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2024, 53(1):1-7.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.001
摘要:
1-乙基-3-甲基咪唑氯盐（EMIC）和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（BMIC）与氯化铝（AlCl3）形成的离子液体是电解铝用离子液体中最具有工业应用前景的2种离子液体。本文采用线性伏安、计时电流、计时电位、恒电压电解、恒电流电解等电化学实验方法对比搅拌和不搅拌条件下，铝在酸性AlCl3-EMIC和 AlCl3-BMIC种离子液体中的阳极溶解，以筛选出较优的电解质体系，并探究搅拌、温度、电流密度、电位等工艺参数对电解过程的影响，为工业放大提供基础数据。
1-乙基-3-甲基咪唑氯盐（EMIC）和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（BMIC）与氯化铝（AlCl3）形成的离子液体是电解铝用离子液体中最具有工业应用前景的2种离子液体。本文采用线性伏安、计时电流、计时电位、恒电压电解、恒电流电解等电化学实验方法对比搅拌和不搅拌条件下，铝在酸性AlCl3-EMIC和 AlCl3-BMIC种离子液体中的阳极溶解，以筛选出较优的电解质体系，并探究搅拌、温度、电流密度、电位等工艺参数对电解过程的影响，为工业放大提供基础数据。
2024, 53(1):153-160.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.018
摘要:
废旧印刷电路板中含有丰富的金属及非金属资源，具有较高的资源回收价值与潜在环境危害性。在常规和微波热解条件下，对废旧电脑电路板脱锡预处理及相关热解条件对热解产物的分布规律及影响机制进行研究。结果表明：脱锡预处理对废旧电脑电路板的热解有正向影响，可以使废电路板中的有机材料热解更充分，脱锡预处理后Sn含量从4.10%降低至1.54%，Sn的回收率达68.49%；在常规和微波热解条件下，升高温度可以获得更多的液体和气体产物，但相同温度下微波热解得到的固体产物更多，常规热解后铜含量从热解前的19.17%升高到25.37%，微波热解后铜含量从热解前的19.17%升高到23.32%，铜的回收率达到99.22%以上；热解后绝大部分的溴元素进入到热解油与热解气中，微波热解油中酚类物质含量大于常规热解，呋喃类物质少于常规热解，常规和微波热解气中H2、CO、CH4总量分别达到76.4%和80.7%，热解气体热值分别为18.78MJ/Nm3和19.97MJ/Nm3，热解气热值介于煤气与天然气之间，可作为燃气使用。综合对比常规热解与微波热解，微波热解金属回收率更高，热解气体中呋喃类物质更少、热解气热值更高，更有利于电子废弃物中有价金属的综合回收利用。
废旧印刷电路板中含有丰富的金属及非金属资源，具有较高的资源回收价值与潜在环境危害性。在常规和微波热解条件下，对废旧电脑电路板脱锡预处理及相关热解条件对热解产物的分布规律及影响机制进行研究。结果表明：脱锡预处理对废旧电脑电路板的热解有正向影响，可以使废电路板中的有机材料热解更充分，脱锡预处理后Sn含量从4.10%降低至1.54%，Sn的回收率达68.49%；在常规和微波热解条件下，升高温度可以获得更多的液体和气体产物，但相同温度下微波热解得到的固体产物更多，常规热解后铜含量从热解前的19.17%升高到25.37%，微波热解后铜含量从热解前的19.17%升高到23.32%，铜的回收率达到99.22%以上；热解后绝大部分的溴元素进入到热解油与热解气中，微波热解油中酚类物质含量大于常规热解，呋喃类物质少于常规热解，常规和微波热解气中H2、CO、CH4总量分别达到76.4%和80.7%，热解气体热值分别为18.78MJ/Nm3和19.97MJ/Nm3，热解气热值介于煤气与天然气之间，可作为燃气使用。综合对比常规热解与微波热解，微波热解金属回收率更高，热解气体中呋喃类物质更少、热解气热值更高，更有利于电子废弃物中有价金属的综合回收利用。
2024, 53(1):61-67.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.008
摘要:
高纯溅射靶材在晶圆代工企业和液晶面板企业作为耗材使用。高纯溅射靶材利用率低，一般平面靶利用率低于30%，旋转靶难超过70%，回收溅射后的残靶具有非常高的经济价值和环保意义。本文综述了贵金属、ITO、钛、钽、铝、铜等高纯靶材的回收研究现状，总结了靶材回收过程中面临的共同问题。目前在高纯靶材的残靶回收中还存在金属回收率低、回收的纯度不高、工艺流程长等问题需要攻克和改善，作者展望了开发较短的流程、环境友好的工艺、探索高价值的用途，是未来高纯残靶回收技术改进和发展的方向。
高纯溅射靶材在晶圆代工企业和液晶面板企业作为耗材使用。高纯溅射靶材利用率低，一般平面靶利用率低于30%，旋转靶难超过70%，回收溅射后的残靶具有非常高的经济价值和环保意义。本文综述了贵金属、ITO、钛、钽、铝、铜等高纯靶材的回收研究现状，总结了靶材回收过程中面临的共同问题。目前在高纯靶材的残靶回收中还存在金属回收率低、回收的纯度不高、工艺流程长等问题需要攻克和改善，作者展望了开发较短的流程、环境友好的工艺、探索高价值的用途，是未来高纯残靶回收技术改进和发展的方向。
2024, 53(1):24-33.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.004
摘要:
铝合金具有抗腐蚀、易于加工、强度高、密度小等优点，在各行各业中都有着大量的应用。采用熔盐电解法制备铝合金具有生产工艺简单、效率高、生产成本低、生产周期短等特点，近些年来得到广泛关注，其中熔盐体系的选择成为主要的研究热点。本文以温度划分熔盐体系为高温熔盐和离子液体，综述了这2种熔盐体系的优点、分类以及一些反应机理，并从这2类熔盐体系出发，分别介绍了一些铝合金的制备工艺以及相关的技术创新。最后，分别阐述了高温熔盐和离子液体所存在的优缺点，并对其未来发展趋势进行了展望。
铝合金具有抗腐蚀、易于加工、强度高、密度小等优点，在各行各业中都有着大量的应用。采用熔盐电解法制备铝合金具有生产工艺简单、效率高、生产成本低、生产周期短等特点，近些年来得到广泛关注，其中熔盐体系的选择成为主要的研究热点。本文以温度划分熔盐体系为高温熔盐和离子液体，综述了这2种熔盐体系的优点、分类以及一些反应机理，并从这2类熔盐体系出发，分别介绍了一些铝合金的制备工艺以及相关的技术创新。最后，分别阐述了高温熔盐和离子液体所存在的优缺点，并对其未来发展趋势进行了展望。
2024, 53(1):47-52.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.006
摘要:
稀土元素钪是一种重要的稀土元素，广泛应用于合金、陶瓷等结构材料及燃料电池电解质、射频滤波器等功能材料领域。本文以高纯金属钪的制备工艺展开探讨，先后介绍了氟化钪、无水氯化钪的制取方法，然后详细阐述了卤化钪的金属热还原工艺和粗钪高温真空蒸馏提纯中不同杂质的处理方法，接着探讨了金属钪深度除杂相关的区熔、电迁移、真空电子束熔炼技术。最后指出，无水氯化钪镁热还原制备金属钪相比氟化钪钙热还原技术具有温度低、环境友好、成本小等优势。未来，金属钪的制备研究可集中于金属热还原无水氯化钪进行，通过多次高温真空蒸馏和电子束熔炼脱除杂质元素，使高纯金属钪产品纯度达到4N甚至5N级别。真空电子束熔炼、接力区熔法等技术在超高纯金属钪及其他稀土金属的制备领域具有广阔的发展前景。
稀土元素钪是一种重要的稀土元素，广泛应用于合金、陶瓷等结构材料及燃料电池电解质、射频滤波器等功能材料领域。本文以高纯金属钪的制备工艺展开探讨，先后介绍了氟化钪、无水氯化钪的制取方法，然后详细阐述了卤化钪的金属热还原工艺和粗钪高温真空蒸馏提纯中不同杂质的处理方法，接着探讨了金属钪深度除杂相关的区熔、电迁移、真空电子束熔炼技术。最后指出，无水氯化钪镁热还原制备金属钪相比氟化钪钙热还原技术具有温度低、环境友好、成本小等优势。未来，金属钪的制备研究可集中于金属热还原无水氯化钪进行，通过多次高温真空蒸馏和电子束熔炼脱除杂质元素，使高纯金属钪产品纯度达到4N甚至5N级别。真空电子束熔炼、接力区熔法等技术在超高纯金属钪及其他稀土金属的制备领域具有广阔的发展前景。
2024, 53(1):17-23.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.003
摘要:
冰晶石熔盐电解法可实现月壤原位利用制备金属和氧气，研究冰晶石-月壤熔盐体系的初晶温度对电解槽稳定运行具有重要意义。本文以火山渣和玄武岩复配的NEU-1月壤仿真样为原料，与冰晶石、CaF2混合配置电解质，将其作为待测试样，利用差热分析法测量了不同月壤仿真样添加量、不同分子比的冰晶石熔盐体系的初晶温度。结果表明，当分子比为2.2时，随着月壤仿真样添加量从0%增加至24%，冰晶石熔盐体系的初晶温度从974.9℃降低至932.0℃；每添加1%的月壤仿真样，冰晶石熔盐体系的初晶温度降低约1.79℃；当月壤仿真样添加量为8%时，随着分子比从2.2升高至2.7，冰晶石熔盐体系的初晶温度从960.0℃升高至979.4℃。
冰晶石熔盐电解法可实现月壤原位利用制备金属和氧气，研究冰晶石-月壤熔盐体系的初晶温度对电解槽稳定运行具有重要意义。本文以火山渣和玄武岩复配的NEU-1月壤仿真样为原料，与冰晶石、CaF2混合配置电解质，将其作为待测试样，利用差热分析法测量了不同月壤仿真样添加量、不同分子比的冰晶石熔盐体系的初晶温度。结果表明，当分子比为2.2时，随着月壤仿真样添加量从0%增加至24%，冰晶石熔盐体系的初晶温度从974.9℃降低至932.0℃；每添加1%的月壤仿真样，冰晶石熔盐体系的初晶温度降低约1.79℃；当月壤仿真样添加量为8%时，随着分子比从2.2升高至2.7，冰晶石熔盐体系的初晶温度从960.0℃升高至979.4℃。
2024, 53(1):8-16.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.002
摘要:
煅后石油焦是铝电解用炭阳极等冶金炭素材料的主要原料，现有研究缺乏对不同煅烧温度下煅后焦微观结构演变的深入探索，导致冶金炭素材料的制备难以智能调控，降耗困难。针对上述问题，本文利用一种基于高分辨适射电镜（HRTEM）检测的碳材料晶格条纹智能提取技术，结合数学拟合对不同煅烧温度下煅后焦微观结构的演变规律进行了深入探究。结果表明，煅后焦的平均晶格条纹长度、堆叠占比和45°集中分布的特征值在600℃以下会随温度升高而轻微劣化，而在600~1600℃的温度范围内，各项微观结构特征值的变化规律符合Sigmoid函数模型，随着温度升高先迅速提升后平缓增加；利用拟合曲线的推导公式求得煅后焦各项微观结构特征的有效升温区间，进一步得到煅后焦微观结构特征随温度变化而演变的优先级为晶格取向＞晶格堆叠＞晶格尺寸生长；通过拉曼光谱分析得到煅后焦的石墨化度R值在25~1600℃的温度范围内由0.86变化到0.59，石墨化度在不同温度下的变化规律映证了上述各项微观结构特征演变分析的结果。
煅后石油焦是铝电解用炭阳极等冶金炭素材料的主要原料，现有研究缺乏对不同煅烧温度下煅后焦微观结构演变的深入探索，导致冶金炭素材料的制备难以智能调控，降耗困难。针对上述问题，本文利用一种基于高分辨适射电镜（HRTEM）检测的碳材料晶格条纹智能提取技术，结合数学拟合对不同煅烧温度下煅后焦微观结构的演变规律进行了深入探究。结果表明，煅后焦的平均晶格条纹长度、堆叠占比和45°集中分布的特征值在600℃以下会随温度升高而轻微劣化，而在600~1600℃的温度范围内，各项微观结构特征值的变化规律符合Sigmoid函数模型，随着温度升高先迅速提升后平缓增加；利用拟合曲线的推导公式求得煅后焦各项微观结构特征的有效升温区间，进一步得到煅后焦微观结构特征随温度变化而演变的优先级为晶格取向＞晶格堆叠＞晶格尺寸生长；通过拉曼光谱分析得到煅后焦的石墨化度R值在25~1600℃的温度范围内由0.86变化到0.59，石墨化度在不同温度下的变化规律映证了上述各项微观结构特征演变分析的结果。
2024, 53(1):127-141.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.016
摘要:
水体中存在的铀会损害人体健康，因此铀的去除是一个需要研究的课题。以低成本的CaCO3和(NH4)2HPO4为原料，通过一锅法一次性合成羟基磷灰石(OP-HAP)，并将其应用于去除溶液中的铀。通过单因素和正交试验探究了OP-HAP对铀的吸附性能，并利用SEM、EDS、XRD、FTIR及XPS对其进行表征。结果表明：最优条件下，OP-HAP对10mg·L-1铀的最大去除率为97%左右，拟合最大吸附量为1584.79mg·g-1;OP-HAP对铀的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型；热力学研究表明吸附过程是吸热且自发的；通过Zeta电位及对吸附铀前后的OP-HAP进行表征，发现吸附机理主要是静电吸附、离子交换、配合作用及溶解沉淀。OP-HAP对铀的吸附表现出较高的吸附量，是一种潜在的铀吸附材料。
水体中存在的铀会损害人体健康，因此铀的去除是一个需要研究的课题。以低成本的CaCO3和(NH4)2HPO4为原料，通过一锅法一次性合成羟基磷灰石(OP-HAP)，并将其应用于去除溶液中的铀。通过单因素和正交试验探究了OP-HAP对铀的吸附性能，并利用SEM、EDS、XRD、FTIR及XPS对其进行表征。结果表明：最优条件下，OP-HAP对10mg·L-1铀的最大去除率为97%左右，拟合最大吸附量为1584.79mg·g-1;OP-HAP对铀的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型；热力学研究表明吸附过程是吸热且自发的；通过Zeta电位及对吸附铀前后的OP-HAP进行表征，发现吸附机理主要是静电吸附、离子交换、配合作用及溶解沉淀。OP-HAP对铀的吸附表现出较高的吸附量，是一种潜在的铀吸附材料。
2024, 53(1):53-60.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.007
摘要:
锌浸出渣是具有资源禀赋和环境危害双重属性的湿法炼锌副产物，其处理对于资源回收和环境保护具有重要意义。在国内已成功应用多种锌浸渣处理技术如热酸浸出、回转窑挥发、烟化炉烟化、顶吹熔炼、侧吹熔炼和二氧化硫还原浸出等，但距离固体废物减量化、资源化、无害化的要求还有一定差距。本文从固体废物减量化、资源化、无害化的角度分析了我国锌冶炼浸出过程产出渣的特点，并对现有的锌浸渣工业处理技术特点及应用现状进行了分析与比较，总结了锌浸渣处理的难点，最后提出建议和展望。
锌浸出渣是具有资源禀赋和环境危害双重属性的湿法炼锌副产物，其处理对于资源回收和环境保护具有重要意义。在国内已成功应用多种锌浸渣处理技术如热酸浸出、回转窑挥发、烟化炉烟化、顶吹熔炼、侧吹熔炼和二氧化硫还原浸出等，但距离固体废物减量化、资源化、无害化的要求还有一定差距。本文从固体废物减量化、资源化、无害化的角度分析了我国锌冶炼浸出过程产出渣的特点，并对现有的锌浸渣工业处理技术特点及应用现状进行了分析与比较，总结了锌浸渣处理的难点，最后提出建议和展望。
2024, 53(1):105-111.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.013
摘要:
多相体系的混合与传质性能直接影响多相反应过程，团队开发了从搅拌桨叶端出气的新型管式搅拌反应器。采用稳态亚硫酸盐法（FSM）研究反应器的气液传质性能，考察了通气流量Q、搅拌弗劳德数Fr和液含量ε对体积传质系数kLa的影响。结果表明：增大Q和Fr可以有效提高kLa；新型搅拌桨从桨叶端进气方式可以增强kLa，相较传统反应器最大增强约2倍。反应器的气液传质性能在ε=0.5、Fr=0.054、Q=1.6m3·h-1时最高，此时kLa=0.0324s-1。依据试验数据建立了关于kLa的无量纲关联式，误差基本在25%以内，对后续反应器的改进和应用具有参考意义。
多相体系的混合与传质性能直接影响多相反应过程，团队开发了从搅拌桨叶端出气的新型管式搅拌反应器。采用稳态亚硫酸盐法（FSM）研究反应器的气液传质性能，考察了通气流量Q、搅拌弗劳德数Fr和液含量ε对体积传质系数kLa的影响。结果表明：增大Q和Fr可以有效提高kLa；新型搅拌桨从桨叶端进气方式可以增强kLa，相较传统反应器最大增强约2倍。反应器的气液传质性能在ε=0.5、Fr=0.054、Q=1.6m3·h-1时最高，此时kLa=0.0324s-1。依据试验数据建立了关于kLa的无量纲关联式，误差基本在25%以内，对后续反应器的改进和应用具有参考意义。
2024, 53(1):98-104.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.012
摘要:
铜阳极泥冶炼渣是重要的铑资源，采用火法富集和湿法提取相结合的工艺对铜阳极泥冶炼渣中的铑进行回收利用，考察了火法富集过程中各种因素对富集效果的影响。结果表明：在PbO加入量为铜阳极泥冶炼渣的1.1倍（以质量计，下同）、B2O3加入量为铜阳极泥冶炼渣的1.1倍、Na2CO3加入量为铜阳极泥冶炼渣0.9倍、熔炼温度1200℃，熔炼时间2h的条件下，形成的铅合金中Rh含量达到7536.4g/t，富集6.2倍；在银粉加入量为铅合金的1倍、灰吹温度1300℃、灰吹时间2.5h条件下进行铅合金灰吹除杂富集，形成的银合金中Rh含量达到42208.1g/t，富集35.7倍；在浸出温度60℃、浸出时间1.5h、浸出液固比为10∶1的条件下进行湿法提取，生产的铑粉纯度为91.2%，实现了铑二次资源综合回收。
铜阳极泥冶炼渣是重要的铑资源，采用火法富集和湿法提取相结合的工艺对铜阳极泥冶炼渣中的铑进行回收利用，考察了火法富集过程中各种因素对富集效果的影响。结果表明：在PbO加入量为铜阳极泥冶炼渣的1.1倍（以质量计，下同）、B2O3加入量为铜阳极泥冶炼渣的1.1倍、Na2CO3加入量为铜阳极泥冶炼渣0.9倍、熔炼温度1200℃，熔炼时间2h的条件下，形成的铅合金中Rh含量达到7536.4g/t，富集6.2倍；在银粉加入量为铅合金的1倍、灰吹温度1300℃、灰吹时间2.5h条件下进行铅合金灰吹除杂富集，形成的银合金中Rh含量达到42208.1g/t，富集35.7倍；在浸出温度60℃、浸出时间1.5h、浸出液固比为10∶1的条件下进行湿法提取，生产的铑粉纯度为91.2%，实现了铑二次资源综合回收。
2024, 53(1):119-126.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.015
摘要:
当前镨钕等稀土合金铸锭成品的质量检测工序均采用人工钻检法和化学分析法，存在着质检周期长、成本高、严重依赖人工经验等缺陷，本文基于声学特征分析的技术，结合传感器、信号处理、经典工程控制等理论，提出了一种无损的物理检测方法。首先对熔盐电解得到镨钕合金进行成分分析，确定其碳含量指标可作为金属质量的分类特征，并且依靠声学信号能判断金属碳含量；其次采集镨钕合金受到外界脉冲激励时的声学信号，通过分析声学信号的时域波形，建立镨钕合金碳含量与其声学信号特征的内在关联模型；最后正交实验结果表明，声学信号的时域特征能较好区别镨钕合金的高低碳差异。
当前镨钕等稀土合金铸锭成品的质量检测工序均采用人工钻检法和化学分析法，存在着质检周期长、成本高、严重依赖人工经验等缺陷，本文基于声学特征分析的技术，结合传感器、信号处理、经典工程控制等理论，提出了一种无损的物理检测方法。首先对熔盐电解得到镨钕合金进行成分分析，确定其碳含量指标可作为金属质量的分类特征，并且依靠声学信号能判断金属碳含量；其次采集镨钕合金受到外界脉冲激励时的声学信号，通过分析声学信号的时域波形，建立镨钕合金碳含量与其声学信号特征的内在关联模型；最后正交实验结果表明，声学信号的时域特征能较好区别镨钕合金的高低碳差异。
2024, 53(1):34-46.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.005
摘要:
惰性阳极是原铝生产保持低碳化的重要研究方向，近些年，惰性阳极材料的研究取得长足进展。通过对惰性阳极材料进行分类，综述了不同种类（合金阳极、氧化物陶瓷阳极和金属陶瓷阳极）的惰性阳极在熔盐电解质中可能发生的腐蚀反应，主要探究发生的化学腐蚀和电化学腐蚀，以及腐蚀后可能对阳极的影响。明晰增加阳极耐腐蚀性的方法，或者通过抑制腐蚀反应的进行，来降低惰性阳极在冰晶石熔盐中的腐蚀速率，从而促进惰性阳极在铝电解行业中的可行性发展。
惰性阳极是原铝生产保持低碳化的重要研究方向，近些年，惰性阳极材料的研究取得长足进展。通过对惰性阳极材料进行分类，综述了不同种类（合金阳极、氧化物陶瓷阳极和金属陶瓷阳极）的惰性阳极在熔盐电解质中可能发生的腐蚀反应，主要探究发生的化学腐蚀和电化学腐蚀，以及腐蚀后可能对阳极的影响。明晰增加阳极耐腐蚀性的方法，或者通过抑制腐蚀反应的进行，来降低惰性阳极在冰晶石熔盐中的腐蚀速率，从而促进惰性阳极在铝电解行业中的可行性发展。
2024, 53(1):112-118.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.014
摘要:
在稀土熔盐的电解过程中，不同的通电方式对槽内各物理场影响也不同，进而会对电解槽的电解效率产生一定的影响。本文以某企业8kA稀土电解槽为原型，通过Comsol的热电耦合模块研究通电铜板单侧与多侧分布的通电方式及通电铜板的不同位置分布下的电解槽电解时内部各物理场的变化情况，通过对比电流密度、电势差、电解温度的大小寻找最合适的通电方式。结果表明：只考虑电解效率时，导电板四侧中位通电最优分布方式，此时电解槽内电流密度最大，电能损耗最低，电解效果最好。若考虑制造成本以及可操作性，导电板单侧中位分布是最优解，这种设计的电解槽电解效率较高，同时也留出较大操作空间。其余几种分布均存在弊端，需要进一步完善。该研究旨在为稀土电解槽的结构优化提供参考意见。
在稀土熔盐的电解过程中，不同的通电方式对槽内各物理场影响也不同，进而会对电解槽的电解效率产生一定的影响。本文以某企业8kA稀土电解槽为原型，通过Comsol的热电耦合模块研究通电铜板单侧与多侧分布的通电方式及通电铜板的不同位置分布下的电解槽电解时内部各物理场的变化情况，通过对比电流密度、电势差、电解温度的大小寻找最合适的通电方式。结果表明：只考虑电解效率时，导电板四侧中位通电最优分布方式，此时电解槽内电流密度最大，电能损耗最低，电解效果最好。若考虑制造成本以及可操作性，导电板单侧中位分布是最优解，这种设计的电解槽电解效率较高，同时也留出较大操作空间。其余几种分布均存在弊端，需要进一步完善。该研究旨在为稀土电解槽的结构优化提供参考意见。
2024, 53(1):81-87.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.010
摘要:
针对现行铅锌冶炼渣干燥周期长、过程污染大等问题，本文提出微波强化干燥新工艺，在分析原料物性状态的基础上，对中和铅锌冶炼渣高温介电及微波干燥影响因素进行分析，明确了微波强化中和铅锌冶炼渣干燥过程机制。结果表明，中和铅锌冶炼渣中含有结晶水的物相为CaSO4·0.5H2O，自由水含量为30.2%，结晶水含量为7.2%，自由水与结晶水的吸波性能相似，且明显优于渣中其他物相；在粒径8cm、厚度2.2cm、微波功率700W、干燥时间15min条件下，微波干燥中和铅锌冶炼渣效果最优，自由水完全去除，结晶水去除率达到53.06%，总失水率为34.02%；微波干燥中和铅锌冶炼渣时，会引起中和铅锌冶炼渣的破裂分层，有助于实现快速高效干燥；相较常规干燥，微波干燥1kg中和铅锌冶炼渣节约能耗16.98%（630kJ），比常规多脱除5.40%的水分，干燥时间缩短87.5%。本论文所建立中和铅锌冶炼渣干燥技术具有明显优势。
针对现行铅锌冶炼渣干燥周期长、过程污染大等问题，本文提出微波强化干燥新工艺，在分析原料物性状态的基础上，对中和铅锌冶炼渣高温介电及微波干燥影响因素进行分析，明确了微波强化中和铅锌冶炼渣干燥过程机制。结果表明，中和铅锌冶炼渣中含有结晶水的物相为CaSO4·0.5H2O，自由水含量为30.2%，结晶水含量为7.2%，自由水与结晶水的吸波性能相似，且明显优于渣中其他物相；在粒径8cm、厚度2.2cm、微波功率700W、干燥时间15min条件下，微波干燥中和铅锌冶炼渣效果最优，自由水完全去除，结晶水去除率达到53.06%，总失水率为34.02%；微波干燥中和铅锌冶炼渣时，会引起中和铅锌冶炼渣的破裂分层，有助于实现快速高效干燥；相较常规干燥，微波干燥1kg中和铅锌冶炼渣节约能耗16.98%（630kJ），比常规多脱除5.40%的水分，干燥时间缩短87.5%。本论文所建立中和铅锌冶炼渣干燥技术具有明显优势。
2024, 53(1):68-80.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.009
摘要:
本研究采用还原熔炼法回收低品位锡中矿中锡资源，并对氧化铜为添加剂时锡的回收行为进行了探究。结果表明一定条件下，提高熔炼温度、增加焦炭添加量、延长保温时间和增加氧化铜添加量可提高锡回收率；然而温度过高时，渣中铁氧化物被还原为金属铁，并与还原态金属锡发生合金化反应生成熔点较高的Fe-Sn合金，使其在渣金分离过程中易夹带在渣中造成锡损失；熔炼过程添加氧化铜时，其可通过还原反应生成金属铜，继而与金属锡发生合金化反应生成Cu-Sn合金，热力学上降低了产物Sn的活度，促进了锡的还原回收；在焦炭添加量7%、氧化铜添加量5.8%、熔炼温度1250℃、保温时间150min条件下，锡回收率可达到95.24%，锡主要分布在Cu-Sn合金（分布比例90.20%）和含锡烟尘（分布比例5.04%）中。本研究实现了低品位锡中矿中锡的高效回收。
本研究采用还原熔炼法回收低品位锡中矿中锡资源，并对氧化铜为添加剂时锡的回收行为进行了探究。结果表明一定条件下，提高熔炼温度、增加焦炭添加量、延长保温时间和增加氧化铜添加量可提高锡回收率；然而温度过高时，渣中铁氧化物被还原为金属铁，并与还原态金属锡发生合金化反应生成熔点较高的Fe-Sn合金，使其在渣金分离过程中易夹带在渣中造成锡损失；熔炼过程添加氧化铜时，其可通过还原反应生成金属铜，继而与金属锡发生合金化反应生成Cu-Sn合金，热力学上降低了产物Sn的活度，促进了锡的还原回收；在焦炭添加量7%、氧化铜添加量5.8%、熔炼温度1250℃、保温时间150min条件下，锡回收率可达到95.24%，锡主要分布在Cu-Sn合金（分布比例90.20%）和含锡烟尘（分布比例5.04%）中。本研究实现了低品位锡中矿中锡的高效回收。
2024, 53(1):142-152.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.017
摘要:
电镀污泥中铬主要以氧化物或氢氧化物形式存在，氧气气氛中以Na2CO3为添加剂对电镀污泥进行焙烧，并对焙烧渣进行水浸处置，最后加入Na2S还原，可实现铬资源的高效回收。结果显示：O2流量40mL/min条件下，焙烧过程中控制Na2CO3添加量100%、焙烧温度700℃和焙烧时间90min，焙烧渣水浸工艺中铬浸出率可达97.8%，一定范围内，增加Na2CO3添加量、提高焙烧温度和延长焙烧时间，可促进Cr由尖晶石相（FeCr2O4和AlCr2O4）转变为Na2CrO4，使铬浸出率提高；Na2CrO4浸出液Na2S还原工艺中，在60℃条件下，控制还原反应物料比n(CrO2-4)/n(S2-)为8∶9，反应80min，还原工艺中铬回收率可达92.3%，增加Na2S添加量、提高反应温度和延长反应时间，可以促进Na2CrO4转变为Cr2O3，提高铬收率，但过多的Na2S会使体系pH值升高，导致Cr2O3反溶，造成铬回收率下降。研究实现了电镀污泥中铬的高效回收。
电镀污泥中铬主要以氧化物或氢氧化物形式存在，氧气气氛中以Na2CO3为添加剂对电镀污泥进行焙烧，并对焙烧渣进行水浸处置，最后加入Na2S还原，可实现铬资源的高效回收。结果显示：O2流量40mL/min条件下，焙烧过程中控制Na2CO3添加量100%、焙烧温度700℃和焙烧时间90min，焙烧渣水浸工艺中铬浸出率可达97.8%，一定范围内，增加Na2CO3添加量、提高焙烧温度和延长焙烧时间，可促进Cr由尖晶石相（FeCr2O4和AlCr2O4）转变为Na2CrO4，使铬浸出率提高；Na2CrO4浸出液Na2S还原工艺中，在60℃条件下，控制还原反应物料比n(CrO2-4)/n(S2-)为8∶9，反应80min，还原工艺中铬回收率可达92.3%，增加Na2S添加量、提高反应温度和延长反应时间，可以促进Na2CrO4转变为Cr2O3，提高铬收率，但过多的Na2S会使体系pH值升高，导致Cr2O3反溶，造成铬回收率下降。研究实现了电镀污泥中铬的高效回收。
2024, 53(1):88-97.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2024.01.011
摘要:
随着铜精矿品位逐渐下降，精矿中的杂质元素越来越多，其中有害元素砷在冶炼过程中很难脱除，且在铜熔炼系统中循环累积，最终影响阴极铜的质量。某冶炼企业铜顶吹熔炼生产实践中，有害砷元素在烟尘中的分配比例为55%~75%，在铜锍相中分配比例为5%~15%，在渣相中分配比例为20%~35%。本文主要对铜顶吹熔炼过程中砷的分布与走向调控手段进行了理论分析，并在实验室条件下探究了熔渣中Fe/SiO2、富氧浓度、铜锍品位、渣中CaO含量等工艺参数对不同产出物中砷分配率的影响规律，获得了砷进入渣相的有效调控措施。优化工艺参数后，As在渣中占比为30%~40%，烟尘中占比为50%~60%，铜锍中占比为10%~20%，解决了铜冶炼过程砷进入硫酸系统形成大量污酸的问题，从而控制各个产品中砷的含量。
随着铜精矿品位逐渐下降，精矿中的杂质元素越来越多，其中有害元素砷在冶炼过程中很难脱除，且在铜熔炼系统中循环累积，最终影响阴极铜的质量。某冶炼企业铜顶吹熔炼生产实践中，有害砷元素在烟尘中的分配比例为55%~75%，在铜锍相中分配比例为5%~15%，在渣相中分配比例为20%~35%。本文主要对铜顶吹熔炼过程中砷的分布与走向调控手段进行了理论分析，并在实验室条件下探究了熔渣中Fe/SiO2、富氧浓度、铜锍品位、渣中CaO含量等工艺参数对不同产出物中砷分配率的影响规律，获得了砷进入渣相的有效调控措施。优化工艺参数后，As在渣中占比为30%~40%，烟尘中占比为50%~60%，铜锍中占比为10%~20%，解决了铜冶炼过程砷进入硫酸系统形成大量污酸的问题，从而控制各个产品中砷的含量。
2025, 54(6):1-12.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2025.06.001
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。
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。
2025, 54(6):52-68.
DOI: 10.19612/j.cnki.cn11-5066/tf.2025.06.005
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。
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。
