62 mg/L和88.85 mg/L，表明低强度超声波能够提高厌氧污泥对Cu（Ⅱ）的抑制阈值。进水Cu（Ⅱ）浓度为1 mg/L时，超声组与对照组EPS含量略有提高，而后随着Cu（Ⅱ）浓度升高而逐渐降低，但超声组比对照组EPS含量更高，可能是低强度超声波通过促进污泥分泌更多的EPS降低了Cu（Ⅱ）的生物毒性。此外，超声组的DHA活性比对照组提高了3.95%~36.31%。因此，通过低强度超声波可以提高厌氧污泥对重金属Cu（Ⅱ）的耐受性，从而维持污水厌氧生物处理的稳定运行。

碳热还原法制备MoS_x@ZVI复合材料及其处理酸性橙G废水研究

周文旺, 蒋晨曦, 曾淡良, 吴艺博, 邱廷省, 余文

2023, 14(3): 407-415. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.014

摘要(82) HTML (13) PDF[1840](5)

摘要:
以辉钼矿（MoS₂）、褐铁矿和无烟煤为原料，通过碳热还原法制备了MoS_x@ZVI复合材料。研究了MoS₂用量、焙烧温度、无烟煤用量和焙烧时间对MoS_x@ZVI去除酸性橙G（OG）的影响，并确定了制备MoS_x@ZVI的较优制备条件为焙烧温度1 000 ℃、MoS₂用量6%、焙烧时间60 min和无烟煤用量25%。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱仪对较优条件制备的MoS_x@ZVI进行表征，结果表明，材料中生成了大量核壳结构的硫化零价铁，内核为Fe-Mo-C合金，外壳可能由硫化钼、FeS、C、钼氧化物和铁氧化物组成。降解实验结果表明，将较优条件制备的MoS_x@ZVI碎磨至粒径 < 0.1 mm，用0.6 g MoS_x@ZVI处理400 mL 200 mg/L OG模拟废水，在初始pH = 3.0~10.0范围处理150 min，OG的去除率均在90%以上。

离子型稀土矿硫酸镁溶液原地浸矿渗流演化实验研究

谭述君, 饶运章, 张美道, 王丹, 张世佳, 巫辅宇

2023, 14(3): 416-424. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.015

摘要(105) HTML (23) PDF[2013](12)

摘要:
对于离子型稀土矿体的原地浸矿，渗流是稀土离子浸出率和浸矿周期的重要控制因素，成为提升浸出效率的关键。本研究以赣州龙南足洞稀土矿块为柱浸实验对象，以硫酸镁溶液作为浸矿液，利用核磁共振、EDTA容量法和数据拟合分析等手段，研究了不同浓度硫酸镁溶液浸矿对离子型稀土矿体孔隙结构、稀土离子浓度及溶液浸出速率的影响，并探讨了原地浸矿过程孔隙结构的演化机理。结果表明：清水浸矿过程对矿体孔隙结构的影响较小，并有少部分大孔隙矿体向小孔隙矿体转变；而硫酸镁溶液浸矿过程对矿体孔隙结构的影响较大，矿体孔隙率先由大孔隙向小孔隙转变，再由小孔隙向大孔隙转变，并且表现出阻碍浸矿液渗流的特点，浓度越大，阻碍作用越显著。最后分别拟合了各硫酸镁浸矿组的浸出稀土离子浓度与平均浸出速率的关系。

稀土单原子光催化剂制备和应用研究进展

赵凯燕, 李锋, 余长林, 杨凯

2023, 14(3): 425-438. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.016

摘要(89) HTML (30) PDF[3356](15)

摘要:
单原子光催化剂具有增强光捕获、电荷转移和光催化的表面反应等方面的优势，已成为目前光催化领域非常活跃的研究方向。稀土元素电子结构独特，表现出优越的光学、电学等方面的性质，被广泛应用于催化科学研究。将稀土金属的尺寸降低到单原子尺度，对于提高稀土元素的光催化效率及其利用效率非常重要。本文对稀土单原子光催化剂进行了概述，重点分析了目前稀土单原子光催化剂的制备方法和稀土单原子光催化剂的应用，并对稀土单原子光催化剂面临的挑战和发展方向进行了展望。

基于好氧颗粒污泥的膜生物反应器处理离子型稀土冶炼废水

罗小娟, 罗凯, 钟招煌, 李新冬

2023, 14(3): 439-446. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.03.017

摘要(83) HTML (15) PDF[1772](7)

摘要:
稀土冶炼有机废水是一种危害性大、水质复杂的高浓度酸性废水，主要污染物包括有机物、氨氮、悬浮物、无机盐、重金属等。因此研究如何有效处理稀土冶炼有机废水对水体、土壤的保护具有重大意义。本研究搭建了序批式膜生物反应器（SBR-MBR），并结合好氧颗粒污泥（Aerobic Granular Sludge，AGS）组成好氧颗粒污泥膜生物反应器（AGS-MBR）。在此基础上，研究了不同碳氮比（有机物中碳与氮的总含量的比值C/N）对AGS-MBR处理工艺的影响。结果表明，在C/N = 10时，好氧颗粒污泥稳定性最好，对COD、NH₄⁺-N、TN和TP的脱除率稳定后可达99.0%、96.7%、79.3%、91.1%；进水C/N的降低对AGS-MBR去除COD的影响较小，对出水N的形态和TP影响较大，并且当C/N ≤ 7时，部分好氧颗粒污泥发生解体，出水TN和TP浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918—2002（2006）一级A排放标准要求，为进一步探讨研究更低C/N的稀土冶炼有机废水的处理工艺提供理论依据。

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2023年第14卷第3期

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