CN 11-5066/TF
ISSN 1672-6103
2026, 55(3):1-8. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.001
摘要:目前废汽车催化剂(SACs)中贵金属(PGMs)的成熟回收工艺为金属捕集法,其中堇青石催化剂含有40%~50%的Al2O3和约10%的MgO,提高了后续高温捕集贵金属及铂族金属的熔炼温度。本研究提出一种焙烧-浸出联合工艺,通过高温焙烧调控物相结构,采用碱浸提铝、酸溶降镁的方式实现废催化剂中的有价金属的回收及Pd等铂族金属的富集。焙烧试验结果表明,原料(不添加熔剂)在1200℃下烧结60 min时出现了无定形相,当N/A摩尔比1.0~1.35、C/S摩尔比2.0~2.16,烧结温度控制在900~1 100℃时,此条件下熟料主要生成γ-2CaO·SiO2、β-2CaO·SiO2、CaO·ZrO2、Na2O·Al2O3和MgO等利于后续浸出的物相;碱浸试验最佳工艺参数为浸出温度80℃、NaOH浓度10 g/L、液固比10:1(mL·g-1)、浸出时间30 min,该条件下熟料中Al2O3浸出率可达95%以上;酸浸试验最佳工艺参数为盐酸浓度1 mol/L、浸出温度50~70℃、液固比33:1(mL·g-1)、浸出时间40 min,此条件下碱浸渣中MgO质量分数降至0.478%,且钯实现近10倍富集。本研究方法实现了铝的高效回收与钯的有效富集,且降低了后续捕集贵金属的温度,研究结果为改进废汽车催化剂金属捕集工艺提供了理论参考和技术支撑。
2026, 55(3):9-18. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.002
摘要:失效汽车催化剂是铂族金属的重要二次资源,现行铁捕集火法工艺需要额外添加铁捕集剂和大量造渣辅料,导致工艺成本较高。为实现工艺降本和固废协同利用,本研究提出以富含SiO2、CaO和Fe2O3的铁尾矿协同熔炼失效汽车催化剂,使其兼具铂族金属火法捕集的捕集剂和助熔剂的双重功能。研究通过热力学分析及单因素试验,考察了工艺参数对铂族金属回收率的影响,并进行了验证试验及表征分析。热力学分析表明,在1500℃下,铂族金属氧化物可与还原剂碳粉、铁及其氧化物还原成单质形态,且ΔG<0;温度超过1550℃时,SiO2易被还原生成单质Si,并进一步与体系中铁生成耐腐蚀、耐高温的Fe-Si合金,影响后续分离;1500℃时,四元渣系SiO2-CaO-Al2O3-MgO(5%)的液相区生成范围较广,易于完全熔融,具有良好的流动性和稳定性。单因素试验结果表明,在熔炼温度1500℃、二元碱度为0.7、铁尾矿添加量30%、还原剂添加量1.2%的最优工艺条件下,Pt、Pd、Rh的回收率分别为98.45%、98.23%、96.7%。XRD与SEM-EDS结果表明,PGMs在Fe基合金相中呈高度均匀的分散状态,与金属铁形成了稳定的固溶体,实现了铂族金属的高效富集;终渣呈玻璃态结构,可实现有害组分的稳定固化。该技术为失效汽车催化剂和铁尾矿两种大宗固废的资源化与无害化协同处理提供了高效、低成本、绿色的解决方案,对推动铂族金属二次资源的循环利用与冶金固废的污染治理具有良好的工业化应用前景。
2026(3):19-27. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.003
摘要:目前,采用铁捕集工艺富集废三元催化剂中贵金属已得到行业共识,但铁捕集物Fe-PGMs合金中含有对腐蚀性极强的硅铁合金,采用酸浸的方法处理会消耗大量酸,且产生大量废液,难以处理达到环保要求。针对此问题,本文采用球磨磁选-电解工艺处理三元废催化剂铁捕集物,研究以球磨磁选后的Fe-PGMs合金为研究对象,进行了电解工艺单因素试验,考察了关键工艺参数对阳极溶解速率与阴极电流效率的影响,并在最优条件下进行了验证试验,得到以下主要结论。电解工艺参数调控机制:温度与电流密度主要影响反应速率及阳极铁溶解与阴极Fe2+还原的动力学过程;pH与Fe2+浓度核心保障Fe2+存在形态稳定及电极反应环境适宜,为电解分离反应的高效进行提供基础。试验最优工艺参数为温度50℃、电解液pH=5.0、Fe2+浓度120 g/L、电流密度350 A/m2,同时搭配15 g/L柠檬酸钠、2 g/L抗坏血酸、10 g/L硫酸铵的复合电解液;该条件下,电解分离性能表现优异,阳极泥中铂、钯、铑含量分别为2.23%、18.32%、2.03%,富集倍数达20倍,回收率均超99%,实现了贵金属高效富集回收。该体系条件下,可协同抑制Fe2+水解氧化及阴极析氢副反应,实现了阳极铁均匀、稳定溶解,无明显钝化现象,所制备阴极铁产物纯度较高,满足钢厂生产合金钢需求。本研究结果为汽车尾气催化剂、废旧电子元器件等含铂钯铑废料的资源高效回收开辟了新路径,并提供了理论与技术支撑,具有重要现实意义与工程应用价值。
2026, 55(3):28-42. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.004
摘要:无负极碱金属电池(Anode-Free Alkali Metal Batteries,AFAMBs)具有高能量密度、低制造成本和简化结构特点,是极具潜力的下一代储能技术。然而,其负极侧因碱金属高反应活性引发的固态电解质界面(SEI)不稳定、枝晶生长、不可逆沉积及体积变化等问题,严重制约其循环寿命和商业化进程。针对这些问题,兼具优异导电性、良好机械性能及对碱金属诱导特性的有色金属,在构建负极侧功能化界面中发挥关键作用。本文重点阐述了相关策略与机制:通过Au、In等构建亲碱金属界面降低成核势垒,诱导均匀沉积;借助Ru、Zn等构筑原位/人工SEI增强界面稳定性,抑制副反应与枝晶生长;采用三维多孔骨架结构缓解体积应变,优化离子/电子传输;开发新型合金及复合集流体调控沉积行为,提升循环可逆性。进一步分析了有色金属在晶格匹配、电子结构调控等方面的深层机理。通过引入高界面亲和性的有色金属或重构晶面,可降低能垒并引导均匀成核,具有特定原子半径的有色金属可在碱金属沉积时原位合金化,生成适配的合金相,确保碱金属的可逆沉积。通过引入具备特定活性位点的有色金属纳米团簇、单原子配位键或异质结构,可调节集流体的局部电流密度,改善界面游离离子的传输动力学,均匀极化电场,抑制枝晶生长。该领域未来研究重点应加速开发低成本有色金属改性材料;开发绿色、简易且兼容现有产线的功能化技术;设计先进计算方法,预测有色金属改性集流体的界面演化路径,为设计高性能AFAMBs提供支撑。
2026(3):43-53. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.005
摘要:我国每年产生电镀污泥超1 000万t,该污泥中含有大量的重金属(如Cr、Cu、Ni等),传统湿法冶金技术(酸浸、碱浸、氨浸等)处理电镀污泥存在二次污染及设备腐蚀等问题;氨基酸对亲铜金属(Cu、Ag、Au等)具有高亲和力,且生成的络合物稳定,成为湿法冶金领域的研究热点。本研究提出采用氨基酸络合浸出电镀污泥中铜的工艺,系统考察了不同氨基酸对电镀污泥中铜浸出率的影响,在确定采用赖氨酸作为浸出剂的基础上,通过单因素试验得到了最优浸出工艺条件,并进行了综合条件试验,对所得产物进行了表征,得到以下主要结论。选取精氨酸、瓜氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、茶氨酸和赖氨酸进行浸出试验,其中赖氨酸在0.2 mol/L的较低浓度下,仅需6 h即可实现接近完全的铜浸出(>99%),具有生产应用潜力,其他均不符合生产需求;赖氨酸浸出电镀污泥中铜的最佳工艺参数为赖氨酸浓度0.75 mol/L、液固比50:1、温度328 K、浸出时间5 h,该条件下,铜浸出率达到93%;同时,其他有价金属成分几乎未被浸出,说明赖氨酸对电镀污泥中的铜具有选择浸出性能;赖氨酸络合浸出铜的机理为-COO?和-NH?与铜离子络合,-NH?比-COO?更易与Cu2?配位;动力学分析表明,浸出过程遵循混合扩散控制机制,表观活化能为36.5 kJ/mol。相较于现有的甘氨酸浸出体系反应速度慢的问题,赖氨酸对铜具有浸出速率更快、选择性更好的明显优势,该研究结果为重金属污染物的无害化处置及其中有价金属的绿色回收提供了新的思路。
2026(3):54-66. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.006
摘要:针对氰化尾渣中氰化物难以彻底脱除且易在高温冶炼过程中引发环境风险的问题,本文以山东某金精矿氰化尾渣为研究对象,系统研究了氧化焙烧条件下氰化物的脱除行为及硫化物的迁移转化特征。通过调控焙烧温度、时间、氧气浓度及气体流量,明确了焙烧脱氰的适宜工艺条件,并分析了焙烧过程中硫的固化特性及其对脱氰过程的影响。结果表明,在焙烧温度500℃、焙烧时间30 min、空气气氛及气体流量400 mL·min-1条件下,氰化尾渣中总氰化物脱除率可达97.36%,焙烧产物的毒性浸出液中氰化物浓度降至0.187 mg·L-1,满足国家排放标准要求。研究发现,焙烧过程中碳酸盐矿物分解生成的CaO、MgO及硫化矿氧化形成的铁氧化物可对SO2产生原位捕集,使硫以硫酸盐形式部分固定,硫固化率可稳定保持在60%以上;同时,硫化物氧化释放的SO2在一定条件下与O2协同作用,进一步促进了氰化物的氧化分解。结合XPS表征与热力学分析,阐明了Fe-CN配合物结构破坏及含氰物种彻底去除的机理。研究结果表明,氧化焙烧可在实现氰化尾渣高效脱氰的同时有效降低硫的气相释放负荷,为氰化尾渣在高温协同冶炼体系中的安全配入与污染控制提供了理论依据和技术支撑。
2026(3):67-78. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.007
摘要:过渡型红土镍矿属于呆滞难利用资源,现有的酸浸工艺易将铁、镁、铝等杂质元素带入浸出液,难以有效分离;还原焙烧-氨浸工艺易生成Fe(OH)3胶体,镍、钴回收率低,且流程长。本研究针对此问题,以某矿山过渡型红土镍矿为研究载体,系统研究其工艺矿物学特征,提出碳热还原-磁选回收镍铁的工艺,并考察了温度对镍、铁回收的影响,分析了产物结构特征,得到以下主要结论。矿石化学成分与矿相分析结果显示,试样中镍、铁品位分别为1.23%和28.14%,SiO2/MgO为1.53,归属于低铁高镁型过渡红土镍矿;矿物微观特征分析表明,镍、铁元素赋存具有多载体特征,以镍磁铁矿、针铁矿为主要赋存物相;镍以类质同象分布在橄榄石、褐铁矿和紫苏辉石中。在原料中添加25%煤粉和5%CaO,于1340℃条件下还原焙烧2 h,产物的物相组成为Fe-Ni、Mg2SiO4、Al2SiO5,磁选产物中Ni、Fe品位分别达4.04%和83.67%,对应回收率分别为92.26%和79.87%;经磁选后,Fe-Ni合金富集在磁选产物中,磁选产物具有饱和磁化现象,饱和磁化强度为145.51 A·m2/kg,可通过弱磁磁选高效富集;Si、Mg等杂质主要以Mg2SiO4形式随磁选尾渣排出。
2026(3):79-85. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.008
摘要:铟与镉的性质相近,导致现有铟冶炼工艺所获得的粗铟中镉含量偏高,难以达到市场对铟纯度的要求。甘油碘化钾工艺利用铟与杂质元素对碘亲和力的差异,选择性将镉转变为碘化物,可实现对镉的定向除杂。本文以粗铟作为原料,采用甘油碘化钾法开展粗铟精炼,深度脱除其中的杂质;同时采用单因素条件实验法获得了粗铟精炼除镉的最佳工艺条件,并进行了验证试验,得到以下主要结论。单因素试验得到的最优工艺条件为精炼温度190℃、精炼时间10 min、液固比8:1、I2-KI过量系数3,该条件下,精炼后铟中镉含量降至250 ppm(10-6),铟纯度提升至99.93%,直收率达到98.60%。研究结果表明,该工艺可高效脱除粗铟中的镉,同时协同脱除砷、硅、铊等杂质,显著提升铟的纯度,并保持较高的直收率。结果可为粗铟的高效初步精炼提供技术支撑。
2026, 55(3):86-95. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.009
摘要:以北方伴生钪砂岩铀矿为研究对象,针对硫酸浸出体系堵塞孔道铀浸出率低问题,创新性提出低酸浓度下有机配位体氨基三乙酸强化铀钪浸出技术,以提高铀钪协同浸出率。研究考察了单因子硫酸浓度、氨基三乙酸(NTA)浓度、氟碳表面活性剂浓度对铀钪浸出率影响,在此基础上选定水平,开展硫酸浓度、氨基三乙酸浓度、氟碳表面活性剂浓度、浸出时间的四因子二水平正交设计及试验研究。根据正交实验结果,通过线性回归分析和标准化效应Pareto图分析,明晰对铀、钪浸出率影响显著因子,构建浸出率与因子线性回归方程模型。结果表明以P<0.000 1判断,硫酸浓度对铀浸出率的影响程度大于浸出时间和氨基三乙酸浓度;影响钪浸出率的重要因素为硫酸浓度和浸出时间。通过识别的显著因子(P < 0.000 1)及二次项显著因子(0.01 < P < 0.05),构建铀浸出率与因子方程模型:铀浸出率/%=-0.46 + 14.39 [氨基三乙酸浓度] + 7.46 [硫酸浓度] + 3.11[浸出时间],钪浸出率与因子方程模型:钪浸出率/%=14.35 + 6.59 [硫酸浓度] + 3.51[浸出时间] + 2.62[硫酸浓度]×[浸出时间]-4.6 [氨基三乙酸浓度]×[硫酸浓度]。通过响应优化器分析,获得试验范围内最优水平工艺,在氨基三乙酸浓度2.0 g/L、硫酸浓度2.0 g/L条件下,浸出6 h,铀浸出率达到66.9%、钪浸出率达到18.7%。本研究构建的方程模型可用于评估不同参数因子水平对铀钪浸出率影响,在指导实际应用时,还需结合考虑氨基三乙酸对水冶树脂提铀的影响。
2026, 55(3):96-105. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.010
摘要:铝电解生产中的漏铝事故是铝电解车间最严重的工艺安全事故之一,具有突发性强、连锁反应快、处置难度大等特点,对其进行科学合理表征是保障生产安全的重要步骤。本文运用事故树分析法,以电解槽漏铝事故作为顶事件,构建包含12个基本事件的定性分析模型。经最小割集与最小径集分析,识别出导致漏铝事故的11条路径,其中底部漏槽由X1-X9事件中单一因素即可触发,而侧部漏槽需(X10∨X11)与X12共同作用。采用最小割集近似法计算结构重要度,结果表明,内衬材料质量差、筑炉质量差等底部相关因素(Iφ=1)对事故影响最大,其次为侧部腐蚀与槽温过高。定量评估结果显示,顶事件年发生概率约为4.40%,和实际统计数据高度吻合,验证了模型的有效性;敏感性分析表明,集中控制X1(内衬材料质量差)、X2(筑炉质量差)这类高概率、高结构重要度事件,能够显著降低系统的整体风险。本研究构建的静态FTA模型不仅为电解铝企业提供了科学的风险管控依据,还为高温冶金设备的本质安全设计提供了理论支持,推动电解铝企业利用智能化技术将安全管理从被动响应向主动预测模式转变。
2026, 55(3):106-116. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.011
摘要:氧化铝在高端领域的应用需要低放射性,新型合成技术要求以高纯度铝(4N,放射性核素含量极低)为原料,显著增加了生产成本。本研究采用普通工业氢氧化铝为原料,采用水热合成勃姆石-酸性中和解离放射性元素-煅烧的方法,制备了Low-α射线氧化铝产品,并对工艺进行了优化,产品进行了表征分析。在水热反应时间2h、反应温度200℃的条件下,制备的勃姆石比表面积与孔容均达到最大值;原料研磨细化操作可破坏氢氧化铝团聚体的聚集结构,使包裹于团聚体内部的放射性元素充分暴露,经过后续水热法工艺,可实现杂质与放射性元素Th、U的有效去除;酸性中和反应可以使勃姆石为前驱体中裹挟的U、Th等放射性杂质充分转化为可溶离子进入溶液,在10%盐酸、反应时间2h的条件下酸溶,再经1 250℃煅烧2 h后,产品中放射性元素Th、U含量均低于10 ppb(10-9),Na2O含量仅为0.006%,且α相转化率超过90%。本研究以工业氢氧化铝为原料,通过“研磨-水热反应-酸洗-高温煅烧”的组合工艺,制备了符合高端领域要求的Low-α射线氧化铝产品,该研究结果可解决目前Low-α射线氧化铝生产需要高纯度原料的难题,大幅降低了Low-α射线氧化铝产品成本。
2026, 55(3):117-124. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.012
摘要:传统方法所制备的α-Fe?O?粉体分散性差、形貌不规则,而且对设备和操作要求较高。本研究以三氯化铁和氢氧化钠为原料,采用共沉淀法制备了Fe?O?前驱体,并通过喷雾干燥和进一步煅烧制得粉体粒径约为1~4 μm的球形α-Fe?O?粉体。研究采用热重(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附-脱附等分析手段对样品进行了表征,系统分析了煅烧温度、沉淀剂种类和原料溶液中铁离子价态对产物物相、形貌和比表面积等的影响规律。结果表明,氧化铁前驱体经喷雾干燥后为无定形状态,经进一步煅烧后前驱体的总重量损失约为15.59%,伴随着氧化铁前驱体的脱水生成氧化铁;随着煅烧温度的升高,Fe?O?的XRD衍射峰的强度逐渐增强,比表面积逐渐减小,球形产物的表面形貌从小颗粒聚集体组成,逐渐变为棒状聚集体组成,最终演变为片状颗粒聚集体,该变化表明颗粒之间发生了烧结,红棕色产物颜色由浅变深;当沉淀剂为NH?HCO?或NH?·H?O时,制备的产物为α-Fe?O?和γ-Fe?O?的混合物;当原料溶液中铁离子的价态由+3价变为+2价时,制备的产物由单一α-Fe?O?相转变为α-Fe?O?和γ-Fe?O?的混合相。
2026, 55(3):125-134. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.013
摘要:为解决传统镍基正极材料在高能量密度应用中面临的结构稳定性差、循环性能衰减等问题, 本研究通过稀土元素复合改性提升其综合电化学性能。采用高氧压助熔反应法制备稀土复合镍基薄膜材料, 结合磁控溅射技术构建Pt电极, 并通过X射线衍射、电化学工作站等手段表征材料结构与性能。系统调控稀土元素(Nd、Sm、Eu)、衬底取向及氢化工艺参数, 重点研究材料的物相结构、电阻特性及电化学响应规律。结果表明, (110)取向的NdNiO3/LaAlO3薄膜经氢化处理后, 室温基础电阻变化比达15, 且在低温区间电阻显著降低; Pt电极与NdNiO3/LaAlO3形成低接触电阻率(2.081×10-5 Ω·cm2), 有效保障电学性能测试准确性。研究证实, 稀土元素可通过调控材料晶格完整性、优化锂离子传输通道、改善离子扩散动力学性能, 显著增强镍基正极材料的结构稳定性与电化学循环稳定性。研究成果明晰了稀土改性镍基正极材料的工艺优化逻辑与性能提升机理, 为高性能、长寿命锂电池正极材料的研发与工业化应用提供了重要的实验支撑与技术参考。
2026, 55(3):135-143. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.014
摘要:铝灰渣是电解铝及再生铝生产流程中产生的典型工业固体废物。本研究通过调控铝灰渣的物相组成,采用固相烧结法制备镁铝尖晶石(MA)材料,并系统探究了铝灰渣中典型杂质对烧结体体积密度的影响规律。结果表明,SiO2,CaO,Fe2O3和TiO2这4种杂质均可提升铝灰渣基MA烧结材料的体积密度。在1 400℃烧结温度下保温3 h的工艺条件下,当铝灰渣中分别引入5%SiO2、5%CaO、4.5%Fe2O3和6%TiO2烧结制备MA材料,材料体积密度由2.02 g·cm-3分别变化为2.03、2.05、2.21和2.04 g·cm-3。其中,Fe2O3对材料的致密化促进作用优于TiO2与CaO,而SiO2的致密化效果较弱。不同杂质提升MA材料体积密度的作用机制存在差异:SiO2与CaO在烧结过程中可形成低熔点液相,通过液相烧结效应强化传质过程,进而促进材料致密化;Fe2O3则会与体系中的组分发生反应,生成与MA相共晶的(Mg, Fe)2SiO4相,促使材料微观结构形成多闭孔特征,从而提升体积密度;TiO2在烧结过程中会生成MgxAlyTizO(2x+3y+4z)/2小颗粒相,该相可富集于MA大颗粒的晶界处,发挥晶界粘结作用,实现材料致密化。此外,烧结过程中杂质离子的扩散行为,也是导致MA材料体积密度发生变化的重要原因。
2026, 55(3):144-151. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.015
摘要:某化纤污泥中锌含量达5.98%,具备良好的综合回收价值。本文采用硫酸浸出法回收该污泥中的锌,系统考察了浸出硫酸浓度、时间、温度、液固比等因素对锌浸出率的影响;并基于单因素试验数据,构建PSO-BP模型对工艺参数进行了全局寻优,最后对寻优结果进行了验证,得到以下主要结论。单因素试验确定的最优工艺参数为浸出硫酸浓度2 mol·L-1、搅拌浸出时间60 min、温度30℃、液固比4:1 mL·g-1,锌平均浸出率97.91%;PSO-BP模型优化后的最佳工艺参数为浸出硫酸浓度2.16 mol·L-1、搅拌浸出时间64.1 min、温度33.58℃、液固比4.18:1 mL·g-1,该条件下,模型预测锌浸出率为98.96%,验证试验锌平均浸出率为98.91%,相对误差为0.05%,充分验证了优化模型的准确性与所获工艺参数的可靠性。模型优化后确定的最佳工艺锌浸出率比单因素试验确定的最佳浸出率高出1个百分点,产生了明确的经济价值和环保效益,不但为化纤污泥的锌资源回收提供了工艺参数和决策支持,而且为固废资源化工艺向智能化、精准化发展提供了新的思路。
2026, 55(3):152-162. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.016
摘要:黏度是冶金过程中影响渣金间传质与传热效率的关键参数。本研究针对CaO-MgO-Al2O3-SiO2四元基础渣系,基于离子-分子共存理论,通过Matlab编程计算结构单元的平衡活度,继而采用Arrhenius方程进行回归分析建立黏度模型,并在不同熔渣成分范围内进行了实验验证。发现预测模型的黏度计算结果高度接近实验检测,其中黏流活化能的差值分别为0.08、0.61、0.10和0.28 kJ/mol。熔渣体系可形成简单离子Ca2+、Mg2+、O2-和[SixOy]z-和[AlOm]n-聚合结构,且随着Ca2+、Mg2+离子增加,导致复杂聚合结构简化,即分子结构向离子结构演变,降温条件下通过检测可确定主要渣相为2CaO·SiO2,MgO·Al2O3,CaO·Al2O3·SiO2和CaO·MgO·SiO2。本研究为实际生产中CaO-MgO-Al2O3-SiO2渣系提供了黏度评估的快速方法,揭示了熔渣成分变化对结构-性能的影响。
2026, 55(3):163-177. DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2026.03.017
摘要:针对目前烧结机混合料含水量预测精度不足与收敛速度慢等问题,本文提出一种基于改进北方苍鹰优化算法(UNGO)的CNN-BiLSTM-Self Attention混合预测模型。模型首先利用卷积神经网络(CNN)提取输入特征的空间关联信息,再通过双向长短期记忆网络(BiLSTM)捕捉混合料含水量的时序依赖特征,并引入自注意力机制(Self Attention)以强化关键特征权重分配和长距离依赖建模,从而提升预测的稳定性与精度。为降低模型复杂度并提高运行效率,采用Spearman相关系数对输入特征进行筛选,剔除相关性较低的变量。针对传统优化算法易陷入局部最优的问题,在北方苍鹰算法基础上引入混沌初始化与非线性正余弦衰减策略,显著增强了全局寻优与局部搜索能力,实现了学习率、神经元个数、正则化系数及注意力键值等超参数的自适应优化。实验以河北某大型钢厂烧结生产数据为样本,结果表明,在相同数据条件下,CNN-BiLSTM-Self Attention模型的误差指标MSE、RMSE、MAE分别为0.057 5、0.239 8和0.192 3,R2达到0.790 8,均优于CNN、LSTM、CNN-LSTM及CNN-BiLSTM等对比模型,表明CNN-BiLSTM-Self Attention模型具有更强的特征表达与时序建模能力。经UNGO算法优化后,相较原模型,MSE、RMSE、MAE分别降低至0.022 4、0.149 8和0.118 5,R2达到0.918 4,整体性能优于NGO、PSO和WOA等算法优化结果,表现出更快的收敛速度和更高的预测精度。进一步与UNGO-Transformer、UNGO-BP及UNGO-XGBoost等主流预测模型对比,所提模型在预测精度、泛化能力和鲁棒性方面均具有更优表现。综上,UNGO-CNN-BiLSTM-Self Attention模型在结构设计与参数优化层面均展现出良好的综合性能,可有效实现烧结混合料含水量的高精度预测,为烧结过程的智能控制与能效优化提供了可靠的技术支撑。