有色金属科学与工程

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贺跃, 李明东, 杨攀, 王松, 王海峰, 王家伟

2022, 13(6): 1-6. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.001

摘要(199) HTML (34) PDF[6168](30)

摘要:
硫酸锰溶液中重金属离子的深度净化以及电解锰阳极渣的综合利用一直是锰行业研究重点。采用XRD、SEM、EDS、FT-IR和Zeta手段对电解锰阳极渣进行表征，利用正交试验分析、Visual Minteq软件吸附模拟研究了电解锰阳极渣吸附硫酸锰溶液中钼的行为。结果表明：电解锰阳极渣主要成分为α-MnO₂，形貌为孔隙丰富的棒状结构，存在着较多的表面羟基，等电点（IEP）为3.6。反应条件对吸附行为影响主次顺序为：硫酸锰溶液pH值> 二氧化锰添加量 > 反应时间。模拟了硫酸锰溶液中Mn和Mo的离子形态随pH的变化关系，比较了不同pH下阳极渣的表面络合模拟数据与试验数据，证明了钼离子被吸附是受阳极渣表面羟基络合、表面电荷吸引以及缺陷孔隙等共同作用。为解决锰系电池原材料硫酸锰溶液中重金属离子难去除和电解锰阳极渣的合理利用问题提供一些支持。

溢流式超重力净化反应器内夹杂物运动行为的数值模拟研究

胡蒙, 王哲, 郭占成

2022, 13(6): 7-16. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.002

摘要(152) HTML (9) PDF[10524](6)

摘要:
提出一种全新的溢流式超重力净化反应器工业设计，以实现铝熔体与夹杂物的连续分离，为铝熔体超重力净化新工艺的实施建立工艺技术原型。利用FLUENT建立旋转模型，选用VOF模型研究不同重力系数及铝熔体温度条件下熔体内部压力场特征，在此基础上采用DPM离散相模型研究夹杂物的分离规律。结果表明，铝熔体内部存在沿超重力方向递增的压力梯度，且同一位置的压力值随着重力系数的增加而增大，当重力系数G=500时，贴壁处铝熔体的压力值为5.75×10⁵ Pa。铝熔体中Al₂O₃夹杂物（18 μm）分离效率随着重力系数的增大而增加，当重力系数G=500时，夹杂颗粒的分离效率达到100%。在超重力场G=48中，随着铝熔体温度的升高，铝熔体内Al₂O₃夹杂物（18 μm）的分离效果略微提高，当T=1 173 K时，夹杂物的分离效率达99.05%；不同种类夹杂物与铝熔体之间的密度差越大，夹杂物的分离效果越显著，夹杂物密度为3 970 kg/m³时，夹杂物的分离效率达97.73%；夹杂物的去除效果随着粒子尺寸的增大十分显著，当粒子尺寸≥50 μm时，夹杂物的分离效率为100%。

二次铝灰烧制镁铝尖晶石固相反应动力学及材料耐水蚀性能

张勇, 何小娟, 何运财, 王钰婷

2022, 13(6): 17-24. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.003

摘要(168) HTML (12) PDF[7298](8)

摘要:
以再生铝行业二次铝灰为主要原料，开展二次铝灰烧结制备镁铝尖晶石材料的研究。材料物相分析表明：二次铝灰可以烧结制备镁铝尖晶石材料。根据适宜的原料配比，在不同温度条件下烧结制备材料，进一步探讨烧结温度对材料耐水蚀性能的影响。二次铝灰烧结制备镁铝尖晶石材料的晶化反应表观活化能E_a=104.54 kJ/mol。在1 200~1 500 ℃烧结3 h，材料水化反应动力学方程依次为：（1-（1-5.76η）^1/2）²=kt，（1-（1-6.15η）^1/2）²=kt，（1-（1-6.43η）^1/2）²=kt和（1-（1-6.34η）^1/2）²=kt；1 400 ℃烧结3 h，材料水化率为8.83%，达不到高耐水性材料标准（0.2%）要求。

物理富集—熔盐电解法从二次铝灰回收金属铝

吕梓阳, 刘爱民, 余愿, 管晋钊, 王德喜, 石忠宁

2022, 13(6): 25-33. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.004

摘要(227) HTML (30) PDF[10997](18)

摘要:
二次铝灰是铝工业生产过程中产生的固体废弃物，含有金属铝、氧化铝和氮化铝等。通过球磨—筛分富集铝灰中的金属铝，研究球磨过程铝灰的粒度分布和金属铝的分离规律。结果表明，球磨后铝灰中的金属铝粒径变大，而其他盐类组分变细。较优条件是球磨3 h并筛分，粒度范围97~150 μm的铝灰中金属铝的质量分数为24.51%，金属铝的质量占原料中金属铝总质量的41.40%。在冰晶石熔盐中电解最优条件下球磨—筛分后的铝灰，XRF分析表明：电解产物中Al和Si的质量分数分别为97.3%和1.6%，铝回收率为45.89%，电流效率为46.06%。

微波辅助热解制备铁氮/生物炭及其芬顿催化活性

李宇轩, 张纯, 刘辉, 王志国, 喻鹏

2022, 13(6): 34-41. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.005

摘要(101) HTML (47) PDF[8019](5)

摘要:
以油菜秸秆为生物质原料，混入比例不同的硼酸（m（硼酸）∶m（秸秆）=1∶1和m（硼酸）∶m（秸秆）=2∶1），通过微波热解结合水热法制备铁氮/生物炭。采用XRD、SEM等技术对材料形貌及结构进行表征分析，研究不同硼酸比例制备的生物炭之间的性质差异。通过控制变量法对比分析不同H₂O₂浓度、环境温度下生物炭芬顿体系降解50 mg/L亚甲基蓝的降解效率，结果表明∶通过使用m（硼酸）∶m（秸秆）=2∶1混合进行热解的生物炭在各反应条件下的芬顿体系降解亚甲基蓝性能均优于使用m（硼酸）∶m（秸秆）=1∶1混合热解的生物炭。在25 ℃、pH=3的条件下，降解亚甲基蓝溶液的较优H₂O₂浓度为5 mmol/L；随着反应温度的升高，亚甲基蓝的降解效率逐步提高。

EDTA/THPED二元络合体系化学镀铜的沉积动力学分析

卢建红, 余柳丝, 范金龙, 孟俊臣, 陈立峰, 吴光伟

2022, 13(6): 42-49. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.006

摘要(118) HTML (29) PDF[7400](12)

摘要:
为增强对化学镀铜反应过程的调控，建立了乙二胺四乙酸（EDTA）/四羟丙基乙二胺（THPED）二元络合化学镀铜体系，基于Arrhenius和经验动力学公式对该二元络合体系的沉积动力学及控制步骤进行分析。研究表明，该二元络合体系的反应表观活化能（E_a）为15.2 kJ/mol，远低于活化能（E_a）为60.9 kJ/mol的EDTA单络合体系，对应各主要组分的反应级数比EDTA单络合剂体系高，其中C（OH^-）对二元络合体系沉积过程的作用与对单络合体系的作用完全不同，即促进了二元络合体系的沉积反应，又对单络合体系起抑制作用。二元络合体系各组分对动力学影响程度依次为：C（Cu²⁺） > C（OH^-） > C（HCHO） > C（L）。混合电位测试结果显示阴极还原反应受铜络离子扩散过程的控制。获得了二元络合剂体系化学沉积过程的动力学方程模型。

部分炭化策略制备Si@C材料及其储锂性能研究

刘晓娴, 郑娅, 刘娟, 喻强, 李小成, 韩峰, 王剑秋

2022, 13(6): 50-57. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.007

摘要(149) HTML (9) PDF[8965](10)

摘要:
硅因其具有较高的理论比容量（约为3 579 mAh/g，Li₁₅Si₄）而成为最具吸引力的负极材料。为了解决硅材料高达300%的体积膨胀和导电性差等问题，以聚丙烯酸（PAA）、蚕茧提取物丝素蛋白和纳米硅（Si NPs）为原料，通过简单的部分炭化，一步法制备了Si@C_AS电极材料，并系统研究了聚丙烯酸（A）/丝素蛋白（S）的比例和炭化温度对Si@C_AS复合材料电化学性能的影响。结果表明：当聚丙烯酸与丝素蛋白的质量比为1∶1，炭化温度为450 ℃时，所制备的Si@C_AS负极的电化学性能较优，远超Si@C_A和Si@C_S负极材料的电化学性能。Si@C_AS负极材料可在0.5 A/g电流密度下循环200圈后比容量可达1 404.2 mAh/g。同时，该材料展现出了优异的倍率性能，在4 A/g电流密度下比容量仍可达1 452.8 mAh/g。

LiF掺杂提升Li_1.1Ta_0.9Zr_0.1SiO₅固态电解质室温离子电导率

廖瑞雄, 李子蔚, 雷金刚, 刘泽远, 王海忠, 赖福林, 王伯元, 张骞

2022, 13(6): 58-66. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.008

摘要(97) HTML (46) PDF[9350](27)

摘要:
LiTaSiO₅（LTSO）是一种新型的快离子导体，但现今合成的该电解质样品室温离子电导率较低。采用固相合成法制备了Li_1.1Ta_0.9Zr_0.1SiO₅固态电解质, 研究LiF掺杂对Li_1.1Ta_0.9Zr_0.1SiO₅电解质材料结构和性能的影响。结果表明，LiF掺杂能改善晶体的结晶性能，促进晶体的生长和降低晶界的数量，并显著降低孔隙率，提高电解质样品的致密度，从而降低电解质样品的晶粒和晶界电阻，有利于锂离子在晶粒和晶界之中快速迁移，提高材料的整体离子电导率。当LiF加入量为0.4%（质量百分比）时，Li_1.1Ta_0.9Zr_0.1SiO₅电解质的相对密度达90.81%，总离子电导率为8.31×10^-5 S/cm，扩散激活能为0.203 eV，比未掺杂样品的离子电导率高近2倍。

基于机器学习的薄板屈服强度与制耳率建模分析

苗海宾, 向朝建, 张志阔, 刘胜楠, 黄东男, 吴永福

2022, 13(6): 67-73. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.009

摘要(94) HTML (13) PDF[2158](5)

摘要:
针对1070铝合金薄板制耳率高、屈服强度不稳定等问题，基于生产数据，采用随机森林算法建立了“成分—工艺—性能”模型。选取冷轧率、热终轧温度、Fe含量、Fe/Si（铁硅质量比）等工艺和成分作为自变量，所建立的屈服强度模型精度（R²）为0.75，制耳率模型精度为0.87。利用模型定量分析各参数对屈服强度和制耳率的影响规律。通过对模型的解析，求解出各自变量的变量权重系数和Shap值。结果表明，对屈服强度影响最显著的因素为冷轧率，二者呈正相关关系，对制耳率影响最显著的因素为Fe含量，二者呈负相关关系。同时，根据模型进行了特定工艺下的性能预报并得出了较优工艺。

锂离子电池用氧化钨负极材料的改性

张克, 刘冬雪, 文敏, 尹艳红

2022, 13(6): 74-83. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.010

摘要(118) HTML (66) PDF[4509](13)

摘要:
以碳纳米管薄膜（CMF）作为柔性基底，采用喷涂法将氧化钨（WO₃）和碳源（柠檬酸）固定在CMF上，形成碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜（WO₃@C/CMF）复合材料。采用冷冻干燥法和水热法对材料进行后续处理，分别得到了冷冻干燥型-碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜（F-WO₃@C/CMF）和水热型-碳包覆氧化钨/碳纳米管薄膜（H-WO₃@C/CMF）。结果发现H-WO₃@C/CMF中WO₃具有较好的分散度。通过对钨源和碳源质量配比的研究，发现钨源与柠檬酸质量比为1∶1时所得H-WO₃@C/CMF（1∶1）的电化学性能更优，首圈放电比容量为1 180 mAh/g，50圈循环后放电比容量仍有589 mAh/g。结果表明H-WO₃@C/CMF作为锂离子电池负极，有望提升其储锂性能。

物流机器人铝合金机械臂的表面强化与力学性能研究

佟静, 苏翀

2022, 13(6): 84-90. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.011

摘要(106) HTML (38) PDF[3468](3)

摘要:
为提高物流机器人机械臂用铝合金的硬度和拉伸性能，单道熔覆WC-Ni涂层对比分析熔覆层的形貌和硬度，并在拉伸棒表面进行多道熔覆制备拉伸试样。结果显示，随着激光功率的增大，单道熔覆层高度先增大后减小，熔池深度增大，熔覆层宽度增大，稀释率先减小后增大，当激光功率为1.0 kW时单道熔覆层稀释率达到最小，与基体结合强度达到最大，冶金结合效果较优。熔覆层有新相W₂C、NiAl、Ni₃Al、M₇C₃、M₂₃C₆生成，熔覆层顶部由胞状晶组成，中部存在大量WC颗粒和M₇C₃、M₂₃C₆析出相，结合区主要由具有方向性的树枝晶组成。单道熔覆层HV硬度先增大后减小，最大值为960.6，多道抗拉强度为313 MPa，延伸率为1.3%，相比于基体分别提高了21.8%和降低了27.8%，多道熔覆层与基体之间的拉伸断口较平坦。

基于改进BiSeNetV2的裂缝检测与识别

马俊祺, 陶星珍, 彭霖, 谢宇飞

2022, 13(6): 91-97. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.012

摘要(167) HTML (69) PDF[2989](12)

摘要:
裂缝作为固体材料中较为常见的某种不连续现象, 是固体结构破坏的开始，及时对裂缝进行识别和检测，并对检测结果进行分析，采取相对应的措施，能够较好地防止事故发生，保障工程作业中的安全。目前裂缝识别主要依靠人工检测，存在劳动强度大、耗时长、精确度不高、危险、耗费高等问题，为此基于数字图像处理技术的裂缝智能识别被广泛研究，然而裂缝表面纹理不规则、噪声的复杂信息，影响了识别精度。为了解决常见固体材料的裂缝智能识别问题，提出了以轻量级语义分割网络模型BiSeNetV2来进行裂缝自动检测，同时自主构建裂缝数据集。实验表明，改进后的裂缝识别模型识别精度提升了7.6%。基于BiSeNetV2的裂缝识别模型，能对裂缝进行精准检测和识别，解决人工识别存在的各类问题。

基于无人机载三维激光扫描测量系统的采空区扫描及应用研究

张驰, 崔林鹏, 冀虎, 李建

2022, 13(6): 98-105. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.013

摘要(90) HTML (35) PDF[2901](5)

摘要:
针对地下矿山两步骤回采过程中采空区边界影响相邻矿房回采质量，且传统测量手段往往无法获得完整边界数据的现状，文中采用无人机载三维激光扫描测量系统对某地下铁矿山采空区进行了扫描测量，评估其扫描数据的单点误差最大约为3.6 cm，任意两点间距离平均误差约为2.0 cm，说明其扫描精度较高。在此基础上，快速获得相邻一步骤采空区三维模型，并对一步骤采场的贫化和损失指标进行了预测分析，得出由于一步骤矿房超挖造成的实际矿房贫化率增加值为3.46%，因矿柱损失造成的矿房理论损失率为13.11%，为矿山实际开展二步骤矿房回采设计提供了数据支撑，为优化回采设计方案以达到最大的矿房回收效益奠定了基础。

基于GA-BP神经网络的露天矿边坡变形预测分析

陈兰兰, 杨雨云, 肖海平, 罗兵, 邹伟豪

2022, 13(6): 106-112. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.014

摘要(90) HTML (44) PDF[2211](3)

摘要:
矿区边坡在各种因素的影响下，将会发生变形，但变形超过一定限度时，会对矿区产生很大的危害，开展边坡变形预测分析，能在一定程度上预防灾害的发生。文中在充分考虑BP神经网络初始权值和阈值难以确定，造成模型系统进入局部最小化，导致预测精度不高等问题的基础上，提出GA-BP神经网络预测模型，解决了普通网络模型在权值和阈值上的不足，并以越堡露天矿边坡变形监测点JC31、JC33、JC36为研究对象，分别采用灰色理论模型、BP神经网络模型以及GA-BP模型进行预测，研究结果表明：GA-BP网络模型较灰色模型和BP模型的预测值与实际值更吻合，预测精度更高，其平均相对误差最小，较其他两种方法预测精度提高了10倍以上，表明该方法具有一定的可靠性和可行性。

江西宜丰圳口里低品位锂瓷石矿选矿试验研究

谢添, 杨思琦, 杨志兆, 张永兵, 罗仙平

2022, 13(6): 113-118. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.015

摘要(124) HTML (48) PDF[2279](21)

摘要:
锂是实现“碳达峰碳中和”战略目标的重要支撑原料，江西宜春地区锂云母资源丰富，并成为国内重要的锂电原材料供应基地。随着采选规模的扩大，低品位难处理锂瓷石资源的开发利用问题亟需解决。以宜丰圳口里矿区低品位锂瓷石矿为研究对象，开展了工艺矿物学研究与选矿试验研究，结果表明，该类矿石中云母矿物晶格中钾含量较高（9.78%），而Li₂O理论品位较低，仅1.72%左右，表现出白云母/绢云母性质；此外，矿石存在一定风化蚀变现象，不利于锂云母矿物浮选分离。针对该矿石的阴阳离子组合捕收剂JYM具有良好的选择性与捕收能力，在该捕收剂体系下，采用脱泥-浮选工艺，经“一粗两精两扫”工艺流程，获得了Li₂O品位1.75%、回收率80.70%的选别指标，锂云母与脉石实现了良好的浮选分离。

二噁英的生成及防治研究现状

魏宇轩, 李栋, 田苗, 乔晋玺, 王亲猛, 郭学益

2022, 13(6): 119-126. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.016

摘要(139) HTML (62) PDF[2049](14)

摘要:
二噁英是一系列氯代芳香烃类化合物的总称，有剧毒，是世界上已知毒性最强的污染物之一。二噁英无论是对人体还是对环境都有很大的危害性，有色冶金行业、垃圾焚烧等多个领域都可生成，尤其是在垃圾焚烧领域，其生成量巨大，因此有效抑制二噁英的产生尤为重要。综述了二噁英在这些领域中不同阶段的生成机理，分析了二噁英生成所必需的条件，总结了预处理、强化燃烧过程等减少二噁英生成的方法，以及活性炭吸附、催化分解等二噁英生成后的处理手段，通过这些防治方法可有效减少二噁英的排放。控制二噁英的排放，对二噁英进行回收利用，实现绿色环保、资源循环，将是未来研究的重点。

钕铁硼废料浸出前后物相转变行为研究

刘庆生, 肖浩, 邱廷省

2022, 13(6): 127-133. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.017

摘要(85) HTML (37) PDF[2876](27)

摘要:
为了研究钕铁硼废料浸出前后的工艺矿物学，将钕铁硼废料在650 ℃下焙烧2 h，而后用4 mol/L的盐酸浸出，得到浸出渣。通过XRF、XRD、XPS和SEM-EDS对焙烧产物和浸出渣进行表征。实验结果表明：焙烧产物中主要由Fe₂O₃、Fe₃O₄、SiO₂、NdFeO₃和Nd₂O₃等物质组成，且焙烧产物中稀土含量为16.40%；浸出后，浸出渣中无NdFeO₃、Nd₂O₃两种物质，稀土含量仅为0.66%。在XPS检测中，Fe以Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）两种价态存在于焙烧产物中，说明此温度下Fe没有被完全氧化成Fe（Ⅲ），仍有部分Fe（Ⅱ）存在；渣中除Fe（Ⅲ）外同样检测出Fe（Ⅱ），说明浸出过程并没有将Fe（Ⅱ）完全除去。本实验进一步完善了钕铁硼废料浸出理论，对未来钕铁硼的回收具有一定的指导意义。

硫酸铵对离子型稀土矿区土壤重金属的释放和形态转化影响

谭启海, 赵永红, 黄璐, 万臣, 杨智, 周丹

2022, 13(6): 134-144. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.018

摘要(92) HTML (28) PDF[3729](6)

摘要:
针对离子型稀土矿区浸矿过程导致的土壤氨氮、重金属复合污染问题，研究硫酸铵残留对土壤重金属迁移转化和形态的影响机制。通过土柱淋滤和室内土壤培养考察不同浓度浸矿剂输入土壤后，氨氮、重金属Zn、Cu和Cr的形态和迁移性变化。实验结果表明，与无浸矿剂淋滤对照组相比较，浸矿剂在重金属污染土壤中主要以氨氮形式存在，硝态氮占比低。在培养期间，浸矿剂硫酸铵淋滤降低了土壤pH值和土壤阳离子交换量（CEC），重金属活性增加，当浸矿剂淋滤浓度为5%时，弱酸态Cr、Cu、Zn比例分别提高8.29%、5.21%、4.53%。研究结果表明：硫酸铵加剧了土壤酸化，提高重金属迁移性，促进重金属形态从生物不可利用态向可利用态转化。

基于膜技术处理离子型稀土矿开采废水的研究

罗小娟, 雷琼

2022, 13(6): 145-154. doi: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2022.06.019

摘要(83) HTML (62) PDF[1522](14)

摘要:
探究了更加实用的膜技术应用于处理稀土矿开采的废水，提出采用两级反渗透膜浓缩加硫酸调pH值工艺，使得二级反渗透出水的氨氮浓度低至5.05 mg/L，清液可直接达标排放或回用。浓缩液再经过纳滤膜，可进一步分离稀土离子，稀土离子总回收率达到93.01%。纳滤膜的清液中只有硫酸铵，可作为浸出试剂再利用。此实验过程中稀土离子和氨氮资源都可被回收利用，具有较好的经济价值。

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2022年第13卷第6期

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