中国有色冶金

摘要:TiC铁基复合材料具有高硬度和强度、良好塑韧性、成型简单等优势，被广泛应用于航空航天、机械设备、汽车等行业，现有TiC铁基复合材料制备过程大部分选用高纯Ti粉、Fe粉、C粉、B4C粉等为原料合成制备。本研究以钒钛铁精矿和煤粉为主要原料，采用碳热还原-酸浸浸出工艺制备新型TiC铁基复合材料，采用单因素试验考察了碳热还原及酸浸工艺参数对TiC铁基复合材料制备的影响。结果表明，温度对产物物相组成影响较大，随温度上升，Fe以Fe_0.9Si_0.1的形式存在逐渐变为以Fe₃Si的形存在；在球料比4∶1、还原温度1550℃、还原时间30min的条件下，物相组成主要为Fe₃Si、Ti(C,N)、过量C和MgAl₂O₄等；在10%HCl、固液比20∶1、浸出温度85℃、浸出时间120min的条件下，酸浸除去了多余杂质，成功制备了TiC/Fe复合材料；酸浸前后形貌和粒径变化不大，酸浸前粒径为22μm、酸浸后为23μm；需要注意，所制备的TiC/Fe复合材料增强相TiC不纯，多以Ti(C,N)的形式存在，通过选择合适的原料球料比和碳热还原时间以及尽可能增大碳热还原温度可有效避免该问题。

摘要:本研究采用真空感应悬浮熔炼法制备高温钛合金铸锭，合金名义成分为Ti-5.8Al-3Sn-8Zr-0.5Mo-0.7Nb-0.25Si。利用金相显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机、热模拟试验机等手段和方法研究厚壁钛合金铸件从芯部到边缘的显微组织和力学性能演变规律。试验结果表明：钛合金铸锭芯部由于冷却速度较慢，形成了α-Ti层片较宽的网篮组织，随测试位置由芯部向边缘移动，α-Ti层片逐步细化，层片宽度由6.65μm减小到2.99μm，值得注意的是处于芯部和边缘之间的α-Ti层片宽度波动幅度较大，分布不均匀。室温拉伸性能表明，芯部到边缘的强度变化呈现先下降后升高的规律，且边缘位置与芯部强度值相近，归因于铸造缺陷对力学性能的恶化效果明显弱化了细晶强化效果。高温拉伸变形机制主要受位错滑移机制和扩散变形机制共同控制，600~700℃温度范围内，温度越高，强度越低延伸率越好，边缘样品的抗拉强度比芯部略高，且随温度增加其强度差有缩减趋势；热压缩性能测试表明，在950℃下，不同取样位置的钛合金极限压缩强度差异不大，芯部位置强度略高于边缘位置，950℃条件下材料的变形机制完全为高温扩散型变形机制。

摘要:TiAl基合金性能优异，但由于海绵钛价格高昂，使得TiAl基合金制备成本较高，限制了TiAl基合金的应用。本文以TiO₂、Fe₂O₃、CrO₃为原料，Al为还原剂，采用铝热还原法一步合成制备TiAl-M（Cr、Fe）合金，并结合试验产物成分计算了合金、Ti、Fe的收率，得到以下主要结论。在温度1550℃、Al/TiO₂=0.9、渣系比CaO∶Al₂O₃∶CaF₂=40%∶40%∶20%、焙烧时间30min的工艺参数条件下，制备的TiAl-Cr合金与熔渣分离效果较好，合金中Cr元素可以根据原料中CrO₃配入量进行调控，合金收率最高可以达到88%，Ti收率达到92.4%，Cr收率达到99.5%，TiAl-Cr合金主要物相为Ti₃Al和Al₈Cr₅。制备的TiAl-Fe合金脆性较大，TiAl-Fe合金主要物相为Ti₃Al和Al₆Fe。

摘要:本文以典型钕铁硼磁体的成分及物相特征为基础，阐述了国内外钕铁硼废料回收工艺的发展现状，其中，直接回收工艺能耗低、环境友好，但其仅适用于结构保存相对完整的钕铁硼磁体废料；湿法工艺可以有效提取钕铁硼磁体废料中的稀土和铁等元素，但流程相对复杂、耗酸量大，且会产生二次废酸废碱；火法回收工艺流程短，适合大规模操作，但存在耗能高，稀土元素回收率相对较低的问题；联合工艺克服了湿法和火法工艺的缺点，具有较好的应用前景。未来钕铁硼回收工艺的开发应着重解决现行技术存在的资源环境污染等问题，同时也应加大基础相变热力学数据库及有价金属微观迁移动力学模型的建立，兼顾非稀土金属的循环高值利用，促进钕铁硼回收产业朝着绿色化、低成本、短流程、高收率的方向发展。

摘要:自然界含锂黏土矿物主要有锂云母（多锂云母和三锂云母）、锌华粒岩、镁铝云母、硅铝云母、锂云母等，本文综述了含锂黏土矿物的结构和性质以及酸化法、碱化法等处理工艺的对比，研究指出多数含锂黏土矿物具有2∶1的层状结构，即两层硅氧四面体之间夹着一层铝氧八面体，这种结构为锂离子的嵌入提供了空间。锂离子能够通过矿化作用或同构替代的方式固定在矿物晶体的层间位置，从而实现锂的富集。目前，针对含锂黏土矿物的处理工艺主要包括酸化法和碱化法。酸化法与碱化法其原理都是利用酸或碱与矿物中的锂发生化学反应，使锂离子从矿物结构中解离出来，进而实现锂的提取。然而，这类方法也存在一些亟待解决的问题。在反应机制方面，目前对酸与矿物相互作用的微观过程理解还不够深入，这限制了进一步优化工艺的可能性。在过程优化上，如何提高锂的提取率、降低酸的用量以及缩短反应时间等都是需要研究的方向。设备设计方面，现有的设备可能无法完全适应酸化法的特殊要求。此外，试剂回收和废物处理也是制约酸化法大规模应用的重要因素。因此，如何高效回收试剂、安全处理废物是未来需要重点攻克的难题。

摘要:有色冶金工业废弃物排放量持续增长，面临愈发严峻的环保挑战。传统物理化学治理技术虽有效，但成本较高。生物菌剂技术因其清洁可持续、低成本的优势，在有色冶金污染治理领域受到关注，应用于土壤修复和废水处理，但是对其应用进展缺乏综述。通过文献计量分析，发现近20年生物菌剂技术研究热度逐年攀升，特别是华东、西北和东北地区。应用方面，代表性策略为构建菌株-植株共生体系、菌藻共生体系，辅以多孔载体固定化手段。机制方面，明确了微生物主要通过细胞壁吸附、胞内积累和胞外沉淀吸附重金属。未来发展，针对该技术受菌属种类、温度、pH值因素干扰，应加强新型菌剂研发与中试应用测试、优化复合菌剂设计策略、开发新型载体材料；针对应用机制研究不够深入全面，应耦合代谢组学、转录组学、同位素标记深入研究基因调节机制。文章系统性综述菌剂技术在有色冶金污染治理中研究热度、应用现状以及微生物机制，为该技术的改进以及实际应用提供了理论参考。

摘要:本文以废旧锂离子正极材料为研究对象，采用碳热还原-浸出的方法提取其中有价金属，从金属价态变化、浸出活化能、浸出率等方面进行分析。结果表明，最佳焙烧条件为焙烧温度650℃、焙烧时间2.0h、碳添加量10 wt%；最佳浸出条件为3mol/L H2SO4、浸出温度60℃、固液比100g/L、反应时间90min，此时Li、Ni、Co、Mn的浸出率最高分别可达93.10%、98.91%、99.34%、99.26%。采用未反应收缩核模型对浸出动力学数据进行拟合，Ni、Co、Mn的活化能分别为40.09kJ/mol、41.04kJ/mol、14.30kJ/mol。相较于传统酸浸方法，碳热还原可增强Ni、Co、Mn的浸出，浸出率均有大幅增加，浸出活化能更低，更易于废旧锂离子电池中有价金属的浸出。

摘要:复杂金矿难处理的一个主要原因是矿物中黄铁矿包裹微细颗粒金，无法使金浸出。传统的氰化法无法有效打开黄铁矿，不能有效利用金资源。为提高复杂金矿的金浸出率，本研究基于过硫酸盐的优异氧化性能及超声波的空化效应，对复杂难处理金矿进行了预氧化处理试验，考察了工艺参数对金矿氧化及浸出效果的影响，并结合表征结果分析了预氧化机理，得到以下主要结论。氧化预处理较佳条件为超声功率480W、过硫酸钠浓度180g/L、液固比5∶1、搅拌速率600r/min、pH=2、预处理时间3h，在该条件下，金浸出率可达86.97%；在超声活化作用下，过硫酸盐可以释放大量的·OH和SO·-4自由基，这是复杂金矿中硫化物得以有效氧化的关键，另外超声空化作用可有效打开黄铁矿对金的包裹、提高反应物颗粒的比表面积、改变复杂金矿的微观结构，从而大幅提高金浸出率。该技术使得复杂金矿的金浸出率由49.12%提高到86.97%，效果显著，对我国复杂金矿的高效利用及超声应用领域的拓展具有重要意义。

摘要:针对当前稀土电解工业自动化水平较低的问题，提出一种基于遗传算法（GA）优化的稀土氧化物浓度模糊控制方法，该方法结合稀土熔盐电解工艺的特点，分析槽电阻、稀土氧化物浓度以及下料速率之间的关系，以确定相应的浓度控制策略。利用遗传算法的迭代寻优能力，实现对模糊控制的量化因子与比例因子的动态调整，进而得到一个性能较好的模糊控制器。通过Simulink进行仿真验证，结果表明，当比例因子和量化因子Ke、Kec、Ku分别为0.01、0.03和7.94时系统达到最优，模糊控制器超调量为0.1%，调节时间为16s，相比于传统PID控制和模糊控制均有所改善。实际工程应用结果表明，该模糊控制方法可以将稀土氧化物浓度控制在理想区域内，能够满足现场稀土熔盐电解的工作需求。由于此方法采用遗传算法进行优化，在稀土氧化物浓度控制这种复杂系统中需要较多的计算资源和时间，后续可考虑对算法进行改进，以提高优化效率和精度。

摘要:硫化锂复合石墨材料的制备是许多学者关注的热点，而如何制备高容量的硫化锂复合石墨结构材料则更具有研究意义，目前采用石墨热还原硫酸锂方法进行工业规模生产此材料，该过程需要高温体系，并且属于固相反应，反应速率以及粒径均受限于硫酸锂。本文提出在真空体系下利用高温使锂熔浸浸入廉价石墨层内部，并在同体系下进行硫化制得硫化锂/石墨复合正极材料的思路。研究进行了熔浸-液相硫化试验，并考察了各参数对所制备材料的锂挥发率和锂填充率的影响，得到以下主要结论：最佳熔浸工艺参数为熔浸温度1173K、时间180min，最佳硫化工艺参数为硫化温度453K、时间40min，该反应过程全程处于真空体系中，既稳定高活性的锂，又提高锂与硫的反应程度，而浸入石墨中的锂在得到保护的同时，也将锂尺寸限制在微米级；所制备的硫化锂/石墨复合正极材料中锂基本上是处于石墨夹层内，产物中硫化锂含量为78.88%；硫化锂/石墨复合材料的结构更有利于电子传导，将其作为正极进行储能测试，势垒仅为3.0V，比容量高达921.6mAh/g。

摘要:巴氏合金与轴承（碳钢）的紧密结合对轴承运行效率至关重要，目前主要采用铁锡化合物作为中间材料来提高轴承寿命。目前相关文献关于碳钢中碳原子含量对锡原子向铁中的扩散影响还没有报道，本研究对25^#和35^#钢基体表面进行了一系列热镀锡试验，分析了310℃条件下，Fe-Sn反应平衡时间、锡原子扩散系数和扩散厚度等关键指标对锡原子向碳钢中扩散的影响。结果表明，锡原子扩散到碳钢表面的距离随着保温时间的增加而增大，在310℃时，锡原子进入25^#钢的扩散系数为6.6×10^-9，约为35^#钢的两倍；碳原子向25^#和35^#钢表面的扩散距离比与碳钢表面碳浓度商的平方根成反比。此外，Fe3C的键能为-133eV/atom，而FeSn和Fe3Sn2的键能分别仅为-7.4和-6.9eV/atom；可知碳原子易与铁原子结合，即碳钢表面碳含量高会阻碍锡原子向钢中扩散。因此，锡原子容易向25^#钢表面扩散，25^#钢为理想的巴氏合金轴承材料。

摘要:针对钛系锂离子筛在实际应用中锂吸附容量低、吸附速率慢和吸附剂稳定性差等问题，本文以碳酸锂、二氧化钛、乙酸锂为原料，采用改进高温固相法合成锂离子筛，对合成后的锂离子筛前驱体的表观形貌、晶相组成等进行了表征，并以国内某盐湖卤水为原料，开展锂离子筛性能测试，着重考察了锂离子筛的杂质离子选择性、循环吸附性能及钛溶损原因，得到以下主要结论。锂离子筛前驱体较优制备工艺条件为合成煅烧温度699℃、n_TiO2/n（_Li2O+TiO2）比值0.45、煅烧时间24h，n_CH3COOLi/n（_{Li2CO3+CH3COOLi}）比值0.2:1，此时锂离子筛对卤水的最大饱和吸附量为27.42mg/g；经多次循环吸附-解吸试验后，锂离子筛工作吸附量为8mg/g（市面吸附剂30min吸附量均为6mg/g左右），Li+解吸率约85%；杂质离子选择性较好，Li/Na=4.5、Li/K=25、Li/Mg=13、Li/Ca=40，杂质离子分离系数排序为α_Li/K＞α_Li/Mg＞α_Li/Na＞α_Li/Ca；锂离子筛中钛的溶出属于偏钛酸锂结构性溶出。

摘要:铜箔是锂离子电池负极集流体关键材料，在电池电化学循环过程中，受到交变应力的作用，因此其抗拉强度和延伸率对锂电池的安全性能和寿命有重要影响。目前市场上还没有同时具备高抗拉强度和高延伸率的锂电铜箔，现有的8μm高延伸率锂电铜箔可以满足E%≥14%，但其常温抗拉强度低于350MPa。本研究引入两类新型添加剂硫脲衍生物SP和含氮有机物HF制备具有高抗拉强度和高延伸率的8μm厚双面光锂电铜箔，优化了工艺参数，并进行了铜箔性能测试，得到以下主要结论。SP-500对铜离子电沉积过程具有抑制作用，HF-1000则对铜离子电沉积具有促进作用；在电解工艺参数为铜离子浓度100~120g/L、硫酸浓度80~100g/L、电解液温度40±5℃、电解液流量50±5m³/h的条件下，添加HEC 80mL/min、明胶30mL/min、SP-500 20mL/min、HF-1000 40mL/min，可以使铜箔在190℃/1h的高温条件下延伸率（E%）达到13.95%，且常温抗拉强度（T/S）达到450.25MPa，毛面光亮度≥40；70℃/16h的老化处理条件为最佳，可使铜箔的常温抗拉强度和高温延伸率在60d内衰减幅度最小，分别保持在434.21MPa和13.91%以上。这项研究为高抗拉强度、高延伸率铜箔的开发提供了新思路，能够在一定程度上进一步提升锂电池的稳定性。

摘要:镍硼合金中硼是主量元素，含量高低将直接影响合金的力学性能，合金中铁、硅及铝等元素也是重要的检测指标，现有的分析检测方法存在干扰元素影响大、操作步骤复杂且分析测定时间长等问题。本文建立了ICP-OES法测定镍硼合金中硼、铁、硅及铝含量的方法，对样品的溶解方法进行了探索，并通过共存元素干扰及空白实验选择各元素的最佳分析波长，得出以下主要结论。采用王水溶解+碱熔残渣方式分解试样，样品溶解完全，测定溶液盐分较低，各元素的测定下限可满足分析要求；在选定分析波长下对各元素进行检测，铁、硅及铝的检出限分别为0.0090μg/mL、0.039μg/mL、0.018μg/mL；试验过程中硼、铁、硅及铝的回收率为88%~106%，实际样品测定的相对标准偏差（RSD，n=11）为0.54%~9.6%；同时使用实验方法和容量法、原子吸收光谱法、分光光度法及ICP-MS法测定硼镍合金中硼、铁、硅及铝量，测定结果基本一致。本研究方法可进行多元素同时测定，方法简便、快捷，测定结果准确、可靠，可作为检测镍硼合金主量及重要杂质元素含量指标的主要分析方法。

摘要:赤泥中Fe₂O₃和Al₂O₃含量相对较高，目前处理工艺存在回收率较低、成本较高、回收金属元素单一等问题。本文利用生物质在碱性条件下具有强还原性的性质，采用钙化生物质转型法处理高铁赤泥，考察各工艺参数对赤泥中赤铁矿还原过程以及钠碱和氧化铝溶出过程的影响，得到以下主要结论。赤泥中赤铁矿经钙化生物质转型转化为磁铁矿进入转型渣，部分铁作类质同晶替代水化石榴石中的铝，生成了铁水化石榴石；在反应温度280℃、苛性碱浓度240g/L、生物质添加量为秸秆∶赤铁矿=1∶2、液固比4∶1、反应时间1h的条件下，赤铁矿转化为磁铁矿进入转型渣中，Fe₂O₃还原率最大可以达到98.13%，Na₂O和Al₂O₃溶出率分别可达88.27%和86.61%；利用钙化生物质转型法可调控赤泥转型渣中磁铁矿和铁水化石榴石的物相比例，从而达到理想的脱碱、溶铝效果，为后继铁的磁选回收创造有利条件，同时磁选后的低碱、低铝、低铁的尾渣可做土壤化处理，实现了赤泥的无害化、高值化和资源化利用。

摘要:铝电解过程会产生大量的废阴极炭，其中不仅含有大量碳，而且含有大量可溶性氟化物，堆积处理不仅污染环境，而且浪费资源。本文针对目前文献已有研究中处理工艺存在的问题，采用超声波辅助水浸-碱浸工艺处理废阴极炭，进行工艺条件优化试验，且对阶段性产物进行了表征分析，且对有无超声波辅助的水浸-碱浸效果进行了对比，得到以下主要结论。水浸较优工艺条件为水浸时间50min、水浸温度25℃、液固比7∶1、超声波功率300W，此条件下除氟率为32.31%，对浸出液进行蒸发结晶处理，回收得到纯度为99.4%的氟化钠；碱浸较优工艺条件为碱浸时间60min、碱浸温度70℃时、液固比10∶1、初始NaOH溶液浓度1.25mol/L、超声波功率400W，该条件下除氟率可达92.24%，所得碱浸液经盐酸中和处理后得到纯度为95.7 wt.%的冰晶石粉末；超声碱浸后的废阴极炭的EDS分析表明经过超声水浸和超声碱浸，废阴极炭中的氟化钠、冰晶石、氧化铝等组分被有效去除；超声碱浸主要由扩散过程控制，表观活化能为18.61kJ/mol；超声强化浸出工艺较常规搅拌浸出工艺的处理时间缩短了92.4%，除氟率提升了13.98%。本研究证实了超声水浸-超声碱浸工艺可以有效实现废阴极炭的无害化处理及有价值组分回收。

摘要:有色金属火法冶炼污酸处理过程中产生的硫化砷渣及钢铁冶炼过程中产生的瓦斯灰，均属于危险废物，现有处理方法存在工艺流程长、资源化低等问题。为此，本文提出了采用固硫焙烧-选矿联合工艺处理硫化砷渣和瓦斯灰的方法，该方法将含As₂S₃的硫化砷渣和主要含ZnO的瓦斯灰低温还原固硫焙烧，可一步产出金属砷和硫化锌，后续通过重选和浮选得到金属砷和硫化锌精矿。本文先对工艺的可行性进行了热力学分析，并采用单因素条件试验，考察了焙烧温度、时间、瓦斯灰理论用量对砷生成和固硫效果的影响，得到以下主要结论。固硫焙烧-选矿协同处理硫化砷渣和瓦斯灰的优化工艺条件为焙烧温度600℃、反应时间2h、瓦斯灰中ZnO用量为固硫所需理论量的1.4倍，此条件下固硫率为93.64%，金属砷生成率可达90.25%；该工艺实现了硫化砷渣和瓦斯灰的短流程协同高效处理，综合回收利用其中的金属砷和锌，并且硫化渣原料中的绝大部分硫被固定，是一种环境友好型的二次资源清洁利用和处置工艺，可在硫化砷危废减量化应用上推广。

摘要:冶炼污酸中含有大量砷，目前一般采用硫化-石灰中和铁盐法除砷，存在成本高、环境风险大、体系负担重等问题，问题出现的主要原因是硫化药剂在污酸中溶解度极高，难以与除砷速率形成完美匹配。本文提出了硫化锌缓释除砷技术，研究在E-pH分析的基础上进行了条件试验，并对ZnS除砷动力学进行研究，还根据反应产物的表征深度探究ZnS除砷机理，得到以下主要结论。在As-S-H2O体系中，当pH值小于2时，砷离子处于As2S3稳定存在区域；ZnS缓释剂除砷的优化工艺条件为S/As物质的量比7.5、反应温度80℃、反应时间240min，该条件下砷去除率达到98.42%，污酸砷含量由1017mg/L降低至16.04mg/L；ZnS去除污酸中砷的反应速率受混合扩散模型控制，反应表观活化能为28.29kJ/mol；ZnS为表面粗糙的球形颗粒，拥有较大比表面积，反应后污酸中的砷以As2S3沉淀的形式附着在ZnS表面。该工艺利用硫化锌溶解特性，在污酸中缓慢释放S2-除砷，既避免了钠离子的引入，降低体系负担，同时减少环境风险，而且有效实现了污酸中砷的去除，为污酸处理提供了新思路。