创刊于1987年, 双月刊
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江西理工大学

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江西理工大学
江西省有色金属学会

ISSN:1674-9669
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2021年  第12卷  第4期

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冶金·材料
铷矿熔融水淬渣的碱浸动力学
张全矿, 马保中, 王成彦, 陈永强
2021, 12(4): 1-8. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.001
摘要:
随着近年来铷及其化合物在新兴领域的开发应用,铷的市场规模迅速扩大。目前人们对铷矿的处理多采用酸法、碱法以及酸碱联合法,但是以上方法多存在酸碱耗过大,浸出效率和资源利用率低等问题。针对现有工艺存在的弊端,提出熔融水淬-碱浸综合处理复杂铷矿的新工艺。通过熔融水淬,铷矿中稳定的硅氧四面体结构被破坏,水淬渣以高活性的状态存在。为了考察水淬渣的浸出活性,采用收缩核模型研究了浸出温度和水淬渣粒度对铷浸出效果的影响。结果表明:相较于传统碱法对铷矿的处理工艺,熔融水淬-碱浸法可以在低温和低碱浓度下实现铷的高效浸出,碱浸反应的表观活化能为37.41 kJ/mol。水淬渣的碱浸过程符合混合控制模型,并且所得浸出渣为方沸石。
疏水低共熔溶剂萃取金属离子研究进展
张鹤鹏, 陈金清
2021, 12(4): 9-18. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.002
摘要(264) HTML (79) PDF[2200](22)
摘要:
疏水低共熔溶剂是一种新型的绿色溶剂,拥有与离子液体媲美的优良特性,如蒸气压低、可设计性等,且易于制备。疏水低共熔溶剂具有替代传统有机溶剂和萃取剂的潜力,在萃取分离各个领域得到广泛的关注。文章综述了近年来疏水低共熔溶剂在金属离子萃取分离方面的研究进展,总结了近年来用于萃取金属离子的疏水低共熔溶剂结构设计现状,分析了疏水低共熔溶剂理化性质与其组成的关系,介绍了低共熔溶剂用于金属离子萃取分离现状。对疏水低共熔溶剂用于金属萃取分离过程的未来研究方向进行了展望。
仲钨酸铵蒸发结晶过程中杂质元素的析出行为
吕世杰, 罗前程, 李江涛
2021, 12(4): 19-26. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.003
摘要(174) HTML (55) PDF[2002](12)
摘要:
仲钨酸铵(APT)主要采用蒸发钨酸铵溶液的方式制取,是钨冶炼中最重要的中间产品,其化学质量将直接影响后续钨产品的质量。以硫磷混酸协同分解白钨所得钨酸铵溶液为原料,通过研究APT蒸发结晶过程中主要杂质离子的析出规律,获得了制备APT-0级产品所要满足的钨酸铵原料液中各杂质的浓度上限,既为钨酸铵净化工序提供了除杂深度的数据依据,又确保了蒸发结晶工序产品质量的达标。结果表明:对于杂质Na和K,K比Na更易析出;杂质Cu和Mg的析出率和在APT中的含量均随其浓度的增加而增大;杂质Mo在蒸发结晶前、后期的析出方式有所不同;杂质P和Si的析出率随其浓度增大而降低,且P的析出率比Si要大;杂质S以溶解度很大的(NH4)2SO4形式存在,故除了被吸附、夹带以外很少析出。根据GB/T 10116—2007,当溶液中c(Na)<52 mg/L,c(Cu)<18 mg/L,c(Mg)<17 mg/L,c(Mo)<30 mg/L时,制得的APT产品可满足零级要求,而对溶液中杂质K,P,Si,S的要求须更加苛刻才可能达到产品标准。
焙烧制度对稀土精矿中铁、铝等杂质浸出行为的影响
孙亮, 李玉虎, 宋健清, 张敏
2021, 12(4): 27-32. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.004
摘要:
以来自赣南某稀土冶炼企业的离子型稀土精矿为原料,应用电感耦合等离子体发射光谱仪、X射线衍射分析技术等手段,考察了焙烧温度、焙烧气氛对稀土精矿中铁、铝等杂质元素浸出的影响规律,并揭示了其作用机制。结果表明:氧化焙烧能降低铁、铝等杂质元素的浸出,特别是当焙烧温度超过1 300 ℃后,铁、铝浸出率不足5%,而还原焙烧不利于铁、铝等杂质固化,这是由于在氧化焙烧条件下,稀土精矿中铁、铝、硅等元素由易溶解的非晶物相转化为难溶的结晶物相,使得铁、铝等杂质多以含铝多元硅酸盐的形式被固化,从而抑制了铁、铝的浸出。无论是氧化焙烧,还是还原焙烧,在实验所考察范围内,焙烧温度对稀土浸出率影响不大。
异丙醇溶析铝酸钠溶液制备高纯氢氧化铝
殷倩楠, 金会心, 肖媛丹, 郭育良
2021, 12(4): 33-41. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.005
摘要:
以铝酸钠溶液分解制备Al(OH)3为基础,通过加入异丙醇溶析的方式,解决了铝酸钠溶液制备氢氧化铝分解速率缓慢、分解率低的问题,再结合超声波有机酸洗纯化的方式,去除了生成Al(OH)3中的晶间碱。考察了不同条件对溶析结果的影响,结果表明: 当分解温度为30 ℃、分解时间12 h、异丙醇与铝酸钠溶液体积比为1∶1时,分解率可达72.98%。在超声波有机酸纯化阶段: 当柠檬酸与Al(OH)3粉末质量比为1∶2、乙酸浓度为9 mol/L时,可有效去除Al(OH)3中的晶间碱。利用多种检测手段,发现利用异丙醇溶析铝酸钠溶液结合超声波有机酸洗去除晶间碱的方式,可以制备出分解率达75.98%、D50=2.539 μm、纯度为99.9034%的高纯氢氧化铝。
单晶型LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的制备及性能对比
饶先发, 李宝宝, 楼轶韬, 黄锦朝, 吴婷婷, 邱玉萍, 王江, 施宣波, 钟盛文
2021, 12(4): 42-50. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.006
摘要:
基于高镍三元正极材料容量和成本等方面的优异性,通过熔盐法结合高温固相法进行梯度煅烧,成功制备出了具有大尺寸单晶颗粒状的高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料,并与传统固相反应煅烧制备的材料进行比对,通过XRD衍射分析其结构特征,反映阳离子混排程度。依托扫描电子显微镜和透射电子显微镜,表征其表面形貌和晶体特征,研究表明:在经过循环伏安测试后,在高倍率测试条件下,循环稳定性和容量保有量的优势明显,契合锂离子电池近些年在快速发展过程中所面临的安全稳定的条件。这种采用熔盐法制备的NCM-811材料为制备微米级单晶型的正极材料提供了新的思路。
热处理对典型低合金钢棒材力学性能影响的机理
陈志强, 林银河, 蒲春雷, 田野, 尹国亮, 赵贵州
2021, 12(4): 51-57. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.007
摘要:
棒材在线淬回火热处理不仅可显著降低成本,而且有利于改善材料性能。通过实验室试验、组织性能检测、有限元模拟等就典型45#钢和40Cr钢进行研究,结果表明:45#钢和40Cr钢淬硬层深度分别约为4.8,18 mm,临界冷速约72,16 ℃/s; 600 ℃高温回火保温20 min后,钢中碳化物分布弥散均匀,强塑性和沿横截面均匀性得到显著改善; 有限元仿真表明淬火中热应力变化表层先拉后压,芯部与此相反。
氧化钨/碳纳米管膜复合负极的制备及其储锂性能
文敏, 徐子其, 张克, 李轩, 胡君辉, 罗虹, 尹艳红
2021, 12(4): 58-65. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.008
摘要:
氧化钨(WO3)因具有较高的理论比容量(693 mAh/g)已成为锂离子电池负极材料的有力候选者。但在电池充放电即锂离子脱/嵌入过程中WO3会产生较大的体积变化,导致其放电比容量快速衰减,故对其循环稳定性研究仍是热点之一。文中采用水热法和喷涂法分别在碳纳米管膜(CMF)基底上成功合成了水热型-氧化钨/碳纳米管膜(H-WO3/CMF)和喷涂型-氧化钨/碳纳米管膜(S-WO3/CMF)复合电极。XRD测试结果显示H-WO3/CMF和S-WO3/CMF中的WO3分别属于单斜相和六方相。将H-WO3/CMF和S-WO3/CMF分别组装成扣式电池进行电化学性能测试,结果表明H-WO3/CMF的首次放电比容量高于S-WO3/CMF。当H-WO3/CMF以0.2 C倍率循环时,第1圈放电比容量达到635 mAh/g,循环50圈时放电比容量为510 mAh/g,仍有上升趋势; S-WO3/CMF在0.2 C倍率下循环时,第1圈放电比容量仅为515 mAh/g,在后续循环过程中容量衰减较快。交流阻抗测试结果显示H-WO3/CMF的导电性高于S-WO3/CMF。研究结果表明:H-WO3/CMF作为锂离子电池负极,有望提升WO3的电化学稳定性。
SiCp/2014Al复合材料的热变形行为及本构模型
周朗牙, 王日初, 王小锋, 蔡志勇, 董翠鸽
2021, 12(4): 66-74. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.009
摘要:
在Gleeble-3180热模拟机上对碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/2014Al)复合材料进行热压缩试验,研究其在变形温度为350,400,450 ℃和500 ℃,应变速率为0.001,0.01,0.1s-1和1.0 s-1条件下的热变形行为。根据热压缩实验的真应变-真应力数据,在考虑应变、应变速率和变形温度对流动应力的耦合影响下构建修正的Johnson-Cook(JC)本构模型,同时建立人工神经网络模型(ANN)。结果表明:SiCp/2014Al复合材料的流变应力随应变速率的增加和温度的降低而增大。与修正的JC模型相比,ANN模型具有较低的均方根误差(0.51 MPa)和平均绝对误差(1.43%),以及较高的相关系数(0.999 7),表明其对SiCp/2014Al复合材料热变形流变应力的预测具有更高的预测精度和可靠性。
铈基抛光粉抛光工艺的多响应稳健优化设计
李春丽, 李欢欢, 卢虎生
2021, 12(4): 75-81. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.010
摘要:
以铈基抛光粉的化学机械抛光工艺过程为研究对象设计正交试验,选取抛光时间、抛光盘转速、抛光浆固含量、抛光浆pH值作为可控因子,分析其对铈基抛光粉的切削率及划痕度这2个重要技术参数的影响。在试验结果的基础上考虑各响应的主客观权重,结合信噪比与满意度函数构建多响应稳健优化设计模型,获得确保抛光过程稳健性的较优工艺参数组合,从而达到制备出高性能的稀土抛光浆液的目的。优化结果表明该方法在解决多响应变量稳健优化的问题上具有一定的有效性,可为相关生产加工企业在改善工艺质量方面提供参考。
铝箔剪切机碎屑收集管优化设计
刘跃, 常玲玲, 李会荣, 管小荣
2021, 12(4): 82-87, 125. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.011
摘要:
传统铝箔剪切机碎屑收集装置存在2支管吸力不均匀问题,严重影响剪切机工作效率。文中使用计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD)对管路挡板结构进行了优化改进,在深入分析挡板布置方式对支管流态影响规律基础上,给出管路优化建议。数值结果表明:2个挡板高度相等时,第2个挡板会对第1个支管后部气流产生"阻碍"作用,形成低速回流区,无法形成负压及吸力;随着第2个挡板高度降低,第2个支管内负压及速度值降低,第1个支管内负压及速度值增大;当挡板比例为1/2时,2个支管物理量趋于相等,支管口速度相差约3%,可满足工业需求。此外,改变挡板高度及间距并保持挡板高度比例为1/2时,2个支管速度相差约5%,说明研究结果具有一定工程适用性。
矿业·环境
基于组合赋权-云模型的离子型稀土矿开采工艺评价
邹国良, 刘娜娜
2021, 12(4): 88-95. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.012
摘要:
为保护资源和生态环境,促进稀土产业绿色可持续发展,基于现代控制理论的能观测性和能控性新视角,采用CRITIC-G1组合赋权与云模型相结合的方法,构建了离子型稀土矿开采工艺评价模型,并对不确定开采条件下的原地浸矿工艺与堆浸工艺进行了评价。研究得出:①基于保护资源和生态环境的目的,离子型稀土矿开采工艺评价指标体系不仅要考虑矿山开采负外部性的影响程度评价指标,而且还应考虑矿山开采负外部性的能控性评价指标,从而更加贴近离子型稀土矿开采实际;②在确定指标权重时,采用CRITIC-G1法组合赋权,使权重更为准确;③将CRITIC-G1法与云模型相结合,在资源储量、矿床底板发育程度等不确定开采条件下和严格执行环境保护法、矿产资源法的前提下,堆浸工艺稍优于原地浸矿工艺。建议在当前开采工艺水平条件下,实施离子型稀土矿产地储备制度。
利用尾矿制备地聚物研究现状及展望
佟志芳, 曾庆钋, 王佳兴, 温皓, 胡晓飞
2021, 12(4): 96-103. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.013
摘要:
尾矿是我国每年排放量最大的一类工业固废,大量尾矿的堆积不仅占用土地,并且尾矿中所含重金属的释放会对周边环境造成严重的污染,因此对于尾矿的无害化综合利用是矿山企业急需解决的问题。由于尾矿中的硅铝氧化物成分占比较大,与地聚物中的主要成分类似,因此可将尾矿用于制备地聚物。文中介绍了目前各类尾矿制备地聚物的研究现状,总结了不同制备工艺的优缺点,并对尾矿制备地聚物的未来发展做出展望。
好氧颗粒污泥的培养及处理低碳氮比废水效果
曾玉, 曾敏静, 程媛媛, 龙焙, 李新冬, 张斌超, 黄思浓, 易名儒, 林树涛, 陈月茹
2021, 12(4): 104-111. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.014
摘要:
采用"搅拌-曝气-搅拌"间歇曝气运行模式,探索好氧颗粒污泥(AGS)在低碳氮比(1~6)废水中的形成规律及其对污染物的降解效果,旨在为低碳氮比污水的高效处理提供技术支持。当进水碳氮比为1~2.25时,接种污泥表现出明显的不适应,污泥量及颗粒化率增长缓慢,化学需氧量(COD)、总无机氮(TIN)及总磷(TP)的去除率较低且波动大。当进水碳氮比提升至6时,污泥理化特性逐渐趋于稳定,35 d内实现好氧污泥颗粒化。成熟的AGS对氨氮(NH4+-N)和COD的去除率均高达90%以上,TIN去除率为50%,TP去除率约为70%。提高进水碳氮比有利于异养菌的生长,促进胞外聚合物分泌从而加速AGS的形成。"搅拌-曝气-搅拌"运行模式中TIN的去除包括外源反硝化及内源反硝化2种脱氮途径,曝气段主要为COD的降解及氨氮的氧化,几乎无TIN的去除。根据各态氮的变化计算出外源反硝化与内源反硝化贡献率分别为2.82%~18.45%及18.30%~48.28%。
稀土专栏
稀土材料的制备与高端应用
唐政刚, 张达, 解志鹏, 苏咸凯, 戴永年, 梁风
2021, 12(4): 112-125. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.015
摘要:
随着社会的发展,科学技术的不断提高,人们发现稀土金属在提高产品质量、增强产品性能等方面已表现出其独特的优势,但也存在稀土材料传统制备方法周期长、高端应用领域研究不够深入等问题。文中主要介绍了离子交换法、热分解法、水热/溶剂热法、共沉淀法和溶胶-凝胶法等制备稀土材料的最新进展,并着重介绍了稀土在永磁材料、发光材料、催化材料、储氢材料和高纯靶材等方面的高端应用。根据以上分析,革新稀土制备方法和挖掘新的稀土材料,使其在电子信息、汽车尾气净化、航空航天以及生理医疗等领域发挥更大的作用。最后,对提高稀土产品附加值、开发稀土新材料、优化稀土生产工艺及发展稀土高端应用进行了展望。
氟碳铈矿分解脱氟过程研究
杨英, 孙树臣, 涂赣峰
2021, 12(4): 126-132. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2021.04.016
摘要:
采用X射线衍射(XRD)和热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)等手段对氟碳铈矿焙烧分解和脱氟过程进行了研究。从600~1 000 ℃对氟碳铈矿分别在空气气氛和饱和水蒸气气氛条件下进行了焙烧实验,对焙烧产物进行了XRD分析,并测定了每个焙烧条件下氟的脱除率,用扫描电镜(SEM)对600 ℃和1 000 ℃焙烧产物进行形貌对比。通过实验结果分析了氟碳铈矿的分解过程及分解产物,同时分析了氟碳铈矿在焙烧过程中发生的脱氟反应,讨论了脱氟反应发生的条件及重要影响因素。氟碳铈矿在1 000 ℃饱和水蒸气气氛焙烧3 h脱氟率可达到99.81%,提出了氟碳铈矿强化脱氟的新方法。

敬  告

为进一步规范期刊查阅、引用、统计等,现对我部编辑出版的《有色金属科学与工程》英文刊名全称和英文刊名缩写公告如下:

英文刊名全称为:Nonferrous Metals Science and Engineering

英文刊名缩写为:Nonferr.Met.Sci.Eng.