有色金属科学与工程

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陈金龙, 代龙果, 李玉虎, 李衍林, 周玉明

2022, 13(5): 1-7. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.001

摘要(279) HTML (83) PDF[2403](27)

摘要:
基于碳酸锌和碳酸镁溶度积的差异，本文开展了碳化沉淀法分离回收锌、镁的研究，在理论计算的基础上，借助电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）、X射线衍射仪（XRD）等表征手段，考察了碳酸盐种类及用量、温度等因素对锌、镁分离效果的影响规律，查明了中和渣浸出除杂液中锌、镁分离的调控方法。理论计算表明，以碳酸盐作为沉淀剂时，锌优先沉淀，且在镁离子沉淀之前，锌已沉淀完全。实验结果表明，相对Na₂CO₃、NaHCO₃、NH₄HCO₃等碳酸盐，以MgCO₃为沉淀剂进行镁、锌分离的效果更佳。实验所得的较优工艺条件为反应温度90 ℃，碳酸镁过量系数1.20，反应时间90 min，加料速度2.10 g/min。在该条件下，锌沉淀率达99.99%以上，镁沉淀率低于0.10%，实现了镁、锌的有效分离。所得沉锌渣为碱式碳酸锌，纯度较高，可达到工业碱式碳酸锌合格品（HG/T 2523—93）的技术指标。该方法简单易行，锌、镁分离效果好，且锌、镁均可资源化利用。

铷的应用及提取工艺研究进展

刘磊, 马保中, 王成彦, 陈永强

2022, 13(5): 8-15. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.002

摘要(411) HTML (108) PDF[1353](50)

摘要:
近年来，由于铷优良的物理化学性能，铷不仅在电子器件、特种玻璃、医药等传统领域有着重要用途，而且在磁流体发电、离子推进发动机等新型能源科技领域也显现出无限的活力。铷主要存在于矿石和盐湖卤水资源中，从含铷矿石中提铷比较成熟的工艺主要有硫酸分解法和焙烧分解法，传统的矿石提铷工艺存在流程复杂、污染大、能耗高等问题，对实现“双碳”目标构成严峻考验。分析表明，溶剂萃取法和离子交换法在解决盐湖卤水等液态资源提铷方面更具有发展前景。盐湖卤水提铷工艺简单，能耗低，无矿石分解过程，避免了大量固体废渣的产生，环境友好。文中在分析各类含铷矿石以及盐湖卤水资源特点的基础上，简述了铷资源在各领域的用途，综合介绍了硫酸分解法、碳酸盐焙烧法、氯化焙烧法、溶剂萃取法以及离子交换法等关键提铷技术的工艺研究现状及优缺点，展望了清洁环保、高效提铷的发展方向。

锂离子电池负极材料PSi@GO的制备及其电化学性能

李芮, 陈煜, 丁能文, 李之锋, 李小成

2022, 13(5): 16-22. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.003

摘要(142) HTML (42) PDF[2863](12)

摘要:
具有高能量密度的硅材料是锂离子电池负极的优选材料之一。但是，低电导率和在充放电过程中伴随的巨大体积变化而导致循环过程中容量迅速衰减，阻碍了硅材料商业化。本文以商业化的铝硅合金为硅源，通过冷冻干燥方法将氧化石墨烯（GO）包覆在其表面，制备了微米级的多孔硅（PSi）与GO的复合材料PSi@GO。该复合材料核层多孔硅内部丰富的孔隙提供充足的空间以适应硅的体积变化，外层的氧化石墨烯可以加速离子和电子传输，并再次缓冲硅的体积变化，从而可以有效地改善硅负极的循环稳定性和倍率性能。研究结果表明，电流密度为500mA/g时，PSi@GO-2（PSi与GO质量比为10∶5）复合电极材料循环100次后，比容量仍可达到1 275 mAh/g；在电流密度为4 A/g时，该复合材料也可达到980 mAh/g的高比容量。该PSi@GO-2复合材料显示了优异的倍率性能，具有良好的应用前景。

高强韧铝合金非等温时效工艺的研究进展

贺嘉宁, 贾咏馨, 于帅, 苏睿明, 聂赛男

2022, 13(5): 23-28. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.004

摘要(130) HTML (36) PDF[762](12)

摘要:
非等温时效工艺作为一种新兴的时效处理方法，能够有效地提高高强韧铝合金的综合性能。通过简要归纳近些年来应用于高强韧铝合金的非等温时效工艺，总结出经不同非等温时效处理后高强韧铝合金析出相的特征、合金力学性能和腐蚀性能的变化情况。非等温时效工艺的效率相较于传统时效工艺有很大提高，并且能够同时调控高强韧铝合金内基体析出相和晶界析出相的种类、尺寸和分布情况，使高强韧铝合金兼具与T6峰值时效态相差不多的力学性能和近T7x过时效态的腐蚀性能。最后，对未来高强韧铝合金非等温时效工艺的研究和应用进行了展望。

碳化钨的形貌调控及其载铂电化学性能

邓朋, 湛钦淇, 文敏, 尹艳红

2022, 13(5): 29-40. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.005

摘要(132) HTML (23) PDF[5764](8)

摘要:
本文采用水热模板法，通过添加表面活化剂柠檬酸和模板剂氧化石墨烯（GO）调控前驱体的形貌尺寸。将前驱体置于空气气氛中进行热处理，得到厚度薄、尺寸小、分散的WO₃。在氮气保护气氛下，通入乙醇/甲醇液体碳源，并处于1 000 ℃下保温2 h，进行原位还原碳化反应，得到表面包覆石墨化碳层的碳化钨（WC@C）。在WC@C表面原位负载不同浓度的Pt NPs，得到Pt-WC@C复合催化剂。该催化剂Pt-WC@C-1（10% Pt）在碱性溶液中性能较佳，电流密度为10 mA/cm²下的过电势（η₁₀）为187 mV，塔菲尔斜率为115.7 mV/dec（10% Pt）；在酸性溶液中具有更优良的析氢催化性能，Pt-WC@C-2（5% Pt）性能优于Pt-WC@C-1（10% Pt）和Pt-WC@C-3（1% Pt），η₁₀为87.6 mV，塔菲尔斜率为51.2 mV/dec。这主要归因于分散性较好的WC表面包覆了较薄的石墨化碳层。

热变形对汽车用Al-Sc-Zr合金高温流变形行为的影响及本构方程的建立

赵海宾, 高赞, 李富松, 董盼盼, 戴石良, 房华伟

2022, 13(5): 41-48. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.006

摘要(124) HTML (24) PDF[2771](8)

摘要:
在Gleeble-3000D热模拟机上对Al-0.2Sc-0.04Zr铝合金开展了热变形实验，系统地研究该合金变形参数在0.001~5 s^-1和440~600 ℃下的高温流变行为。研究结果表明：在低应变速率和较高的温度下，DRX的发生较为完全。同时，在较低温度（T≤520 ℃）下变形，主要软化机制为动态回复；在较高温度（T>520 ℃）下变形，软化机制转变为动态再结晶，且获得了较为完全的动态再结晶组织；在高温（T≥600 ℃）下变形，晶粒出现明显的长大。分析应力指数（n）和变形激活能（Q），二者均随变形温度的升高而增加。采用双曲正弦模型，建立了适合Al-0.2Sc-0.04Zr合金的本构方程，可很好地预测峰值应力，为工业化生产提供理论依据。

铁电异质结光催化剂的研究进展

黄瑞, 蔡苇, 刘小雪, 王振华, 高荣礼, 符春林

2022, 13(5): 49-59. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.007

摘要(138) HTML (19) PDF[2472](15)

摘要:
半导体光催化材料在环境修复和可再生能源生产方面具有巨大的潜力，但光生电子—空穴的高复合率是制约半导体光催化材料性能提升的瓶颈问题。通过构筑铁电异质结，借助铁电材料的退极化场和异质结的内建电场增强光生电子—空穴的分离是提升光催化性能的重要途径。综述了近年来铁电异质结光催化剂的研究进展，重点介绍了铁电Ⅱ型异质结、铁电Z型异质结、铁电—金属肖特基结的光生电子和空穴的转移机制，提出了铁电异质结光催化剂未来研究面临的机遇和发展方向。

Na、Zr复合改性提高LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料理化性能

彭弯弯, 饶先发, 王春香, 夏鼎峰, 郑东豪, 周杰, 杨浩, 李之锋

2022, 13(5): 60-67. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.008

摘要(108) HTML (21) PDF[3434](5)

摘要:
基于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料在高电压下的电化学性能不佳问题，通过简单的共沉淀法得到前驱体Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂，与适当的Na源、Zr源及Li源球磨后得到改性材料。通过对比Na和Zr单掺杂或共改性来探究改性材料电化学性能的变化。XRD结果表明，掺杂Na和Zr后，所有改性材料的Li间距和过渡金属层间距均扩大，电化学性能测试发现改性后的材料其循环、倍率性能等均得到明显提升。其中Na、Zr共改性的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM-Na-Zr），其循环和倍率性能得到显著改善，在2.75~4.35 V、1C倍率下循环200次后，仍然有177.4 mAh/g放电比容量和87.7%的容量保持率。

S-型异质结光催化剂的制备和应用研究进展

黄浩辉, 孙海朋, 樊启哲, 余长林, 纪红兵

2022, 13(5): 68-79. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.009

摘要(185) HTML (28) PDF[2662](23)

摘要:
近年来，研究者提出了一种新的S-型异质结光催化剂。S-型异质结光催化剂在光生电子空穴对的有效分离、无用电子空穴的复合、载流子的有效分离、保留强氧化-还原活性位点等方面有着显著的优点。综述了近年来，S-型异质结光催化剂的反应机理、制备方法，以及在水分解制氢、CO₂还原、污染物的降解、灭菌等应用方面的研究进展，提出了S-型光催化体系的发展前景和面临的挑战。

制备方法对新型纳米TiO₂抑菌片抑菌活性的影响

龙威, 陈志龙, 刘穗汕

2022, 13(5): 80-91. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.010

摘要(65) HTML (40) PDF[5989](4)

摘要:
制备了4种TiO₂抑菌片，用于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌实验评价。运用BET、XRD、IR和SEM等进行表征，并对最小抑菌浓度和最低灭菌浓度进行测定。实验结果表明：不同方法制备的纳米TiO₂抑菌片体现出不同的抑菌活性，水热合成法制备的样品2的抑菌活性最高，抑菌圈直径保持在20 mm可持续稳定24 h，对大肠杆菌的最小抑菌浓度和最低灭菌浓度分别约为50 mg/L和70 mg/L，对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度和最低灭菌浓度分别约为50 mg/L和70 mg/L。同时发现，样品的抑菌活性与内部晶型的差异、表面官能团的种类及数量及微观形貌有关。本研究可为高效TiO₂抑菌片的制备提供参考。

单原子电催化析氢催化剂的研究进展

王步祥, 舒庆

2022, 13(5): 92-100. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.011

摘要(155) HTML (78) PDF[1230](26)

摘要:
随着全球能源短缺和环境污染问题的不断加剧，具有热值高和环境友好等优点的氢能源已成为最具发展潜力的能源之一。作为一种绿色、可持续的制氢方法，电催化析氢反应（HER）受到了广泛关注。当前，无论是HER的基础研究，还是应用研究，催化剂始终是核心问题。单原子催化剂（Single Atom Catalysts, SACs）由于其最大的原子利用效率以及独特的结构和性能，在HER过程中表现出优异的催化活性及稳定性。本文首先对近年来用于HER的SACs的合成方法进行了综述，包括热解、沉积、液相合成和刻蚀等制备方法；其次，对各种用于探索SACs与HER的结构—催化关系的物理化学性能表征及密度泛函计算方法进行了总结。最后，对用于HER的SACs存在的不足进行了分析总结，以期为设计和制备廉价有效地用于HER的SACs提供有价值的理论借鉴，提高其实际应用价值。

顾及指标权重变化的露天矿边坡稳定性评价系统的设计与实现

王丽丽, 虞列沛

2022, 13(5): 101-107. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.012

摘要(86) HTML (38) PDF[2163](5)

摘要:
快速、有效地评价露天矿边坡稳定性程度，对保障施工设备及人员的安全具有重要的理论意义和实际价值。论文针对露天矿边坡稳定性影响因素复杂、不确定，指标权重受主观经验影响，以及评价模型计算复杂、效率低等问题，依据信息熵和未确知测度理论的方法，建立了顾及指标权重变化的露天矿边坡稳定性的评价模型，不仅解决了评价指标数据不确定的问题，还充分考虑了评价指标权重动态变化的特性；在此基础上，采用Windows窗体应用程序开发模式，结合C#编程语言，开发了一套边坡稳定性智能评价系统，避免了人为计算繁杂，提高了工作效率。论文以越堡露天矿边坡为研究对象，研究结果表明：边坡稳定性智能评价系统对稳定性评价的结果与边坡实际情况基本一致，其具有较强的实用性、可靠性和可行性。

基于CAPM模型改进的采矿权评估方法

许译心, 王小茜, 路增祥

2022, 13(5): 108-113. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.013

摘要(77) HTML (25) PDF[677](7)

摘要:
收益法评估采矿权价值时，采用传统的资本资产定价模型（CAPM）确定折现率，不能很好地反映矿山企业围绕矿产资源开发所进行的非主营业务投资与收益对折现率的影响。引入系统风险修正系数α，调整矿山企业非主营业务利润变化率与主营业务收入变化率的比值对系统风险的影响，建立了CAPM的改进模型。以某金矿采矿权评估为背景，基于综合杠杆系数衡量该企业系统风险和非系统风险，采用改进后的CAPM模型，对该矿的采矿权价值进行了评估。结果表明，所建立的CAPM改进模型对于采用收益法评估采矿权价值具有适用性。

基于高光谱图像的矿物种类深度识别方法

王吉源

2022, 13(5): 114-119. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.014

摘要(121) HTML (57) PDF[1610](20)

摘要:
矿物识别较大程度上依赖人工经验判断，这种方法成本高昂且受矿物识别人主观影响较大，文中提出利用深度学习神经网络的方法自动识别矿物种类。通过模拟专家目视识别矿物的方式采集了矿物RGB图像和高光谱图像样本，利用以上样本对卷积神经网络进行训练并得到矿物种类识别模型。实验分析结果表明：矿物RGB图像包含的信息较单一，不足以区分矿物种类，识别效果较差，识别准确率仅约39.52%；矿物高光谱图像所含信息更为丰富，能有效表达矿物种类特征，因此识别表现优异，模型识别准确率超过94.7%，能满足实际的生产需求。

中国铜产业链结构升级效果评价

刘贻玲, 郑明贵

2022, 13(5): 120-126. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.015

摘要(76) HTML (13) PDF[649](4)

摘要:
基于产业链视角研究供给侧改革前后铜产业结构升级情况，构建了反映上游采选业、中游冶炼业和下游压延加工业产业结构升级方向、速率和程度的测算模型，并利用2012-2019年数据进行了测算与对比分析。结果表明：①升级方向。供给侧改革后相较改革前，上游超前系数下降且均小于1，中游超前系数增加且均大于1，而下游超前系数略有增加且基本趋于1，说明中、下游超前发展程度较好。②升级速率。供给侧改革后相较改革前，铜产业矢量夹角值由2.72°下降到2.26°，呈现下降趋势，说明铜产业结构升级速率仍然比较缓慢。③升级程度。供给侧改革后相较改革前，上游产业结构升级高度值下降，而中游和下游升级高度值持续上升，说明升级程度由低级阶段向高级阶段演变，正朝着供给侧改革目标方向发展。研究结果丰富了产业结构升级理论，阐释了铜产业结构升级未来的重点方向，为铜产业政策制定和企业生产决策提供了经验证据。

金属基树脂对含盐氨氮废水的吸附研究

崔鹤, 陈云嫩, 彭志业

2022, 13(5): 127-139. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.016

摘要(94) HTML (29) PDF[6776](7)

摘要:
盐分的存在使得氨氮废水的处理难度大大增加。在含盐条件下，利用负载过渡金属(Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺)的D001树脂和D751树脂对氨氮废水进行了吸附实验。与负载前树脂相比，金属基D001(D751)树脂比表面积增大，且吸附氨氮后树脂形貌更为有序; 5次循环吸附氨氮后各金属离子依然牢固地固定在树脂上，说明金属基D001(D751)树脂稳定性较好。吸附动力学研究发现，金属基D001(D751)树脂对氨氮的吸附过程符合准二级动力学，且在吸附氨氮过程中吸附剂与吸附质之间存在由电子转移或共享产生的化学作用力。对金属基树脂对含盐氨氮废水吸附机理进行了剖析，结果表明金属基树脂与溶液中的氨氮存在配位吸附作用，通过配位共价键键合形成配体络合物。

水力条件对污泥颗粒化过程的影响、控制与表达研究进展

张涛, 赵永红, 苏滔珑, 蒋裕平

2022, 13(5): 140-147. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.017

摘要(108) HTML (36) PDF[1179](9)

摘要:
颗粒污泥具有沉降速度快、生物浓度高、污泥产率低等优点，自被发现以来就引起了国内外研究者的广泛关注。当前已有大量针对污泥颗粒化条件及其影响机制的研究，其中反应器水力条件是被广泛接受的影响污泥颗粒化的关键因素。对现有的关于水力条件对好氧和厌氧颗粒污泥形成与稳定性影响的研究结果进行了分析，发现颗粒污泥形成与稳定必须控制在一定的水力条件范围内，但不同研究平台的结果难以统一，其原因是影响水力条件的因素非常复杂。进而，对现有水力条件控制与表达的方式进行汇总，从微观层面解析了不同控制方式对水力条件的影响机制，分析了当前水力条件表达还存在比较宏观或难反映局部特征的问题，而近年被引入反应器水力条件研究的计算流体力学的方法，将在污泥颗粒化水力条件精确表达方面发挥重要作用。通过对污泥颗粒化过程水力条件影响、控制与表达的回顾、总结、分析及发展预测，为后续的研究提供参考。

强降雨条件下离子型稀土矿山边坡稳定性分析

巫辅宇, 饶运章, 石亮, 张美道, 谭述君, 张世佳

2022, 13(5): 148-154. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.018

摘要(64) HTML (11) PDF[1986](14)

摘要:
降雨是诱发离子型稀土矿山滑坡灾害的主要因素之一。以赣南某离子型稀土矿山边坡为研究对象，采用数值模拟方法得到强降雨下边坡孔隙水压力的变化情况，分别分析降雨类型、停雨间隔时间和降雨强度对边坡孔隙水压力的影响，并应用有限元强度折减法计算拟定工况下的边坡稳定性系数。结果表明：①不同降雨类型下边坡孔隙水压力变化情况不同，增强型降雨对边坡稳定性系数影响最大。②边坡表面孔隙水压力回落幅度随停雨间隔时间的增加而增大。总降雨量相同时，停雨间隔时间缩短对边坡稳定性不利。③随着降雨强度的增大，边坡孔隙水压力的变化速率增大，边坡稳定性系数下降速率增大并且下降幅度增大。

固定化芽孢对铽离子的吸附特性

王慧敏, 宁周神, 徐鸿涛, 董伟

2022, 13(5): 155-164. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.05.019

摘要(80) HTML (12) PDF[3451](9)

摘要:
微生物吸附法作为一种高效、廉价、环境友好的生物技术，已在稀土离子分离回收中逐渐被开发利用。实验通过固定化微生物技术，使用海藻酸钠包埋活性炭与枯草芽孢杆菌芽孢制备成固定化颗粒，处理含稀土离子的废水。对比了固定化芽孢加活性炭、固定化芽孢以及固定化活性炭对铽离子的吸附效果，并探究了不同条件对几种固定化吸附剂吸附铽离子的影响。结果表明：固定化芽孢加活性炭兼具包埋法与吸附法的优点，对铽离子的吸附效果更好; 在包炭量为1:100(活性炭质量：溶液总质量)、芽孢悬液浓度为OD₆₀₀(菌液在600 nm波长处的吸光值)=2、铽离子浓度为100 μmol/L、温度为15~25 ℃、pH=4.5~8.5的条件下吸附60 min，铽去除率可达90%以上。固定化芽孢加活性炭对铽离子的吸附更符合准一级动力学、Langmuir吸附等温线模型。

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2022年第13卷第5期

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