中国有色冶金

摘要:针对我国硫酸法钛白粉普遍存在粒径分布宽、高端产能匮乏的现状，本研究以低浓度工业钛液为原料，采用自生晶种水解工艺，系统探究了底水量、钛液 TiO₂浓度和熟化时间对偏钛酸粒径分布的内在调控机制，并通过表征结果分析其与最终颗粒尺寸、结构形貌之间的构效关系，得到以下主要结论。 最优水解工艺参数为底水量16%、钛液浓度205 g/L、熟化时间25 min，此条件下，制备出的偏钛酸产品径距比低至 1.01，属于窄粒径分布，且工艺稳定性优异。水解所制的偏钛酸是由（30~60） nm的晶粒通过晶界堆积而成的类球形多晶聚集体，由于水解初期阴离子（SO₄ ^2- 、OH- ）在晶核表面的吸附，产生的空间位阻效应与静电斥力阻碍了晶核向单晶演化，促使其通过团聚形成表面富含羟基与结合水的介孔水合胶体结构。粒径调控基于“成核-生长-团聚”多阶段的竞争耦合，底水量通过调节初始过饱和度降低成核势垒，确立成核优势；TiO₂浓度通过调节体系黏度增加传质阻力，抑制晶粒粗化与硬团聚；熟化时间通过调控水解速率，有效抑制奥斯瓦尔德熟化效应导致的粒径宽化。本研究结果可为工业制备高性能钛白粉提供优质原料生产参数与工艺参考。

摘要:传统硫酸工艺水解所制的偏钛酸存在粒径分布宽、比表面积低、纯度不足等问题，难以满足其在电池材料、催化等领域的应用要求。本研究创新性地开发了一种分散剂调控的工业钛液一步水解制备偏钛酸工艺，采用单因素变量法系统考察分散剂聚丙烯酰胺（PAM）加量、搅拌速率和水解时间等参数对偏钛酸性能的影响，并通过实验结果与表征结果阐释偏钛酸粒度分布与比表面积的协同演变机制， 得到以下主要结论。最佳水解工艺条件为 PAM加量 0.9%、搅拌速率 420 r/min、水解时间 2.65 h，此条件下，产品偏钛酸平均比表面积达 262 m2/g，煅烧后 TiO2 平均纯度为 99.58%，平均粒度范围为 2.65~ 2.95 μm，优于食品级（GB 1886.341—2021）与纳米级（GB/T 19591—2023）标准。所制偏钛酸呈锐钛型 TiO2结构，具有胶体性质，且偏钛酸中含有大量的水分子、羟基及硫酸根，易通过奥斯特瓦尔德熟化团聚形成粗大偏钛酸团聚体，其团聚体之间存在的多孔结构增大了偏钛酸比表面积。水解机理揭示，分散剂通过长链吸附层降低表面张力，抑制颗粒致密堆积，加速成核速率，促进细小、多孔偏钛酸形成。本工艺流程简单、绿色高效，为电池级高比表面积偏钛酸的工业化制备提供新途径，推动高性能二氧化钛的高质量发展。

摘要:水解晶种稳定性对硫酸法钛白工艺的水解至关重要，本研究以工业硫酸氧钛液为原料，采用碱中和法制备水解晶种，系统分析碱钛比、熟化温度和熟化时间对晶种稳定性的影响机制，并综合运用多尺度表征方法，探究工艺-结构-性能之间的内在关联，得到以下主要结论。碱钛比、熟化温度及熟化时间均通过影响反应进程及体系性质，进而影响工业钛液水解晶种的稳定性，适当增加这些工艺参数值，可以促进晶核的成核速率和生长速率；工业钛液水解晶种的最佳工艺参数为碱钛比 14%、熟化温度 95℃、熟化时间 18~21 min、搅拌速度 300 r/min，在此条件下，晶种稳定性稳定处于 100~130 mL合格区间，水解率为 10.16%，验证实验重复性良好；水解晶种粒径在 21±6.5 nm 范围，粒径分布窄，确保了晶种的高稳定性与活性；优化后晶种的Ti—O键增强、团簇结构致密化，且钛-硫-氧配位结构改善，显著提高表面稳定性。该研究为硫酸法钛白工艺提供了高稳定性晶种制备新策略。

摘要:我国每年镁渣排放量约 800万 t，受处理成本和技术等因素限制，多数镁渣被无序堆存或填埋，诸多学者对镁渣的资源化利用进行了探索。本文系统综述镁渣的理化特性、环境危害以及近年来资源化利用途径，重点探讨其在胶凝材料、水泥熟料以及固碳材料等领域的应用瓶颈与改进策略，为镁渣的综合利用提供理论支撑与技术参考。镁渣的主要成分为 CaO 和 SiO2，矿物组成以 β-C2S 和 γ-C2S 为主，已在胶凝材料、陶瓷、固碳材料等领域得到尝试性利用。镁渣在胶凝材料和水泥熟料掺合剂方面的研究较多，用于胶凝材料时需配合其他工业固废协同使用，以提升活性、改善力学性能，也可通过物理或化学激发释放其潜在的胶凝材料活性；作为水泥熟料掺合剂时，要考虑其掺量的影响。镁渣在高附加值创新领域表现出良好的应用潜力：镁渣基固碳材料具备成本低、强度高、较为稳定等优势，可应用于道路基层和充填矿山等领域；镁渣蓄热陶瓷凭借高蓄热密度和优异的热稳定性，适用于太阳能热发电系统的储热介质；镁渣吸附剂可实现污染物的去除；镁渣可以代替传统贵金属用作催化剂，降低生产成本。目前镁渣的实际利用率仍然很低，在胶凝材料领域的主要问题是活性低、体积不稳定、激发技术成本高，仍需进行持续探索；未来，镁渣的综合利用可以在高附加值领域及矿山充填领域进行研究，拓宽其可利用范围。

摘要:某企业钼矿石是典型的低品位、半氧化型矿石，其矿石成分和结构复杂，以辉钼矿、钼钙矿、氧化钼矿的形式嵌布，辉钼矿与其他矿物存在连生，部分钼钙矿与其他矿物类质同象形成新的矿物，矿石粒度较细且分布均匀，其中钼含量 0.45%，属于低品位难处理钼矿。本研究采用过碳酸钠和氢氧化钠协同氧化浸出回收钼，考察了不同因素对钼浸出率的影响。结果表明，在矿石粒度 -45 μm 占 80%、液固比 3 mL/g、过碳酸钠用量 20 kg/t、氢氧化钠用量 15 kg/t、浸出温度 85℃、浸出时间 4 h、搅拌速率 500 r/min 的最佳条件下，钼浸出率为 88.32%。动力学研究结果表明，钼矿浸出过程属于化学反应和扩散共同控制，反应活化能为 19.98 kJ/mol。浸出前后脉石矿物成分基本不变，渣中留存有少量钼钙矿，辉钼矿已全部浸出，后续可通过强化矿石预处理破坏钼钙矿结构或针对性优化反应条件，获得更高的浸出率。该工艺所用氧化剂温和、稳定且对环境友好，浸出杂质少，整个浸出过程无高温、无烟气、流程短，实现了金属钼资源的高效回收，为该类低品位复杂钼矿资源的利用提供了参考。

摘要:针对目前稀土冶炼铁粉成本高及钕铁硼废料回收工艺铁元素利用率低的问题，本文提出钕铁硼废料协同稀土精矿硫酸焙烧-硫酸镁废水浸出的工艺，目的是利用钕铁硼废料中的铁代替稀土冶炼工艺中的铁粉。研究采用单因素试验优化了钕铁硼废料协同稀土精矿硫酸焙烧-硫酸镁废水浸出工艺的参数，并进行了热重分析，进一步验证反应机理，得到以下主要结论。协同处理工艺的最优参数为酸矿比1.7∶1、酸化时间0.5 h、2# 焙烧升温曲线，在此条件下，焙烧矿分解率达到94.0%以上，同时外排渣中的REO含量小于4.0%；热重分析表明，焙烧过程为吸热反应，理想状态下反应物吸收的热量约为589 kJ， 温度达到 350℃时，稀土精矿和钕铁硼的分解活化能大于其他副反应，化学反应速率达到最大值 1.7 g/min；验证试验表明，此工艺关键指标外排渣中REO含量和REO收率均达到公司内控要求，且使得废料中的铁元素得到了二次利用，有效减少了固废排放量，同时降低了生产运行成本。本文研究结果可为稀土冶炼企业及钕铁硼废料的处理提供参考。

摘要:为解决低品位复杂硫化铜尾矿浸出效率低、现有工艺适配性差的问题，本研究采用乙烯基硫脲（ETU）协同生物在硫酸铁体系中浸出海外某企业浮选尾矿，系统考察 ETU 浓度、浸出时间、矿浆浓度对铜浸出率的影响，并探究 ETU 分解规律及残留处理方法，以消除其对后续萃取-电积工序的干扰。结果表明：铜浸出率随 ETU 浓度升高、浸出时间延长而提升，随矿浆浓度降低而提高；在 ETU 浓度 200 mg/L、矿浆浓度20%、pH=1.5、室温浸出 72 h 的最优条件下，铜浸出率达 87.32%；Fe3?、Cu2?及曝气会加速 ETU 分解，酸性环境与六偏磷酸钠可稳定 ETU；浸出液中残留 ETU 会导致铜萃取率从 95% 降至 38%、电积阴极铜结瘤，经曝气处理可完全去除 ETU，消除其对后续工序的影响。本研究为类似复杂硫化铜尾矿的高效处理提供了关键工艺参数与技术支撑。

摘要:我国每年排放的含钛高炉渣超过 300万 t，该渣 TiO₂含量为 10%~25%，目前对此渣的综合利用主要是制备建筑材料，攀西地区建设了含钛高炉渣制备富钛料、碳化钛或碳氮化钛的工业示范生产线，但均存在一定的局限性，现阶段多数含钛高炉渣的处置方式为堆存。有学者提出选择性析出技术， 即通过添加剂改性含钛高炉渣，使钛以钙钛矿形式存在，然后通过重选分离钙钛矿并作为提钛原料，此方法的钛回收率低于 48%。针对此问题，本研究在此基础上提出了钙钛矿晶形转变技术，即通过添加 CaO、高钛渣、CaTiO₃转变钙钛矿晶形来提升重选回收率，采用试验考察了各添加剂对钛回收率的影响， 并根据表征结果进行了晶形转变机理分析，得到以下主要结论。当 CaO、高钛渣、CaTiO₃添加量分别为 20%、25%、17%时，钙钛矿以等轴晶析出，钛的重选回收率为68.41%；后续循环生产时，采用重选精矿代替钙钛矿添加，最佳精矿添加量为50%，此时钛的重选回收率为68.42%；钙钛矿晶形转换技术与选择性析出技术的主要区别在于钙钛矿的晶形，晶形转换技术的产物是等轴晶，选择性析出技术的产物是树枝晶，等轴晶钙钛矿单体解离度更高，从而增大钛回收率。本研究结果可以为含钛高炉渣的资源回收利用提供参考。

摘要:南非钒钛磁铁矿具有“低钛高钒”特征，钛元素主要固溶于磁铁矿晶格中，回转窑-电炉熔分工艺产出的钛渣 TiO₂含量与钛精矿品位相近，可应用于硫酸法钛白的生产，但其物相组成复杂，与常规钛精矿及酸溶性钛渣的酸解行为有很大不同，目前关于该熔分钛渣的研究较少。本研究以此熔分钛渣为对象，考察钛渣物相组成及“盐酸酸浸除杂-硫酸酸解-水浸”工艺中各参数对其酸解性能的影响，并分析影响其酸解性能的控制因素，得到以下主要结论。渣样中黑钛石等活性相占比越高、SiO₂与Al₂O₃含量越低，酸解率效果越好；而透辉石分解生成的硅胶与硫酸钙微晶易形成钝化层，成为传质过程的主要限制因素。适宜的酸渣比（3.8∶1）与硫酸浓度（93%）可增强反应动力，但过量酸量或熟化过程会因体系黏稠度升高而抑制传质。适宜细化粒度（-45 μm）可破坏难溶物相表面结构，但过细颗粒易引发局部团聚。 当熔分钛渣主要物相为黑钛石，SiO₂与Al₂O₃含量较低时，在粒度-45 μm、酸渣比3.8∶1、硫酸浓度93%的条件下，不进行熟化，熔分钛渣酸解率可达89.96%。本研究结果可为该熔分钛渣应用于硫酸法钛白工艺提供依据与参考。

摘要:含钛高炉渣高温碳化后的碳化渣全铁（TFe）含量为2.0%~3.5%，用于低温氯化工艺生产钛白粉时，渣中铁与氯气反应生成氯化铁，导致低温氯化淋洗系统堵塞，影响系统的稳定运行，因此本文针对碳化渣进行了工艺矿物学和除铁试验研究，为渣中铁含量控制提供参考。工艺矿物学研究发现，碳化渣主要由硅酸盐玻璃、碳化钛、金属铁、铁氧化物等物相组成，其中硅酸盐玻璃含量为85.71%，碳化钛含量为 11.53%，金属铁含量为 0.87%，铁氧化物含量为 0.53%。金属铁呈圆球状或椭球状嵌布在硅酸盐玻璃中，嵌布粒度粗细不均，一半以上分布在 0.08~0.32 mm之间；碳化钛（TiC）主要分布于硅酸盐玻璃相中， 并与金属铁等物相连生，粒度主要集中在 0.01 mm以下；铁氧化物粒度主要集中在 0.04 mm以下。对碳化渣开展湿式磁选除铁试验，结果表明提高磁场强度和增加研磨时间有利于渣中TFe的去除，但也会带来碳化钛（TiC）收得率的降低，当磁场强度达到 3 000 Gs、研磨时间超过 15 min时，尾矿中 TFe含量可降低至1.50%以下，满足低温氯化原料的要求。在实际生产中，可根据生产需要选择不同磁场强度和研磨时间，在有效控制渣中TFe含量的同时，尽量减少碳化钛（TiC）损失。

摘要:某冶炼企业采用锌酸浸渣锌精矿协同浸出-气相硫化-高温矿化除铁的处理技术路线处理锌酸浸渣，气相硫化后，酸浸渣中的铟、铜等有价金属硫化沉淀后富集于渣中，溶液仅含有 Zn²⁺ （ 90 g/L 左右）和 Fe²⁺ （ 25 g/L 左右），需进行锌、铁分离。本文以锌酸浸渣锌精矿协同浸出液经气相硫化后的溶液 （简称为硫化后液）为研究对象，在分析Zn-Fe-S-H2O系电位-pH图的基础上，考察了反应温度、时间、溶液初始pH、SO₄^2- 浓度对铁沉淀行为的影响，并对矿化铁渣的品质、物相和微观形态进行了分析。结果表明，Fe2O3在高酸条件下拥有较高的稳定性，当反应温度＞150℃时能有效破坏Fe3+ 的络合水化作用，使铁以Fe₂O₃的形态析出，增加硫酸盐浓度可进一步降低Fe₂O₃的溶解度；在反应时间4 h、反应温度190℃、溶液初始pH=4、SO₄^2- 浓度＜280 g/L的条件下，铁脱除率达89.19%，锌损失率＜0.2%，实现了锌酸浸渣浸出液中锌的有效分离；矿化铁渣中含铁＞60%，杂质较少，外形呈致密、细小颗粒状，可作为回收铁的原料。

摘要:本文基于水泥厂悬浮预热设备中旋风分离器的结构特点与高硫铝土矿焙烧反应特性，创新性地提出了旋风反应器的设计理念，并首次将其应用于高硫铝土矿焙烧脱硫的试验研究中。该反应器内焙烧脱硫反应属于“悬浮焙烧”，颗粒处于良好的流化运动状态，气固传质传热效率高，脱硫效率高。 本研究通过数值模拟分析了反应器内部的速度场和压力场分布，采用 Fluent软件对单极旋风反应器进行模拟，重点探讨了切向、轴向和径向速度的分布规律，以及静压、动压和总压的变化。结果表明，切向速度在蜗壳区收缩段达到峰值，轴向速度在蜗壳区呈现双峰分布，有效延长了颗粒的停留时间；静压分布呈现中心低、两侧高的特点，动压分布与切向速度相似，总压分布与静压大体一致；随着气速增加，压降损失逐渐增大，且速度越大，压降变化幅度越明显；在确保反应效率的同时，应优先考虑采用较低的气体流速，以降低能源消耗。本研究为优化旋风反应器设计提供了理论依据，有助于提高高硫铝土矿脱硫效率并降低生产成本。

摘要:在气液搅拌的混合与分散过程中，气泡的尺寸和分布不仅决定气泡的上升速度和气体在液相中的停留时间，还直接影响含气率及气液接触面积。诸多学者采用计算流体动力学（CFD）研究了气泡尺寸分布、气体含量和液体速度，但均没有考虑气泡聚并和破碎的影响。群体平衡模型（PBM）重建了气泡尺寸分布，构建了气泡破碎和聚并的核函数，PBM与CFD结合，可以在搅拌罐等工艺设备中获得相当准确的气泡尺寸。本文采用CFD-PBM 耦合模型，研究搅拌槽内气液分散过程的流体动力学，探究转速和气体流量对气泡尺寸分布、流场、数量浓度及气含率的影响，得到以下主要结论。该模型精度高于 Basavarajappa 的预测，且模拟结果对比最大误差不超过 10%，能很好的预测气泡尺寸分布；搅拌转速显著影响气液混合效率，高转速（400 r/min）下气泡尺寸更小且分布均匀，气液传质性能显著提升；低气体流量（0.5 vvm）下，气泡生成量较少且分布不均匀，适当增加气体流量（0.7 vvm）有助于延长气泡滞留时间，但过高流量（0.9 vvm）可能导致气泡聚并和传质效率下降；高转速（400 r/min）下，搅拌桨叶片背液面区域会出现明显的气穴现象，这是由局部负压导致气体汇聚形成稳定的气腔，对搅拌效率和气液分散效果产生不利影响；通过合理调控转速和叶轮设计，可以减轻气穴现象所带来的不利影响，从而进一步提升搅拌效率和气体分散效果。实际生产中，可以通过优化搅拌速度与气体流量，来改善气泡分布和气液混合效果。

摘要:在铜电解精炼过程中，电解液的流动行为及其传质特性对电解效率、产品质量及能耗具有显著影响，工业电解槽中电极尺寸远大于极间距，阴阳极板间会形成特殊的狭长空间，电解质的流动和传质特性更为复杂多变。本文建立了工业尺度电解槽的二维有限元数值模型，深入分析了阴阳极板间狭长空间内电解液的流速分布、铜离子浓度分布及传输情况，得到以下主要结论。极板间电解液流动速度不均匀，上部区域比较慢，下部区域比较快，且形成多个漩涡区域；在阴阳极表面附近，水平方向速度几乎为0，垂直方向速度在0.3~15 mm/s范围内波动；中间线上，水平方向速度在0~22 mm/s范围内波动，垂直方向速度在0~9 mm/s范围内波动。极板间的漩涡对铜离子浓度分布有较大影响，在阴极表面附近，铜离子浓度在440~620 mol/m3 范围内波动，在阳极表面附近，铜离子浓度在530~740 mol/m3 范围内波动，中间线上铜离子浓度在500~630 mol/m3 范围内波动，浓度的波动与漩涡区域相对应。铜离子的传输主要靠对流驱动，漩涡与漩涡之间的横向流动实现了铜离子从阳极到阴极的直接传输；漩涡在将铜离子从阳极传输到阴极的同时，也将阳极区域附近形成的悬浮杂质携带到阴极表面，阴极的下部区域表面杂质含量高于上部区域。

摘要:硫在高硫铝土矿中存在形式复杂，主要以硫化物为主，若未经有效脱硫处理，不仅会对生产设备造成腐蚀和损耗，还会降低氧化铝产品的质量。目前脱硫方法存在成本高、能耗大、脱硫效率有限以及环境污染等问题。本研究提出碱基氢还原焙烧脱硫方法，在焙烧过程中，碱性介质氧化钙与硫化物 FeS?发生反应生成硫化钙（CaS），起到脱硫固硫作用；同时在氢气的还原作用下进一步促进Fe2+ 生成单质铁（Fe），可以实现铁资源的回收。研究考察了工艺参数对脱硫效果的影响，并利用多种表征技术对矿石的微观形貌及晶型结构进行分析，验证其焙烧脱硫机理。结果表明，最优工艺参数为还原温度700℃、还原时间 80 min、碱度 1、氢气流速 1.4 m3/h，此条件下，高硫铝土矿的还原率达到 95.83%，脱硫率达到 99.72%；SEM和EDS表征结果显示焙烧后的矿石表面致密化，并且硫的去除效果显著，验证了该方法的脱硫机理。相较于传统的高硫铝土矿预处理工艺，碱基氢还原法在有效脱硫固硫同时，增加了铁的资源的回收，为高硫铝土矿的清洁高效利用提供了一种具有经济可行性的技术途径。

摘要:金属铕目前主要的生产方法是真空还原-蒸馏法，回收率可达 95%，但该技术目前存在着还原周期长、能耗较高、制备过程不稳定和无法连续生产等问题。近些年，张廷安教授团队提出“相对真空”冶炼技术，且在镁冶炼领域取得良好效果。本文将相对真空冶炼技术应用于镧热还原生产金属铕， 使用中频感应炉对镧粉与氧化铕压制而成的预制球团进行相对真空还原试验，探究最佳的试验条件。 结果表明，相对真空技术可以应用于镧热还原制备金属铕，适当提高载气流量、压样压力、还原剂过量系数可对氧化铕的还原率起到提升的作用，最佳试验条件为惰性气体流量v=0.2 m³ /h、还原温度T=1 100℃、 还原时间t=1.5 h、制球压力P=20 MPa、还原剂过量比M=1.1，此条件下氧化铕的还原率为87.29%，金属铕产物纯度为97.88%。该技术打破了真空条件的限制实现了连续生产，惰性气体可循环利用，但仍存在还原率较低、产物纯度欠佳的问题，后续研究将继续优化工艺，为金属铕的工业连续化生产提供更坚实的技术参考。

摘要:基于生物炭相较于传统煤炭能源具有含氢量多、含碳量少、含氧量多、含硫量低等特点，本文研究了三种生物质焦-高铁赤泥复合球团的热还原机理，对比了三种生物质焦对球团金属化率、物相结构、微观形貌以及孔径的影响，得出以下结论。麦麸焦在复合球团金属化率、物相结构方面比其他两种生物质焦复合球团均有一定的优势，在 1 100℃下热还原 2 h，金属化率达到 86.5%，比冶金焦提高 5.2%， 远高于相同条件下松木焦复合球团与玉米焦复合球团；麦麸焦-高铁赤泥复合球团主要物相组成为金属铁（44.3%）、碳（10.6%）、钙铝黄长石（Ca2Al2SiO7 ）以及霞石（NaAlSiO4 ），适用于涡流熔融还原炼铁工艺；麦麸焦-高铁赤泥复合球团气孔结构更为均匀，孔径约为2~4 nm，比表面积较大，整体结构较好，表面金属化程度更高，残余杂质较少。该研究结果对实现生物质资源高效利用具有重要的参考价值。