2019年第5期目录
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    地质采矿与安全工程
  • 谭正华,孙 超
    摘要:
    露天矿最终境界的选取是露天开采过程中的关键环节,直接影响矿山生产规模和矿山效益,传统最终境界选择多考虑利润和安全方面的因素,很少考虑矿山的可持续发展问题。本文基于Dimine数字采矿软件平台,构建露天矿山价值模型,采用网络最大流最小割算法进行露天境界优化,同时通过调节矿石价格产生多个嵌套境界,综合考虑经济、社会、环境等多个因素构建露天矿最终境界优选模型优选露天矿最终开采境界。该方法的应用在保证矿石经济利益的同时,在实现矿山可持续发展及绿色开采方面具有较好指导意义和社会价值。
  • 刘严中,周科平,史文超
    摘要:
    为了能够科学地预计固体密实充填开采的覆岩损伤范围,在建立合理的损伤范围预计公式的过程中需要考虑的主要因素包括覆岩结构形态演化规律和岩层移动特征。相似材料模拟试验和现场钻孔窥视揭示:固体密实充填开采的覆岩以完整层状结构的弯曲带为主要形态,仅在近顶板附近覆岩会发育有一定高度的断裂带,垮落现象不会出现。在较系统地分析充填开采岩层移动的等价采高理论基础上,利用简化的平面力学模型及弹性力学知识,推导了固体密实充填开采覆岩损伤高度的计算公式。通过实例分析,将本文建立的覆岩损伤高度计算公式应用于某工程实例,取得了良好的效果。研究成果可对地下矿体安全回采、地表建筑物安全运营提供科学指导。
  • 刘洋,何健
    摘要:
    采用SHPB实验装置对经静态压缩制备的峰后破裂砂岩进行单轴冲击试验。基于SHPB试验能量理论,研究峰后破裂砂岩在动态破坏过程中的能量耗散特征,并与完整砂岩进行对比分析。研究结果表明:动荷载作用下峰后破裂砂岩单位体积吸收能与入射能呈线性关系,且峰后破裂砂岩单位体积吸收能对入射能的敏感性低于完整砂岩;峰后破裂砂岩的破坏形态与试样吸收能量的大小相关,且存在一个吸收能量值使得峰后破裂砂岩和完整砂岩破坏程度的相对性发生改变。
  • 杨宁,尹贤刚,林尧
    摘要:
    针对拟使用充填法将深部矿产资源采出的某矿山,为研究充填性能,取其尾砂进行试验,通过探索充填料浆性能在灰砂比和质量浓度有差异时的变化情况,判断灰砂比和质量浓度对充填料浆性能影响。采用极差分析法获取两者影响充填料浆性能的主次干系,明确充填料浆配比的适合范畴,随之建立代表料浆性能参数和两因素之间的回归方程。由试验可得:在灰砂比1:4~1:12、料浆浓度66%~74%的情况下,料浆流动性能受质量浓度的影响较灰砂比大,但影响充填体强度的关键要素还是灰砂比。根据该矿山的生产需要、室内试验,再联系灰砂比和浓度与充填料浆性能参数间的回归方程,推荐该矿山选择了既易输送又有高强度的最佳参数,灰砂比1:8,料浆浓度72%,做矿山的安全高效开采的后盾。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 谭 欣,王中明,肖巧斌
    摘要:
    某高硫铜矿石磁黄铁矿和绿泥石等易泥化脉石矿物含量较高,且磁黄铁矿的可浮性和磁性差异较大,对铜硫分离浮选干扰很大。根据矿石性质,采用铜优先浮选—磁选回收磁黄铁矿—硫浮选工艺进行了选矿试验研究,即首先在较低碱度下采用铜选择性捕收剂组合(BK-306 TL-1)优先选铜;然后采用磁选回收磁性磁黄铁矿,再以高效硫活化剂BK546和组合捕收剂(丁基黄药 AT608)强化浮选回收硫矿物,实现了矿石中铜、硫的有效回收。闭路试验获得含铜24.81%、铜回收率86.31%的铜精矿,含硫37.83%、含铁58.21%、磁硫品位(Fe S)96.04%、硫回收率40.60%的磁黄铁硫精矿,以及含硫46.05%、硫回收率47.90%的硫精矿,硫总回收率为88.50%。
  • 环境科学与工程
  • 程攀攀,王海宁,梁启超
    摘要:
    为比较不同类型管道输运PM2.5和PM10特点,优选出管道最大冲蚀速率值最小情况下的输运风速,基于气固两相流理论,应用Fluent模拟了不同风速下圆管和方管内冲蚀速率大小。结果表明,PM2.5和PM10对管壁的较大冲蚀速率值出现位置,圆管较分散,方管较为集中且在管道进口端;圆管管壁最大冲蚀速率以及平均冲蚀速率相比方管较小,方管管壁最大冲蚀速率值是圆管管壁的3~6.5倍,选取管型时可考虑选取圆管作为输运部件;PM2.5和PM10可分别选用风速18 m·s-1、12 m·s-1圆形管道输运较佳,其最大冲蚀速率值分别为1.8×10-12 kg·m-2·s-1、1.21×10-12 kg·m-2·s-1;圆形管道相比方形管道输运更有优势,最大冲蚀速率以及平均冲蚀速率较小;管壁最大冲蚀速率变化趋势,PM2.5比PM10更加具有规律性。
  • 材料制备与加工
  • 王斌,李二虎,朱军,杜金晶,刘漫博,王欢
    摘要:
    针对V2O5直接制备氮化钒铁工艺,采用TG-DSC测试技术对体系反应过程进行了研究,并分析了各影响因素对产物含氮量的影响。结果表明,670℃左右,碳还原V2O5的反应开始显著发生,1000℃以上时,碳化反应开始发生,温度达1200℃左右,开始出现氮化反应。反应温度、保温时间和配碳系数等因素对氮化钒铁含氮量均有较明显的影响,较适宜的制备工艺参数为:高温反应温度1400℃、保温2h、配碳系数0.35,该条件下制得的氮化钒铁含氮量可达11.26wt%,合金中其它元素含量分别为,钒46.31 wt%、铁36.87 wt%、碳1.21 wt%、硅1.98 wt%、铝1.94 wt%,符合GB/T30896-2014标准。SEM分析表明,利用V2O5直接制备氮化钒铁,铁主要以夹杂形式均匀的分布在氮化钒铁主相间,且氮、钒、铁三种主元素的分布较均匀。
  • 佘思越,张德芬
    摘要:
    研究目的:研究不同焊接速度对2A12/7075异种铝合金搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)接头成形和力学性能的影响。研究方法:使用体式显微镜对接头横截面观察,并在室温下对焊接接头进行冲击实验和拉伸实验,拉伸断口采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)进行分析。结果:焊接接头呈非对称形,前进侧宽度小于后退侧宽度;焊速为120mm/min时接头冲击功最高达到18.45J,焊速为140mm/min时抗拉强度最优,为239.68 Mpa,延伸率为7.56%。结论:随着焊速的增加,焊缝表面起毛倾向减小,出现隧道孔缺陷的倾向增加;接头抗拉强度与塑韧性随焊速的增加而提高,但焊速为140mm/min时,焊核区出现了隧道孔缺陷,造成接头的韧性下降;拉伸断口呈现上部韧性断裂和下部解离断裂,EDS元素分析韧性断裂部分存在第二相粒子Mg2Si.
  • 陈一凡,唐晓宁,刘韶浦,张彬,谢刚
    摘要:
    沸腾氯化法制备四氯化钛是目前比较普及的生产工艺,但是其完整详细的反应过程研究并不完善。本文以攀枝花典型高钛渣为原料,利用FactSage软件中的Reaction模块和Equilib模块对该体系进行热力学分析和化学平衡计算,通过综合分析反应过程中的温度、氯气配比、配碳比、压力等因素对四氯化钛、碳氧化物及其它金属氯化物的影响,以确定反应过程的最佳物料配比和生产控制参数。根据模拟计算结果分析并参考多个企业的生产情况,确定了最佳温度区间为1000-1050℃,氯钛比3.0,配碳比100:35,建议采用常压操作。本文对各个影响因素所产生的热力学影响结果进行了较为详尽的讨论,弥补了实际生产和已有实验分析中的不足,比较全面地分析了物料配比与控制条件的具体影响结果,对四氯化钛反应的复杂性理解和现有生产过程的优化改进均有很好的指导作用。
  • 提取冶金与化学工程
  • 李孟星,李运刚
    摘要:
    溶解度是电沉积过程中一个重要的物理化学参数,不仅可以为制备工艺条件的选择提供一定的理论依据,而且还可以借此来推测熔体的化学反应与结构。本实验利用等温饱合法研究了温度和熔盐组分对WO3在NaCl-KCl-NaF熔盐体系中溶解度的影响。通过对熔盐体系各物质间反应采用软件HSC进行了热力学分析和对熔盐急冷试样进行了X射线衍射分析,确定了WO3的溶解机理。结果表明,700℃时,WO3在该熔盐体系中的溶解饱和时间为6h左右,继续升高温度30℃,达到再饱和需要80min左右;WO3的溶解度随着体系温度的升高而增大,随着组元NaF摩尔分数的增加而增大;其溶解机理为简单的物理溶解。
  • 材料制备与加工
  • 于金程,秦丰,钱王欢,田学锋,陈玉平
    摘要:
    为了研究纯钼在高应变率下的动态力学性能及失效行为,采用分离式Hopkinson压杆试验装置(SHPB)对纯钼在室温及高温下进行了动态压缩实验,并利用扫描电子显微镜(SEM)对冲击压缩后的试样进行了断口分析。结果表明:在冲击压缩载荷作用下,纯钼的动态压缩力学性能随温度的升高而降低;在已测试的温度下,室温应变率为1800 s-1时纯钼具有相对较大的动态压缩屈服强度(1110 MPa)和相对较大的动态抗压强度(1087 MPa);在800℃应变率为2000 s-1时纯钼具有相对较大的应变量(17.6%);而在300℃应变率为2200 s-1时纯钼具有较好的综合动态力学性能;高温、高应变率下纯钼的动态压缩断裂机制为准解理断裂。
  • 提取冶金与化学工程
  • 欧阳臻,王峰,夏香丽,林韶媛,张振兴,叶龙刚
    摘要:
    为解决现行湿法炼锑过程中废水量大、电流效率大、设备腐蚀的问题,提出一种全湿法清洁炼锑新工艺。采用“三氯化铁浸出-铁粉置换-隔膜电积铁”的工艺路线进行硫化锑精矿的清洁提取,首先采用隔膜电积法制备了三氯化铁浸出液,获得优化实验条件为:电流强度为300A/m2、电解液温度为40℃,此时,阴阳极电流效率均在99%以上;其次,以电积时阳极得到的三氯化铁溶液为浸出剂经两段浸出硫化锑精矿,获得了96.56%的锑浸出率,该过程选择性高;最后,以铁粉进行氯化锑浸出液的置换,经两次置换93.89%的锑被置换出。新工艺操作简单、试剂消耗少,有良好的工业应用前景。
  • 材料制备与加工
  • 马健,郭学锋,崔红保,杨文朋,于合帅
    摘要:
    为了研究不同道次的往复挤压对Mg-5Sn-1Si-0.8Y镁合金组织和性能的影响,本文向Mg-5Sn-1Si合金中添加0.8%Y(质量分数)后,将铸锭挤压成棒材,随后在340℃下进行4、6和8道次的往复挤压并使用DEFORM-3D对挤压过程进行模拟。结果表明,添加Y元素后,共晶Mg2Si明显细化,由复杂的汉字状转变为短棒状。经挤压破碎后,共晶Mg2Si粒化效果明显但球化效果不及Mg2Sn。在往复挤压挤压过程中,受动态和静态再结晶影响,晶粒逐渐细化,平均晶粒尺寸由正挤压态的40.16 μm减小到8道次往复挤压的7.68 μm,延伸率增幅明显,由6.88%增加至10.6%,增幅~54.07%;但受织构弱化影响,抗拉强度降幅~7.61%,由197 MPa下降至182 MPa。断口形貌显示,随挤压道次增加,韧窝变得小而多,表明材料韧性明显增加。往复挤压过程中的不均匀变形使得晶粒大小不一,影响材料力学性能。
  • 提取冶金与化学工程
  • 王运,华一新
    摘要:
    针对目前湿法炼锌工艺处理高铁硫化锌矿存在浸出率偏低的缺点,本文提出添加一定量CaCO3的方式预先氧化焙烧矿样,使ZnS矿相转变为易于浸出的ZnO。结果表明:当高铁硫化锌矿中未添加CaCO3时,矿石中的ZnS在700℃和1h的焙烧条件下不能被完全氧化为ZnO,焙烧产物中有难以浸出的ZnFe2O4生成;当添加一定量的CaCO3(Ca:S =1:1)时,矿石中的ZnS在相同焙烧条件下可以完全氧化为易浸出的ZnO,在焙烧产物中未检测到ZnFe2O4,但发现有Ca2Fe2O5生成,同时添加的CaCO3在氧化焙烧过程中会转化成了CaSO4。因此,高铁硫化锌矿中加入适量的CaCO3,既能促进闪锌矿(ZnS)和黄铁矿(FeS2)在氧化焙烧过程中的物相转变,又能通过形成Ca2Fe2O5来抑制ZnFe2O4的生成,并通过形成CaSO4来固硫。同时实验结果与热力学分析相吻合。
  • 闫鑫,赵增武,郭文涛
    摘要:
    白云鄂博矿中铌的主要存在形式之一是铌铁矿(FeNb2O6)。为了揭示FeNb2O6硅热还原机理,采用高温激光共聚焦显微镜(CSLM)在1100℃和1150℃下原位观察硅铁和FeNb2O6的界面反应行为,结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)对还原后样品的相组成和微观结构进行分析。实验结果表明,硅热还原产物为NbO2,Fe和SiO2。相比1100℃,1150℃时FeNb2O6的硅热反应在更短的时间内(1min)开始发生。界面反应区分为两层,靠近硅铁的反应层主要由大量SiO2和FeSi2,少量NbO2组成;靠近FeNb2O6的反应层主要由大量FeSi2和NbO2组成。FeSi2作为Si的传输媒介,把Si运送到反应区。温度越高,越有利于硅热还原的进行。
  • 材料制备与加工
  • 张朝晖,徐书祥,刘佰龙,吴梅
    摘要:
    正极材料Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2因具有较高的放电容量、较好的安全稳定性和对环保性等优点,能够很好的满足新能源电动汽车和小型电子产品的要求,受到高度关注和广泛研究。本文在简述Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2材料的结构特征及其存在的缺陷的基础上,介绍了该材料不同制备方法的特点和主要改性方法,并分别阐述了其对电化学性能的影响。最后,针对国内外对Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2材料的研究现状和应用前景,指出纳米电极制备、多元结构制备、复合处理改性、复合材料制备、复合方法制备是该材料今后主要的发展方向。
  • 地质采矿与安全工程
  • 张向阳
    摘要:
    摘要:汤丹铜矿1218m中段探矿工程出现地应力集中现象,巷道大变形、岩层移动加剧。为采空区稳定性数值模拟提供原岩应力场,采用单孔3段套孔应力解除法对3个中段进行三维地应力测试,获取了垂直方向9组地应力数据,将解除的试件进行围压率定试验,判定12个应力片的工作状态。三维地应力测量结果表明:最大主应力、中间主应力和最小主应力随深度基本呈线性增长;当深度达1130m时,最大主应力值为41.29MPa,与水平面夹角为-1.15°,方位角179.37°,水平主应力与自重应力比值为1.35-1.47,说明矿区存在较大的构造应力场。将测量结果与区域构造和结构面产状结合分析发现,主应力方向与断层和结构面走向一致,与巷道工程布置垂直或大角度斜交,研究成果对深部回采和井巷工程布置具有重大意义。
    地质采矿与安全工程
  • 谭正华,孙 超
    摘要:
    露天矿最终境界的选取是露天开采过程中的关键环节,直接影响矿山生产规模和矿山效益,传统最终境界选择多考虑利润和安全方面的因素,很少考虑矿山的可持续发展问题。本文基于Dimine数字采矿软件平台,构建露天矿山价值模型,采用网络最大流最小割算法进行露天境界优化,同时通过调节矿石价格产生多个嵌套境界,综合考虑经济、社会、环境等多个因素构建露天矿最终境界优选模型优选露天矿最终开采境界。该方法的应用在保证矿石经济利益的同时,在实现矿山可持续发展及绿色开采方面具有较好指导意义和社会价值。
  • 刘严中,周科平,史文超
    摘要:
    为了能够科学地预计固体密实充填开采的覆岩损伤范围,在建立合理的损伤范围预计公式的过程中需要考虑的主要因素包括覆岩结构形态演化规律和岩层移动特征。相似材料模拟试验和现场钻孔窥视揭示:固体密实充填开采的覆岩以完整层状结构的弯曲带为主要形态,仅在近顶板附近覆岩会发育有一定高度的断裂带,垮落现象不会出现。在较系统地分析充填开采岩层移动的等价采高理论基础上,利用简化的平面力学模型及弹性力学知识,推导了固体密实充填开采覆岩损伤高度的计算公式。通过实例分析,将本文建立的覆岩损伤高度计算公式应用于某工程实例,取得了良好的效果。研究成果可对地下矿体安全回采、地表建筑物安全运营提供科学指导。
  • 刘洋,何健
    摘要:
    采用SHPB实验装置对经静态压缩制备的峰后破裂砂岩进行单轴冲击试验。基于SHPB试验能量理论,研究峰后破裂砂岩在动态破坏过程中的能量耗散特征,并与完整砂岩进行对比分析。研究结果表明:动荷载作用下峰后破裂砂岩单位体积吸收能与入射能呈线性关系,且峰后破裂砂岩单位体积吸收能对入射能的敏感性低于完整砂岩;峰后破裂砂岩的破坏形态与试样吸收能量的大小相关,且存在一个吸收能量值使得峰后破裂砂岩和完整砂岩破坏程度的相对性发生改变。
  • 杨宁,尹贤刚,林尧
    摘要:
    针对拟使用充填法将深部矿产资源采出的某矿山,为研究充填性能,取其尾砂进行试验,通过探索充填料浆性能在灰砂比和质量浓度有差异时的变化情况,判断灰砂比和质量浓度对充填料浆性能影响。采用极差分析法获取两者影响充填料浆性能的主次干系,明确充填料浆配比的适合范畴,随之建立代表料浆性能参数和两因素之间的回归方程。由试验可得:在灰砂比1:4~1:12、料浆浓度66%~74%的情况下,料浆流动性能受质量浓度的影响较灰砂比大,但影响充填体强度的关键要素还是灰砂比。根据该矿山的生产需要、室内试验,再联系灰砂比和浓度与充填料浆性能参数间的回归方程,推荐该矿山选择了既易输送又有高强度的最佳参数,灰砂比1:8,料浆浓度72%,做矿山的安全高效开采的后盾。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 谭 欣,王中明,肖巧斌
    摘要:
    某高硫铜矿石磁黄铁矿和绿泥石等易泥化脉石矿物含量较高,且磁黄铁矿的可浮性和磁性差异较大,对铜硫分离浮选干扰很大。根据矿石性质,采用铜优先浮选—磁选回收磁黄铁矿—硫浮选工艺进行了选矿试验研究,即首先在较低碱度下采用铜选择性捕收剂组合(BK-306 TL-1)优先选铜;然后采用磁选回收磁性磁黄铁矿,再以高效硫活化剂BK546和组合捕收剂(丁基黄药 AT608)强化浮选回收硫矿物,实现了矿石中铜、硫的有效回收。闭路试验获得含铜24.81%、铜回收率86.31%的铜精矿,含硫37.83%、含铁58.21%、磁硫品位(Fe S)96.04%、硫回收率40.60%的磁黄铁硫精矿,以及含硫46.05%、硫回收率47.90%的硫精矿,硫总回收率为88.50%。
  • 环境科学与工程
  • 程攀攀,王海宁,梁启超
    摘要:
    为比较不同类型管道输运PM2.5和PM10特点,优选出管道最大冲蚀速率值最小情况下的输运风速,基于气固两相流理论,应用Fluent模拟了不同风速下圆管和方管内冲蚀速率大小。结果表明,PM2.5和PM10对管壁的较大冲蚀速率值出现位置,圆管较分散,方管较为集中且在管道进口端;圆管管壁最大冲蚀速率以及平均冲蚀速率相比方管较小,方管管壁最大冲蚀速率值是圆管管壁的3~6.5倍,选取管型时可考虑选取圆管作为输运部件;PM2.5和PM10可分别选用风速18 m·s-1、12 m·s-1圆形管道输运较佳,其最大冲蚀速率值分别为1.8×10-12 kg·m-2·s-1、1.21×10-12 kg·m-2·s-1;圆形管道相比方形管道输运更有优势,最大冲蚀速率以及平均冲蚀速率较小;管壁最大冲蚀速率变化趋势,PM2.5比PM10更加具有规律性。
  • 材料制备与加工
  • 王斌,李二虎,朱军,杜金晶,刘漫博,王欢
    摘要:
    针对V2O5直接制备氮化钒铁工艺,采用TG-DSC测试技术对体系反应过程进行了研究,并分析了各影响因素对产物含氮量的影响。结果表明,670℃左右,碳还原V2O5的反应开始显著发生,1000℃以上时,碳化反应开始发生,温度达1200℃左右,开始出现氮化反应。反应温度、保温时间和配碳系数等因素对氮化钒铁含氮量均有较明显的影响,较适宜的制备工艺参数为:高温反应温度1400℃、保温2h、配碳系数0.35,该条件下制得的氮化钒铁含氮量可达11.26wt%,合金中其它元素含量分别为,钒46.31 wt%、铁36.87 wt%、碳1.21 wt%、硅1.98 wt%、铝1.94 wt%,符合GB/T30896-2014标准。SEM分析表明,利用V2O5直接制备氮化钒铁,铁主要以夹杂形式均匀的分布在氮化钒铁主相间,且氮、钒、铁三种主元素的分布较均匀。
  • 佘思越,张德芬
    摘要:
    研究目的:研究不同焊接速度对2A12/7075异种铝合金搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)接头成形和力学性能的影响。研究方法:使用体式显微镜对接头横截面观察,并在室温下对焊接接头进行冲击实验和拉伸实验,拉伸断口采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)进行分析。结果:焊接接头呈非对称形,前进侧宽度小于后退侧宽度;焊速为120mm/min时接头冲击功最高达到18.45J,焊速为140mm/min时抗拉强度最优,为239.68 Mpa,延伸率为7.56%。结论:随着焊速的增加,焊缝表面起毛倾向减小,出现隧道孔缺陷的倾向增加;接头抗拉强度与塑韧性随焊速的增加而提高,但焊速为140mm/min时,焊核区出现了隧道孔缺陷,造成接头的韧性下降;拉伸断口呈现上部韧性断裂和下部解离断裂,EDS元素分析韧性断裂部分存在第二相粒子Mg2Si.
  • 陈一凡,唐晓宁,刘韶浦,张彬,谢刚
    摘要:
    沸腾氯化法制备四氯化钛是目前比较普及的生产工艺,但是其完整详细的反应过程研究并不完善。本文以攀枝花典型高钛渣为原料,利用FactSage软件中的Reaction模块和Equilib模块对该体系进行热力学分析和化学平衡计算,通过综合分析反应过程中的温度、氯气配比、配碳比、压力等因素对四氯化钛、碳氧化物及其它金属氯化物的影响,以确定反应过程的最佳物料配比和生产控制参数。根据模拟计算结果分析并参考多个企业的生产情况,确定了最佳温度区间为1000-1050℃,氯钛比3.0,配碳比100:35,建议采用常压操作。本文对各个影响因素所产生的热力学影响结果进行了较为详尽的讨论,弥补了实际生产和已有实验分析中的不足,比较全面地分析了物料配比与控制条件的具体影响结果,对四氯化钛反应的复杂性理解和现有生产过程的优化改进均有很好的指导作用。
  • 提取冶金与化学工程
  • 李孟星,李运刚
    摘要:
    溶解度是电沉积过程中一个重要的物理化学参数,不仅可以为制备工艺条件的选择提供一定的理论依据,而且还可以借此来推测熔体的化学反应与结构。本实验利用等温饱合法研究了温度和熔盐组分对WO3在NaCl-KCl-NaF熔盐体系中溶解度的影响。通过对熔盐体系各物质间反应采用软件HSC进行了热力学分析和对熔盐急冷试样进行了X射线衍射分析,确定了WO3的溶解机理。结果表明,700℃时,WO3在该熔盐体系中的溶解饱和时间为6h左右,继续升高温度30℃,达到再饱和需要80min左右;WO3的溶解度随着体系温度的升高而增大,随着组元NaF摩尔分数的增加而增大;其溶解机理为简单的物理溶解。
  • 材料制备与加工
  • 于金程,秦丰,钱王欢,田学锋,陈玉平
    摘要:
    为了研究纯钼在高应变率下的动态力学性能及失效行为,采用分离式Hopkinson压杆试验装置(SHPB)对纯钼在室温及高温下进行了动态压缩实验,并利用扫描电子显微镜(SEM)对冲击压缩后的试样进行了断口分析。结果表明:在冲击压缩载荷作用下,纯钼的动态压缩力学性能随温度的升高而降低;在已测试的温度下,室温应变率为1800 s-1时纯钼具有相对较大的动态压缩屈服强度(1110 MPa)和相对较大的动态抗压强度(1087 MPa);在800℃应变率为2000 s-1时纯钼具有相对较大的应变量(17.6%);而在300℃应变率为2200 s-1时纯钼具有较好的综合动态力学性能;高温、高应变率下纯钼的动态压缩断裂机制为准解理断裂。
  • 提取冶金与化学工程
  • 欧阳臻,王峰,夏香丽,林韶媛,张振兴,叶龙刚
    摘要:
    为解决现行湿法炼锑过程中废水量大、电流效率大、设备腐蚀的问题,提出一种全湿法清洁炼锑新工艺。采用“三氯化铁浸出-铁粉置换-隔膜电积铁”的工艺路线进行硫化锑精矿的清洁提取,首先采用隔膜电积法制备了三氯化铁浸出液,获得优化实验条件为:电流强度为300A/m2、电解液温度为40℃,此时,阴阳极电流效率均在99%以上;其次,以电积时阳极得到的三氯化铁溶液为浸出剂经两段浸出硫化锑精矿,获得了96.56%的锑浸出率,该过程选择性高;最后,以铁粉进行氯化锑浸出液的置换,经两次置换93.89%的锑被置换出。新工艺操作简单、试剂消耗少,有良好的工业应用前景。
  • 材料制备与加工
  • 马健,郭学锋,崔红保,杨文朋,于合帅
    摘要:
    为了研究不同道次的往复挤压对Mg-5Sn-1Si-0.8Y镁合金组织和性能的影响,本文向Mg-5Sn-1Si合金中添加0.8%Y(质量分数)后,将铸锭挤压成棒材,随后在340℃下进行4、6和8道次的往复挤压并使用DEFORM-3D对挤压过程进行模拟。结果表明,添加Y元素后,共晶Mg2Si明显细化,由复杂的汉字状转变为短棒状。经挤压破碎后,共晶Mg2Si粒化效果明显但球化效果不及Mg2Sn。在往复挤压挤压过程中,受动态和静态再结晶影响,晶粒逐渐细化,平均晶粒尺寸由正挤压态的40.16 μm减小到8道次往复挤压的7.68 μm,延伸率增幅明显,由6.88%增加至10.6%,增幅~54.07%;但受织构弱化影响,抗拉强度降幅~7.61%,由197 MPa下降至182 MPa。断口形貌显示,随挤压道次增加,韧窝变得小而多,表明材料韧性明显增加。往复挤压过程中的不均匀变形使得晶粒大小不一,影响材料力学性能。
  • 提取冶金与化学工程
  • 王运,华一新
    摘要:
    针对目前湿法炼锌工艺处理高铁硫化锌矿存在浸出率偏低的缺点,本文提出添加一定量CaCO3的方式预先氧化焙烧矿样,使ZnS矿相转变为易于浸出的ZnO。结果表明:当高铁硫化锌矿中未添加CaCO3时,矿石中的ZnS在700℃和1h的焙烧条件下不能被完全氧化为ZnO,焙烧产物中有难以浸出的ZnFe2O4生成;当添加一定量的CaCO3(Ca:S =1:1)时,矿石中的ZnS在相同焙烧条件下可以完全氧化为易浸出的ZnO,在焙烧产物中未检测到ZnFe2O4,但发现有Ca2Fe2O5生成,同时添加的CaCO3在氧化焙烧过程中会转化成了CaSO4。因此,高铁硫化锌矿中加入适量的CaCO3,既能促进闪锌矿(ZnS)和黄铁矿(FeS2)在氧化焙烧过程中的物相转变,又能通过形成Ca2Fe2O5来抑制ZnFe2O4的生成,并通过形成CaSO4来固硫。同时实验结果与热力学分析相吻合。
  • 闫鑫,赵增武,郭文涛
    摘要:
    白云鄂博矿中铌的主要存在形式之一是铌铁矿(FeNb2O6)。为了揭示FeNb2O6硅热还原机理,采用高温激光共聚焦显微镜(CSLM)在1100℃和1150℃下原位观察硅铁和FeNb2O6的界面反应行为,结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)对还原后样品的相组成和微观结构进行分析。实验结果表明,硅热还原产物为NbO2,Fe和SiO2。相比1100℃,1150℃时FeNb2O6的硅热反应在更短的时间内(1min)开始发生。界面反应区分为两层,靠近硅铁的反应层主要由大量SiO2和FeSi2,少量NbO2组成;靠近FeNb2O6的反应层主要由大量FeSi2和NbO2组成。FeSi2作为Si的传输媒介,把Si运送到反应区。温度越高,越有利于硅热还原的进行。
  • 材料制备与加工
  • 张朝晖,徐书祥,刘佰龙,吴梅
    摘要:
    正极材料Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2因具有较高的放电容量、较好的安全稳定性和对环保性等优点,能够很好的满足新能源电动汽车和小型电子产品的要求,受到高度关注和广泛研究。本文在简述Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2材料的结构特征及其存在的缺陷的基础上,介绍了该材料不同制备方法的特点和主要改性方法,并分别阐述了其对电化学性能的影响。最后,针对国内外对Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2材料的研究现状和应用前景,指出纳米电极制备、多元结构制备、复合处理改性、复合材料制备、复合方法制备是该材料今后主要的发展方向。
  • 地质采矿与安全工程
  • 张向阳
    摘要:
    摘要:汤丹铜矿1218m中段探矿工程出现地应力集中现象,巷道大变形、岩层移动加剧。为采空区稳定性数值模拟提供原岩应力场,采用单孔3段套孔应力解除法对3个中段进行三维地应力测试,获取了垂直方向9组地应力数据,将解除的试件进行围压率定试验,判定12个应力片的工作状态。三维地应力测量结果表明:最大主应力、中间主应力和最小主应力随深度基本呈线性增长;当深度达1130m时,最大主应力值为41.29MPa,与水平面夹角为-1.15°,方位角179.37°,水平主应力与自重应力比值为1.35-1.47,说明矿区存在较大的构造应力场。将测量结果与区域构造和结构面产状结合分析发现,主应力方向与断层和结构面走向一致,与巷道工程布置垂直或大角度斜交,研究成果对深部回采和井巷工程布置具有重大意义。
    地质采矿与安全工程
  • 谭正华,孙 超
    摘要:
    露天矿最终境界的选取是露天开采过程中的关键环节,直接影响矿山生产规模和矿山效益,传统最终境界选择多考虑利润和安全方面的因素,很少考虑矿山的可持续发展问题。本文基于Dimine数字采矿软件平台,构建露天矿山价值模型,采用网络最大流最小割算法进行露天境界优化,同时通过调节矿石价格产生多个嵌套境界,综合考虑经济、社会、环境等多个因素构建露天矿最终境界优选模型优选露天矿最终开采境界。该方法的应用在保证矿石经济利益的同时,在实现矿山可持续发展及绿色开采方面具有较好指导意义和社会价值。
  • 刘严中,周科平,史文超
    摘要:
    为了能够科学地预计固体密实充填开采的覆岩损伤范围,在建立合理的损伤范围预计公式的过程中需要考虑的主要因素包括覆岩结构形态演化规律和岩层移动特征。相似材料模拟试验和现场钻孔窥视揭示:固体密实充填开采的覆岩以完整层状结构的弯曲带为主要形态,仅在近顶板附近覆岩会发育有一定高度的断裂带,垮落现象不会出现。在较系统地分析充填开采岩层移动的等价采高理论基础上,利用简化的平面力学模型及弹性力学知识,推导了固体密实充填开采覆岩损伤高度的计算公式。通过实例分析,将本文建立的覆岩损伤高度计算公式应用于某工程实例,取得了良好的效果。研究成果可对地下矿体安全回采、地表建筑物安全运营提供科学指导。
  • 刘洋,何健
    摘要:
    采用SHPB实验装置对经静态压缩制备的峰后破裂砂岩进行单轴冲击试验。基于SHPB试验能量理论,研究峰后破裂砂岩在动态破坏过程中的能量耗散特征,并与完整砂岩进行对比分析。研究结果表明:动荷载作用下峰后破裂砂岩单位体积吸收能与入射能呈线性关系,且峰后破裂砂岩单位体积吸收能对入射能的敏感性低于完整砂岩;峰后破裂砂岩的破坏形态与试样吸收能量的大小相关,且存在一个吸收能量值使得峰后破裂砂岩和完整砂岩破坏程度的相对性发生改变。
  • 杨宁,尹贤刚,林尧
    摘要:
    针对拟使用充填法将深部矿产资源采出的某矿山,为研究充填性能,取其尾砂进行试验,通过探索充填料浆性能在灰砂比和质量浓度有差异时的变化情况,判断灰砂比和质量浓度对充填料浆性能影响。采用极差分析法获取两者影响充填料浆性能的主次干系,明确充填料浆配比的适合范畴,随之建立代表料浆性能参数和两因素之间的回归方程。由试验可得:在灰砂比1:4~1:12、料浆浓度66%~74%的情况下,料浆流动性能受质量浓度的影响较灰砂比大,但影响充填体强度的关键要素还是灰砂比。根据该矿山的生产需要、室内试验,再联系灰砂比和浓度与充填料浆性能参数间的回归方程,推荐该矿山选择了既易输送又有高强度的最佳参数,灰砂比1:8,料浆浓度72%,做矿山的安全高效开采的后盾。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 谭 欣,王中明,肖巧斌
    摘要:
    某高硫铜矿石磁黄铁矿和绿泥石等易泥化脉石矿物含量较高,且磁黄铁矿的可浮性和磁性差异较大,对铜硫分离浮选干扰很大。根据矿石性质,采用铜优先浮选—磁选回收磁黄铁矿—硫浮选工艺进行了选矿试验研究,即首先在较低碱度下采用铜选择性捕收剂组合(BK-306 TL-1)优先选铜;然后采用磁选回收磁性磁黄铁矿,再以高效硫活化剂BK546和组合捕收剂(丁基黄药 AT608)强化浮选回收硫矿物,实现了矿石中铜、硫的有效回收。闭路试验获得含铜24.81%、铜回收率86.31%的铜精矿,含硫37.83%、含铁58.21%、磁硫品位(Fe S)96.04%、硫回收率40.60%的磁黄铁硫精矿,以及含硫46.05%、硫回收率47.90%的硫精矿,硫总回收率为88.50%。
  • 环境科学与工程
  • 程攀攀,王海宁,梁启超
    摘要:
    为比较不同类型管道输运PM2.5和PM10特点,优选出管道最大冲蚀速率值最小情况下的输运风速,基于气固两相流理论,应用Fluent模拟了不同风速下圆管和方管内冲蚀速率大小。结果表明,PM2.5和PM10对管壁的较大冲蚀速率值出现位置,圆管较分散,方管较为集中且在管道进口端;圆管管壁最大冲蚀速率以及平均冲蚀速率相比方管较小,方管管壁最大冲蚀速率值是圆管管壁的3~6.5倍,选取管型时可考虑选取圆管作为输运部件;PM2.5和PM10可分别选用风速18 m·s-1、12 m·s-1圆形管道输运较佳,其最大冲蚀速率值分别为1.8×10-12 kg·m-2·s-1、1.21×10-12 kg·m-2·s-1;圆形管道相比方形管道输运更有优势,最大冲蚀速率以及平均冲蚀速率较小;管壁最大冲蚀速率变化趋势,PM2.5比PM10更加具有规律性。
  • 材料制备与加工
  • 王斌,李二虎,朱军,杜金晶,刘漫博,王欢
    摘要:
    针对V2O5直接制备氮化钒铁工艺,采用TG-DSC测试技术对体系反应过程进行了研究,并分析了各影响因素对产物含氮量的影响。结果表明,670℃左右,碳还原V2O5的反应开始显著发生,1000℃以上时,碳化反应开始发生,温度达1200℃左右,开始出现氮化反应。反应温度、保温时间和配碳系数等因素对氮化钒铁含氮量均有较明显的影响,较适宜的制备工艺参数为:高温反应温度1400℃、保温2h、配碳系数0.35,该条件下制得的氮化钒铁含氮量可达11.26wt%,合金中其它元素含量分别为,钒46.31 wt%、铁36.87 wt%、碳1.21 wt%、硅1.98 wt%、铝1.94 wt%,符合GB/T30896-2014标准。SEM分析表明,利用V2O5直接制备氮化钒铁,铁主要以夹杂形式均匀的分布在氮化钒铁主相间,且氮、钒、铁三种主元素的分布较均匀。
  • 佘思越,张德芬
    摘要:
    研究目的:研究不同焊接速度对2A12/7075异种铝合金搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)接头成形和力学性能的影响。研究方法:使用体式显微镜对接头横截面观察,并在室温下对焊接接头进行冲击实验和拉伸实验,拉伸断口采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)进行分析。结果:焊接接头呈非对称形,前进侧宽度小于后退侧宽度;焊速为120mm/min时接头冲击功最高达到18.45J,焊速为140mm/min时抗拉强度最优,为239.68 Mpa,延伸率为7.56%。结论:随着焊速的增加,焊缝表面起毛倾向减小,出现隧道孔缺陷的倾向增加;接头抗拉强度与塑韧性随焊速的增加而提高,但焊速为140mm/min时,焊核区出现了隧道孔缺陷,造成接头的韧性下降;拉伸断口呈现上部韧性断裂和下部解离断裂,EDS元素分析韧性断裂部分存在第二相粒子Mg2Si.
  • 陈一凡,唐晓宁,刘韶浦,张彬,谢刚
    摘要:
    沸腾氯化法制备四氯化钛是目前比较普及的生产工艺,但是其完整详细的反应过程研究并不完善。本文以攀枝花典型高钛渣为原料,利用FactSage软件中的Reaction模块和Equilib模块对该体系进行热力学分析和化学平衡计算,通过综合分析反应过程中的温度、氯气配比、配碳比、压力等因素对四氯化钛、碳氧化物及其它金属氯化物的影响,以确定反应过程的最佳物料配比和生产控制参数。根据模拟计算结果分析并参考多个企业的生产情况,确定了最佳温度区间为1000-1050℃,氯钛比3.0,配碳比100:35,建议采用常压操作。本文对各个影响因素所产生的热力学影响结果进行了较为详尽的讨论,弥补了实际生产和已有实验分析中的不足,比较全面地分析了物料配比与控制条件的具体影响结果,对四氯化钛反应的复杂性理解和现有生产过程的优化改进均有很好的指导作用。
  • 提取冶金与化学工程
  • 李孟星,李运刚
    摘要:
    溶解度是电沉积过程中一个重要的物理化学参数,不仅可以为制备工艺条件的选择提供一定的理论依据,而且还可以借此来推测熔体的化学反应与结构。本实验利用等温饱合法研究了温度和熔盐组分对WO3在NaCl-KCl-NaF熔盐体系中溶解度的影响。通过对熔盐体系各物质间反应采用软件HSC进行了热力学分析和对熔盐急冷试样进行了X射线衍射分析,确定了WO3的溶解机理。结果表明,700℃时,WO3在该熔盐体系中的溶解饱和时间为6h左右,继续升高温度30℃,达到再饱和需要80min左右;WO3的溶解度随着体系温度的升高而增大,随着组元NaF摩尔分数的增加而增大;其溶解机理为简单的物理溶解。
  • 材料制备与加工
  • 于金程,秦丰,钱王欢,田学锋,陈玉平
    摘要:
    为了研究纯钼在高应变率下的动态力学性能及失效行为,采用分离式Hopkinson压杆试验装置(SHPB)对纯钼在室温及高温下进行了动态压缩实验,并利用扫描电子显微镜(SEM)对冲击压缩后的试样进行了断口分析。结果表明:在冲击压缩载荷作用下,纯钼的动态压缩力学性能随温度的升高而降低;在已测试的温度下,室温应变率为1800 s-1时纯钼具有相对较大的动态压缩屈服强度(1110 MPa)和相对较大的动态抗压强度(1087 MPa);在800℃应变率为2000 s-1时纯钼具有相对较大的应变量(17.6%);而在300℃应变率为2200 s-1时纯钼具有较好的综合动态力学性能;高温、高应变率下纯钼的动态压缩断裂机制为准解理断裂。
  • 提取冶金与化学工程
  • 欧阳臻,王峰,夏香丽,林韶媛,张振兴,叶龙刚
    摘要:
    为解决现行湿法炼锑过程中废水量大、电流效率大、设备腐蚀的问题,提出一种全湿法清洁炼锑新工艺。采用“三氯化铁浸出-铁粉置换-隔膜电积铁”的工艺路线进行硫化锑精矿的清洁提取,首先采用隔膜电积法制备了三氯化铁浸出液,获得优化实验条件为:电流强度为300A/m2、电解液温度为40℃,此时,阴阳极电流效率均在99%以上;其次,以电积时阳极得到的三氯化铁溶液为浸出剂经两段浸出硫化锑精矿,获得了96.56%的锑浸出率,该过程选择性高;最后,以铁粉进行氯化锑浸出液的置换,经两次置换93.89%的锑被置换出。新工艺操作简单、试剂消耗少,有良好的工业应用前景。
  • 材料制备与加工
  • 马健,郭学锋,崔红保,杨文朋,于合帅
    摘要:
    为了研究不同道次的往复挤压对Mg-5Sn-1Si-0.8Y镁合金组织和性能的影响,本文向Mg-5Sn-1Si合金中添加0.8%Y(质量分数)后,将铸锭挤压成棒材,随后在340℃下进行4、6和8道次的往复挤压并使用DEFORM-3D对挤压过程进行模拟。结果表明,添加Y元素后,共晶Mg2Si明显细化,由复杂的汉字状转变为短棒状。经挤压破碎后,共晶Mg2Si粒化效果明显但球化效果不及Mg2Sn。在往复挤压挤压过程中,受动态和静态再结晶影响,晶粒逐渐细化,平均晶粒尺寸由正挤压态的40.16 μm减小到8道次往复挤压的7.68 μm,延伸率增幅明显,由6.88%增加至10.6%,增幅~54.07%;但受织构弱化影响,抗拉强度降幅~7.61%,由197 MPa下降至182 MPa。断口形貌显示,随挤压道次增加,韧窝变得小而多,表明材料韧性明显增加。往复挤压过程中的不均匀变形使得晶粒大小不一,影响材料力学性能。
  • 提取冶金与化学工程
  • 王运,华一新
    摘要:
    针对目前湿法炼锌工艺处理高铁硫化锌矿存在浸出率偏低的缺点,本文提出添加一定量CaCO3的方式预先氧化焙烧矿样,使ZnS矿相转变为易于浸出的ZnO。结果表明:当高铁硫化锌矿中未添加CaCO3时,矿石中的ZnS在700℃和1h的焙烧条件下不能被完全氧化为ZnO,焙烧产物中有难以浸出的ZnFe2O4生成;当添加一定量的CaCO3(Ca:S =1:1)时,矿石中的ZnS在相同焙烧条件下可以完全氧化为易浸出的ZnO,在焙烧产物中未检测到ZnFe2O4,但发现有Ca2Fe2O5生成,同时添加的CaCO3在氧化焙烧过程中会转化成了CaSO4。因此,高铁硫化锌矿中加入适量的CaCO3,既能促进闪锌矿(ZnS)和黄铁矿(FeS2)在氧化焙烧过程中的物相转变,又能通过形成Ca2Fe2O5来抑制ZnFe2O4的生成,并通过形成CaSO4来固硫。同时实验结果与热力学分析相吻合。
  • 闫鑫,赵增武,郭文涛
    摘要:
    白云鄂博矿中铌的主要存在形式之一是铌铁矿(FeNb2O6)。为了揭示FeNb2O6硅热还原机理,采用高温激光共聚焦显微镜(CSLM)在1100℃和1150℃下原位观察硅铁和FeNb2O6的界面反应行为,结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)对还原后样品的相组成和微观结构进行分析。实验结果表明,硅热还原产物为NbO2,Fe和SiO2。相比1100℃,1150℃时FeNb2O6的硅热反应在更短的时间内(1min)开始发生。界面反应区分为两层,靠近硅铁的反应层主要由大量SiO2和FeSi2,少量NbO2组成;靠近FeNb2O6的反应层主要由大量FeSi2和NbO2组成。FeSi2作为Si的传输媒介,把Si运送到反应区。温度越高,越有利于硅热还原的进行。
  • 材料制备与加工
  • 张朝晖,徐书祥,刘佰龙,吴梅
    摘要:
    正极材料Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2因具有较高的放电容量、较好的安全稳定性和对环保性等优点,能够很好的满足新能源电动汽车和小型电子产品的要求,受到高度关注和广泛研究。本文在简述Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2材料的结构特征及其存在的缺陷的基础上,介绍了该材料不同制备方法的特点和主要改性方法,并分别阐述了其对电化学性能的影响。最后,针对国内外对Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2材料的研究现状和应用前景,指出纳米电极制备、多元结构制备、复合处理改性、复合材料制备、复合方法制备是该材料今后主要的发展方向。
  • 地质采矿与安全工程
  • 张向阳
    摘要:
    摘要:汤丹铜矿1218m中段探矿工程出现地应力集中现象,巷道大变形、岩层移动加剧。为采空区稳定性数值模拟提供原岩应力场,采用单孔3段套孔应力解除法对3个中段进行三维地应力测试,获取了垂直方向9组地应力数据,将解除的试件进行围压率定试验,判定12个应力片的工作状态。三维地应力测量结果表明:最大主应力、中间主应力和最小主应力随深度基本呈线性增长;当深度达1130m时,最大主应力值为41.29MPa,与水平面夹角为-1.15°,方位角179.37°,水平主应力与自重应力比值为1.35-1.47,说明矿区存在较大的构造应力场。将测量结果与区域构造和结构面产状结合分析发现,主应力方向与断层和结构面走向一致,与巷道工程布置垂直或大角度斜交,研究成果对深部回采和井巷工程布置具有重大意义。

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