中国有色冶金

摘要:脆硫铅锑矿占我国锑资源总量的30%~40%，是重要的矿物资源，因其含硫较高，冶炼过程中产生的含硫烟气增加了后期治理成本。本文提出了脆硫铅锑矿低温还原熔炼固硫工艺，研究以ZnO为固硫剂，炭粉为还原剂，Na₂CO₃熔盐为熔炼介质，探究了脆硫锑铅矿在低温还原熔炼过程的固硫情况。热力学分析表明，硫化锑和硫化铅在碳酸钠体系中，在较低温度下均能与氧化锌、炭粉发生还原反应，反应中，Na₂CO₃可提供液相反应环境，优化反应路径并提高反应速率，促使低温固硫反应更加充分彻底。单因素试验表明，在脆硫铅锑矿1.224g、无水碳酸钠7.5g（后续循环使用）、氧化锌用量为理论用量的1.25倍、温度900℃、反应时间60min的条件下，固硫率达到97.2%，铅、锑生成率达到92.6%和89.3%。TG及XRD分析验证了热力学分析和试验结果，表明在最佳试验条件下，固硫率达到最高，矿物中的硫以ZnS和Na₂S的形式被固化，且有大量的铅锑合金生成；SEM分析表明，产物中铅锑合金呈球形颗粒，PbO、Sb₂O₃形成柱状，钠盐等杂质呈聚集状，且含有部分熔渣。该研究可为脆硫铅锑矿的低温清洁冶炼生产提供理论依据。

摘要:目前，国内液态磷渣多采用水碎法进行处理，存在渣粒粒度不均匀、余热无法回收利用等问题。本文借鉴钢渣的水碎处理工艺，采用FLUENT仿真模拟方法，建立有限元仿真模型，模拟风碎工艺处理液态磷渣的过程，并分析风碎过程的影响因素和渣粒的凝固换热规律。结果表明，较大风速能够提高渣粒在粒化室内的扩散速度，可有效缓解渣粒粘连问题，而且有利于热场的扩散；当粒化室喷嘴与水平面的角度为30°时的风碎效果优于0°，角度为60°时受到粒化室结构的限制，导致渣粒从出气口飞出；当风速为100m/s,喷嘴与水平面夹角为30°时，粒化室出口气体平均温度最高，能实现余热的高效利用；熔滴的凝固过程是不均匀进行的，凝固率先发生在迎风一侧，迎风侧温度下降最快，且形成的固相厚度大于背风侧；同时，渣粒在1s时表面已经凝固形成渣壳，满足碰壁要求。本研究结果可为优化风碎法处理液态磷渣和实现风碎余热回收提供数据指导。

摘要:在电沉积过程中，由于电沉积液中存在氯离子、硫酸根离子等，传统铅合金阳极易被腐蚀，导致极板变薄、穿孔，寿命大幅缩短。有文献表明，钛基阳极材料具有较大的强度和强耐腐蚀性，且在电极中掺杂石墨可以增强电极的致密、坚硬的特性，进而提高其耐腐蚀性、导电性。本研究提出以钛为基体，锡锑金属氧化物作为中间层，二氧化铅作为最外层的活性层，制备一种新型电极材料，并考察二氧化铅层掺杂石墨粉和氟对阳极电化学性能的影响。结果表明，掺杂C元素使得PbO₂层更加致密，当C=2g/L时，电积铜实验中槽电压达到最小值2.137V，并且其耐蚀性表现最好，样品失效时间达到了305min；掺杂F元素后，电极晶粒尺寸变化不大，当F离子添加量为0.1g/L时，电积铜试验中槽电压达到最小值2.016V，同时失效时间最长；共掺C、F要比单掺C和单掺F电沉积出来的阳极样品效果要更好，失效时间达到了337min；本研究制备的新型电极材料比传统Pb-Ca-Sn阳极的槽电压低10.3%，并且在使用过程中不需要对铅泥进行清理，本研究结果可以为金属电积过程中实现阳极的高电流效率、良好耐腐蚀性、长寿命目标提供参考。

摘要:磷酸铁锂电池在新能源汽车行业和储能行业的市场占比较大，廉价铁资源有助于降低磷酸铁生产成本，稳固市场占比。本文以矿山含铁固废、冶炼厂副产物硫酸和二氧化硫气体为原料，采用还原酸浸-除杂-合成磷酸铁的工艺路线制备了高附加值的电池级磷酸铁产品。研究内容考察了各工艺参数的影响，并用试验合成的磷酸铁样品制备了磷酸铁锂正极材料，而且对所制备材料进行了性能测试，得到以下主要结论。还原酸浸工序中，在硫酸浓度10g/L、液固比4∶1（L/kg）、温度75℃、SO2气体（流量80mL/min）用量为2倍理论用量、反应30min的条件下，酸浸液中铁浓度29.3g/L，二氧化硫利用率45.72%，铁浸出率达到81.21%；石灰乳对Al和Cu去除效果较好，在石灰乳中和pH值至5.0时，Al浓度从191mg/L降到3.79mg/L，Cu浓度从8.60mg/L降到低于检测限；在磷酸浓度0.03mol/L、陈化时间2h的条件下，磷酸铁铁磷比约0.97，且物化指标满足HG/T 4701—2021电池用磷酸铁标准；推测无定型磷酸铁陈化机理为：在磷酸和加热的共同作用下，无定型磷酸铁逐渐溶解，同时，被磷酸铁包裹的硫酸根离子被大量释放到溶液中，使得料浆中铁离子、磷酸根离子的浓度逐渐升高，达到过饱和后会缓慢再结晶形成小颗粒FePO4·2H2O晶体，结晶过程会对铁磷比例进行调整，向理论值1∶1调整。制备的磷酸铁锂正极材料在0.1C倍率下进行充放电性能测试，首次放电比容量达160.02mAh/g，库伦效率高达99.42%；1 C倍率下循环200次后放电比容量达到147.2mAh/g，容量保持率99.73%，循环性能优良。

摘要:微波加热具有升温速度快、效率高、低能耗等优点，但也存在着温场不均匀的问题。本文通过应用COMSOL仿真软件对微波加热过程的温场均匀性进行理论模拟，并在此基础上以TiO₂、B4C和炭黑为原料，对比微波加热和感应加热对硼热/碳热还原法制备TiB₂粉体的作用规律。研究表明，相较于“X轴/Y轴对角线排布”和“对角线排布”，以“顶角排布”的排布方式可明显提升微波的加热均匀性；此外，通过微波加热方式，在1350℃保温20min下即可获得晶粒均匀分布的纯相TiB₂粉体，与感应加热（1550℃反应完全）相比，微波加热可明显降低反应温度，这主要归因于微波的非热效应；同时，微波加热可将TiB₂晶粒粒径由3.95μm细化至1.93μm，且可避免晶粒出现团聚现象，进而提高粉体的烧结性和烧结材料的致密度。

摘要:钠的含量是评价氟钛酸钾、氟硼酸钾、氟锆酸钾产品质量的重要指标,但目前无相关标准方法对氟钛酸钾、氟锆酸钾中钠的含量进行检测。针对此问题，本研究进行了多种酸对样品进行前处理的试验，并考察了钛基体和锆基体对钠测定的影响。结果表明，采用“硫酸溶解+硫酸冒烟赶氟”的方法对氟钛酸钾、氟硼酸钾、氟锆酸钾样品进行预处理，三个样品均可以溶解完全；在选定的条件下，钛和锆基体对钠元素测定无影响；测定过程无需加入消电离剂氯化铯和氯化锶；该方法的加标回收率在84.0%~113.9%之间，与电感耦合等离子体原子发射光谱法的测定结果一致；本法的相对标准偏差在5.39%~9.5%之间，能够满足快速准确测定氟钛酸钾、氟硼酸钾、氟锆酸钾中钠含量的需要，测定范围为0.0050%~0.5000%。本研究结果对于现有标准关于氟化盐中钠的测定具有重要的补充作用。

摘要:铝灰渣是电解铝和再生铝工艺流程中产生的固体废物，其主要成分为金属铝、氧化铝、氮化铝和镁铝尖晶石，通过调控铝灰渣物相成分含量，采用固相烧结法可以制备镁铝尖晶石材料。稀土氧化物能够促进镁铝尖晶石材料的烧结致密化和晶粒的发育长大，本研究考察了在利用铝灰渣制备镁铝尖晶石材料的原料中微量掺杂4种稀土氧化物（Y₂O₃，Eu₂O₃，La₂O₃和CeO₂）对烧结材料性能的影响，并探究稀土氧化物在强化烧结过程中的微观机制，得到以下主要结论。结果表明：4种稀土氧化物（Y₂O₃，Eu₂O₃，La₂O₃和CeO₂）掺杂可以提高铝灰渣烧结制备镁铝尖晶石材料的致密性能，铝灰渣中掺杂3%Y₂O₃、3%Eu₂O₃、3%La₂O₃和3%CeO₂，在1673K烧结3h后制得镁铝尖晶石材料，材料体积密度由2.02g/cm³分别变化为2.04、2.02、2.13和2.07g/cm³，La₂O₃掺杂强化的烧结体致密性效果优于其他3类；大离子半径的稀土氧化物掺杂烧结过程中，稀土离子发生固溶扩散，这一扩散过程加速了气孔的消除，从而促进了尖晶石材料的烧结。不同稀土氧化物掺杂铝灰渣对烧结制备的镁铝尖晶石材料致密性提升效果存在差异，其中，同晶置换作用显著增强了材料的致密性。

摘要:针对钢渣的增值资源化利用问题，本文以低铁电炉钢渣、高密土和滑石为原料，Fe₂O₃为添加试剂，分别在空气气氛和N₂气氛下制备SiO₂-CaO-MgO(15%)-Al₂O₃体系陶瓷，重点研究铁在该体系中的赋存状态及磁性性能表现，考察利用钢渣制备具有软磁特性功能陶瓷的可行性，以期避免软磁陶瓷材料制备过程中加入硬磁、Y型铁氧体、NiZnCu铁氧体等原料，导致成本增加。试验结果表明，利用电炉钢渣在N₂气氛、1150℃的烧制条件下，可制备出单位质量饱和磁化强度为6.38emu/g的软磁功能性陶瓷；铁在辉石体系陶瓷中有三种赋存状态，固溶Fe²⁺的辉石相、磁铁矿相和赤铁矿相；铁元素在空气烧制过程中的变化过程为在1150℃前赤铁矿已发生分解反应，在1150~1200℃区间生成的部分磁铁矿与已生成的辉石发生共熔，促进陶瓷的致密化，至1200℃分解反应结束，赤铁矿转化为具有磁性的磁铁矿相；部分烧制后的试样出现赤铁矿，原因是试样在空气气氛冷却过程中，高温生成的磁铁矿被氧化所致；N₂气氛烧制试样的磁性能显著优于空气气氛烧制试样，且磁性能与试样中磁铁矿相含量呈正相关，T10在N₂气氛下1150℃烧制而成试样的磁性能参数最优，Ms和Mr分别为6.38emu/g、1.38emu/g。本研究所制备试样与等离子烧结成的MnZn铁氧体层状复合陶瓷的Ms值(33.05emu/g)存在一定差距，但结果可为后续钢渣制备软磁陶瓷材料提供参考。

摘要:加压浸出搅拌釜内的气液流动和氧气含量在一定程度上制约着釜内反应效率，目前相关文献的研究相对匮乏，本文基于Fluent构建搅拌釜内气液流动数学模型，借助CFD模拟技术探究了硫酸浓度、挡板、进气速度、气泡直径对釜内气液流动的影响。结果表明：硫酸浓度从0g/L上升至60g/L时，釜内流动速度减缓、搅动区域变小，但釜内氧气含量从0.1944%升至0.2017%，浓度从60g/L增至180g/L时变化不大；设置挡板会将釜内的切向速度转化为径向、轴向速度，抑制打旋现象，增加釜内湍动能分布促进搅拌混合，气含率提高了2%，但釜内搅拌功率增加1.2%；增加进气速度会显著增加釜内气含量，进气速度由0.15m/s变为0.25m/s和0.35m/s时，氧气含量从0.61%分别提升至1.04%和1.53%；增加进气气泡直径略微降低釜内气含率，进气气泡直径从0.001m变为0.004m和0.005m时，气含率从1.005%分别下降至0.996%、0.985%。

摘要:真空感应熔炼气雾化技术（VIGA）是目前制备高性能球形金属粉末的主流技术，目前尚缺乏对雾化Laval喷嘴工艺参数的系统研究。本文设计了一种气雾化Laval喷嘴，并利用CFD仿真模拟了雾化压力、气流喷射角度、导流管伸出长度对雾化流场结构、速度分布以及导流管内静压的影响。结果表明雾化压力的增大使激波区域扩大，流场速度和导流管内静压均增大；气流喷射角度的增加可使滞点和马赫盘位置上移；而导流管伸出长度的增加则引起静压先降后升的现象。基于上述分析确定Laval喷嘴最优工艺参数为气流喷射角度30°、导流管伸出长度-2mm，并在3MPa的雾化压力下制备了316L不锈钢粉末，结果表明该粉末粒度分布均匀、球形度高、合金粉末收集率≥90%，显著提升了VIGA技术的雾化效率和粉末质量。