有色金属科学与工程

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王冰冰, 谢刚, 俞小花, 田林, 林琳, 杨妮

2021, 12(1): 1-7. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.001

摘要(63) HTML (53) PDF[1828](9)

摘要:
贵金属涂层钛阳极是近年来发展起来的具有广阔应用前景的新型阳极，尤其在以有色金属电解为代表的电化学体系中，展示出巨大的发展潜力。文章综述了国内外析氧环境中贵金属涂层钛阳极的研究和开发方面的重要工作和进展，其中重点阐述了IrO₂-Ta₂O₅涂层不同方法的改性研究。评述了各制备方法的优势和不足。同时，简单介绍了贵金属涂层钛阳极的失效机理，并对贵金属涂层钛阳极的发展进行了展望。

磷酸钠－氢氧化钠浸出氟化钙动力学研究

薛祥, 张新英, 杨亮

2021, 12(1): 8-12. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.002

摘要(118) HTML (24) PDF[1522](10)

摘要:
针对现行主流氢氧化钠和碳酸钠浸出低品位白钨矿存在浸出剂用量大，浸出率低的弊端，提出磷酸钠－氢氧化钠－氟化钙协同高效浸出低品位白钨矿的新工艺。氟化钙作为固体氟源，在浸出过程中首先发生溶解并释放出游离的氟离子，再参与白钨矿的浸出反应生成氟磷酸钙沉淀。因此，氟化钙的溶解速率对白钨矿浸出速率有较大影响。文章使用等浸出率法，对磷酸钠－氢氧化钠分解氟化钙的动力学进行了研究。考查了浸出温度及磷酸钠浓度对氟化钙浸出速率的影响。结果表明：氟化钙浸出速率受浸出温度影响很大，而受磷酸钠浓度影响相对较小，浸出反应表观活化能为134.57 kJ/mol，表观反应级数为0.92，氟化钙浸出过程受化学反应控制。研究结果对低品位白钨矿浸出过程强化具有一定的理论指导作用。

机械活化在固相反应中的研究进展

陈军, 张文娟, 马保中, 王成彦, 陈永强

2021, 12(1): 13-21. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.003

摘要(80) HTML (34) PDF[1605](5)

摘要:
机械活化可提高固体物料活性，加速进程，降低对反应温度和溶液剂量等条件的依耐性，是一项清洁、高效、低能耗的强化和制备工艺。对近些年国内外有关机械活化在固相反应中的研究工作进行了综述，包括机械活化的原理及储能变化、机械活化对物料特性的影响，并简要介绍了其应用。对今后有关机械活化在固相反应中的研究及应用具有一定的指导意义。

硫代硫酸钠浸出贵州卡林型金矿

邱洋, 黄成戈, 唐道文, 管桂超, 许才武

2021, 12(1): 22-27. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.004

摘要(99) HTML (27) PDF[1233](9)

摘要:
研究了用硫代硫酸钠从贵州卡林型金矿中浸出金, 考察了Na₂S₂O₃浓度、乙二胺浓度、Cu²⁺浓度、Na₂SO₃浓度和溶液pH值等不同因素对金浸出率的影响。试验结果表明: Na₂S₂O₃浓度为0.35 mol/L, 乙二胺浓度为0.1 mol/L, Cu²⁺浓度为0.075 mol/L, Na₂SO₃浓度为0.1 mol/L, 溶液pH值为9.5, 室温(25 ℃)浸出4 h为较优浸出条件, 金的浸出率最高可达75.56%。3组优化扩大试验的结果和浸出前后矿样的XRD图谱分析结果, 均证明了硫代硫酸盐对贵州卡林型金矿具有一定的浸出效果, 且浸出过程反应迅速、低毒高效、环境友好, 值得进一步研究。

铜精炼过程中砷、锑的脱除研究现状

彭忠平, 沈强华, 谢文东, 张周, 雷晋淇

2021, 12(1): 28-33. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.005

摘要(90) HTML (29) PDF[769](12)

摘要:
由冰铜吹炼而成的粗铜中含有一定的杂质, 这些杂质会对铜的工业性能产生不同程度的影响, 因此需要对粗铜进行精炼处理。为了进一步提高阴极铜质量, 生产满足市场需求的铜产品, 在火法、电解精炼等方面对有害杂质进行有效处理成为了国内外专家学者研究的热点。其中火法精炼处理砷、锑的方法有: 氧化挥发法、碱性造渣法、真空精炼法、FRHC技术等; 电解精炼处理砷、锑的方法有: 电积法、溶剂萃取法、吸附法、离子交换法、电解液的自净化等。笔者对火法、电解精炼中砷、锑的处理方法进行综述和展望, 以期对今后研究火法铜中杂质的处理提供帮助。

硫酸法处理高钛渣制取硫酸氧钛

熊民, 史冠勇, 田磊, 刘重伟, 徐志峰

2021, 12(1): 34-38. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.006

摘要(60) HTML (28) PDF[1738](9)

摘要:
高钛渣主要用于生产钛白粉或钛合金, 用于制备硫酸氧钛这种中间产物的研究较少。采用硫酸法处理高钛渣制备硫酸氧钛, 为高钛渣的资源化利用提供一种新途径。热力学计算发现, 高钛渣与浓硫酸反应一步转型成硫酸氧钛可行, 加热温度不宜过高, 以避免浓硫酸热解带来的成本和环境污染问题。单因素实验表明, 在温度350 ℃、时间150 min、液固体积质量比(单位: mL/g, 下同)3: 1的条件下, 硫酸氧钛产率可达95%;X射线衍射(XRD)、扫描电镜能谱(SEM-EDS)检测表明, 产物TiOSO₄晶型良好, 为多层片状叠聚物。

不同CaO源固废对钙长石全固废陶瓷矿相和性能的影响

邢芩瑞, 马远, 李宇

2021, 12(1): 39-48. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.007

摘要(64) HTML (30) PDF[2519](8)

摘要:
以大理石锯泥、烧结赤泥和钢渣3种典型高钙固废为不同钙源, 分别与高硅高铝固废(煤矸石、炉渣)制备钙长石基全固废陶瓷, 分析了不同钙源陶瓷在高温烧结过程的析晶、致密化和性能变化规律。研究结果表明: 3种高钙固废原料中的氧化钙主要赋存矿相不同, 大理石锯泥中为方解石和白云石, 烧结赤泥中是文石和钙钛矿, 钢渣中主要是方解石和硅酸二钙。以3种钙源为原料的全固废陶瓷均能在1 100 ℃下生成钙长石相, 但次要晶相的种类和数量存在差异性, 其中, 大理石锯泥陶瓷中为大量的辉石, 烧结赤泥陶瓷中为少量辉石和赤铁矿, 钢渣陶瓷中为少量赤铁矿。这3种钙源固废陶瓷的抗折性能和吸水率均能满足国家陶瓷标准的要求, 赤泥和钢渣中存在的氧化铁和氧化钠组分降低了对应陶瓷的烧成温度。大理石锯泥为钙源的陶瓷具有相对较优的性能, 在1 180 ℃时其抗折强度为85.44 MPa, 吸水率为0.35%。

过渡金属有机框架结构构件及电解水研究进展

贾静雯, 张梦凡, 张振民, 余长林, 梁彤祥

2021, 12(1): 49-66. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.008

摘要(61) HTML (21) PDF[5286](6)

摘要:
金属有机框架(MOF)材料由于其比表面积大、孔隙率高、结构可调控和单分散的活性中心等特性, 在吸附分离、气体储存和电催化等领域具有巨大的应用前景, 其中, 在催化领域的应用尤为突出。目前, 利用传统方法所制备的MOF虽然含有具有催化活性的金属, 但是MOF中的金属位点通常和有机配体相结合, 无法很好的暴露出来, 导致在催化过程中表现出来的活性很低。因此大部分关于MOF催化性能的研究, 主要集中于MOF与纳米金属粒子相结合的方式。文中总结分析了近年来以不同合成方法制备的零维、一维和二维MOF结构, 并对基于过渡金属构建的MOFs材料在电催化水分解的应用进展和面临的挑战进行了分析讨论。

铝合金蓄能器壳体冷挤压成形多目标优化

周志伟, 龚红英, 贾星鹏, 嵇友迪, 施为钟, 廖泽寰, 许元中

2021, 12(1): 67-74. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.009

摘要(49) HTML (27) PDF[2015](5)

摘要:
以铝合金蓄能器壳体冷挤压为例，针对实际生产中筒壁存在缺陷现象，基于有限元软件DEFORM-3D和响应面法与多目标优化的NSGA-II相结合的方法对此进行多目标优化分析。首先将AA6061铝合金棒料进行室温拉伸实验获得应力应变数据，导入DEFORM-3D构建FEM模型。其次以凸模工作部分过渡圆角（X₁）、挤压速度（X₂）、摩擦系数（X₃）为优化变量建立关于挤压载荷（Y₁）和壳体零件表面损伤度（Y₂）的数学模型, 方差结果表明：模型精度较高能很好的描述2个优化目标对设计变量的响应，同时由3D响应面图可以直观分析挤压载荷与零件表面损伤度关于响应变量之间存在一定冲突性。为解决冲突，采用NAGA-II进行多目标优化，得到一组Pareto最优解；进而得到挤压成形合理的工艺参数范围: X₁为0.64~0.68 mm, X₂为5.8~6.2 mm/s，X₃=0.1。最后选用一组较优参数组合进行试验验证，结果表明工件成形性能与质量良好，仿真结果与试验结果具有较好的可靠性。

NaYF₄: Yb, Er@SiO₂的高温相变及上转换

甘明龙, 李亚萌, 傅俊祥

2021, 12(1): 75-80. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.010

摘要(56) HTML (16) PDF[2713](5)

摘要:
通过固-液热分解法合成平均尺寸为27 nm的六方相NaYF₄: Yb, Er上转换纳米晶。制备了NaYF₄: Yb, Er@SiO₂核壳纳米粒子, 壳层厚度约为8 nm。将NaYF₄: Yb, Er@SiO₂分别在不同高温下焙烧3 h, 发现600 ℃下产物物相未发生变化, 但向非晶态过渡; 700、800 ℃下NaYF₄内核与SiO₂壳层发生化学反应, 产物物相均转变为NaYSiO₄。样品均用980 nm红外激光进行激发, 显示出强烈的可见光上转换发射。以初始NaYF₄: Yb, Er@SiO₂的上转换发光强度为对比样, 随着焙烧温度的升高, 样品的发光强度依次提高。这与理论上低声子能量的氟化物发光强度更高不符, 可能原因是高温处理后样品去除了部分晶格缺陷和有机杂质。

循环应变-高温退火制备Al-Cu-Li合金单晶

刘超, 陈继强, 文锋, 李奇龙, 赵鸿金

2021, 12(1): 81-89. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.011

摘要(47) HTML (7) PDF[3809](5)

摘要:
通过循环预拉伸应变-高温退火制备Al-Cu-Li合金单晶, 同时探讨循环预拉伸应变-高温退火过程中预拉伸应变量、循环应变退火次数、应变退火温度对Al-Cu-Li合金晶粒长大的影响以及晶粒长大的过程与机制。研究结果表明, 通过循环预拉伸应变退火可以使得合金晶粒异常长大, 并且成功制备出厘米级别的宏观粗大晶粒, 其长大机理主要为应变诱导晶界迁移(Strain-Induced Boundary Migration)形核再结晶异常晶粒长大。此外, 分别对Al-Cu-Li合金预拉伸应变量、循环应变退火次数以及应变退火温度对晶粒长大影响进行研究, 制定出较优的单晶制备工艺, 结果表明较优工艺为Al-Cu-Li合金经0.8%预拉伸应变后在540 ℃下退火48 h, 循环次数2~3次。

大口径薄壁白铜管无外模扩径拉拔数值模拟

刘志林, 何凯, 文继有, 仝悦, 寻坚, 胡汉全, 林高用

2021, 12(1): 90-98. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.012

摘要(54) HTML (7) PDF[3471](4)

摘要:
采用Deform-3D软件模拟Φ273 mm×16 mm生产Φ330 mm×11 mm大口径薄壁白铜管的无外模扩径拉拔过程, 分析了扩径过程中管材周向应力的演变规律及管材尺寸的变化规律。结果表明: 在无外模扩径拉拔过程中, 扩径部分管材的周向应力由外表面的拉应力过渡到内表面的压应力, 回弹部分管材的周向应力由外表面的压应力过渡到内表面的拉应力, 且管材内外表面的周向应力分布随管材口径的增大及壁厚的减小而更为集中。经无外模扩径拉拔后的管材存在回弹现象; 采用考虑了管材原始壁厚和扩径量的关联模型S=16.0986+0.9256×S₀-14.8743×D/d(mm)可较好地预测扩径后管材的壁厚。

基于改进VMD和GA-BP神经网络的砂岩破裂过程预测方法

罗小燕, 黄祥海, 汤文聪

2021, 12(1): 99-107. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.013

摘要(45) HTML (4) PDF[2172](3)

摘要:
为提取有效的砂岩破裂声发射信号特征, 提高砂岩破裂过程预测精度, 提出一种基于改进变分模式分解算法(VMD)和GA-BP神经网络的预测方法。首先, 开展单轴压缩实验进行砂岩破裂试验, 并采集破裂过程的声发射信号; 其次, 为取得有效声发射信号, 从中提取出有效特征参数进行预测, 引入相关系数改进VMD算法并对原始声发射信号进行预处理, 提取信号能量特征参数作为模型的输入以便区分破裂过程; 最后构建GA-BP预测模型, 通过遗传算法(GA)优化BP神经网络的权值和阈值, 将信号能量作为样本用于预测模型的训练。结果表明, 通过引入相关系数可有效解决VMD算法中K值难以选取的问题, 对采集到的声发射信号进行有效去噪; 此外, 经GA算法改进后的BP神经网络预测模型能够准确预测破裂状态, 相较于改进前传统的BP神经网络模型稳定性更高, 收敛能力更好, 预测准确率提高17.5%。

我国典型铜冶炼厂防渗设计探讨

杜龙, 刘晓峰, 汪金卫, 唐笑, 金志斌

2021, 12(1): 108-115. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.014

摘要(56) HTML (39) PDF[1634](4)

摘要:
为了确定铜冶炼厂的防渗分区, 参照《环境影响评价技术导则地下水环境》、《有色金属工业环境保护工程设计规范》并结合工程实践给出了典型铜冶炼厂的重点防渗区、一般防渗区和简单防渗区。研究得出在天然包气带岩土层的渗透性不能满足要求的前提下, 铜冶炼厂重点防渗区宜参照GB 18597—2001或GB/T 50934—2013进行设计, 采用2 mm厚HDPE膜或250 mm厚抗渗混凝土(P8)作为主防渗层; 一般防渗区宜参照GB 18599—2001中的Ⅱ类场或GB/T 50934—2013进行设计, 采用1.5 mm厚HDPE膜或250 mm抗渗混凝土(P6)作为主防渗层。简单防渗区参照GB 18599—2001中一般工业固体废物中的Ⅰ类场设计。

镁稀土合金焊接工艺及组织性能研究现状与展望

吴国华, 张国庆, 童鑫, 张亮, 丁文江

2021, 12(1): 116-125. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.015

摘要(62) HTML (8) PDF[2617](7)

摘要:
随着航空航天、交通运输等领域对装备轻量化需求的提高, 镁稀土合金因其比强度、比刚度大, 抗蠕变能力强, 高温力学性能优良等特点展现出广阔的应用前景。通过焊接工艺可以降低镁稀土合金大型复杂结构件的成型难度, 有利于推广镁稀土合金在相关关键领域的进一步应用。本文围绕镁稀土合金的特性, 介绍了镁稀土合金的性能及应用。着重讨论了稀土元素对镁合金可焊性的影响机制, 总结了近年来国内外适用于镁稀土合金的焊接工艺, 阐明了焊前、焊后热处理对接头成型、组织性能、焊接缺陷的影响, 最后对镁稀土合金焊接工艺的研究方向作出展望。

氟化物体系熔盐电解制备YNi合金

王玉香, 赖华生, 文小强, 刘雯雯, 洪侃

2021, 12(1): 126-130. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.016

摘要(64) HTML (9) PDF[1651](7)

摘要:
以Y₂O₃为电解原料, 以金属镍棒为自耗阴极、石墨板为阳极, 在常规的石墨电解槽中采用氟化物体系熔盐电解法制备了YNi合金。研究了电解时间、电解温度、电解质组成、阴极电流密度等主要技术参数对电解过程的影响, 并对所制备的钇镍合金进行了表征。结果表明, 熔盐电解制备钇镍合金的较优工艺条件为: 电解温度1 000 ℃, 电解质YF₃与LiF质量比为85:15, 阴极电流密度为10.0 A/cm², 正常电解时电流效率约为72.8%;制备的钇镍合金中Y含量为52.6%, 由YNi₂相和YNi相组成, 杂质含量低, 满足稀土储氢合金对原料的使用要求。本文的研究为钇镍合金的规模化生产提供了切实可行的途径。

稀土Y对6.5%Si高硅钢拉伸性能的影响

赵海斌, 秦镜, 刘德福, 张迎晖, 汪志刚

2021, 12(1): 131-140. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.01.017

摘要(58) HTML (6) PDF[5064](5)

摘要:
6.5%Si高硅钢具有高磁导率、低铁损、几乎为零的磁致伸缩等优良软磁性能, 具有广阔的应用前景。然而, 室温硬脆的B2和DO₃有序结构出现阻碍了其生产和应用。文章研究了在200~800 ℃下, 稀土Y对6.5%Si高硅钢拉伸性能的影响, 利用EBSD、EPMA、XRD和TEM等技术研究了稀土Y对6.5%Si高硅钢显微组织及有序结构的影响。结果表明, 细小的Y₂O₃和Y₂O₂S等稀土化合物能够作为有效形核剂细化组织; 稀土Y的加入不仅细化了有序畴, 而且降低了有序相含量、有序度和硬度; 200~600 ℃含0.03%Y高硅钢的断裂延伸率高于无稀土高硅钢, 200~400 ℃含0.03%Y高硅钢的抗拉强度高于无稀土高硅钢, 在6.5%Si高硅钢添加稀土Y造成晶粒细化和有序度降低是其韧塑性提高的重要原因。

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2021年第12卷第1期

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