有色金属科学与工程

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廖彬, 刘付朋

2023, 14(5): 597-605. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.001

摘要(58) HTML (7) PDF[1568](21)

摘要:
以含锗氧化锌烟尘为原料,研究了硫酸、草酸、酒石酸、硫酸-酒石酸混合循环浸出工艺中Zn、Fe、Pb、Ge等有价金属的浸出行为。结果表明：硫酸浸出工艺可实现Ge、Zn的高效提取,在硫酸浓度100 g/L、液固比10 mL/g、温度90 ℃、反应时间120 min的条件下,Ge、Zn的浸出率分别可达86.12%、93.13%；草酸浸出工艺可实现Ge、Fe与Zn、Pb的选择性分离,在最优条件下Ge、Fe的浸出率分别为92.32%、67.30%,Pb、Zn基本不被浸出；酒石酸浸出体系下,Ge的浸出率较低,最高只达76.15%,并且Zn、Fe的浸出率维持在较低水平；硫酸-酒石酸混酸浸出体系下,Ge的浸出率明显改善,最高可达99.42%,同时Zn、Fe的浸出率分别可达89.53%、68.56%。通过四段循环浸出的方式,Ge富集后浓度可达152.93 mg/L,经N235萃取分离处理,Ge的萃取率接近90%。

高效电解二氧化锰电化学分析研究

裴启飞, 卢文鹏, 郭孟伟, 邵伟春, 王恩泽, 张启波

2023, 14(5): 606-614. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.002

摘要(45) HTML (7) PDF[1918](10)

摘要:
采用循环伏安、线性伏安、电化学阻抗谱等分析测试手段并结合电解实验,系统地研究了硫酸体系下Mn²⁺的电化学氧化行为。结果表明,Mn²⁺ → MnO₂的电氧化过程存在钝化现象,为实现MnO₂的高效电解,需合理控制阳极电位,从而避免析氧和生成MnO₄^‒。升高电解温度可有效改善电解MnO₂过程的界面钝化；通过控制合理的阳极电流可获得更高的电流效率。在50 g/L H₂SO₄+ 25 g/L Mn²⁺电解液中,80 ℃下,当阳极电流密度为6 mA/cm²时,电流效率可达到96.6%。

阳极泥中铜的常压氧化预脱除及动力学分析

张金凤, 崔雅茹, 何喜红, 李林波, 张飞宇, 吕超飞, 周宇飞

2023, 14(5): 615-623. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.003

摘要(39) HTML (3) PDF[1600](7)

摘要:
铜阳极泥富含金、银、铂、钯等贵金属和硒、碲等稀散金属,是稀贵金属提取的重要原料。然而,由于某铜阳极泥中铜含量大于10%,过多的铜会增加后续贵金属回收时浸出剂的消耗量,并严重影响金银的收得率,需预先脱除。本文在热力学分析及XRD、SEM-EDS等表征手段基础上,常压下于H₂SO₄介质中以MnO₂为氧化剂,对阳极泥进行预脱铜研究。分别考察了H₂SO₄浓度、MnO₂加入量、浸出时间、液固比、反应温度等因素对阳极泥中铜浸出率的影响,同时采用收缩未反应核模型对铜浸出过程进行动力学分析。结果表明：铜浸出过程的反应速率受扩散控制,其表观活化能为4.1 kJ/mol,在初始H₂SO₄体积浓度为100 g/L,MnO₂质量浓度为10 g/L,浸出时间为120 min,液固比为4∶1（单位：mL/g,下同）,反应温度为80 ℃的条件下,铜的浸出率可达92.19%；同一条件下,部分砷、硒也被浸出,其浸出率分别维持在28%和13%左右。

钕铁硼二次废料溶析结晶法制备硫酸亚铁

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

2023, 14(5): 624-632. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.004

摘要(37) HTML (3) PDF[1013](4)

摘要:
针对钕铁硼二次废料回收铁元素时存在操作复杂、能耗高等问题,以硫酸亚铁溶液模拟废料酸浸还原液,采用溶析结晶法回收溶液中的硫酸亚铁。通过实验分别测定硫酸亚铁在纯水和乙醇-水溶液两种体系中的溶解度,并以Apelblat方程对数据进行拟合,确定了实验的可行性。选用乙醇为溶析剂,考察了乙醇用量、硫酸亚铁初始浓度、温度、搅拌速度、乙醇加入方式及陈化时间等对结晶率的影响。在乙醇与硫酸亚铁溶液体积比为1∶1、硫酸亚铁初始浓度200 g/L、温度283.15 K、添加约溶质质量1%的晶种、连续加入乙醇的速度为10 mL/min、搅拌速度150 r/min和陈化时间60 min时,结晶率达95.28%。采用该法回收真实二次废料还原液中的硫酸亚铁,并利用ICP-AES、XRD、TGA和SEM对产物进行表征,结果表明,采用溶析结晶法制备的硫酸亚铁产品纯度高,杂质含量低。

Fe对Al-Zn-Mg-Si熔融镀液中Cr含量的影响

金鑫焱, 任玉苓, 林传华, 王凯

2023, 14(5): 633-640. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.005

摘要(29) HTML (6) PDF[1886](3)

摘要:
以55%Al-Zn-2%Mg-1.6%Si熔融镀液为研究对象,在热镀锌模拟设备锌锅中研究了添加Cr和Fe的实验过程中,Fe对镀液中Cr含量的影响。结果表明,当镀液温度为630 ℃时,随着Al-10Cr中间合金锭的添加,镀液中Cr含量逐渐升高,在含量约0.15%最终稳定达到饱和,超过其饱和溶解度将形成主要成分为Al-Cr的底渣。在Cr饱和的镀液中加入足量的钢板,镀液的饱和Fe含量约0.53%,而Cr含量由0.15%显著降至0.026%,镀液中形成了Al-（Fe, Cr）-Si金属间化合物,以底渣形式析出。相图计算结果进一步证实,提高Fe含量会降低55%Al-Zn-2%Mg-1.6%Si熔融镀液中Cr的饱和溶解度,从而促使Cr析出形成底渣。

高强高导石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

张晓青, 姜庆伟, 张守健, 刘博文, 王洪岗, 严光茂

2023, 14(5): 641-650. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.006

摘要(36) HTML (3) PDF[952](2)

摘要:
高强高导材料在其广泛的应用中可以带来更高的工作性能和更低的能耗,一直是材料科学领域的重点研究对象。石墨烯因具有优异的力学性能和良好的导电性能,常被作为理想的第二相增强体引入铜基体提升综合性能。文中论述了石墨烯增强金属基复合材料的研究背景,详细阐述并分析了石墨烯增强铜基复合材料的制备方法,概括了近年来石墨烯增强铜基复合材料的力学性能及导电性能的研究现状,总结与展望了石墨烯增强铜基复合材料的未来发展趋势。

钽铌尾矿制备发泡陶瓷研究

汪劲刚, 何桂春, 肖志, 易晨

2023, 14(5): 651-658. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.007

摘要(34) HTML (7) PDF[1022](3)

摘要:
发泡陶瓷作为一种新型的无机非金属材料,具有轻质、防火、耐高温、孔隙率高等特点,在很多领域都受到了广泛关注。本文以江西宜春钽铌尾矿为主要原料,SiC为发泡剂,辅以钠长石、高岭土等原料制备发泡陶瓷试样。采用XRD分析仪、TG-DTA热分析仪等分析检测手段,研究了烧成温度、保温时间、发泡剂掺量及尾矿加入量对发泡陶瓷试样性能的影响。结果表明：在钽铌尾矿加入量约60%、SiC 0.5%、烧成温度1 150 ℃、保温40 min条件下,制备出孔径分布较好的发泡陶瓷试样,为尾矿减量化及其高附加值利用提供参考。

二氧化硅和聚二甲基硅氧烷协同改性的环氧树脂涂层的制备及性能

钟俊聪, 何翕, 庄佳伟, 安广萍, 林燕飞, 刘小强

2023, 14(5): 659-667. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.008

摘要(26) HTML (2) PDF[2522](3)

摘要:
采用聚4-乙烯吡啶（P4VP）作为固化剂,以双酚A二缩水甘油醚（DGEBA）为环氧单体,在室温条件下,制备纳米SiO₂（0、3%、6%、12%,质量分数,下同）和（0、1%）聚硅氧烷二元掺杂的环氧树脂涂层；采用扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪对制备的涂层表面形貌和分子结构进行表征。利用维氏硬度计和摩擦磨损试验仪分别表征其力学和摩擦学性能。结果表明：P4VP的吡啶基团会诱导DGEBA的环氧基团开环,并使其交联固化；SiO₂（3%）和PDMS（1%）的共同引入显著增强了环氧树脂涂层的力学和摩擦学性能,其摩擦系数低至0.045,磨损率低至5.1×10^-7 mm³/（N·m）,并且两者在提升环氧树脂涂层的抗磨减摩性能方面存在显著的协同效应。但是,随着SiO₂纳米颗粒含量增加,涂层脆性增大。当涂层同时加入SiO₂和PDMS 2种添加剂,并且SiO₂纳米颗粒含量为3%时,其摩擦学性能较优。

人工植入缺陷对增材制造TC4钛合金性能的影响规律

王继航, 蔡雨升, 姜沐池, 任德春, 吉海宾, 雷家峰, 肖旋

2023, 14(5): 668-675. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.009

摘要(61) HTML (18) PDF[1814](4)

摘要:
采用激光选区熔化（Selective Laser Melting, SLM）的增材制造成形技术制备内含人工设计缺陷的TC4钛合金样品,研究了预埋缺陷的尺寸、位置对成形合金室温拉伸性能的影响规律。结果表明：由于SLM成形过程人工植入缺陷内包含的合金粉末无法排出热处理后在孔洞缺陷表面烧结,导致缺陷实际尺寸较设计尺寸略小。当预埋缺陷直径小于0.7 mm时,合金抗拉强度基本保持不变,试样均从非预埋缺陷区断裂；当预埋缺陷直径超过0.7 mm后,抗拉强度随缺陷尺寸增大而显著降低,试样均从预埋缺陷区断裂。合金延伸率受缺陷的影响较为显著,随着缺陷尺寸的增大,延伸率整体呈现逐渐降低的趋势,当缺陷尺寸超过0.7 mm后,延伸率急剧降低,缺陷尺寸超过0.9 mm后,延伸率在2%~4%范围内波动。缺陷尺寸超过0.7 mm后,缺陷尺寸是影响增材制造合金强度和延伸率的主导因素。

不同因素对超细尾砂胶结充填料流动性、强度和微观结构的影响

滑怀田, 王清亚

2023, 14(5): 676-683. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.010

摘要(35) HTML (9) PDF[1649](3)

摘要:
为实现超细尾砂的高效利用,开展一系列实验研究了不同因素对超细尾砂胶结充填料流动性、强度和微观结构的影响。首先,研究了旋流器给料压力和沉沙口直径对超细尾砂浓度和产率的影响,并研究了超细尾砂的沉降特性。然后,通过单轴抗压强度测试、坍落度和流变测试以及扫描电镜对超细尾砂胶结充填料进行研究。结果表明,沉砂口直径和给料压力会显著影响尾矿的底流产率和浓度。絮凝剂剂量对尾砂沉降速率的影响较大,对最终浓度的影响不明显。料浆质量浓度越大,其流动性越差,且当质量浓度高于72%后,料浆的流动性显著变差。养护温度、养护时间以及配合比均会对超细尾砂胶结充填体的强度产生影响。低温环境下,充填体的水化进程缓慢,导致其水化产物少、结构松散且裂隙较多,这是造成充填体强度降低的根本原因。

基于断层影响下的充填体强度需求优化研究

李广波, 盛宇航, 吴再海, 宋泽普

2023, 14(5): 684-691. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.011

摘要(27) HTML (8) PDF[2018](2)

摘要:
为分析断层影响下的充填体强度需求问题,以某矿的断层赋存特点为工程背景,采用力学推导的方法,重点对临近断层处两步采进行了力学分析,提出了充填体强度需求解析公式。同时,采用FLAC^3D对断层处的充填体与矿体稳固性进行数值模拟研究,得到了充填体强度需求模拟解。对比分析了2种计算结果,确定了合理的充填体强度需求,保证了断层处矿体安全高效开采。本研究可为同类矿山充填体强度需求优化计算提供参考。

磁黄铁矿对黄铁矿粉尘爆炸特性参数的影响

田长顺, 饶运章, 苏港, 黄涛

2023, 14(5): 692-699. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.012

摘要(31) HTML (8) PDF[1457](1)

摘要:
为掌握磁黄铁矿成分对黄铁矿粉尘爆炸的影响,在20 L爆炸球及粉尘云最低着火温度测试装置中,评价了磁黄铁矿对矿山采集的原生黄铁矿（简称原矿）、黄铁矿纯矿物的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、爆炸下限浓度、粉尘云最低着火温度4种爆炸特性参数的影响；结合爆炸产物成分与表面结构测定结果,分析了磁黄铁矿影响黄铁矿粉尘爆炸化学反应机理。结果表明：磁黄铁矿成分可以提高氧气与原矿中黄铁矿颗粒发生化学反应的概率,降低黄铁矿粉尘云最低着火温度和爆炸下限浓度,进而提高黄铁矿粉尘云最大爆炸压力和爆温。黄铁矿、磁黄铁矿粉尘爆炸产物受爆温控制,最终产物为磁铁矿Fe₃O₄及SO₂。爆炸反应过程符合缩核—含挥发分的颗粒燃烧模型。

基于空间插值算法确定离子型稀土矿体的底板

谢文强, 龙平, 胡世丽

2023, 14(5): 700-705. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.013

摘要(29) HTML (6) PDF[1477](3)

摘要:
为了确定离子型稀土矿体底板,基于见石勘探孔数据,分别利用反距离权重法、径向基函数插值法、局部多项式法、普通克里金法和经验贝叶斯克里金法5种空间插值算法计算稀土矿体底板。通过随机选取不同数量的检验点进行独立数据集验证,以标准差、平均绝对误差和均方根误差作为评价指标。结果表明：径向基函数插值法的标准差和均方根误差均低于6.1,平均绝对误差低于4.9,插值精度优于其他4种插值方法,能够更准确地确定离子型稀土矿体底板形状。本研究可为离子型稀土矿体的注液、收液工程设计提供有力的技术支持。

6 kA稀土钕电解槽多相流动数值模拟

文棠根, 张斌, 张家微, 李明周, 杨少华

2023, 14(5): 706-715. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.014

摘要(31) HTML (7) PDF[1989](2)

摘要:
稀土电解槽中气泡和电解质的流动决定离子浓度分布、温度分布以及氧化物颗粒的溶解,进而决定产品的质量。文中以6 kA圆柱形钕电解槽为原型,建立了二维、三维电解槽数学模型,用ANSYS-FLUENT软件对模型进行求解。模拟结果表明,二维模型无法模拟阳极空隙处及阳极外侧的流动过程,三维模型能更准确地反映实际电解槽内的流动特性。根据实际工况建立了非均一极距几何模型并对其流动过程进行了模拟,结果表明,随着极距增大,主旋涡向着阴极和电解槽底部偏斜；尽管流速改变较小,但由于电解质内漩涡的旋流强度不同,导致稀土金属产生偏斜,偏斜程度随阳极极距比增大而增大；阳极气泡穿透深度随极距增大而减小。

电磁搅拌对Al-14Ce合金初生/共晶相与力学性能的影响

戴琨, 汪志刚, 叶洁云, 陈继强, 何昌伟, 熊克智

2023, 14(5): 716-727. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.015

摘要(35) HTML (3) PDF[1501](4)

摘要:
针对Al-14Ce合金中富Ce相粗大引起强化效果不佳的问题,通过正交分析法和单一变量法研究电磁搅拌对合金富Ce相及力学性能的影响。结果表明,搅拌频率21 Hz,搅拌电流50 A,搅拌方向为连续正转下,合金获得较优力学性能。抗拉强度达184.6 MPa,屈服强度达107.6 MPa,伸长率达7.06%。在10~50 A范围内,随着搅拌电流的增加,Al₁₁Ce₃相平均尺寸先减小后增加,力学性能随之先降低后提升。电流过大达70 A易导致粗大初生相与孔洞缺陷的产生而恶化性能；在7~21 Hz范围内,随着搅拌频率的提升,Al₁₁Ce₃相逐渐细化使得力学性能逐步提升。频率过大达28 Hz时则会导致初生相聚集粗化降低力学性能；连续正转利于合金组织与性能改善,交替搅拌会导致局部区域Al₁₁Ce₃相聚集生长而恶化性能。

桨叶层数对导流筒搅拌槽内搅拌影响的数值模拟

罗璇, 冯羽生, 逄启寿

2023, 14(5): 728-733. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.016

摘要(27) HTML (6) PDF[1033](1)

摘要:
搅拌桨叶层数对导流筒搅拌槽的搅拌特性有着极其重要的影响。以赣南某稀土企业容积为10 m³的导流筒搅拌槽实物模型数据为参考,利用Solidworks三维软件建立了导流筒搅拌槽及不同搅拌桨叶层数的三维模型。运用流体软件Fluent对其进行网格等数据处理,然后根据相关公式选取桨叶层间距450 mm为基础数据,以相近性原则选取甘油水溶液为载体,对料液在不同搅拌桨叶层数的导流筒搅拌槽中的混合过程进行仿真模拟。以时均速度分布、速度、湍流动能和功率消耗等参数作为评价依据,选不同桨叶层数的导流筒搅拌槽的搅拌特性进行分析评价,验证了双层搅拌桨叶的导流筒搅拌槽的搅拌特性较好。

全球稀土新材料的技术演进及中国稀土产业链延伸的方向选择

罗翔, 李政, 赖丹

2023, 14(5): 734-746. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2023.05.017

摘要(42) HTML (7) PDF[2256](7)

摘要:
稀土新材料是维护国家安全、支撑高技术产业发展和实现“双碳”目标不可或缺的关键材料。中国面临西方重构稀土产业链和供应链的严峻挑战,如何促进稀土新材料产业高质量发展及合理选择稀土产业链的延伸方向是中国亟待破解的重大难题。本文从专利申请时间趋势、新材料类别、国家（地区）分布、热点技术领域等多个角度深入分析了全球稀土新材料产业的技术演进状况；并在此基础上,对中国稀土产业链延伸的重点方向进行了判断与技术演进分析。研究发现,全球稀土新材料专利家族数总体上呈现快速上升的演进态势,经历了“美国→日本→中国”的技术引导演变格局；全球稀土新材料专利家族数从多到少依次是稀土催化材料、稀土永磁材料、稀土光功能材料、稀土合金、稀土抛光材料和稀土储氢材料；中国和日本占据了全球稀土新材料专利家族数的半壁江山；全球稀土永磁电机专利家族数呈现稳步增长的演进态势,中国已成为全球稀土永磁电机专利家族数最多的国家,将稀土永磁电机作为稀土产业链延伸的重点方向不仅具备经济可行性,而且具备技术可行性。本文研究可为中国准确把握稀土新材料的未来发展趋势,合理选择产业链延伸的重点方向,优化及调整产业链结构,提升稀土全产业链的国际竞争力和话语权提供决策参考。

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2023年第14卷第5期

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