有色金属科学与工程

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李立清, 周润, 龙慧婷, 孔会民, 邹来禧, 罗仙平, 邵羽南, 杨国飞

2023, 14(4): 447-453. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.001

摘要(103) HTML (7) PDF[1177](27)

摘要:
近年来，氢氧化镁已广泛应用于制备阻燃材料，但其产品存在表面极性高、易团聚、不易与高分子材料相容等不足。本研究基于密度泛函理论(DFT)的理论计算，对常用改性剂(油酸、硅烷偶联剂G-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)以及甲基丙烯酸甲酯(MMA))在氢氧化镁(101)表面的吸附情况进行了模拟，研究了改性剂对氢氧化镁表面的改性机理。吸附能、态密度、差分电荷密度和Mulliken布居电荷等参数的分析结果表明，3种改性剂分子中油酸的吸附能最低，可在氢氧化镁(101)表面稳定吸附，并且吸附的油酸与氢氧化镁(101)表面之间有明显电荷转移，形成Mg-O相互作用，而这种相互作用正是氢氧化镁表面改性的关键。本研究为提高氢氧化镁阻燃材料的性能提供了有价值的理论指导。

软锰矿、菱锰矿联合脱硫制备电池用硫酸锰的工业化试验探讨

唐道文, 董雄文, 李军旗, 陈肖虎, 姚金华, 申喜元, 雷尚荣, 谌红玉

2023, 14(4): 454-459. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.002

摘要(77) HTML (6) PDF[603](14)

摘要:
在贵州某火电厂开展了软锰矿、菱锰矿联合烟气脱硫，同时制备电池用硫酸锰的工业化试验研究，结果表明，采用软锰矿进行氧化还原脱硫和菱锰矿调节矿浆pH，通过两级脱硫装置能实现高效脱硫(SO₂的吸收率可达99%以上)。该工艺不仅能实现贫锰矿资源的综合利用，而且还能实现SO₂烟气的资源化利用。脱硫产品硫酸锰通过深度净化后能达到电池用硫酸锰的要求。通过工业化试验进一步修订和规范了工艺操作规程，为工业设计及生产奠定了坚实基础。

拜耳循环母液中钒的选择性吸附性能及机理

王泽玮, 张伟光, 梁新星, 刘远, 喻亮, 曹雪娇, 蔡震雷, 胡磊

2023, 14(4): 460-466. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.003

摘要(64) HTML (4) PDF[823](9)

摘要:
通过对阴离子交换树脂筛选，选择树脂D201对拜耳循环母液中钒的选择性吸附性能及机理进行研究。在树脂D201用量为3 g/L、搅拌速率为550 r/min、温度为30 ℃、吸附时间为30 min条件下，树脂D201的吸附率达到29.48%，吸附容量为11.5 mg/g。吸附动力学和吸附等温线结果表明，吸附过程符合准二级动力学模型，吸附等温线符合Freundlich等温线模型。对比分析空白树脂和负载树脂的红外光谱，结果表明，树脂D201可以从拜耳循环母液中选择性吸附钒。

碳酸锂热分解工艺研究现状及发展

保雪凡, 邓志敢, 魏昶, 樊刚, 李兴彬, 李旻廷

2023, 14(4): 467-472. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.004

摘要(61) HTML (3) PDF[806](10)

摘要:
Li₂O广泛应用于化工、原子能工业、冶金等领域，Li₂CO₃作为最常见的制备Li₂O的原料，研究Li₂CO₃热分解制备Li₂O具有重要意义。基于此，文中阐述了Li₂CO₃真空热分解制备Li₂O、常压下加入Al₂O₃促进Li₂CO₃热分解、真空下加入Al₂O₃促进Li₂CO₃热分解3种方法，并进行了详细的热力学分析，为Li₂CO₃热分解行为提供数据，介绍了当前国内外Li₂CO₃热分解研究现状及发展。指出了真空制备Li₂O的优势，为Li₂O制备工艺选择提供参考。

轧制温度对AZ61镁合金耐腐蚀性的影响

张涛, 邹金超, 黄志权, 赵春江, 王军朋

2023, 14(4): 473-480. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.005

摘要(54) HTML (8) PDF[1165](7)

摘要:
采用金相显微镜、X射线衍射仪、极化曲线、电化学阻抗谱和浸泡实验对轧后(轧制温度分别为：300、350、380、400 ℃)AZ61镁合金分别进行了微观表征和性能测试。研究了轧制温度对AZ61镁合金微观组织的影响及对耐腐蚀性的遗传效应，明确了轧制温度与耐腐蚀性之间的映射关系。结果表明：随着轧制温度的升高，AZ61镁合金的晶粒尺寸先减小后增大，β相含量先减小后增加再减小，其耐腐蚀性先升高后降低再升高；AZ61镁合金的腐蚀行为呈先局部点蚀，然后以“丝状”扩展为面蚀；当轧制温度为350 ℃时，AZ61镁合金的晶粒尺寸最小且β相含量最少，此时合金具有较好的耐腐蚀性，其极化电阻高达530.970 Ω·cm²，腐蚀电位φ_corr为-1.470 V，腐蚀电流密度J_corr为8.415×10^-6 A/cm²，平均腐蚀速率低至1.14×10^-4 g/(cm²·h)。

钢渣生态水工砖制备及其性能

杨志彬, 程谢悦, 成洁, 苏童, 毛瑞, 麻晗, 鲁雄刚, 龙红明, 姜健

2023, 14(4): 481-488. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.006

摘要(52) HTML (4) PDF[1107](5)

摘要:
用钢渣作骨料制备生态水工砖，既解决了钢渣大量堆积产生的污染问题，同时又降低了对砂石骨料的过分依赖。本文用热闷处理后的钢渣代替砂石骨料制备生态水工砖，研究钢渣掺入量、钢渣粒径、骨胶比等对生态水工砖透水率、抗压和抗折强度的影响规律，分析生态水工砖透水率与抗压、抗折强度之间的相互关系。结果表明：钢渣粒径为4~5.5 mm时性能较好，生态水工砖透水率、抗压和抗折强度分别为5.6×10^-2 cm/s、45.45 MPa和6.59 MPa。显气孔率直接影响透水性，高显气孔率表示材料含有较多的孔，有利于水流的通过，但也会导致抗压和抗折强度下降。生态水工砖透水率与抗压强度存在负线性相关性，而与抗折强度相关性不大。剖析生态水工砖高透水性形成机制，为制备兼备高透水率和高抗压强度生态水工砖提供新思路。

水系钠离子电池负极材料NaTi₂(PO₄)₃的研究进展

刘晓娟, 王春香, 吴永麟, 钟晓辉, 廖斯民, 李之锋

2023, 14(4): 489-500. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.007

摘要(75) HTML (5) PDF[1205](13)

摘要:
近年来，水系钠离子电池由于原材料储量丰富、安全可靠、环境友好等优势在电化学储能系统中引起了愈加广泛的关注与研究。在已报道的诸多水系钠离子电池负极材料中，具有超离子导体结构的NaTi₂(PO₄)₃ (NTP)成为最具代表性的负极材料。然而，由于NTP固有的本征电子导电性差与不可逆的“溶解-沉淀”行为阻碍了其进一步实际应用。本文综述了近几年来NTP及其复合材料作为负极材料在水系钠离子电池中的研究进展，总结了NTP改性的主要方法，包括表面修饰、尺寸形貌控制和掺杂取代，并对每种改性措施进行了详细论述。最后对NTP作为水系钠离子电池负极材料的应用前景进行了展望。

原子团簇尺寸对Al-Cu-Mg合金疲劳过程中滑移带形成及裂纹扩展行为的影响

刘梦, 秦梦黎, 柏松, 刘志义

2023, 14(4): 501-510. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.008

摘要(63) HTML (8) PDF[1687](2)

摘要:
通过透射电镜(TEM)、原子探针(APT)等分析手段，研究了不同时效态Al-Cu-Mg合金中原子团簇对疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明：自然时效态试样只含有小尺寸原子团簇(< 100个原子)，而170 ℃人工时效态试样出现大尺寸原子团簇(> 100个原子)，且随着时效时间的延长，大尺寸原子团簇逐渐增多，并在170 ℃/8 h态开始析出少量S′相。小尺寸原子团簇对位错滑移的阻碍作用较小，在裂纹扩展过程中形成了较多的滑移带，裂纹沿滑移带扩展，表现出较高的裂纹扩展速率；随着团簇尺寸的增大，延缓了Al-Cu-Mg合金在疲劳过程中的溶解和强化效应的衰减，限制了裂纹前端滑移带的形成，显著降低了裂纹扩展速率；S′相的析出阻止了位错往复滑移并减少了裂纹闭合效应，表现出较高的疲劳裂纹扩展速率。170 ℃/1 h态合金中大尺寸原子团簇数量密度较高，且没有析出S'相，因此具有较优的抗疲劳裂纹扩展性能。

超声振动原位Al₂O_3(p)/7075汽车零件合金组织与耐腐蚀性能研究

朱炳耀, 贾小波

2023, 14(4): 511-517. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.009

摘要(60) HTML (8) PDF[1624](6)

摘要:
通过超声振动在7075合金中添加SiO₂，原位生成Al₂O₃颗粒，利用X射线衍射仪(XRD)、自带能谱分析仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、浸泡腐蚀实验和电化学测试实验对合金的微观组织、物相组成和耐腐蚀性能进行分析。结果显示，超声振动和Al₂O₃颗粒的原位生成可以细化合金的微观组织，将团聚的Al₂O₃颗粒分散均匀，且Al₂O₃颗粒可作为异质形核的核心，提高形核率。超声态Al₂O_3(p)/7075合金主要由Al、Al₂O₃、Al₇Cu₂Fe、Al₂CuMg、Mg₂Zn相组成。相比于7075合金，超声态Al₂O_3(p)/7075合金的失重腐蚀速率和析氢腐蚀速率下降，白色腐蚀产物减少，点蚀和晶间腐蚀程度减弱，自腐蚀电位(E_corr)和点蚀电位(E_p)上升，腐蚀电流密度(I_corr)下降。超声态Al₂O_3(p)/7075合金耐腐蚀性能提升是微观组织细化导致的腐蚀速率减缓和Al₂O₃颗粒原位生成导致的腐蚀电位升高的协调作用。

添加活性剂的T2纯铜MIG堆焊304L不锈钢工艺

王烁, 梁建明, 高晓刚, 赵芳, 李双庆

2023, 14(4): 518-526. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.010

摘要(40) HTML (8) PDF[1326](3)

摘要:
为实现T2纯铜基体堆焊304L不锈钢，采用MIG焊的方法进行试验，在分析焊接电流、预热温度对堆焊层成形影响的基础上进一步添加活性剂过渡层，通过分析活性剂对堆焊层及铜-不锈钢结合界面的作用发现：活性剂可以有效增加熔深，改善铜-不锈钢界面的结合情况，其中Cr₂O₃既可产生电弧收缩，又可改变熔池流动形态，效果优于NaF的作用。添加Cr₂O₃活性剂后铜-不锈钢结合界面Cu-Fe相互过渡形成混溶区，在铜侧形成球状富Fe相，在不锈钢侧形成颗粒状富Cu相。Cu-Fe的充分扩散可改善结合界面，避免产生渗铜裂纹，优化后的工艺为：添加Cr₂O₃活性剂，预热温度400 ℃，焊接电流320 A。

锻造变形对扩散连接TC4钛合金的影响

杨兴远, 蔡雨升, 姜沐池, 任德春, 吉海宾, 雷家峰, 肖旋

2023, 14(4): 527-535. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.011

摘要(51) HTML (13) PDF[1859](5)

摘要:
本文开展了TC4钛合金棒材扩散连接及锻造工艺实验，研究了锻造变形量对扩散连接界面显微组织和力学性能的影响规律。结果表明，采用950 ℃、140 MPa、4 h的扩散连接工艺，TC4钛合金连接界面实现了冶金结合，合金强度达到母材强度的95%以上，延伸率为7%，合金在扩散区发生脆性断裂。扩散连接的TC4钛合金经过高温锻造后，扩散连接界面完全消失，显微组织由等轴α相、次生α相与少量的β相组成；随着锻造变形量的增加，等轴α相的尺寸逐渐降低、次生α相体积分数增大，合金强度呈现升高趋势；当变形量为40%时，等轴α相和次生α相含量达到较优匹配度，抗拉强度达到950 MPa，延伸率达到17.5%，锻造后合金的断裂方式转变为韧性断裂。

SnBi36Ag0.5Sbx焊料合金组织与性能

朱文嘉, 赵中梅, 龙登成, 张欣, 秦俊虎, 卢红波

2023, 14(4): 536-542. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.012

摘要(47) HTML (3) PDF[1485](4)

摘要:
向SnBi36Ag0.5合金中加入不同含量的Sb元素，按设计的质量比将Sn、Bi、Ag、Sb纯金属在450 ℃熔化，保温6 h、320 ℃浇铸，制备成SnBi36Ag0.5Sbx(x=0.3、0.7、1.0、1.5、2.0)焊料合金。并对合金的显微组织、相成分、熔点、润湿性、力学性能进行表征，研究Sb含量对合金性能的影响。结果表明该合金由网状Bi相、基体Sn相、颗粒状和短杆状的富Bi相、Ag₃Sn构成。在一定范围内，Sb元素绝大部分固溶于Sn基体相中，难以析出SnSb化合物。Sb的添加使合金的液相线温度和熔程明显提高。随着Sb含量增高，润湿时间越长，润湿力越低，润湿性能下降。当Sb含量为2%时，抗拉强度最高值为97.09 MPa。添加少量的Sb对Sn-Bi系中Bi合金焊料性能产生明显影响。

某矿山地表移动及岩层监测稳定性研究

王少特, 张耀平, 刘书瑶, 雷大星, 许传金

2023, 14(4): 543-552. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.013

摘要(51) HTML (7) PDF[1982](10)

摘要:
采空区是影响矿山安全生产的重大隐患之一，对采空区的探测和稳定性分析至关重要。本文以某金属矿山为例对其稳定性及上覆岩层变形监测进行分析，采用InSAR技术进行实测，通过FLAC3D数值模拟以及力学分析方法，分析遗留采空区稳定性和地表变形规律。结果表明：InSAR技术监测得到地表形变约为2 mm，地表建筑物形变约为2 mm，围岩二次应力的变化值最大为1.91 MPa。采空区围岩内部监测位移最大值为2.5 mm。采空区数值模拟地表变形分析矿区的地表最大沉降为2.7 mm。监测结果与理论分析及三维数值模拟分析结果基本吻合，整体上围岩内部位移量变化较小，未出现大的地压活动。采场围岩结构稳定性良好，地表沉降量微小，无显著形变，矿区地表及建筑物处于稳定状态。

分散剂增强菱锌矿与细粒绿泥石混合矿浮选分离的作用及机理

付智楷, 郭姚, 任嗣利

2023, 14(4): 553-560. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.014

摘要(36) HTML (2) PDF[1266](3)

摘要:
氧化锌矿通常与黏土矿物共生，在浮选过程中细粒黏土极易在氧化锌矿表面发生罩盖，严重影响氧化锌矿的浮选。本研究以十八胺(OCTA)作为捕收剂，研究了菱锌矿与绿泥石混合矿的浮选行为。微浮选实验表明菱锌矿单矿物浮选回收率很高，绿泥石单矿物几乎不上浮。然而，混有绿泥石的菱锌矿的可浮性却显著降低。为了提高混合矿浮选中菱锌矿的浮选回收率，引入溴化十六烷基吡啶(CPB)作为分散剂提高菱锌矿的浮选效率，并与传统分散剂六偏磷酸钠(SHMP)的作用效果进行了对比，发现CPB相比SHMP对强化菱锌矿的浮选具有更加优异的性能。利用Zeta电位测量、SEM-EDS分析及浮选溶液化学计算揭示了CPB增强菱锌矿和绿泥石浮选分离的机制，CPB能够有效增强菱锌矿和绿泥石混合矿的浮选分离，归因于其在绿泥石表面的吸附，防止了绿泥石细微颗粒对菱锌矿表面的罩盖。这些结果表明，新型分散剂CPB在菱锌矿混合矿的浮选分离中具有潜在的应用前景。

不同磨矿介质对细粒磁铁矿磨矿效果的影响

徐今冬, 余超, 陈晓锋, 吴彩斌, 张忠祥

2023, 14(4): 561-568. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.015

摘要(59) HTML (4) PDF[1169](10)

摘要:
为了解决钢球磨矿存在的高耗能和过粉碎严重等问题。本文以细粒磁铁矿为研究对象，通过纯矿物磨矿实验考察了陶瓷球和钢球对磨矿性能的影响，采用响应曲面法分析磨矿操作因素及其交互作用对磨矿细度(γ_{< 0.074 mm})的显著性影响顺序。结果表明：当入磨磁铁矿粒度 < 0.15 mm时，陶瓷球的磨矿效果显著优于钢球。在较优磨矿对比条件下，陶瓷球磨矿效果全面优于钢球，其磨矿过程中比能耗下降35.82%，噪声降低21.85%，技术效率增加26.12%；磨矿产品中γ_{< 0.074 mm}提高5.96%，γ_{< 0.023 mm}下降32.49%。响应曲面法分析结果表明，磁铁矿磨矿细度γ_{< 0.074 mm}的显著性影响顺序为：球径 > 充填率 > 磨矿浓度；球径与充填率的交互作用对磁铁矿磨矿细度的影响达到高度显著水平，而充填率与磨矿浓度的交互作用不显著。本研究结果可为陶瓷球在黑色金属矿中的细磨作业提供参考。

稀土元素镧对Cu-15Ni-8Sn合金组织及性能的影响

齐昭铭, 许华本, 乐顺聪, 黄辉, 郭诚君, 肖翔鹏, 杨斌

2023, 14(4): 569-579. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.016

摘要(53) HTML (7) PDF[4190](9)

摘要:
采用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析研究添加稀土元素镧(La)及其添加量对Cu-15Ni-8Sn合金组织及性能的影响。研究结果表明，添加微量La元素可以细化枝晶组织，改善合金的枝晶偏析，并且随着La添加量增加，改善效果越明显。La可与Ni或Sn反应形成LaNiSn相或La₅Sn₃相，并且随着La添加量增加，析出相逐渐由LaNiSn相向La₅Sn₃相转变。添加0.8%(质量分数，下同) La可以有效抑制形成不连续沉淀，分布在晶界上的La₅Sn₃相可以占据不连续沉淀的形核位点，分布在晶体内的La₅Sn₃相可以抑制不连续沉淀前沿界面的移动，共同作用抑制了Cu-15Ni-8Sn-0.8La合金时效过程中不连续沉淀的形成。此外，Cu-15Ni-8Sn-0.8La合金在450 ℃时效30 min获得HV硬度峰值为324。

机械球磨法在稀土材料制备领域的研究进展

昝苗苗, 何志宏, 曾昕鸣, 陈金发, 肖燕飞

2023, 14(4): 580-586. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.017

摘要(58) HTML (10) PDF[648](10)

摘要:
稀土材料广泛应用于节能环保、国防军工和高新材料等各个领域，本文介绍了机械球磨法的原理和特点，综述了该方法在超细稀土氧化物粉体、稀土功能材料以及稀土合金化材料制备中的研究现状，最后对该技术在稀土材料的制备领域进行了展望，指出了机械球磨法在稀土材料制备方面的研究方向。

基于深度机器视觉的稀土元素组分含量预测

张水平, 张奇涵, 王碧, 张小林, 蓝桥发, 郭浩然

2023, 14(4): 587-596. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.04.018

摘要(60) HTML (12) PDF[1061](9)

摘要:
稀土萃取过程中元素含量的快速检测有助于提高稀土产品质量，目前的检测仪器存在检测延时长和维护成本高等问题。基于部分稀土元素独特的颜色特征，如Pr离子、Nd离子，可将机器视觉方法用于元素组分含量的软测量。不同于传统机器视觉方法，本文首次引入卷积神经网络(CNN)提取Pr/Nd混合溶液原始图像抽象表征，同时采用深度神经网络构建回归模型，用于预测Pr/Nd混合溶液中各元素的含量。实验选取1 210张Pr/Nd混合溶液图像作为实验数据，相较于已有方法，数据规模提升近12倍。多次独立重复结果表明，预测的组分含量与真实组分含量间的最大相对误差绝对值为2.773 8%，满足实际萃取生产中对元素含量分布变化的精度要求，具有一定的实际意义。

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2023年第14卷第4期

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