中国有色冶金

摘要:有色金属火法冶金是我国铜、铅、锌、镍等基础金属工业化提取的核心工艺，其高温、多相、强耦合的反应特征导致长期存在能效偏低、污染物排放强度高、过程控制精度不足等问题；而人工智能技术在冶金工业的应用正逐步深入，在提升效率、降低成本、保障安全与环保等方面展现出系统性价值。本研究基于“数据采集-参数预测-过程优化-设备运维”全链条视角，深入探讨了多模态传感网络构建、高温多相体系关键参数预测、多目标动态优化控制及设备状态智能诊断等核心技术在冶金工业的实现路径。目前，人工智能方法通过提升工艺参数在线检测精度、强化多变量协同调控能力及实现设备全生命周期管理，显著提高了冶炼过程能效与环境效益；但现有技术仍面临高温极端环境下数据质量波动、复杂工况下模型泛化能力受限、多时空尺度耦合机制解析不足等挑战。未来需重点发展物理信息融合建模方法、跨尺度动态优化算法及工业级智能决策系统，通过冶金热力学、过程系统工程与信息科学的深度交叉，构建面向绿色低碳目标的火法冶金智能技术体系。

摘要:针对稀土电解槽生产状态难以感知导致无法对其进行精确控制、影响稳定生产的问题，本文提出了一种基于信号特征提取的混合神经网络诊断模型辨识电解槽运行状态的方法。首先，通过槽电压与槽电流计算得到正常化槽电压信号，并对其进行时频分析，提取不同槽状态下各频段能量值、能量比与时域、频域特征，构建特征数据集；其次，建立融合卷积神经网络（Convolutional Neural Networks，CNN）、双向长短期记忆网络（Bi-directional Long Short-Term Memory, BiLSTM）与自注意力机制（Self-Attention）的槽状态诊断模型（CNN-BiLSTM-SA），通过CNN捕捉局部空间特征、BiLSTM建模全局依赖关系以及自注意力机制强化特征关联性，实现对电解槽状态诊断；同时，对河马算法进行改进，加入佳点集初始化与交叉、变异操作，以期提高算法的超参数寻优能力；最后，利用改进的河马算法对模型超参数进行寻优，提升模型诊断精度。工业验证实验结果表明，本文所提方法在槽状态诊断时诊断精度为94.14%、Macro-F1为91.08%，相比于未优化模型分别提高了8.28%和14.19%，在稀土熔盐电解槽状态诊断方面具有更高的准确率，可为稀土熔盐电解过程优化控制与稳定运行提供依据。

摘要:镍冶炼过程中出口镍锍温度的精准预测是工艺优化、设备安全保障与产品质量稳定的关键，但该过程存在多变量非线性耦合、参数动态波动的问题，制约了传统方法的应用效果。针对此，本文提出一种融合时序卷积网络（TCN）与XGBoost动态误差补偿的镍锍温度预测方法。首先，通过皮尔逊相关系数与F-score融合策略，从入炉物料组分、鼓风量、氧浓度等多维度工业参数中筛选关键特征，降低冗余干扰；其次，利用TCN的膨胀因果卷积捕捉特征间长短期时序依赖与非线性关系，生成温度初始预测；再引入XGBoost并构建一阶/二阶时间差分特征，学习预测残差演变规律以实现动态误差补偿。依托XGBoost分位数回归，能够实现镍锍温度的区间预测。实验结果表明，在点预测性能上，TCN-XGBoost模型较基线TCN模型精度显著提升，MAE从7.6277降至7.4941，MAPE从0.5928降至0.5842，RMSE从 9.7913优化至9.5732，R²提升至0.4516，且优于LSTM、AGCRN等对比方法；在区间预测性能上，TCN-XGBoost的90%预测区间展现出“覆盖可靠、宽度紧凑”的平衡优势，对比 TCN-LightGBM与TCN-KDE，其既能在温度平稳区间紧密包裹真实值，又能在剧烈波动区段可靠包容真实值变化，避免区间过度宽泛或覆盖缺失的问题。该方法对镍锍出口温度具有高精度预测能力，并能有效适应工业生产中的动态波动，可为镍冶炼过程的实时监测与工艺调控提供科学支撑。

摘要:针对铜熔池熔炼过程中艾萨炉喷枪易出现故障，且小样本故障数据识别准确率较低问题，本文提出了一种基于指数线性单元(ELU)、全局平均池化(GAP)的卷积神经网络(EGCNN)和霜冰优化算法(RIME)优化支持向量机(SVM)的小样本艾萨炉喷枪故障识别方法。首先，采用ELU作为卷积神经网络(CNN)的激活函数，以提高对艾萨炉喷枪数据噪声和输入变化的鲁棒性，加快模型收敛；其次，为增强艾萨炉喷枪工艺参数与故障类别之间的相关性，减少模型参数，避免过拟合，采用GAP替代全连接(FC)层；最后，引入SVM替代传统的Softmax函数作为最终分类器，并通过RIME对SVM的惩罚因子和核函数参数寻优，进一步提高艾萨炉喷枪故障识别模型的准确率。结果表明，该方法在艾萨炉喷枪故障识别的准确率、精确率、召回率、F1-score和Kappa系数分别为97.08%、97.08%、97.10%、97.07%和0.9611，因此，所提出的方法在故障识别性能上表现更为优越，准确率较高。

摘要:乳状液膜因具有接触面积大、反应速率快以及能够同步实现萃取和反萃取等优点，被广泛应用于目标物质的提取分离。然而，在乳状液膜分离富集目标物质的过程中，常因液膜聚结、溶胀或泄漏等现象发生，导致液膜不稳定，阻碍了其在工业上的应用。本文系统综述了影响乳状液膜稳定性的关键因素及其微观作用机理，并提出未来研究方向。运载流体浓度存在明确的作用阈值，低浓度时促进金属-载体复合物形成以增强传质，高浓度则因膜相黏度剧增引发液滴聚并和渗透溶胀（水分子向膜内迁移稀释内相），导致稳定性与分离效率双降。表面活性剂体系中，Span 80通过强界面吸附构建弹性单分子膜；β-环糊精聚合物形成高机械强度界面层抵抗聚结；复配体系（如Span 80/Tween 80）则利用HLB值协同效应提升稳定性；但表面活性剂浓度超过临界胶束浓度（CMC）会因胶束增黏和传质阻力增大而削弱稳定效果。膜相添加剂（如异辛醇、两亲高分子P(LM-AA)、聚合物HPAM）通过调节HLB值、空间位阻效应及形成黏性网络显著强化界面膜。操作参数的失稳机制表现为：乳化过程存在临界能量阈值，过度乳化导致液滴过小与膜变薄；萃取时间延长加剧渗透溶胀，内相渗透压累积致膜破裂；温度升高则降低膜相黏度及界面膜强度，加速液滴聚结。微观机理研究揭示了稳定性本质源于动态界面行为：扩张流变特性中弹性模量（Span 80饱和吸附形成高模量膜）直接表征抗形变能力，其与D2EHPA复配时因磷酸基团亲水性增强降低膜刚性；剪切流变行为揭示高界面黏度通过剪切变稀效应耗散外力抑制液滴破裂。未来研究亟需聚焦两方面突破：一是开发绿色高效稳定剂，设计兼具高界面强度、低环境负荷及低传质阻力的新型材料；二是深入探究乳状液膜稳定性的微观机制，从原位界面处分子层面彻底弄清其微观机理，从根本上提高乳状液膜的稳定性，为专用稳定剂的定向设计提供理论依据。本综述为解决乳状液膜失稳难题、推动工业应用提供重要参考。

摘要:基于可持续能源需求的日益增长，锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和较低的自放电率等优点，已成为全球科技创新与绿色经济转型的核心焦点，但传统锂离子电池电极材料在高容量输出、高倍率充放电等严苛性能要求下逐渐显露短板，难以适配未来储能场景的发展需求。本综述基于钒原子的多价态可逆性使得钒氧化物在锂离子嵌入和脱嵌过程中能够实现多电子反应，从而在理论上具有较高的比容量，使其在储能领域展现出不可替代的巨大应用潜力等前沿研究进展，首先系统分析了钒氧化物的电化学性质，并用FactSage 8.3版本的Phase Diagram模块精准计算得到V-O体系相图，为材料性能调控提供理论支撑；其次详细总结了水热法、固相法、静电纺丝法等主流合成方法，以及通过与碳材料复合、元素掺杂、纳米结构构建等改性策略以提升材料导电性、结构稳定性及循环性能的研究成果。最后探讨了钒氧化物的优势与应用潜力以及在实际应用中的关键挑战，并提出问题解决策略和未来展望。本文不仅对钒氧化物的核心特性如丰富氧化态、多样晶体结构、良好电化学性能及其成为锂离子电池材料重要候选者的核心逻辑提供了更清晰的理解，同时还深入阐释不同钒氧化物的结构特性如何影响电化学性能，系统梳理合成方法以及对材料性能的调控作用，精准定位钒氧化物在实际应用中的核心挑战并提出解决方案。

摘要:水系锌离子电池（AZIBs）因其高比容量、卓越安全性和经济优势成为极具发展潜力的新一代电化学储能装置，但是ZnSO4电解液体系存在电压窗口较窄、离子传输性欠佳、高水活性易诱发锌负极腐蚀钝化及锌枝晶生长等问题，极大阻碍了AZIBs的性能提升及工业化应用。诸多学者采用在ZnSO4电解液中引入添加剂的方式进行改性。在电解液中引入有机添加剂（壳聚糖、D-木糖、四氢糠醇等），是通过构建动态界面保护层、重构溶剂化结构、抑制副反应等机制，有效提升电池循环寿命与离子传输性能，部分改性电池循环次数可达数千小时；在电解液中引入无机添加剂（硫酸氧钒、三磷酸五钾、氯化铕等），是借助离子协同效应、诱导晶体取向生长及原位形成致密SEI层，实现了锌的均匀沉积与电极保护，显著改善了电池的容量与倍率特性；在电解液中引入离子添加剂（十六烷基三甲基硫酸氢铵、碳酸氢铵、水杨酸铵等），是通过静电屏蔽、pH缓冲、优化界面电荷分布等作用，高效抑制锌枝晶生长与析氢反应，拓宽电解液电化学窗口；在电解液中引入聚合物添加剂（聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、碳化聚合物等），是通过选择性吸附、调节界面电场、降低去溶剂化势垒等方式，优化电极/电解液界面环境，大幅提升电池的循环稳定性与可逆性。在电解液中引入添加剂的方式针对性地解决了ZnSO4电解液的部分关键问题，但仍然存在各类添加剂作用机制尚未完全明确，单一添加剂难以同时破解电解液所有缺陷等问题，且AZIBs的长期循环稳定性、规模化应用适应性等仍需进一步验证；未来，还需从开发多功能型添加剂（锌沉积调控、双界面钝化、溶剂化结构重构）、复合型添加剂（多组分杂化协同、成分/浓度优化）等方面进行深入研究，来提升AZIBs的性能及推进其工业化应用。

摘要:高炉煤气精脱硫技术作为当前钢铁冶金行业研究的焦点，目前的主流工艺为脱氯-水解-脱硫三段式干法处理工艺，每种工序辅以特定料剂，料剂成本在整体脱硫工艺运维中占据60%~80%，对脱硫工艺意义重大。本文对三种最常见关键料剂脱氯剂、水解剂、氧化铁脱硫剂进行介绍，从组分、制备方法、反应机理和失效机理等方面系统阐述。脱氯剂制备方法主要有机械混合法和负载法，机械混合法主要用于制备氧化钙基脱氯剂，制备成本较低，负载法主要用于制备氧化铝基脱氯剂，活性组分分散较为均匀，其制备成本较高；氧化铝基水解催化剂在高炉煤气精脱硫工艺中占有主导地位，多数失活机理研究集中于O₂等失活因子，未对高炉煤气中的HCl、HCN等酸性气体的影响进行深入研究；氧化铁系脱硫剂活性受其晶型结构影响较大，含有较多晶体缺陷和羟基活性位点，通常具有较高的脱硫活性。在工业化精脱硫运行成本方面，相对于传统的末端治理方法，源头治理工艺目前处于劣势，成本较高。未来，应根据实际工况，推动三种料剂协同作用机制的研究，以优化脱硫效果并提高料剂的使用效率；推进制定料剂质量和评价标准体系建设，规范料剂市场；开展废旧料剂的再生与资源化研究，以减少资源浪费并降低运营成本。

摘要:针对钛冶金过程中熔盐氯化废渣中杂质含量高、再利用受限及环境危害等问题，提出了一种硫酸钠高温分层处理工艺。该工艺采用硫酸钠与废渣中钙、镁离子的反应，生成难溶的硫酸盐，并通过分层沉积法分离回收上中层熔盐。热力学研究表明，在400~1200℃温度范围内，固化反应均能自发进行，但反应驱动力随温度升高而减弱。当温度低于800℃时，Kp(MgSO₄)和Kp(CaSO₄)均小于2.01×10^-3；而当温度超过800℃后，由于Mg²⁺和Ca²⁺的竞争效应，Kp(MgSO₄)逐渐超过Kp(CaSO₄)，因此最佳反应温度应控制在850~950℃之间。试验结果表明，在反应温度900℃、硫酸钠与杂质物质的量比为1的优化条件下，工艺处理效果最佳，上、中层熔盐中钙的脱除率分别达到69%和88%，镁的脱除率分别高达93%和89%，满足钙镁脱除率60%的回炉标准。通过对下层样品的SEM-EDS微观分析证实，杂质元素主要以MgSO₄、CaMgSiO₄和CaMg₃(SO₄)₄等难溶化合物的形式稳定沉积。该工艺不仅实现了废渣中杂质元素的高效分离，还具有操作简便、运行成本低等显著优势，为钛冶金废渣的资源化利用提供了切实可行的技术方案，具有重要的工业应用价值和环保意义。

摘要:“三代酸法”稀土分离工艺用到大量镁离子，产生大量的转型硫酸镁废水，废水中含有SO^2-₄、饱和硫酸钙、Mg²⁺、油和悬浮物等成分，且水质不稳定，处理难度较大。传统石灰中和法、传统蒸发浓缩法等存在处理成本高、效率低等问题，导致稀土硫酸镁废水的处理一直处于空白状态。本文提出“氢氧化钙中和-回用稀土浸取”的绿色工艺路线，并从硫酸镁废水中和除杂、中和液浸取硫酸稀土过程稀土收率和尾渣含水率等三个方面展开研究，得到以下主要结论。氢氧化钙中和硫酸镁废水沉淀镁的过程主要受溶液pH值的影响，当废水pH=9.5时，SO^2-₄含量为80.5g/L，Mg²⁺含量降低至14.7g/L，且氢氧化钙的加入量最小；中和液pH值对浸出尾渣含水率影响较大，pH值较大时，含水率低，滤饼成型度好，当pH=9.5时，稀土浸出率无明显降低，稀土尾渣含水率达到42.3%（生产要求含水率＜43.0%），达到进入尾矿库的标准；该工艺采用常规搅拌，原因是硫酸根浓度大于85.0g/L时，高剪切搅拌作用破坏了Ce⁴⁺与SO^2-₄和Mg²⁺形成的可溶性络合物，使得四价铈与硫酸镁废水形成絮状物析出，堵塞滤饼水流通道，影响固液分离。采用本文方法中和硫酸镁废水后再回用到稀土焙砂浸取工艺，稀土浸出不受影响，可以实现硫酸镁废水的循环利用。

摘要:铝电解行业的高能耗和高污染问题已成为国际铝业界关注的焦点，研究认为惰性阳极结合可润湿性阴极构成的新型电解系统有望从根本上改善现有的铝电解生产方法，实现节能环保的目标。本研究以提高铝电解用惰性可润湿性TiB₂-C复合阴极的物理性能为目标，采用有机树脂对煤沥青粘结剂进行改性，探索不同改性沥青对TiB₂-C复合阴极材料性能的影响。结果表明，树脂添加量从0%增加到4%、8%、12%、16%，呋喃和环氧树脂的加入对TiB₂-C复合阴极材料的体积密度、开孔率、电阻率、抗压强度等性能明显改善，而酚醛树脂的加入作用不大；呋喃和环氧树脂添加量为12%时改善效果最佳，呋喃改性沥青制备的TiB₂-C复合阴极材料对应的物理指标改善幅度分别为1.6%、2.7%、20.4%、42%，环氧改性沥青制备的TiB₂-C复合阴极材料对应的指标改善幅度分别为0.8%、1%、14%、39.6%；SEM分析结果表明，改性沥青为粘结剂时，呋喃树脂改性沥青和环氧树脂改性沥青对TiB₂颗粒的粘结性比较好，且呋喃树脂改性沥青对TiB₂颗粒包裹最好。未改性沥青制备的TiB₂-C复合阴极材料电解腐蚀速率为8.07mm/a，添加呋喃和环氧对沥青进行改性所制备的TiB₂-C复合阴极材料腐蚀速率有所降低，分别为4.42mm/a、4.13mm/a，说明改性沥青制备的TiB₂-C复合阴极材料抗腐蚀性能有所提高。

摘要:针对冷轧制备铜/不锈钢复合极薄带所需首道次压下量较大导致的轧机负荷极大的技术难题，及在不锈钢基体表面电沉积铜方法存在的材料性能不达标问题，作者所在研究团队提出了电沉积辅助冷轧制备铜/不锈钢极薄复合带的设想，即采用热处理、冷轧手段改善不锈钢基体与铜沉积层的结合效果。本文就电沉积阶段不同的工艺参数对铜沉积层宏微观特性的影响，以及铜沉积层的生长机理进行了系统的研究，得出以下主要结论。铜沉积层的生长过程受到电流密度值与基体表面状态的影响，当基体表面光滑时，铜层与基体的初始结合强度不足，在沉积过程中出现铜层脱落的现象，因此需要选用合适的打磨方式使基体表面保持粗糙的状态。随电流密度增大（20~80mA·cm^-2），铜沉积层表面的粗糙度增大，且在达到80mA·cm^-2时，表面表现为松散的颗粒状，致密性显著变差；在稳定电镀区（小于60mA·cm^-2）沉积过程中，被还原的铜离子在不锈钢带表面形成初始铜层，随后在铜沉积层外表面的低谷位置继续生长，最终演变为平整致密形态；在非稳定电镀区（大于60mA·cm^-2）沉积过程中，铜原子以球状颗粒的形式附着于表面的峰位，形成铜脊，相邻铜脊间存在较深的沟壑，导致的铜沉积层结构疏松，致密性差；采用400目砂纸打磨基体表面，在电流密度20mA·cm^-2条件下进行电沉积效果较好，铜沉积层厚度与沉积时间近似为线性关系，可通过控制沉积时间获得所需厚度的铜沉积层。本研究结果为铜/不锈钢极薄复合带在冷轧制备过程中预制初始铜复合层提供了理论依据与调控策略。

摘要:铜闪速炉余热锅炉的高温腐蚀常发生在余热锅炉辐射部前墙至挡板之间的顶棚处，其始终制约着余热锅炉的安全高效运行。本文以降低铜闪速炉余热锅炉高温腐蚀、规避水冷壁局部高温为目标，通过构建辐射部三维模型，研究炉内烟气流动与传热规律，并对锅炉结构进行优化设计以改善腐蚀问题。研究发现：烟气冲顶现象是导致锅炉辐射部发生高温腐蚀的主要原因；增大锅炉入口尺寸、调整锅炉挡板结构和位置均可以有效地通过控制烟气流速和温度来减轻锅炉顶棚的高温腐蚀；盐化风各项参数对炉内烟气温度场影响则可忽略。采用数值模拟结果对锅炉入口尺寸及挡板位置、结构进行优化，将前墙入口横截面增至4.1m×4.5m（宽×高）后，烟气平均速度降低了14%，最大速度降低了21%，锅炉腐蚀温度区（1467~1531K）与顶棚间距增加了2.6m，说明优化后的锅炉结构能够有效抑制冲顶趋势，并通过降低顶棚温度来减轻锅炉腐蚀。

摘要:随着全球新能源产业的快速发展，在动力电池高能量密度与高安全性的双重需求驱动下，电池级碳酸锂中磁性异物（Fe、Ni、Cr、Zn等）的容许阈值持续降低。现行有色金属行业标准《电池级碳酸锂》（YS/T 582—2023）规定磁性异物含量需≤300ppb（质量比，10^-9），部分企业要求电池级碳酸锂磁性异物阈值降至100ppb。虽然国内大多锂盐企业的产品可满足现行行业标准，但仍会出现磁性异物含量波动较大，部分批次产品仍有超标现象。针对此问题，本文基于硫酸法锂辉石提锂工艺，采用全流程质量追踪方法，发现碳酸锂生产系统中磁性异物的主要来源为原辅料、不锈钢设备冷加工诱发的马氏体相变、施工污染颗粒及环境腐蚀脱落物。奥氏体不锈钢经过固溶处理（1050~1100℃淬火）可有效逆转马氏体相变，使相对磁导率（μ_r）恢复至1左右，抑制设备磁性异物析出；基于对全流程质量追踪及管控，提出“五维一体”分级管控技术，即原料筛查、设备更新与除磁、工艺优化、环境净化与人员规范；应用实践表明，该管控技术的实施可使电池级碳酸锂产品磁性异物含量稳定控制在≤50ppb，达到了高端锂电材料质量要求。该技术的成功实施，推动了硫酸法提锂工艺的绿色化与高品质化升级，为锂电行业原材料质量管控提供了技术范式。

摘要:低温解离铍矿+物理纯化含铍化合物是目前铍冶炼提纯的新工艺，其利用氟化物溶解度差异进行物理纯化，实现杂质的高效分离。锰元素作为铍矿中的主要杂质之一，目前文献中关于MnF₂溶解规律的描述并不多，本文针对铍矿冶炼中含锰氟化物的除杂过程，研究了MnF₂在H₂O体系和H₂O-HF体系的溶解行为，得到以下主要结论。MnF₂在水中溶解度低且随温度升高而下降，HF存在时可形成H₂MnF₄，使溶解度略有提高，MnF₂理论值为0.69g/100g（实测0.78g/100g），溶解后主要以离子形态存在；在含BeF₂的H₂O-HF体系中，BeF₂溶解度较高，但因平衡常数较小，溶液中同时存在BeF₂和H₂BeF₄，H2BeF4浓度受温度与HF浓度调控；在BeF₂-MnF₂-H₂O-HF体系中，HF和MnF₂同时可以提供F-形成BeF^2-₄，HF和MnF₂同时可以提供F-与BeF₂配位形成BeF^2-₄，进而与Mn²⁺结合生成难溶的MnBeF₄促进杂质去除，未结合的配位离子则以H₂BeF₄形式留在溶液中。

摘要:针对铜渣中铁主要以铁橄榄石形式与SiO₂共生、传统方法难以低成本回收的问题，本文以裂解废塑料炭为还原剂，在1000~1250℃条件下通过热失重法详细考察了铜渣-废塑料复合球团的等温还原过程，并进行了反应动力学分析，得到以下主要结论。复合球团的还原过程符合三维气体扩散控制（Ginstling-Brushtein模型），线性拟合得到表观活化能为82.67kJ·mol^-1；在1000~1200℃区间金属化率随温度快速上升，1200℃保温30min即达78.3%；温度继续升高液相生成导致孔隙堵塞，金属化率略降；该裂解炭同时提供固相碳和CO、H₂活性气体，与常规焦炭体系相比，本体系可在低50~100℃的条件下获得接近的金属化率，说明裂解废塑料炭通过“双重还原剂”效应降低了能垒，缩短了保温时间，并抑制了高温烧结包覆现象。研究表明，利用裂解废塑料炭热还原铜渣不仅可提高铁的回收效率、削减燃料消耗与碳排放，还实现了两类固废的协同资源化。所获动力学参数为后续工业炉型优化、连续供料与磁选联用工艺设计提供数据参考，推进该低碳回收技术的产业化应用。