有色金属科学与工程

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夏柳, 张文娟, 马保中, 王成彦

2022, 13(3): 1-8. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.001

摘要(191) HTML (51) PDF[20044](21)

摘要:
镉常伴生于锌矿、铅锌矿和铜铅锌矿石中，约95%的镉作为铅锌冶炼过程中的副产品被回收，其中冶炼烟灰是镉回收的主要原料之一。本文以铅冶炼烟尘为对象，研究了其硫酸浸出液中镉的电解沉积行为，主要考察了电流密度、温度以及镉离子的浓度对电流效率、单位电耗、阴极镉纯度及形貌的影响规律。结果表明：在电流密度150 A/m²、温度30 ℃、浸出液中镉浓度40 g/L的条件下，电沉积4 h的电流效率可达96.14%，单位电耗为1.769 kW·h/kg，阴极镉的纯度可达到97.75%。升高温度、增大电流密度、镉离子的消耗都在不同程度上降低了电流效率并增加了单位电耗。电极反应动力学表明，镉离子在阴极区的还原过程受离子扩散控制。

氧气底吹炼铜模拟仿真研究进展

郭学益, 姜保成, 王亲猛, 王松松, 田庆华, 李栋

2022, 13(3): 9-19. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.002

摘要(224) HTML (55) PDF[11612](23)

摘要:
氧气底吹炼铜作为重要的火法炼铜工艺，发挥着关键作用的同时也面临发展困境。矿物资源愈加复杂、大型化设备亟待优化、熔炼渣含铜偏高等问题阻碍氧气底吹炼铜工艺的可持续发展。模拟仿真研究具有成本低、安全性高、灵活性好的特点，成为解决氧气底吹炼铜难题的重要方法。本文介绍了氧气底吹炼铜模拟仿真研究方法和特点，对氧气底吹炼铜反应机理、炉内流动和设备改进3个重要方向模拟仿真研究现状进行分析和总结。结合当前氧气底吹炼铜技术原料复杂化、设备大型化、底吹连续化、控制智能化的发展趋势，提出氧气底吹炼铜模拟仿真未来研究方向。

氧化锌法矿化吸收重金属冶炼烟气中SO₂的研究

范晓彬, 张伟光, 曹雪娇, 李义兵, 蔡震雷, 张廷安

2022, 13(3): 20-25. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.003

摘要(158) HTML (46) PDF[15462](20)

摘要:
研究氧化锌法矿化吸收重金属冶炼烟气中的低浓度SO₂，采用喷吹搅拌反应装置考察ZnO浓度、SO₂浓度、通气流量、浆液ZnSO₄浓度对氧化锌脱硫过程的影响规律。结果表明：随着氧化锌浓度从0提高到0.05%，有效脱硫时间由50 min延长至180 min；氧化锌浓度一定时，随着SO₂浓度、通气流量及浆液硫酸锌浓度的增加，有效脱硫时间缩短。脱硫过程中，浆液的pH值变化规律可分为：缓慢下降、迅速下降以及基本不变3个阶段，pH值从6~7降至2~3。

低品位铝土矿的高效脱硫脱硅工艺研究

蒋正帅, 夏飞龙, 张姗姗, 张强, 张敏

2022, 13(3): 26-34. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.004

摘要(180) HTML (48) PDF[8644](14)

摘要:
通过采用悬浮焙烧-碱浸脱硅的方式对铝土矿进行处理，并研究了焙烧温度、苛碱浓度、碱浸温度对焙烧矿碱浸脱硅的影响。结果表明，悬浮焙烧较优温度为930 ℃，在碱浸脱硅条件下液固比为8∶1，脱硅时间为30 min，苛碱浓度为110 g/L，脱硅温度为95 ℃时，可获得较高脱硅率，可达49.24%。Al₂O₃损失率为2.03%，精矿铝硅质量比可提至8.21，悬浮焙烧的脱硅精矿实际溶出率最高可达94.79%。采用石灰为脱硅剂，对碱浸脱硅后的碱液进行脱硅后，可对焙烧矿进行循环脱硅利用，脱硅后的精矿铝硅比均可达到7以上，从而使碱液实现了循环利用。

石墨烯复合导电剂对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂动力学及电化学性能的影响

夏鼎峰, 周苗苗, 郭乾坤, 胡顺, 邹金, 钟盛文

2022, 13(3): 35-42. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.005

摘要(178) HTML (83) PDF[19128](19)

摘要:
采用循环伏安、交流阻抗法对添加导电炭黑(SP)和导电炭黑复合石墨烯(SP+G)的两组不同导电剂，与LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂组装成的电池进行锂离子脱嵌动力学研究，通过计算锂离子扩散系数探究不同导电剂对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂锂离子脱嵌动力学的影响。电化学性能测试表明，添加单一导电剂SP和复合导电剂SP+G的首次放电比容量分别为166、184 mAh/g，添加复合导电剂SP+G的放电比容量显著提升。

氯化铁溶液浸出低冰镍提取镍铜的研究

宁志强, 唐子瑞, 刘家辉, 王露, 朱飞晓

2022, 13(3): 43-48. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.006

摘要(232) HTML (82) PDF[13524](17)

摘要:
利用三价铁离子(Fe³⁺)的氧化性，采用氯化铁溶液浸取低冰镍，提取其中的镍、铜元素。本研究考察了浸出液固比、浸出温度、浸出时间、氯化铁溶液浓度对镍和铜浸出率的影响。动力学研究表明：氯化铁溶液浸出低冰镍时，镍元素的浸出过程由化学反应控制，铜元素的浸出过程由混合反应控制，经计算镍的浸出活化能为70.26 kJ/mol、铜元素的浸出活化能为38.62 kJ/mol。低冰镍和浸出渣的物相分析结果表明，浸出反应发生时，低冰镍中的硫元素被氧化成单质硫。本研究避免了传统工艺中的含硫气体污染问题。

Sn/ZrO₂镀层的制备及ZrO₂纳米粒子对电沉积过程的影响

耿杨壘, 王一雍

2022, 13(3): 49-54. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.007

摘要(75) HTML (65) PDF[15438](9)

摘要:
在酸性硫酸盐体系中，采用超声辅助电沉积制备Sn/ZrO₂复合镀层，探究了超声功率、ZrO₂纳米粒子浓度和阴极电流密度对Sn/ZrO₂复合镀层的耐蚀性影响；通过线性扫描伏安法和交流阻抗法，研究了Sn/ZrO₂体系中ZrO₂纳米粒子对电化学反应过程的影响；通过SEM和XRD分别测试镀层形貌和微观结构。实验结果表明，较优电沉积工艺为：超声功率为300 W，ZrO₂纳米粒子浓度为7 g/L，阴极电流密度为2.5 A/dm²。在较优条件下，探究纯Sn镀层和Sn/ZrO₂复合镀层电沉积过程，超声辅助纳米粒子的加入使镀层表面更加致密，增加了沉积过程活性位点，促进了Sn²⁺的沉积，细化了晶粒，使得镀层表面更加平整致密。

阳离子膜电解法制备氧化钕的研究及表征

刘江, 张廷安, 豆志河, 曹亦俊

2022, 13(3): 55-62. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.008

摘要(107) HTML (25) PDF[18601](23)

摘要:
提出了一种新颖的阳离子膜电解制备氧化钕的方法。以氯化钕溶液为原料，首先经过电解转化沉淀析出氢氧化钕，再经煅烧获得氧化钕。循环伏安测试和热力学分析结果表明，氯化钕溶液电解制备氢氧化钕过程是电解脱酸和氢氧化钕沉淀析出的耦合过程，两者既相互促进又相互制约; 同时研究了氯化钕溶液初始浓度、电流密度和电解时间对电解过程电流效率的影响，结果表明，当氯化钕溶液初始浓度为0.3 mol/L，电流密度为250 mA/cm²，电解时间为60 min时，电流效率为92%。电解产物氢氧化钕经过煅烧可获得由大量棒状晶体团聚而成的氧化钕，颗粒中值粒径处于19.6~23.5 μm之间。本研究为氧化钕的制备提供了一个新的思路。

多维度二元导电剂对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂电池性能的影响

邹金, 胡顺, 龙茜茜, 李宝宝, 钟盛文

2022, 13(3): 63-68. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.009

摘要(205) HTML (70) PDF[15612](15)

摘要:
将超级导电炭黑Super-P(SP)，碳纳米管(CNT)和石墨烯(GN)任取2种等比例添加到LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中制备扣式电池，探究二元导电剂对电池性能的影响，此外设立单一导电剂SP作为对照组。采用X射线衍射仪分析导电剂的结构，并使用扫描电镜分析导电剂的形貌，此外还测试了电池的电化学性能。添加质量分数为3% GN/SP二元导电剂的电池首次放电比容量最高，为181.1 mAh/g; 添加质量分数为3% CNT/GN二元导电剂的电池循环性能最好，0.2 C循环100周容量保持率为76.2%;添加质量分数为3% CNT/SP二元导电剂的电池倍率性能最优，阻抗最低。结果表明，二元导电剂对电池性能的提升能力均优于单一导电剂SP。

双级时效对7075合金应力腐蚀性能影响

李晓含, 贺嘉宁, 苏睿明, 杨玉萍, 聂赛男, 谭兵

2022, 13(3): 69-75. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.010

摘要(146) HTML (11) PDF[17121](12)

摘要:
双级时效处理虽能有效提高7075铝合金抗应力腐蚀开裂(SCC)性能，但同时会导致合金力学性能降低。为了同时提高7075铝合金的拉伸性能和抗SCC性能，并优化双级时效参数，对双级时效处理7075合金进行了正交试验。通过扫描电镜和透射电镜在慢应变速率实验中研究7075合金的SCC行为。结果发现，在130 ℃条件下保温4 h后，在170 ℃条件下保温8 h，合金抗拉强度、伸长率和应力腐蚀指数I_SSRT分别为488 MPa、10.8%和0.095。

基于金属-有机框架的乙酰丙酮荧光传感器的研究进展

熊宇晨, 姚姝莉, 刘遂军

2022, 13(3): 76-88. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.011

摘要(163) HTML (95) PDF[15353](31)

摘要:
乙酰丙酮作为重要的化工原料，常用作分析试剂、有机合成中间体等，但人体长时间暴露在乙酰丙酮中会受到一定程度的伤害。目前已有诸如高效液相色谱法、核磁共振法和质谱法等检测乙酰丙酮的方法，但上述方法需要专业人员及大型仪器，且耗时长、操作复杂，因此迫切需要寻找快速高效的乙酰丙酮检测方法。金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)材料因其具有丰富的孔隙结构、孔道可调控、比表面积大等特点，在催化、传感、气体储存和分离等方面有着广泛应用，是当前无机化学领域的研究热点之一。MOFs作为荧光传感器具有成本低、响应快速、灵敏度高和效率高等显著优势，可实现对乙酰丙酮的快速高灵敏检测。本文综述了近十年来MOFs用于荧光传感乙酰丙酮的研究进展，并详细总结了其荧光传感机理。

失效锂离子电池正极材料管道化浸出工艺

陈世贤, 苏昊, 戴曦

2022, 13(3): 89-98. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.012

摘要(130) HTML (37) PDF[10096](15)

摘要:
湿法回收是目前回收失效锂离子电池正极材料的主要方法，浸出是该方法的一个关键流程，而工业生产中一般采用槽式浸出，该体系不是封闭的，在反应过程中由于物料中残余的一些杂质在酸性体系下会产生气体，严重恶化生产环境，同时反应会消耗大量的酸碱试剂及氧化剂，并产生大量废水、废酸。针对这些问题，提出采用管式反应器浸出失效锂离子电池正极材料方案，本实验的原料为失效钴酸锂正极材料，研究了不同条件对浸出效果的影响，发现过氧化氢的浸出效果并不理想，并通过采用葡萄糖等固体还原剂，有效地提高浸出率。相同条件下，对比过氧化氢和葡萄糖，钴和锂的浸出率分别从59.18%、92.57%提高到85.95%、99.47%。

膏体充填开采覆岩移动变形规律研究

廖宝泉, 柯愈贤, 方立发, 胡凯建, 曾杰, 陶铁军

2022, 13(3): 99-105. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.013

摘要(86) HTML (15) PDF[17041](7)

摘要:
为分析矿山膏体充填开采覆岩移动角的变化规律，采用FLAC^3D分析软件对某矿山膏体充填开采不同因素影响下覆岩的移动变形特征进行模拟，并基于模拟结果对覆岩不同水平的移动角进行研究。研究结果表明：充填体灰砂比越大和充填率越高，地表下沉量越小，覆岩危险变形区的发育高度也越小; 覆岩危险变形区的发育高度与充填体灰砂比之间满足指数函数关系; 覆岩移动角会随着覆岩距顶板高度的增大而近似于线性增大。结合回归分析，建立了覆岩移动角与覆岩距顶板高度、充填体灰砂比之间的关系式，进一步揭示了膏体充填开采下的覆岩移动角的变化规律，为矿山合理确定覆岩移动角提供一定的基础理论依据。

酸法地浸采铀多井系统中渗透系数时空演化模拟

陈经明, 周泽超, 陈茜茜, 李寻, 罗跃

2022, 13(3): 106-116. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.014

摘要(121) HTML (43) PDF[10569](13)

摘要:
为了解酸法地浸采铀过程中含矿含水层渗透系数时空演化规律，通过数值模拟的方法建立了由两组五点型地浸抽注井构成的二维反应动力学模型，模拟酸法地浸采铀中孔隙度-渗透系数时空演化过程，探讨含矿含水层渗透系数时空演化规律。模拟结束时模拟区域内渗透系数区间为[5.37 m/d, 14.7 m/d]。通过渗透系数时间演化结果可知，在渗流作用和化学反应前锋不断向抽液孔推进，渗透系数发生变化的区域随时间不断增大，模拟区域内渗透系数区间值随时间不断增大，模拟结束时6个注液孔周围的渗透系数演化情况差异较小；矿层内渗透系数大于初始值的范围为注液孔中心相距约3 m（占抽注半径1/10）处的圆柱体内，渗透系数最小值出现在与注液孔中心相距约5.66 m处的圆周上，含矿层内大部分区域的渗透系数均小于初始值，根据模拟结果渗透系数最小值可能出现在与注液孔距离抽注半径的1/6~1/5区域内。

“十三五”期间我国铅锌硫化矿选矿技术进展

罗仙平, 杨思琦, 何坤忠, 张永兵, 周贺鹏

2022, 13(3): 117-129. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.015

摘要(206) HTML (49) PDF[14647](23)

摘要:
“十三五”期间，为实现我国铅锌硫化矿的高效选别、选矿过程的节能降耗、废水废渣的循环利用，我国选矿工作者进行了大量研究工作，并取得了较大的进展。本文通过梳理“十三五”期间我国铅锌硫化矿选矿新技术进展，系统地论述了铅锌硫化矿的高效选别技术、清洁选矿技术和节能降耗技术等。相关新技术的应用，解决了我国铅锌矿产资源主金属回收率与伴生资源综合利用率低、选矿成本与设备能耗高、选矿废水治理与回用困难等问题，全面提高了我国铅锌硫化矿资源的开发利用水平，具有良好的应用推广价值。

超声波强化铜钼浮选过程的研究

康建雄, 王泽凯, 柳晓峰, 胡运祯, 黄万抚

2022, 13(3): 130-136. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.016

摘要(82) HTML (49) PDF[16665](11)

摘要:
斑岩型铜钼矿具有矿石性质复杂、嵌布粒度细、辉钼矿与黄铜矿可浮性相近等特点，导致在浮选过程中铜钼分离困难。利用超声波改变矿浆性质、矿物表面性质及药剂溶液性质。通过对某铜钼矿石采用超声波技术处理强化铜钼浮选分离，纯矿物浮选研究表明，采用超声波处理可以有效实现黄铜矿与辉钼矿的分离。实际矿石分选表明：在磨矿浓度为66.7%、矿浆pH=10.0、石灰用量为450 g/t、水玻璃用量为1 kg/t、YC药剂+丁基黄药用量为160 g/t+50 g/t、2^#油30 g/t、磨矿细度 < 0.074 mm占77.2%时，获得混合铜钼精矿钼品位为2.96%，钼回收率为87.44%；铜品位为0.76%，铜回收率为92.77%。对铜钼混合精矿，在矿浆浓度10%下，经超声功率2 000 W处理时间20 min，浮选条件为矿浆pH=10、煤油用量为80 g/t、2^#油用量为15 g/t、硫化钠用量为300 g/t，获得最终钼精矿Mo品位为22.19%，作业回收率为95.95%，钼总回收率为83.90%；铜精矿Cu品位为11.88%，作业回收率为98.27%，铜总回收率为91.16%，实现了铜钼矿物良好分离。

多源有色冶炼固废中稀散金属可控富集过程的生命周期评价——以富集碲为例

陆柳鲜, 王俊峰, 林锦, 陈云嫩, 邱廷省

2022, 13(3): 137-144. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.017

摘要(146) HTML (34) PDF[7553](6)

摘要:
为研究从多种有色金属冶炼过程产生的浸出渣、黑铜泥和铜砷饼等有色冶炼固废中稀散金属Te可控富集过程资源消耗及环境影响情况，运用生命周期评价（LCA）技术评估了该过程对环境的负荷。在eFootprint上建立相应的LCA模型，并对研究范围、清单数据、环境影响结果等进行分析。结果表明，该工艺生产过程对初级能源消耗、水资源消耗、全球变暖潜值、酸化及生态毒性的影响较大。从1.00 t多源有色冶炼固废中富集1.46 kg碲粉，要消耗8 089.53 MJ的初级能源和11 645.43 kg水资源，还排放803.45 kg造成温室效应的气体，产生5.10 kg酸性物质，并且生态毒性指标值为2.98。结合工艺特点，通过对LCA结果和清单数据敏感度分析，为整个生产过程提供了绿色改进方案。

LaCl₃-KCl熔盐体系物化性质研究

康佳, 闫奇操, 于兵, 刘玉宝, 陈国华, 赵二雄, 张全军, 黄海涛

2022, 13(3): 145-151. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.018

摘要(145) HTML (13) PDF[14794](13)

摘要:
合理选择熔盐体系在电解法制备稀土金属工业生产过程中至关重要。文中采用阿基米德法、拉筒法和连续变电导池常数法（CVCC）测定了不同配比的LaCl₃-KCl熔盐在1 073~1 223 K下的密度、界面张力和电导率。结果表明，随着温度升高，相同成分的LaCl₃-KCl熔盐的密度（ρ）和界面张力（σ）均呈降低趋势，而电导率（κ）逐渐增大；在相同温度下，随着LaCl₃含量增加，LaCl₃-KCl熔盐的密度和界面张力均逐渐增大，而电导率逐渐减小。通过拟合获得密度、界面张力以及电导率的经验公式分别为ρ=a-b×T×10^-3、σ=a-b×T×10^-3、κ=A+B×T×10^-3+C×T²×10^-6，明晰了熔盐的物化性质随温度及组分的变化规律，为熔盐电解法制备镧及其镧合金提供科学依据。

稀土电解槽电化学三维时变流场数值模拟

逄启寿, 忻治霖, 林小程, 龚姚腾, 王郅阳

2022, 13(3): 152-158. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.03.019

摘要(132) HTML (56) PDF[15898](15)

摘要:
目前对电解槽流场分析建立在气体或金属溶体定量单一流动的假设上，为更真实地表现电解槽在电解过程的流场变化，利用ANSYS Fluent软件对稀土电解槽进行电化学三维时变流场数值模拟研究。以加料镨钕氧化物时刻为初始时间的12 min槽内电化学瞬态三维模拟分析。仿真结果与生产实际相符。得出流场主要流动方式为阳极内侧区域生成气体向上流动，流速常居于最大值；阴极区域生成金属溶体向下流动，流速次之；阳极与阴极之间区域以此形成纵向涡流，流速小于前两者；阳极外侧区域为流动死区，流速最小，坩埚收集区域整体趋于稳定，流速远小于阳极内侧及阴极区域；电解至10 min镨钕氧化物被消耗殆尽，流场速度逐渐减小。

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2022年第13卷第3期

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