有色金属科学与工程

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炉渣组分对CaO-MgO-Al₂O₃-Si₂O-Cr₂O₃-FeO-TiO₂渣系中铬尖晶石相析出影响的热力学

佟志芳, 贾志恒, 曾庆钋, 许聪聪

2020, 11(3): 1-10. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.001

摘要(114) HTML (47) PDF[1889](5)

摘要:
根据熔体的非平衡凝固理论，采用热力学数据库Factsage7.1模拟计算研究了不同碱度、MgO以及FeO的质量百分数对不锈钢渣微晶玻璃的基础玻璃成分CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-Cr₂O₃-FeO-TiO₂体系中尖晶石矿相开始析出温度、种类及其析出量的影响规律。计算结果表明，碱度为0.47时，析出矿物相主要包括透辉石、钙长石以及尖晶石等相，其中透辉石为主要物相。尖晶石相为高温析出相，主要由MgCr₂O₄和FeCr₂O₄组成。在不同碱度条件下，总尖晶石开始析晶温度随着MgO质量百分数的增加而增加。当w（C）/w（S）为0.47，氧化镁的质量百分数小于10.52%时，镁铬尖晶石和铁铬尖晶石的析出量随着氧化镁质量百分数的增加而增加。氧化镁的质量百分数大于10.52%时，随着氧化镁质量百分数的增加，镁铬尖晶石析出量增加，而铁铬尖晶石的析出则逐渐减少。FeO的质量百分数小于7.57%时，镁铬尖晶石和铁铬尖晶石的析出量随着氧化铁含量的增加而增加，FeO的质量百分数大于7.57%以后，随着氧化铁含量的增加，镁铬尖晶石析出量减少，铁铬尖晶石析出量增加。

难处理锡铅共生精矿绿色高效冶炼工艺

赵盛林, 南天翔

2020, 11(3): 11-17. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.002

摘要(95) HTML (20) PDF[1541](2)

摘要:
针对难处理锡铅共生精矿，开发了一种“固砷-还原固硫低温熔炼”的冶炼工艺，对比传统富氧顶吹、底吹锡铅还原工艺，新工艺锡直收率提升60%~70%，铅直收率提升70%~90%，锡、铅直收率均接近98.5%；还原反应温度降低300~600 ℃，两段式升温可有效避免铅、砷等重金属粉尘及低浓度SO₂的排放，一步炼制法可大幅提高锡铅回收率，降低成本。其中固砷反应的较优工艺参数为：反应温度200~300 ℃，反应时间 > 20 min，固砷剂的用量是锡铅精矿中As氧化物反应理论质量的2倍以上，锡铅合金中的含砷量稳定在0.000 3%左右，排出烟气中As含量稳定在0.003‱。还原剂低温熔炼的较优工艺参数为：反应温度750~1 200 ℃，反应时间 > 80 min，还原剂用量与投入锡铅精矿质量的比例 > 5%，固硫剂的用量是锡铅精矿中金属硫化物反应理论质量的0.5倍及以上，锡铅合金中的Sn直收率稳定在97.2%~98.1%，Pb直收率稳定在95.4%~98.2%，锡铅合金中的硫元素占比稳定在0.001%左右。

Z-型异质结光催化剂的设计、制备和应用研究进展

张梦凡, 张振民, 贾静雯, 余长林, 杨凯

2020, 11(3): 18-32. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.003

摘要(162) HTML (56) PDF[1763](21)

摘要:
传统异质结具有扩大光响应范围、促进载流子分离的优点，但存在氧化-还原能力不够的问题。Z-型异质结是根据自然界植物光合作用模拟的人工光合作用而提出的，相对于单一光催化剂与传统异质结光催化剂具有能有效分离电子空穴对、减少复合几率、保留强氧化-还原活性位点、扩大光响应范围、提高光催化活性等优点。文中综述了近年来，液相Z-型异质结光催化剂、全固态Z-型异质结光催化剂、直接Z-型异质结光催化剂的反应机理、构建方法与在光解水产氢、CO₂还原、有机物的降解、水中重金属离子的还原等应用方面的研究进展。并对比几类Z-型异质结光催化剂的特点，提出了Z-型光催化体系发展的未来挑战和前景。

氮掺杂碳负载超细碳化钼析氢电催化剂

叶射稳, 彭文锟, 彭子扬, 欧梓然, 郭子霆, 曾勤勤, 杨辉

2020, 11(3): 33-38. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.004

摘要(113) HTML (20) PDF[1437](5)

摘要:
近年来，碳化钼（Mo₂C）因其良好的稳定性及类Pt催化特性而广泛应用于电解水析氢领域，但Mo₂C在高温制备条件下易过度生长导致其催化活性降低。为解决上述问题，以多糖瓜尔豆胶为碳源，利用其分子结构中丰富的羟基与钼酸根的强烈配位作用，抑制钼原子在高温处理过程中的团聚；同时，氮元素的引入能够进一步提高碳基底的电子转移速率及催化特性。结果表明，在800 ℃高温下可获得超细Mo₂C@氮掺杂碳纳米片复合结构，该产物在碱性介质中，在10 mA/cm²的电流密度的过电位为163 mV，塔菲尔斜率为64.8 mV/（°）。同时材料体系表现出良好的稳定性，经过12 h的耐久性测试，电极材料电流密度无明显衰减。该制备方法的提出有望为其他超细金属碳化物体系的合成提供新的思路。

T10钢表面FeMoCoNiCrTi_x高熵合金熔覆层组织及性能

黄晋培, 章奇, 李忠文, 于治水

2020, 11(3): 39-43. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.005

摘要(69) HTML (18) PDF[1434](3)

摘要:
采用激光熔覆技术在T10A钢表面制备了FeMoCoNiCrTi_x（x分别为0.25，0.50，0.75，1.00）高熵合金熔覆层，分析了试样熔覆层及基体界面处的相结构及组织，并利用显微硬度计测试了试样处理前后的截面硬度变化。研究表明，经过激光熔覆在T10A钢表面得到的高熵合金层主要由NiCrFe、NiCrCoMo 2种固溶体为主，其结构分别为BCC结构和FCC结构，熔覆层的组织以柱状枝晶为主，界面处出现等轴晶；随着Ti含量增多，熔覆层由固溶强化变为固溶体与硬质相混合强化，熔覆层的HV硬度达到了792，热影响区的HV硬度达到了620，均高于基体硬度。同时耐磨损性能有了明显提高，磨损方式由粘着磨损逐渐变为磨粒磨损。

氧化石墨烯修饰FeSiCr纳米复合材料的微波吸收性能

熊厚冬, 陈洋, 王磊, 谭秋兰, 张莉丽, 钟震晨

2020, 11(3): 44-51. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.006

摘要(94) HTML (57) PDF[1782](9)

摘要:
采用等离子体电弧蒸发和表面改性技术制备氧化石墨烯（GO）修饰FeSiCr纳米复合材料（FeSiCr/GO），并对其微波吸收性能进行研究。拉曼光谱结果显示氧化石墨烯与FeSiCr纳米颗粒成功复合。通过TEM对FeSiCr/GO微观形貌进行表征，观察到少量絮状氧化石墨烯点缀于FeSiCr纳米颗粒表面，并且FeSiCr纳米颗粒分布在层状氧化石墨烯周围，形成氧化石墨烯修饰FeSiCr纳米复合材料。通过引入氧化石墨烯，可增加材料的电导率和界面极化能力，使FeSiCr/GO的微波吸收性能显著提升。模拟计算结果显示，在4.3 GHz处，FeSiCr/GO最小反射损耗（RL_min）可达－69.1 dB，调整涂层厚度在1.1~5.0 mm之间变化，其有效吸收频带（RL≤－10 dB）范围为2.6~18 GHz。微波吸收性能的改善可归因于阻抗匹配优化和微波损耗能力增强。

凹凸棒制备Si@C复合材料及其用于锂离子电池负极材料的电化学性能

赵超男, 张文齐, 杨建铖, 尚志同, 梁彤祥, 李小成

2020, 11(3): 52-58. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.007

摘要(74) HTML (8) PDF[1490](4)

摘要:
硅因其超高的理论比容量而被视为最具潜力的下一代锂离子电池（LIBs）负极材料。目前，硅负极材料的高成本和极其苛刻的合成条件严重阻碍了其在LIBs中的使用。以天然凹凸棒为原料，通过水热法提纯和镁热还原反应制备了硅纳米颗粒（MRR Si），并进一步采用化学气相沉积法以乙炔为碳源制备了MRR Si@C复合材料，系统研究了其作为LIBs负极材料的储锂性能。研究结果表明：通过镁热还原制备的硅纳米在0.2 A/g的电流密度下可展现出2 362 mAh/g的比容量，首次库伦效率（CE）为71.87%，100次（0.5 A/g）循环充放电测试后比容量为909 mAh/g。相比之下，在MRR Si纳米颗粒表面沉积碳层后制备的MRR Si@C复合材料可展现出2 494 mAh/g的放电容量和78.92 %的高CE值。循环性能显示，该复合材料在0.5 A/g的电流密度下充/放电100次后的比容量值可达到1 324mAh/g。同时，该复合材料还可在5 A/g的大电流密度下依然可展现出高达844 mAh/g的高比容量。该MRR Si@C复合材料显示了优异的倍率性能和良好的应用前景。

锂离子电池用CuFe₂O₄立方颗粒负极材料的合成及其电化学性能

钟采妮, 陈哲钦, 卢彦华, 刘嘉铭, 夏书标

2020, 11(3): 59-64. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.008

摘要(106) HTML (20) PDF[1251](9)

摘要:
金属氧化物材料具有多倍于商业石墨负极的理论容量，但此类材料在储锂过程中会出现体积膨胀，导致活性物质粉化脱落，影响锂离子电池的循环寿命。以金属有机框架（MOFs）普鲁士蓝立方体为自牺牲模板合成了空心CuFe₂O₄立方颗粒，并将其作为锂离子电池的负极材料。CuFe₂O₄立方块的粒径范围在300~500 nm之间，壳层厚度为40 nm。电化学测试表明CuFe₂O₄立方颗粒在200 mA/g电流密度下循环200次后放电容量仍能达到742.4 mAh/g，出色的性能得益于颗粒的中空结构能够有效缓解因储锂而产生的体积膨胀，从而延长锂离子电池的循环寿命。

放电等离子烧结制备镍掺杂石墨-铜复合材料组织性能研究

孙科, 刘锦平, 王靖

2020, 11(3): 65-72. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.009

摘要(109) HTML (32) PDF[3562](4)

摘要:
通过超声波分散结合行星球磨对复合粉末进行混料，利用放电等离子烧结技术（SPS）制备镍掺杂石墨-铜复合材料。运用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、硬度计和摩擦磨损试验机等方法，研究了不同镍掺杂含量对石墨-铜复合材料组织和力学性能的影响。结果表明：通过该工艺制备石墨-铜复合材料石墨均匀分散于铜基体，并与铜基体形成良好的界面结合。随着镍掺杂含量的增加，石墨-铜复合材料相对密度和硬度逐渐增加。当镍掺杂含量（指质量分数）为7.0%时，石墨-铜复合材料相对密度为95.2%，HV_0.5硬度为53.4，摩擦系数相对较低，磨损表面较光滑，此时综合性能较好。

成品厚度对高牌号无取向电工钢组织、织构和磁性能的影响

杨经富, 张迎晖, 秦镜, 周情耀, 赵海斌, 聂金成, 徐星星

2020, 11(3): 73-79. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.010

摘要(74) HTML (24) PDF[1812](1)

摘要:
文中采用某企业高牌号无取向电工钢常化板，经过不同冷轧压下率一次性冷轧后高温退火，获得了不同厚度的成品板。利用EBSD等手段研究了成品厚度对组织、织构和磁性能的影响。研究结果表明，随着成品厚度减薄，总铁损不断降低，尤其在高频下降低更为明显，这是因为高频下涡流损耗占主导，同时涡流损耗占总铁损的比重也随着成品厚度减薄而不断降低。平均晶粒尺寸随着成品厚度减薄略有减小，组织均匀性变差，但厚度减薄导致的涡流损耗降低仍占据着主导作用，因此总的铁芯损耗出现下降。随着冷轧压下率的增加，γ织构和α^*织构不断增强，λ织构呈减弱的趋势；有利织构与有害织构体积分数的比值不断下降，导致磁感应强度B₅₀也随之降低。

公路隧道空气幕与射流风机通风方法对比及优化

张博文, 王海宁, 张迎宾

2020, 11(3): 80-89. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.011

摘要(78) HTML (31) PDF[2194](2)

摘要:
针对隧道射流通风存在功率利用率低，大浓度尾气调控不理想等问题，运用FLUENT软件，以模拟优化瓮福磷矿隧道的通风系统问题为实例，将射流风机和空气幕引射风流进行风流对比，提出引射风流空气幕替代射流风机加强隧道通风的全新命题。研究结果表明：两种优化风机组合都能达到隧道所需的通风标准，在进行对比过程中，如果总功率一样，引射风流空气幕组合产风量大于射流风机组合，而总功率145.5 kW空气幕组合可产生与总功率180 kW射流风机组合类似的通风效果，且总功率可节约34.5 kW。在风机组合优化过程中，各风机功率分配越平均对风机组合通风效率提升越大，同种功率的风机两两并联，通风效果要优于不同功率风机两两并联。

基于能值分析的矿业城市工业生态效率的动态变化研究——以江西为例

黄晓杏, 王锐

2020, 11(3): 90-98. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.012

摘要(49) HTML (22) PDF[1620](5)

摘要:
矿业城市工业发展在促进经济增长的同时，也带来了诸多环境问题。在此现状下，合理评估矿业城市工业系统的环境影响及可持续发展水平是促进矿业城市工业转型的关键。借助能值分析可衡量和比较不同类别、不同等级能量的真实价值这一特点，对江西3个矿业城市工业系统2009—2018年的能值流量进行了核算，分析了能值效率、生态效率指标变动趋势。结果表明：各矿业城市的工业发展主要依赖本地环境资源，整体系统的对外开放性差；新余的能值自给率最高，萍乡次之，赣州最低，能值投资率的评价结果与之相反，萍乡和赣州二市的净能值产出率显著低于新余；3个矿业城市工业活动对环境的压力均超过了系统可承受范围，导致可持续发展水平均显著偏低，但生态效率却呈现缓慢上升的良好态势。未来3个矿业城市在充分利用本地资源的同时，应加大对外开放程度，大力发展绿色经济和循环经济，减少对环境的压力，促进矿业城市工业系统的可持续发展和生态效率的不断提升。

工业氨氮废水的处理方法探讨

雷晋淇, 沈强华, 蔡晨龙, 彭忠平, 张周

2020, 11(3): 99-104. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.013

摘要(55) HTML (49) PDF[776](5)

摘要:
工业氨氮废水的大量排放，对自然环境和人体健康造成了严重的危害。因此，如何经济高效地处理工业氨氮废水以达到排放标准成为人们必须面对的重要问题。文章对工业氨氮废水的处理技术从典型和新型技术两个方面进行了总结和对比，为实际应用提供参考。其中，处理低浓度氨氮废水的方法有：吸附法、氯化法、生物法、膜分离、土地处理等；处理高浓度氨氮废水的方法有：吹脱法、化学沉淀法等；新型技术包括：微波法、超声波法、光催化技术、生物膜电极法等。

锌精矿中锌量测定方法的改进

赵之连, 王丹, 赖剑, 陈涛, 刘鸿

2020, 11(3): 105-108. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.014

摘要(93) HTML (34) PDF[497](2)

摘要:
以GB/T 8151.1-2012为基础，通过EDTA滴定法和火焰原子吸收光谱法2种方法的联合，对锌精矿中的锌量测定进行改进。试样采用盐酸、硝酸和硫酸进行分解，在加入氯化铵的条件下，生成锌胺络合物，经过过滤，滤液按照国标方法用EDTA进行滴定，沉淀用原子吸收光谱法进行测定补差，扣除Cd的量，从而测得锌精矿中的最终锌量。改进的测定方法不仅可避免滤液体积难以控制，还可解决未彻底洗净沉淀造成结果偏低等问题。该方法改进了国标方法中须经2次过滤的步骤，既节约了时间，操作上也更为便捷，对锌精矿中锌量测定具有实际的应用价值。

烧结Nd-Fe-B磁体晶界扩散TbH₂高温稳定性及其机理

潘为茂, 刘仁辉, 周头军, 屈鹏鹏, 陶力, 陈久昌, 邱建民, 钟震晨

2020, 11(3): 109-114. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.015

摘要(135) HTML (33) PDF[1165](6)

摘要:
采用涂敷方式，在烧结钕铁硼表面均匀涂敷TbH₂粉末，经过不同的扩散温度处理，制备出晶界扩散磁体。研究了晶界扩散TbH₂对烧结Nd-Fe-B磁体常温磁性能及高温稳定性的影响，并分析了磁体矫顽力提升的机理。常温磁性能研究表明，扩散磁体经过890 ℃+490 ℃工艺处理后性能达到最优，矫顽力从1 383 kA/m提升到1 988 kA/m。高温磁性能结果显示，扩散磁体200 ℃的矫顽力温度系数|β|比原始磁体降低0.032%/℃，磁通不可损失hirr比原始磁体降低21.47%，扩散TbH₂明显提高了烧结Nd-Fe-B磁体的热稳定性。分析得出，晶界扩散TbH₂磁体矫顽力提升的机理是Nd₂Fe₁₄B晶粒外延层形成了（Tb, Nd）₂Fe₁₄B核壳结构，提高了磁晶各向异性场；同时改善了磁体的微观组织结构，有效地隔绝了晶粒之间的磁交换耦合作用。

钕铁硼永磁材料专利技术发展态势分析

张帆, 谌凯

2020, 11(3): 115-120. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2020.03.016

摘要(82) HTML (17) PDF[1225](4)

摘要:
钕铁硼（NdFeB）永磁材料是第3代稀土永磁材料，具有广阔的应用领域。文中采用专利分析方法，从专利申请总体趋势、生产工艺、晶界改性、技术功效、区域竞争状况、专利质量、优势机构等方面开展钕铁硼永磁材料技术发展态势研究，为相关政府部门、企业和研究机构发展钕铁硼永磁材料产业和技术提供情报支撑。研究结果表明：钕铁硼永磁材料技术正处于高速发展期，但有开始进入技术成熟期的迹象。日本、美国申请人在该领域构筑了较高的专利壁垒。我国近年来对于钕铁硼永磁材料技术的研发热情高涨，申请了大量相关专利，但从专利质量来看，技术水平还有待进一步提高。最后，综合分析结论，为我国钕铁硼的技术创新与产业发展提供对策建议。

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2020年第11卷第3期

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