有色金属科学与工程

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凡杰, 谢刚, 田林, 俞小花, 王冰冰, 王品杰

2021, 12(2): 1-7. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.001

摘要(89) HTML (37) PDF[3676](14)

摘要:
采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理平面波超软赝势方法，计算了闪锌矿结构在纯净ZnS和掺杂Fe²⁺后ZnS的晶体结构和电子结构，分析了掺杂Fe²⁺对ZnS晶体的能带结构、电子态密度的影响，并进行布局分析。计算分析结果表明：掺杂体系费米能级附近的电子态密度主要来源于Fe 3d态电子的贡献；S原子上失电子作用增强，结果是加快Zn-S键解体。在酸性体系中，ZnS通过化学和电化学2种方法溶解，在杂质铁含量较低时主要是以化学方式为主，随着杂质铁含量提高（铁含量 < 20%），电化学溶解作用增强，2种方式共同促进硫化锌矿物的溶解，提高锌的浸出效率。

低共熔溶剂电化学回收废铅膏可控制备铅粉的研究

耿笑, 汝娟坚, 华一新, 张文文, 程明强, 黄皓铭, 王道祥

2021, 12(2): 8-13, 49. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.002

摘要(130) HTML (31) PDF[931](12)

摘要:
提出了一种以氯化胆碱-尿素低共熔溶剂为电解液，电化学回收废铅酸蓄电池铅膏可控制备铅粉的新工艺。采用循环伏安法探究了Pb（Ⅱ）在20 g/L SLP + ChCl-urea溶液中的电化学行为，结果显示Pb（Ⅱ）离子还原成金属铅为受扩散控制的准可逆过程。电解实验表明随槽电压的升高，电流效率逐渐增大，而电能单耗则先减小后增大。当槽电压为2.5 V时，电流效率和电能单耗分别为85.77%和754.05 kWh/t。XRD和SEM分析显示，电沉积产物为金属铅粉，且槽电压对铅粉的形貌和尺寸具有显著影响。在较低电压下，易获得侧枝粗大的羊齿状铅粉，当槽电压较高时，则易形成较细且均匀的棒状铅粉。

我国铜、铅阳极泥脱砷工艺研究现状

张金池, 张福元

2021, 12(2): 14-22. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.003

摘要(97) HTML (50) PDF[3430](11)

摘要:
在铜、铅阳极泥综合回收多种稀贵金属过程中，高毒性砷元素在各个生产环节均有分散，严重影响稀贵金属回收率及产品质量。砷元素随着冶炼工艺流程最终进入焙烧烟气、生产废水和废渣中，若处置不当将成为污染环境的重大安全隐患，铜、铅阳极泥的高效脱砷对砷污染防控具有重要意义。现有阳极泥脱砷工艺主要包括火法、湿法和火法-湿法联合，文章对上述工艺进行了详细介绍，分析和对比了各类工艺的优缺点。基于现有工艺存在环境污染严重、目标元素选择性不高和三废处理难度大等问题，开发低成本、短流程、高效率、环境友好的脱砷技术，是铜、铅阳极泥综合处理脱砷的研究方向。

铜渣改质、磁选及磁选尾渣制备陶瓷的基础研究

侯霖杰, 孟昕阳, 王宏宇, 王治飞, 李宇

2021, 12(2): 23-29. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.004

摘要(86) HTML (46) PDF[3369](7)

摘要:
针对铜渣难以高效利用的现状，提出以赤泥为改质剂，在熔融铜渣排渣过程中对其进行改质，以提高凝固冷渣磁选率，并进一步将磁选尾渣制备为陶瓷材料的新工艺。本文在铜渣中加入不同掺量的赤泥并经过熔融、冷却、磁选和尾渣制陶工艺获得了磁选铁精粉和尾渣陶瓷产品，通过XRD、SEM等方法研究赤泥对铜渣含铁组分磁选效果的影响，以及磁选尾渣制备陶瓷材料的性能与机理。结果表明：赤泥的加入促进了熔渣中磁铁矿的析晶与生长。赤泥加入量为20%时，改质渣磁选铁精粉回收率达到84.0%，其中铁品位达到52.5%，相对未改质铜渣的铁品位提高7.4%。磁选后尾渣能够进一步制备出性能优良的陶瓷，其主晶相为赤铁矿、磁铁矿和辉石，烧结温度为1 070 ℃，相对未改质铜渣下降约100 ℃，吸水率为0.67%，抗折强度为65.4 MPa。

二维光催化材料研究进展

王颖, 杨传玺, 王小宁, 朱青, 董文平, 杨诚, 吕豪杰, 王炜亮, 樊玉琪

2021, 12(2): 30-42. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.005

摘要(87) HTML (29) PDF[2035](8)

摘要:
以石墨烯为代表的二维材料因其厚度尺寸和层状结构特点，表现出许多独特的物理化学性质，比如导电率高、化学性质稳定以及比表面积大等特点，在环境、材料、能源和催化领域具有广泛的应用前景。而二维材料与半导体复合，不仅可以拥有单个组分的优势，而且每种组分之间的相互作用还可能会引起本征性能的协同增强，因此二维材料-半导体复合光催化剂受到广泛的关注。文中首先介绍了二维材料的分类，包括石墨烯基二维材料和类石墨烯二维材料（六方氮化硼、过渡金属硫族化物、石墨相氮化碳、黑磷、第Ⅳ主族类石墨稀材料、金属有机骨架化合物和共价有机骨架化合物、层状双氢氧化物）。其次对二维材料和半导体-二维材料复合光催化剂的制备进行总结，重点介绍二维材料的“自上而下”和“自下而上”制备策略。最后从光催化降解有机污染物和光解水制氢对二维材料的光催化应用进行综述。基于二维材料光催化的研究现状和进展，进而对二维材料在光催化领域的前景进行展望，提高其实际应用价值。

喷射沉积Al-12Si-0.6Mg合金的微观组织与性能

许春停, 郭祊鹤, 张辉, 吴瑛, 王日初, 蔡志勇

2021, 12(2): 43-49. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.006

摘要(58) HTML (26) PDF[4934](6)

摘要:
共晶合金具有良好的激光焊接性能，为提高电子封装盖板用Al-12Si合金的强度并保持良好的热物理性能，采用喷射沉积与热压烧结技术制备Al-12Si合金，研究添加0.6% Mg对合金微观组织、力学性能和热物理性能的影响。结果表明，喷射沉积/热压烧结Al-12Si合金中Si相呈近球形颗粒，平均直径为（4.5±0.2）μm，均匀分布于Al基体中；添加Mg未对Si相尺寸和形貌产生显著影响，但是在Al基体中形成Mg₂Si相。相对于Al-12Si合金，Al-12Si-0.6Mg合金的热导率降幅仅为4.2%，但是抗拉强度从154.1 MPa提高到190.1 MPa，增幅达到23.4%，该强度改善主要归因于固溶强化和析出强化作用。

吸收层及缓冲层厚度对Cu₃BiS₃太阳能电池的性能影响

方毅, 赵文宁, 韩修训

2021, 12(2): 50-55. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.007

摘要(104) HTML (42) PDF[1723](10)

摘要:
三元硫化物半导体Cu₃BiS₃的组成元素在地壳中含量丰富、无毒，且具有优异的光电性能，被认为是一种极具潜力的太阳能电池吸收层材料。目前关于Cu₃BiS₃太阳能电池器件的研究报道还非常少，在器件结构设计与制作工艺方面有一系列亟待解决的关键科学问题。文章分别通过溶液旋涂的层数及化学浴沉积时间来调控Cu₃BiS₃吸收层与CdS缓冲层薄膜厚度，详细分析了吸收层及缓冲层厚度对太阳能电池器件的影响规律及机制。结果表明，吸收层厚度的增加能够使光的吸收增强，使短路电流密度J_SC增大，进而提高光电转换效率；然而吸收层厚度过高，会造成器件效率的下降。缓冲层厚度的增加，有利于提高器件的开路电压V_OC；缓冲层过厚，同样造成器件短路电流密度的减小以及效率的下降。实验中器件的较优光电转换效率为0.288%，对应的开路电压、短路电流密度、填充因子分别为0.215 V，2.292 mA/cm²，48.049%。

Bi₂MoO₆的形貌调控及其应用研究进展

张川群, 周勤, 徐冲, 刘新, 谭颖, 黄微雅

2021, 12(2): 56-65. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.008

摘要(70) HTML (20) PDF[1437](3)

摘要:
光催化技术是解决环境污染、能源危机以及微生物净化的有效手段之一，在半导体领域得到了广泛的应用和飞速的发展，其中Bi₂MoO₆因其具有较强的可见光响应性能和较窄带隙，逐渐成为光催化领域的研究热点。然而，Bi₂MoO₆较差的化学表面形态和缓慢的载体迁移速率也限制了Bi₂MoO₆光催化材料的实际应用。经研究发现，形貌调控是增强铋系光催化性能的有效方法。本文总结了近年来Bi₂MoO₆光催化剂的形貌调控和应用研究进展，分别从Bi₂MoO₆的形貌分类、制备方法及其应用等方面进行综述，探讨了反应时间、温度以及溶液pH值等因素对Bi₂MoO₆形貌的影响，对Bi₂MoO₆形貌调控的未来发展趋势和面临的挑战进行分析总结。

艾砂磨机在锂云母浮选分离的应用

童佳琪, 廖紫鑫, 朱玉华, 吴季, 袁程方, 吴彩斌

2021, 12(2): 66-71. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.009

摘要(203) HTML (101) PDF[1477](25)

摘要:
艾砂磨机流程简单、占地面积小、基建投资少、操作方便、维修简捷。江西宜春某锂云母选别原料为钽铌矿尾渣，该锂云母矿石大多属于细粒嵌布型，通常与石英、长石等脉石矿物连生或共生且易产生泥化影响后续浮选，为此开展了以新型细磨设备艾砂磨机代替球磨机进行锂云母磨矿来提升选别指标的浮选试验。研究结果表明，采用艾砂磨作为开路磨矿设备，磨至磨矿产品粒径≤0.074 mm占60%，简单、高效实现了锂云母浮选矿物颗粒解离度要求，实验室采用CY205作捕收剂，WST作抑制剂，采用“一粗三精三扫”的选别工艺流程，可以获得含Li2O品位为5.15%、回收率为77.80%的锂云母精矿产品。研究结果对艾砂磨机在锂云母选厂中的实际应用具有一定的推广借鉴意义。

铜矿区含低浓度NH₄⁺-N、Cu²⁺污水的处理

靖青秀, 彭建, 张呈熙, 黄晓东, 游威

2021, 12(2): 72-78. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.010

摘要(55) HTML (9) PDF[3041](4)

摘要:
针对铜矿区含低浓度NH₄⁺-N、Cu²⁺污水的特征，采用吸附法+曝气生物滤池（BAF）联合工艺处理此类污水。研究了改性铜渣基陶粒对模拟污水中Cu²⁺的去除规律，考查了铜渣基陶粒填料的BAF对模拟污水吸附脱铜后液中NH₄⁺-N的去除效果。结果表明：在Cu²⁺初始浓度为50 mg/L、溶液初始pH值约为5.00，陶粒添加量20 g/L，温度35 ℃，时间120 min的条件下，改性陶粒对模拟污水中Cu²⁺的吸附效果较佳，其平衡吸附量可达0.936 mg/g; 在陶粒添加量为40 g/L，温度35 ℃条件下，对含Cu²⁺，NH₄⁺-N初始浓度分别为20、100 mg/L的模拟污水进行同步吸附处理时，改性陶粒对Cu²⁺的去除率达80%，污水中剩余Cu²⁺的浓度仅为4.0 mg/L，但对NH₄⁺-N的去除效果不明显; 在水力停留时间HRT=6 h、碳氮比m（C/N）=4/1、pH=8.00左右、曝气量为1.2 L/min的较优工艺下，BAF对模拟污水脱铜后液中NH₄⁺-N的去除率达96%;吸附法与BAF联合工艺可有效处理铜矿区含低浓度NH₄⁺-N，Cu²⁺污水，处理后Cu²⁺，NH₄⁺-N浓度达国家排放标准要求。

赣江上游河道氮污染分析评价

陈明, 刘正芳, 刘友存, 许燕颖, 邹杰平

2021, 12(2): 79-89. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.011

摘要(66) HTML (21) PDF[3917](5)

摘要:
为研究赣江上游-桃江流域水质污染分布状况，基于平水期在桃江流域采集的167个水样，通过现场和室内分析测定，并运用内梅罗综合污染指数和单因子污染指数评价法对流域的硝氮和氨氮污染状况进行评价。结果表明：①桃江干流和大部分支流pH值都在地表水环境质量标准限值范围内，但濂江17个采样点中，有4个采样点受小型电站和酿酒厂的影响，pH值低于地表水标准限值; ②亚硝氮极易被氧化，是流域总体亚硝氮含量较低的原因，干流上游部分地区亚硝氮浓度稍高，渥江和濂江水质差，河水处于缺氧或厌氧状态，浓度较高; ③流域总体硝氮超标率为31.7%，龙迳河和濂江受矿区及畜禽场的影响，硝氮变异系数大且超标严重，超标率分别为73.3%，70.6%;④流域内稀土矿区分布广、数量大，采矿、选矿过程中大量使用的硫酸铵、碳酸氢铵等化学药剂的使用，使氨氮污染最严重，且均超出地表Ⅲ类水氨氮限值，其中介于Ⅲ~Ⅳ类水占51.5%，Ⅳ~Ⅴ类水占8.4%，劣Ⅴ类水占40.1%。

基于导波技术的尾矿坝溃坝预警研究

汤紫凯, 何文, 林凤翻, 秦政

2021, 12(2): 90-96, 126. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.012

摘要(46) HTML (16) PDF[2292](2)

摘要:
通过在尾矿坝模型内部埋设一种由波导杆和钢珠组成的“导波计”，研究坝体溃坝过程特征与“导波计”采集的导波信号演化规律的关系，验证导波技术用于尾矿坝安全监测的可行性。研究结果表明：试验各阶段的导波振铃参数具有不同的特征，在滑移阶段振铃值出现剧增，在此之前，振铃计数率从“无-有”的变化过程，可视作为滑移破坏前兆; 导波振铃参数序列具有显著的分形特征，分形曲线演化模式为“上升-下降”的趋势，且在坝体滑移期达到最大值; 试验过程中的导波主频主要位于两个频段带，并且在微裂缝扩展贯通阶段会出现“异常”主频信号。

监测预警技术在泥石流灾害中的应用

徐根祺, 温宗周, 李丽敏, 马婧, 姚怡

2021, 12(2): 97-104. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.013

摘要(60) HTML (4) PDF[1781](2)

摘要:
我国幅员辽阔，地质环境多变，灾害分布范围广，常年受到地质灾害侵袭，给灾害多发区居民的生命财产安全带来极大危害，泥石流灾害的防治工作至关重要，研发泥石流灾害预警系统成为重中之重。针对目前泥石流灾害数据获取困难、数据量不足且预警准确率不高的问题，设计了用于泥石流影响因子数据采集和灾害预警的泥石流灾害监测预警系统。在系统中引入最优路径森林算法对泥石流灾害发生概率进行预测，测试结果表明，本系统采集的泥石流灾害影响因子数据准确可靠，能够对泥石流的发生概率做出准确预测，在泥石流灾害防治工作中采用监测预警系统是非常必要的。本研究为泥石流灾害防治工作提供了一种新的思路。

降低离子型稀土原地浸矿残留稀土的对策探讨

吴昊, 邱廷省, 严华山

2021, 12(2): 105-112. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.014

摘要(90) HTML (11) PDF[1786](20)

摘要:
离子吸附型稀土矿是国家战略资源，加强稀土废弃矿资源综合利用、充分回收残留稀土资源是今后稀土研究领域重要研究方向之一。文章在总结离子吸附型稀土矿提取工艺发展演变的基础上，重点分析了离子吸附型稀土废弃矿中残留稀土原因及其赋存状态。研究结果表明，离子吸附型稀土废弃矿中残留稀土的主要因素有浸矿过程的浸矿盲区、毛细现象、风化不完全和反吸附现象等。针对稀土残留的原因，结合实验研究，就减少稀土残留及进一步浸出回收离子吸附型稀土提出了对策，分析结果可为离子吸附型稀土矿的绿色高效提取及减少稀土资源残留提供参考依据。

离子型稀土矿冶炼分离生产取水定额调研分析及研究

张选旭

2021, 12(2): 113-119. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.015

摘要(66) HTML (43) PDF[1773](7)

摘要:
为了推进离子型稀土矿冶炼分离生产企业水资源循环利用和废水处理回用，切实加强企业取水定额管理。调研我国稀土六大集团下属14家离子型稀土矿冶炼分离生产企业取水量，通过对调研数据的分析和研究，确定离子型稀土矿冶炼分离生产现有企业、新建和改扩建企业、先进企业取水定额，其中生产5~9种纯度99%以上稀土产品的企业取水定额分别为80，70，60 m³/t（以REO计量全文一致，下同），而生产10种及以上产品的企业取水定额分别为90，80，70 m³/t。

中国稀土开采总量控制政策效应评估

易璐, 郑明贵

2021, 12(2): 120-126. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.02.016

摘要(60) HTML (22) PDF[1028](11)

摘要:
稀土是我国重要的战略储备资源，实施有效的产业政策会对稀土产业结构升级和可持续发展产生重要影响。该文梳理了2006和2012年出台的2项稀土产业政策，建立了GM(1, 1)预测模型，分别对稀土矿产量、稀土矿产品产量进行预测并计算出政策效应值，用事件研究法定量评价稀土产业政策的实施效果。研究发现，自2006年实行开采总量控制政策以来，稀土矿产量得到了有效控制; 通过对离子型稀土、混合型稀土、氟碳铈3类不同精矿产品的政策效应值比较分析，表明2012年指令性生产计划政策对离子型稀土矿产品的产量控制效果更加显著，政策的实施对稀土资源有序开采和生产起到了积极作用。

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2021年第12卷第2期

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